CA2619299A1 - Disque de rotor de soufflante de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Disque (10) de rotor de soufflante dans une turbomachine, comprenant en périphérie des rainures (22) sensiblement axiales de montage et de retenue de pieds d'aubes (20) comportant des crochets à leurs extrémités aval, des zones déformables formées par des cavités (34) étant situées à l'extrémité aval des rainures (22) dans des brides (36) d'accrochage de plates-formes inter-aubes pour absorber les contraintes entre le disque et les pieds d'aube.
Description
DISQUE DE ROTOR DE SOUFFLANTE DE TURBOMACHINE
La présente invention concerne un disque de rotor de soufflante pour turbomachine, telle en particulier qu'un turboréacteur d'avion.
De façon connue, un disque de rotor de soufflante comprend une pluralité d'aubes montées à sa périphérie et séparées entres elles par des plates-formes fixées sur des brides du disque. Chaque aube est formée d'une pale raccordée à un pied d'aube par l'intermédiaire d'une échasse.
Les pieds d'aubes sont engagés dans des rainures sensiblement axiales, formées en périphérie du disque et y sont maintenus radialement par coopération de formes, les pieds d'aube étant par exemple à section transversale en queue d'aronde ou analogue.
Lors du fonctionnement de la turbomachine, la rupture de la liaison d'une aube avec le disque peut entraîner la destruction des aubes voisines et des plates-formes attenantes. En effet, en cas de perte d'aube de soufflante, celle-ci vient en appui sur l'aube voisine, et l'effort résultant appliqué à cette aube se traduit notamment par une contrainte axiale dirigée de l'aval vers l'amont du fait du calage angulaire de la pale par rapport à la rainure, ce qui a tendance à faire basculer l'aube vers l'amont et à générer une forte contrainte au niveau de la liaison arrière entre le pied d'aube et le disque. Une cassure du pied d'aube ou d'une dent du disque peut ainsi survenir, conduisant à une réaction en chaîne pouvant détruire toutes les aubes de la soufflante ainsi que les plates-formes et endommageant fortement la turbomachine.
Dans certains types d'aubes, le pied d'aube qui est engagé dans la rainure, est raccordé en aval à un crochet. Des encoches formées radialement de part et d'autre de chaque crochet coopèrent avec un flasque annulaire afin d'assurer le maintien axial des aubes lorsqu'elles sont positionnées dans les rainures du disque. En cas de perte d'aube, ce mode de fixation génère une forte contrainte au niveau de la zone de raccordement de l'échasse avec le crochet et au niveau du raccordement
La présente invention concerne un disque de rotor de soufflante pour turbomachine, telle en particulier qu'un turboréacteur d'avion.
De façon connue, un disque de rotor de soufflante comprend une pluralité d'aubes montées à sa périphérie et séparées entres elles par des plates-formes fixées sur des brides du disque. Chaque aube est formée d'une pale raccordée à un pied d'aube par l'intermédiaire d'une échasse.
Les pieds d'aubes sont engagés dans des rainures sensiblement axiales, formées en périphérie du disque et y sont maintenus radialement par coopération de formes, les pieds d'aube étant par exemple à section transversale en queue d'aronde ou analogue.
Lors du fonctionnement de la turbomachine, la rupture de la liaison d'une aube avec le disque peut entraîner la destruction des aubes voisines et des plates-formes attenantes. En effet, en cas de perte d'aube de soufflante, celle-ci vient en appui sur l'aube voisine, et l'effort résultant appliqué à cette aube se traduit notamment par une contrainte axiale dirigée de l'aval vers l'amont du fait du calage angulaire de la pale par rapport à la rainure, ce qui a tendance à faire basculer l'aube vers l'amont et à générer une forte contrainte au niveau de la liaison arrière entre le pied d'aube et le disque. Une cassure du pied d'aube ou d'une dent du disque peut ainsi survenir, conduisant à une réaction en chaîne pouvant détruire toutes les aubes de la soufflante ainsi que les plates-formes et endommageant fortement la turbomachine.
Dans certains types d'aubes, le pied d'aube qui est engagé dans la rainure, est raccordé en aval à un crochet. Des encoches formées radialement de part et d'autre de chaque crochet coopèrent avec un flasque annulaire afin d'assurer le maintien axial des aubes lorsqu'elles sont positionnées dans les rainures du disque. En cas de perte d'aube, ce mode de fixation génère une forte contrainte au niveau de la zone de raccordement de l'échasse avec le crochet et au niveau du raccordement
2 de l'encoche avec le crochet. Comme précédemment, cette contrainte peut engendrer une cassure, au niveau du crochet de l'aube ou au niveau du disque, et entraîner une destruction en chaîne des aubes et des plates-formes .
