CA2726016A1 - Ensemble d'un disque de turbine d'un moteur a turbine a gaz et d'un tourillon support de palier, circuit de refroidissement d'un disque de turbine d'un tel ensemble - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble d'un disque de turbine (200) d'un moteur à
turbine à gaz et d'un tourillon (100) support de palier, le disque de turbine (200) comprenant une bride annulaire radiale de fixation (250) solidaire d'une partie annulaire radiale (150) du tourillon (100) par des boulons, les boulons traversant successivement des alésages de fixation (120, 220) ménagés dans la bride annulaire radiale de fixation (250) du disque de turbine (200) et dans la partie annulaire radiale (150) du tourillon (100), ensemble caractérisé par le fait que la partie annulaire radiale (150) du tourillon (100) comprend des ouvertures (110) de circulation d'air, les ouvertures (110) étant ménagées entre les alésages de fixation (120) du tourillon (100).
turbine à gaz et d'un tourillon (100) support de palier, le disque de turbine (200) comprenant une bride annulaire radiale de fixation (250) solidaire d'une partie annulaire radiale (150) du tourillon (100) par des boulons, les boulons traversant successivement des alésages de fixation (120, 220) ménagés dans la bride annulaire radiale de fixation (250) du disque de turbine (200) et dans la partie annulaire radiale (150) du tourillon (100), ensemble caractérisé par le fait que la partie annulaire radiale (150) du tourillon (100) comprend des ouvertures (110) de circulation d'air, les ouvertures (110) étant ménagées entre les alésages de fixation (120) du tourillon (100).
Description
Ensemble d'un disque de turbine d'un moteur à turbine à gaz et d'un tourillon support de palier, circuit de refroidissement d'un disque de turbine d'un tel ensemble La présente invention concerne le domaine des moteurs à turbine à gaz à double corps et, plus particulièrement, le refroidissement d'un disque de turbine haute pression d'un moteur à turbine à gaz à double corps.
Un turboréacteur à soufflante avant et à double corps, par exemple, comprend un corps à basse pression, dit corps BP, et un corps à haute pression, dit corps HP.
Par convention, dans la présente demande, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans le turboréacteur.
Ainsi, un turboréacteur à double corps à soufflante avant comprend classiquement, d'amont en aval, une soufflante, un étage compresseur BP, un étage compresseur HP, une chambre de combustion, un étage de turbine HP et un étage de turbine BP.
L'arbre du corps BP est guidé en rotation dans des paliers supportés par la structure fixe du moteur tandis que l'arbre du corps HP est guidé par des paliers supportés par le corps BP, les arbres des deux corps étant concentriques.
Lors du fonctionnement du turboréacteur, un mélange d'air et de carburant est brûlé dans la chambre de combustion du moteur pour créer la poussée nécessaire au déplacement de l'aéronef sur lequel est monté le turboréacteur. Après combustion, un flux de gaz à très haute température circule dans la turbine HP
du turboréacteur.
Les éléments de la turbine, en particulier le disque de turbine du corps HP, désigné par la suite disque de turbine HP, sont soumis à des températures très
Un turboréacteur à soufflante avant et à double corps, par exemple, comprend un corps à basse pression, dit corps BP, et un corps à haute pression, dit corps HP.
Par convention, dans la présente demande, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans le turboréacteur.
Ainsi, un turboréacteur à double corps à soufflante avant comprend classiquement, d'amont en aval, une soufflante, un étage compresseur BP, un étage compresseur HP, une chambre de combustion, un étage de turbine HP et un étage de turbine BP.
L'arbre du corps BP est guidé en rotation dans des paliers supportés par la structure fixe du moteur tandis que l'arbre du corps HP est guidé par des paliers supportés par le corps BP, les arbres des deux corps étant concentriques.
Lors du fonctionnement du turboréacteur, un mélange d'air et de carburant est brûlé dans la chambre de combustion du moteur pour créer la poussée nécessaire au déplacement de l'aéronef sur lequel est monté le turboréacteur. Après combustion, un flux de gaz à très haute température circule dans la turbine HP
du turboréacteur.
Les éléments de la turbine, en particulier le disque de turbine du corps HP, désigné par la suite disque de turbine HP, sont soumis à des températures très
2 élevées. Afin de protéger le disque de turbine HP, on ménage dans le moteur des circuits de refroidissement dans lesquels de l'air, prélevé en amont de la turbine HP, circule, d'amont en aval dans le turboréacteur, intérieurement au disque de turbine HP et extérieurement à l'arbre BP. Le circuit de refroidissement du disque de turbine HP est désigné circuit de refroidissement de l'alésage du disque de turbine, plus connu sous sa dénomination anglaise Circuit Bore Cooling .