Dans la technique actuelle, une rainure axiale d'environ 10 mm de long, débouchant sur l'encoche, est usinée de chaque côté du pied d'aube, pour limiter la contrainte appliquée au niveau de la zone de raccordement de l'échasse avec le crochet et au niveau de la zone de raccordement entre l'encoche et le crochet, en orientant les efforts en amont de l'usinage. Cette rainure, si elle permet de limiter les efforts au niveau du crochet, présente néanmoins l'inconvénient de générer un pic de contrainte à son extrémité
amont ce qui engendre une usure importante du pied d'aube et du disque et limite ainsi leur durée de vie. Plusieurs solutions ont été envisagées pour limiter l'usure de ces pièces et ont consisté à former un détalonnage à
l'extrémité amont de l'usinage, ou à placer un clinquant entre l'aube et le disque. Cependant, ces moyens ne permettent pas de résoudre de manière satisfaisante le problème d'usure tout en limitant la contrainte appliquée au crochet de l'aube et transmise aux plates-formes.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces différents problèmes.
Elle propose à cet effet un disque de rotor de soufflante dans une turbomachine, comprenant en périphérie des rainures sensiblement axiales de montage et de retenue de pieds d'aubes comportant des crochets à
leurs extrémités aval, des zones déformables formées par des cavités étant situées à l'extrémité aval des rainures, caractérisé en ce que les cavités sont formées dans des brides d'accrochage de plates-formes inter-aubes.
En cas de perte d'aube, les contraintes exercées par les pieds d'aube sur le disque sont maximales à l'extrémité aval du disque et induisent une déformation locale plastique des cavités situées au niveau des brides d'accrochage des plates-formes inter-aubes, ce qui limite le niveau de contrainte appliqué au disque ainsi qu'aux plates-formes
Dans la technique actuelle, une rainure axiale d'environ 10 mm de long, débouchant sur l'encoche, est usinée de chaque côté du pied d'aube, pour limiter la contrainte appliquée au niveau de la zone de raccordement de l'échasse avec le crochet et au niveau de la zone de raccordement entre l'encoche et le crochet, en orientant les efforts en amont de l'usinage. Cette rainure, si elle permet de limiter les efforts au niveau du crochet, présente néanmoins l'inconvénient de générer un pic de contrainte à son extrémité
amont ce qui engendre une usure importante du pied d'aube et du disque et limite ainsi leur durée de vie. Plusieurs solutions ont été envisagées pour limiter l'usure de ces pièces et ont consisté à former un détalonnage à
l'extrémité amont de l'usinage, ou à placer un clinquant entre l'aube et le disque. Cependant, ces moyens ne permettent pas de résoudre de manière satisfaisante le problème d'usure tout en limitant la contrainte appliquée au crochet de l'aube et transmise aux plates-formes.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces différents problèmes.
Elle propose à cet effet un disque de rotor de soufflante dans une turbomachine, comprenant en périphérie des rainures sensiblement axiales de montage et de retenue de pieds d'aubes comportant des crochets à
leurs extrémités aval, des zones déformables formées par des cavités étant situées à l'extrémité aval des rainures, caractérisé en ce que les cavités sont formées dans des brides d'accrochage de plates-formes inter-aubes.
En cas de perte d'aube, les contraintes exercées par les pieds d'aube sur le disque sont maximales à l'extrémité aval du disque et induisent une déformation locale plastique des cavités situées au niveau des brides d'accrochage des plates-formes inter-aubes, ce qui limite le niveau de contrainte appliqué au disque ainsi qu'aux plates-formes
3 inter-aubes. Les aubes et les plates-formes peuvent ainsi être maintenues en position durant le temps nécessaire à l'arrêt du moteur, ce qui évite ainsi d'importants endommagements de la turbomachine.
Les aubes du disque de rotor selon l'invention ne nécessitent plus un usinage axial permettant la déviation des efforts. On supprime ainsi les phénomènes d'usure du disque et de l'aube dus à cet usinage tout en limitant les contraintes appliquées aux crochets et transmise aux plates-formes, grâce aux cavités réalisées dans les brides d'accrochage de plates-formes inter-aubes.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les cavités sont formées par usinage.
Avantageusement, les cavités sont orientées axialement et sont de forme tubulaire à fond fermé.