Après avoir refroidi le disque de turbine HP, l'air de refroidissement traverse une pluralité d'ouvertures de ventilation formées dans le tourillon solidaire du disque HP et monté en aval de ce dernier, le tourillon étant désigné par la suite tourillon HP. Le tourillon HP comprend, entre autres, une bague pour le montage du palier 17 permettant le guidage du corps HP sur l'arbre BP comme représenté sur la figure 1.
Toujours en référence à la figure 1, le tourillon HP 10 est fixé par son extrémité
amont au disque de turbine HP 20, le disque de turbine HP 20 comprenant une bride annulaire radiale de fixation 25 venant en contact sur une partie annulaire radiale 15 du tourillon HP 10. La bride de fixation 25 du disque de turbine HP
est boulonnée au tourillon HP 10 par des boulons longitudinaux 2.
Les ouvertures traversantes de ventilation 11 du tourillon HP 10, permettant l'évacuation du flux d'air de refroidissement, sont ménagées en aval de la partie du tourillon HP 10 qui est boulonnée au disque de turbine HP 20. De manière classique, les ouvertures traversantes de ventilation 11 sont ménagées dans une partie tronconique 12 du tourillon HP 10, évasée vers l'amont, qui est très sollicitée mécaniquement en fonctionnement.
Les ouvertures traversantes de ventilation 11 sont usinées obliquement dans la partie tronconique 12 du tourillon HP 10. Autrement dit, les ouvertures de ventilation 11 ne sont pas orthogonales à la surface de la partie tronconique 12 du
Après avoir refroidi le disque de turbine HP, l'air de refroidissement traverse une pluralité d'ouvertures de ventilation formées dans le tourillon solidaire du disque HP et monté en aval de ce dernier, le tourillon étant désigné par la suite tourillon HP. Le tourillon HP comprend, entre autres, une bague pour le montage du palier 17 permettant le guidage du corps HP sur l'arbre BP comme représenté sur la figure 1.
Toujours en référence à la figure 1, le tourillon HP 10 est fixé par son extrémité
amont au disque de turbine HP 20, le disque de turbine HP 20 comprenant une bride annulaire radiale de fixation 25 venant en contact sur une partie annulaire radiale 15 du tourillon HP 10. La bride de fixation 25 du disque de turbine HP
est boulonnée au tourillon HP 10 par des boulons longitudinaux 2.
Les ouvertures traversantes de ventilation 11 du tourillon HP 10, permettant l'évacuation du flux d'air de refroidissement, sont ménagées en aval de la partie du tourillon HP 10 qui est boulonnée au disque de turbine HP 20. De manière classique, les ouvertures traversantes de ventilation 11 sont ménagées dans une partie tronconique 12 du tourillon HP 10, évasée vers l'amont, qui est très sollicitée mécaniquement en fonctionnement.
Les ouvertures traversantes de ventilation 11 sont usinées obliquement dans la partie tronconique 12 du tourillon HP 10. Autrement dit, les ouvertures de ventilation 11 ne sont pas orthogonales à la surface de la partie tronconique 12 du
3 tourillon HP 10. Ces ouvertures obliques 11 sont difficiles à usiner, la partie tronconique 12 du tourillon HP 10 étant difficilement accessible par les outils d'usinage. En outre, après usinage, les ouvertures traversantes de ventilation possèdent des arêtes vives avec concentration de contraintes de fatigues qui sont susceptibles d'affaiblir le tourillon HP 10 au cours de son fonctionnement.
Afin d'éliminer ces inconvénients, la demanderesse propose un ensemble d'un disque de turbine d'un moteur à turbine à gaz et d'un tourillon support de palier, le disque de turbine comprenant une bride annulaire radiale de fixation solidaire d'une partie annulaire radiale du tourillon par des boulons, les boulons traversant successivement des alésages de fixation ménagés dans la bride annulaire radiale de fixation du disque de turbine et dans la partie annulaire radiale du tourillon, ensemble caractérisé par le fait que la partie annulaire radiale du tourillon comprend des ouvertures de circulation d'air, les ouvertures étant ménagées entre les alésages de fixation du tourillon.
Les ouvertures de circulation du flux d'air de refroidissement sont formées sur la partie annulaire radiale du tourillon entre les alésages de fixation du tourillon.
Cela permet avantageusement de répartir les contraintes mécaniques sur ladite partie annulaire radiale du tourillon entre les alésages de fixation et les ouvertures de refroidissement, le niveau de contrainte mécanique pour chaque alésage et chaque ouverture étant alors plus faible.
La bride de fixation est facilement accessible ce qui facilite l'usinage des ouvertures d'évacuation qui pouvant être ainsi ménagées en même temps que les alésages de fixation.
En outre, la partie tronconique du tourillon ne remplit plus de fonction d'évacuation d'air de refroidissement ce qui permet avantageusement d'ajouter de la matière sur cette partie afin d'augmenter la masse à proximité de l'axe de
Afin d'éliminer ces inconvénients, la demanderesse propose un ensemble d'un disque de turbine d'un moteur à turbine à gaz et d'un tourillon support de palier, le disque de turbine comprenant une bride annulaire radiale de fixation solidaire d'une partie annulaire radiale du tourillon par des boulons, les boulons traversant successivement des alésages de fixation ménagés dans la bride annulaire radiale de fixation du disque de turbine et dans la partie annulaire radiale du tourillon, ensemble caractérisé par le fait que la partie annulaire radiale du tourillon comprend des ouvertures de circulation d'air, les ouvertures étant ménagées entre les alésages de fixation du tourillon.
Les ouvertures de circulation du flux d'air de refroidissement sont formées sur la partie annulaire radiale du tourillon entre les alésages de fixation du tourillon.
Cela permet avantageusement de répartir les contraintes mécaniques sur ladite partie annulaire radiale du tourillon entre les alésages de fixation et les ouvertures de refroidissement, le niveau de contrainte mécanique pour chaque alésage et chaque ouverture étant alors plus faible.
La bride de fixation est facilement accessible ce qui facilite l'usinage des ouvertures d'évacuation qui pouvant être ainsi ménagées en même temps que les alésages de fixation.
En outre, la partie tronconique du tourillon ne remplit plus de fonction d'évacuation d'air de refroidissement ce qui permet avantageusement d'ajouter de la matière sur cette partie afin d'augmenter la masse à proximité de l'axe de
4 rotation du tourillon (qui est également l'axe du moteur) et ainsi diminuer les fatigues engendrées par la rotation du tourillon.
De préférence, la bride annulaire radiale de fixation du disque de turbine se présente sous la forme d'une bande annulaire radiale crénelée comprenant des dents séparées par des créneaux, les alésages de fixation de la turbine étant ménagés dans les dents de ladite bande crénelée.
La bride annulaire radiale de fixation est avantageusement crénelée pour diminuer la masse de la turbine tout en permettant la fixation de la turbine au tourillon.
De préférence encore, les créneaux de la bride annulaire radiale de fixation sont agencés pour, lors de la fixation de la turbine au tourillon, correspondre avec les ouvertures de circulation d'air ménagées sur la partie annulaire radiale du tourillon.
Ainsi, le flux d'air circule successivement entre les dents de la bride de fixation de la turbine et dans les ouvertures de circulation d'air du tourillon.
De préférence, les ouvertures de circulation et les alésages de fixation sont disposés circonférentiellement sur la partie annulaire radiale du tourillon.
Les contraintes mécaniques sont uniformément réparties sur le pourtour du tourillon, évitant la formation de zones de faiblesses.
Selon une caractéristique particulière, le tourillon comporte une partie tronconique, en aval de sa partie annulaire radiale, comprenant une portion radiale intérieure, proche de l'axe de rotation, épaissie assurant la résistance mécanique du disque, la répartition des masses étant ainsi optimisée. La partie tronconique du tourillon remplit un rôle de renfort mécanique et permet de limiter l'impact des efforts centrifuges sur le tourillon.
De préférence, un disque d'étanchéité, monté en aval du tourillon, est boulonné
De préférence, la bride annulaire radiale de fixation du disque de turbine se présente sous la forme d'une bande annulaire radiale crénelée comprenant des dents séparées par des créneaux, les alésages de fixation de la turbine étant ménagés dans les dents de ladite bande crénelée.
La bride annulaire radiale de fixation est avantageusement crénelée pour diminuer la masse de la turbine tout en permettant la fixation de la turbine au tourillon.
De préférence encore, les créneaux de la bride annulaire radiale de fixation sont agencés pour, lors de la fixation de la turbine au tourillon, correspondre avec les ouvertures de circulation d'air ménagées sur la partie annulaire radiale du tourillon.
Ainsi, le flux d'air circule successivement entre les dents de la bride de fixation de la turbine et dans les ouvertures de circulation d'air du tourillon.
De préférence, les ouvertures de circulation et les alésages de fixation sont disposés circonférentiellement sur la partie annulaire radiale du tourillon.
Les contraintes mécaniques sont uniformément réparties sur le pourtour du tourillon, évitant la formation de zones de faiblesses.
Selon une caractéristique particulière, le tourillon comporte une partie tronconique, en aval de sa partie annulaire radiale, comprenant une portion radiale intérieure, proche de l'axe de rotation, épaissie assurant la résistance mécanique du disque, la répartition des masses étant ainsi optimisée. La partie tronconique du tourillon remplit un rôle de renfort mécanique et permet de limiter l'impact des efforts centrifuges sur le tourillon.