Dans une réalisation de l'invention, les cavités sont formées par perçage ou fraisage.
Dans une autre variante de l'invention, les cavités sont ouvertes latéralement et débouchent à l'intérieur des rainures.
L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un disque de rotor de soufflante du type décrit ci-dessus.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à
la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un disque selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective de la partie aval d'un pied d'aube de soufflante selon la technique antérieure ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un premier mode de réalisation d'un disque de rotor selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un disque de rotor selon
Les aubes du disque de rotor selon l'invention ne nécessitent plus un usinage axial permettant la déviation des efforts. On supprime ainsi les phénomènes d'usure du disque et de l'aube dus à cet usinage tout en limitant les contraintes appliquées aux crochets et transmise aux plates-formes, grâce aux cavités réalisées dans les brides d'accrochage de plates-formes inter-aubes.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les cavités sont formées par usinage.
Avantageusement, les cavités sont orientées axialement et sont de forme tubulaire à fond fermé.
Dans une réalisation de l'invention, les cavités sont formées par perçage ou fraisage.
Dans une autre variante de l'invention, les cavités sont ouvertes latéralement et débouchent à l'intérieur des rainures.
L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un disque de rotor de soufflante du type décrit ci-dessus.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à
la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un disque selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective de la partie aval d'un pied d'aube de soufflante selon la technique antérieure ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un premier mode de réalisation d'un disque de rotor selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un disque de rotor selon
4 l'invention - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un troisième mode de réalisation d'un disque de rotor selon l'invention.
On se réfère tout d'abord à la figure 1, représentant un disque 10 de soufflante portant une aube 12 ainsi qu'à la figure 2 qui représente la partie aval radialement interne d'une aube selon la technique antérieure.
Une aube est formée d'une paie 14 raccordée à un pied d'aube 20 par l'intermédiaire d'une échasse 18. Le disque 10 comporte une pluralité
de rainures 22 sensiblement axiales réparties régulièrement à sa périphérie externe et dans lesquelles sont engagées les aubes 12. Des plates-formes (non représentées) sont disposées entre les aubes et servent à orienter le flux d'air en entrée de la turbomachine. Le pied d'aube 20 en forme de queue d'aronde ou analogue coopère avec la rainure 22 afin d'assurer la retenue radiale de l'aube (12) sur le disque 10 de rotor. Dans le prolongement aval du pied d'aube 20 du disque 10 est formé un crochet 24 comprenant une encoche 26 radiale sur chacune de ses faces latérales.
Ces encoches coopèrent avec un flasque annulaire 28 pour bloquer axialement le pied 20 de l'aube 12 dans la rainure 22 du disque 10.
Lors du fonctionnement de la turbomachine, les zones de raccordement échasse/crochet 30 et encoche/crochet 32 sont fortement sollicitées. En cas de perte d'aube, le contact radial de l'aube désolidarisée du disque avec l'aube voisine se traduit du fait de la fixation de l'aube dans une rainure par une contrainte supplémentaire dans les zones de raccordement échasse/crochet 30 et encoche/crochet 32. Des lors, la contrainte appliquée à l'arrière de l'aube fragilise le crochet 24, ce qui peut entraîner sa rupture. Une telle contrainte peut également endommager le disque et donc les plates-formes inter-aubes qui y sont fixées. La rupture de la liaison avec le disque d'une deuxième aube peut entraîner une réaction en chaîne conduisant à la destruction complète des aubes de soufflante et des plates-formes attenantes, conduisant à un important endommagement de la turbomachine. Il est donc impératif de maintenir les aubes en position dans leurs rainures ainsi que les plates-formes sur les brides d'accrochage du disque en cas de perte d'aubes.
Dans la technique connue, représentée en figure 2, un usinage axial 38 est réalisé de chaque côté du crochet 24, et débouche sur l'encoche 26.
On se réfère tout d'abord à la figure 1, représentant un disque 10 de soufflante portant une aube 12 ainsi qu'à la figure 2 qui représente la partie aval radialement interne d'une aube selon la technique antérieure.
Une aube est formée d'une paie 14 raccordée à un pied d'aube 20 par l'intermédiaire d'une échasse 18. Le disque 10 comporte une pluralité
de rainures 22 sensiblement axiales réparties régulièrement à sa périphérie externe et dans lesquelles sont engagées les aubes 12. Des plates-formes (non représentées) sont disposées entre les aubes et servent à orienter le flux d'air en entrée de la turbomachine. Le pied d'aube 20 en forme de queue d'aronde ou analogue coopère avec la rainure 22 afin d'assurer la retenue radiale de l'aube (12) sur le disque 10 de rotor. Dans le prolongement aval du pied d'aube 20 du disque 10 est formé un crochet 24 comprenant une encoche 26 radiale sur chacune de ses faces latérales.
Ces encoches coopèrent avec un flasque annulaire 28 pour bloquer axialement le pied 20 de l'aube 12 dans la rainure 22 du disque 10.
Lors du fonctionnement de la turbomachine, les zones de raccordement échasse/crochet 30 et encoche/crochet 32 sont fortement sollicitées. En cas de perte d'aube, le contact radial de l'aube désolidarisée du disque avec l'aube voisine se traduit du fait de la fixation de l'aube dans une rainure par une contrainte supplémentaire dans les zones de raccordement échasse/crochet 30 et encoche/crochet 32. Des lors, la contrainte appliquée à l'arrière de l'aube fragilise le crochet 24, ce qui peut entraîner sa rupture. Une telle contrainte peut également endommager le disque et donc les plates-formes inter-aubes qui y sont fixées. La rupture de la liaison avec le disque d'une deuxième aube peut entraîner une réaction en chaîne conduisant à la destruction complète des aubes de soufflante et des plates-formes attenantes, conduisant à un important endommagement de la turbomachine. Il est donc impératif de maintenir les aubes en position dans leurs rainures ainsi que les plates-formes sur les brides d'accrochage du disque en cas de perte d'aubes.
Dans la technique connue, représentée en figure 2, un usinage axial 38 est réalisé de chaque côté du crochet 24, et débouche sur l'encoche 26.
5 L'usinage axial 38 permet de déporter les efforts, représentés en flèches pointillées, au-delà de l'usinage ce qui réduit les contraintes appliquées au crochet, les efforts en l'absence d'usinage étant représentés en flèches pleines. Les contraintes appliquées au crochet sont ainsi limitées et l'aube bénéficie d'une meilleure tenue. Cependant, ce type de solution n'est pas satisfaisant puisqu'une forte contrainte est générée à l'extrémité amont de l'usinage 38, ce qui engendre une usure importante du pied d'aube et du disque.
L'invention propose, pour supprimer ce phénomène d'usure tout en limitant la contrainte appliquée à la liaison de l'aube avec le disque et transmise aux plates-formes, de former des zones déformables 34 dans le disque 10 situées radialement à l'extérieur des rainures 22, au niveau des crochets des pieds d'aube.
Comme représenté aux figures 3, 4 et 5, des zones déformables 34 sont formées par des cavités 34 réalisées dans des brides d'accrochage 36 de plates-formes inter-aubes (non représentées), et sont fixées sur des brides 36 s'étendant sensiblement dans le prolongement des parois latérales des rainures 22 (figure 3 à 5) En figures 3 et 4 sont représentés deux premiers modes de réalisation de l'invention dans lesquels les cavités 34 sont orientées axialement et sont de forme tubulaires à fond fermé.
Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, représenté en figure 5, les cavités 34 sont ouvertes latéralement et débouchent à
l'intérieur des rainures.
Dans ces différents modes de réalisation, la cavité a par exemple un diamètre de l'ordre de 6 à 9 mm, l'épaisseur de la paroi de la cavité est comprise entre 0 et 3 mm, la profondeur étant d'environ 20 mm. Ces
L'invention propose, pour supprimer ce phénomène d'usure tout en limitant la contrainte appliquée à la liaison de l'aube avec le disque et transmise aux plates-formes, de former des zones déformables 34 dans le disque 10 situées radialement à l'extérieur des rainures 22, au niveau des crochets des pieds d'aube.
Comme représenté aux figures 3, 4 et 5, des zones déformables 34 sont formées par des cavités 34 réalisées dans des brides d'accrochage 36 de plates-formes inter-aubes (non représentées), et sont fixées sur des brides 36 s'étendant sensiblement dans le prolongement des parois latérales des rainures 22 (figure 3 à 5) En figures 3 et 4 sont représentés deux premiers modes de réalisation de l'invention dans lesquels les cavités 34 sont orientées axialement et sont de forme tubulaires à fond fermé.
Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, représenté en figure 5, les cavités 34 sont ouvertes latéralement et débouchent à
l'intérieur des rainures.
Dans ces différents modes de réalisation, la cavité a par exemple un diamètre de l'ordre de 6 à 9 mm, l'épaisseur de la paroi de la cavité est comprise entre 0 et 3 mm, la profondeur étant d'environ 20 mm. Ces
6 valeurs sont données à titre indicatif pour un disque 10 de rotor de diamètre extérieur de l'ordre de 200 mm.
Ces cavités peuvent être réalisées par des techniques d'usinage simples et rapides telles que le perçage ou bien le fraisage.
L'intégration de cavités 34 dans les brides 36 d'accrochage des plates-formes inter-aubes autorise la déformation plastique de ces cavités en cas de perte d'aube. Les efforts en sortie de portée d'aube sont orientés vers les cavités 34. Ainsi la contrainte appliquée au crochet arrière est plus faible, ce qui évite la rupture du crochet et permet à l'aube de rester en position dans sa rainure et aux plates-formes attenantes de rester fixées sur les brides 36 du disque 10 jusqu'à l'arrêt de la turbomachine. De plus, en fonctionnement normal, la durée de vie n'est plus limitée par les phénomènes d'usures dus à un usinage axial dans le pied d'aube 20, celui-ci n'étant plus nécessaire.
Si l'invention précédemment décrite est particulièrement intéressante dans le cas d'une utilisation combinée avec des aubes 12 à crochets 24, elle n'est cependant pas limitée à ce type d'application et peut être utilisée avec tous les autres types d'aubes 12 de soufflante.
Ces cavités peuvent être réalisées par des techniques d'usinage simples et rapides telles que le perçage ou bien le fraisage.
L'intégration de cavités 34 dans les brides 36 d'accrochage des plates-formes inter-aubes autorise la déformation plastique de ces cavités en cas de perte d'aube. Les efforts en sortie de portée d'aube sont orientés vers les cavités 34. Ainsi la contrainte appliquée au crochet arrière est plus faible, ce qui évite la rupture du crochet et permet à l'aube de rester en position dans sa rainure et aux plates-formes attenantes de rester fixées sur les brides 36 du disque 10 jusqu'à l'arrêt de la turbomachine. De plus, en fonctionnement normal, la durée de vie n'est plus limitée par les phénomènes d'usures dus à un usinage axial dans le pied d'aube 20, celui-ci n'étant plus nécessaire.
Si l'invention précédemment décrite est particulièrement intéressante dans le cas d'une utilisation combinée avec des aubes 12 à crochets 24, elle n'est cependant pas limitée à ce type d'application et peut être utilisée avec tous les autres types d'aubes 12 de soufflante.
Claims (6)
1. Disque (10) de rotor de soufflante dans une turbomachine, comprenant en périphérie des rainures (22) sensiblement axiales de montage et de retenue de pieds d'aubes (20) comportant des crochets à leurs extrémités aval, des zones déformables formées par des cavités (34) étant situées à l'extrémité aval des rainures (22), caractérisé en ce que les cavités (34) sont formées dans des brides d'accrochage (36) de plates-formes inter-aubes.
2. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités (34) sont formées par usinage.
3. Disque selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les cavités (34) sont orientées axialement et sont de forme tubulaire à
fond fermé.
fond fermé.
4. Disque selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les cavités (34) sont formées par perçage ou par fraisage.
5. Disque selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les cavités (34) sont ouvertes latéralement et débouchent à
l'intérieur des rainures (22).
l'intérieur des rainures (22).
6. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un disque (10) de rotor de soufflante selon l'une des revendications précédentes.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0700326A FR2911632B1 (fr) | 2007-01-18 | 2007-01-18 | Disque de rotor de soufflante de turbomachine |
| FR0700326 | 2007-01-18 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2619299A1 true CA2619299A1 (fr) | 2008-07-18 |
| CA2619299C CA2619299C (fr) | 2015-06-09 |
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ID=38421439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (6)
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| EP (1) | EP1950381B1 (fr) |
| JP (1) | JP5283388B2 (fr) |
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Families Citing this family (15)
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|---|---|---|---|---|
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| DE102009007468A1 (de) * | 2009-02-04 | 2010-08-19 | Mtu Aero Engines Gmbh | Integral beschaufelte Rotorscheibe für eine Turbine |
| US8485784B2 (en) * | 2009-07-14 | 2013-07-16 | General Electric Company | Turbine bucket lockwire rotation prevention |
| EP2299056A1 (fr) * | 2009-09-02 | 2011-03-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Refroidissement d'un composant de turbine à gaz sous la forme d'un disque de rotor ou d'une aube |
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| FR2968363B1 (fr) * | 2010-12-03 | 2014-12-05 | Snecma | Rotor de turbomachine avec une cale anti-usure entre un disque et un anneau |
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