De préférence, un disque d'étanchéité, monté en aval du tourillon, est boulonné
5 avec le tourillon et le disque de turbine, le disque d'étanchéité comprenant des ouvertures de circulation qui sont alignées avec les ouvertures de circulation du tourillon.
Le disque d'étanchéité permet avantageusement d'assurer l'étanchéité tout en permettant le passage de l'air de refroidissement du disque de turbine.
De préférence, la section de passage des ouvertures de circulation du disque d'étanchéité est adaptée pour calibrer le débit de circulation du flux d'air.
Le disque d'étanchéité est une pièce mécanique légère qui est simple à usiner.
En adaptant la section de passage des ouvertures de circulation du disque d'étanchéité, on peut calibrer de manière simple le débit de circulation du flux d'air.
L'invention concerne également un circuit de refroidissement du disque de turbine dans un moteur à turbine à gaz comprenant un passage d'évacuation, en aval du disque de turbine, passant par lesdites ouvertures d'un ensemble tel que décrit précédemment.
De préférence, le circuit de refroidissement comprend un passage amont à
travers un alésage central du disque de turbine, en amont des ouvertures dudit ensemble.
De préférence encore, le circuit de refroidissement dans un moteur à double corps comprend une turbine à haute pression et une turbine à basse pression, la turbine dudit ensemble étant la turbine à haute pression
Le disque d'étanchéité permet avantageusement d'assurer l'étanchéité tout en permettant le passage de l'air de refroidissement du disque de turbine.
De préférence, la section de passage des ouvertures de circulation du disque d'étanchéité est adaptée pour calibrer le débit de circulation du flux d'air.
Le disque d'étanchéité est une pièce mécanique légère qui est simple à usiner.
En adaptant la section de passage des ouvertures de circulation du disque d'étanchéité, on peut calibrer de manière simple le débit de circulation du flux d'air.
L'invention concerne également un circuit de refroidissement du disque de turbine dans un moteur à turbine à gaz comprenant un passage d'évacuation, en aval du disque de turbine, passant par lesdites ouvertures d'un ensemble tel que décrit précédemment.
De préférence, le circuit de refroidissement comprend un passage amont à
travers un alésage central du disque de turbine, en amont des ouvertures dudit ensemble.
De préférence encore, le circuit de refroidissement dans un moteur à double corps comprend une turbine à haute pression et une turbine à basse pression, la turbine dudit ensemble étant la turbine à haute pression
6 Le circuit comprend un passage aval, ménagé en aval des ouvertures dudit ensemble, pour refroidir en partie la turbine à basse pression.
L'invention sera mieux comprise à l'aide du dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un turboréacteur comprenant un circuit de refroidissement du disque de turbine d'un turboréacteur selon l'art antérieur ;
- la figure 2 représente une vue en coupe axiale d'un turboréacteur comprenant un circuit de refroidissement du disque de turbine d'un turboréacteur selon l'invention ;
- la figure 3 représente une vue en perspective d'un disque de turbine et d'un tourillon d'un turboréacteur selon l'invention, le disque et le tourillon étant représentés partiellement ;
- la figure 4 représente le disque de turbine et une partie du tourillon de la figure 3;
- la figure 5 représente schématiquement, en coupe transversale, la fixation du disque de turbine au tourillon de la figure 4, vue de l'amont vers l'aval, et - la figure 6 représente partiellement, en perspective, un disque de turbine, un tourillon et uni oint à labyrinthe selon une seconde forme de réalisation de l'invention.
Un turboréacteur à soufflante avant et à double corps, par exemple, comprend un corps à basse pression, dit corps BP, et un corps à haute pression, dit corps HP.
Par convention, dans la présente demande, les termes intérieur et extérieur sont définis radialement par rapport à l'axe du moteur. Ainsi, un cylindre s'étendant selon l'axe du moteur comporte une face intérieure tournée vers l'axe du moteur et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure.
L'invention sera mieux comprise à l'aide du dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un turboréacteur comprenant un circuit de refroidissement du disque de turbine d'un turboréacteur selon l'art antérieur ;
- la figure 2 représente une vue en coupe axiale d'un turboréacteur comprenant un circuit de refroidissement du disque de turbine d'un turboréacteur selon l'invention ;
- la figure 3 représente une vue en perspective d'un disque de turbine et d'un tourillon d'un turboréacteur selon l'invention, le disque et le tourillon étant représentés partiellement ;
- la figure 4 représente le disque de turbine et une partie du tourillon de la figure 3;
- la figure 5 représente schématiquement, en coupe transversale, la fixation du disque de turbine au tourillon de la figure 4, vue de l'amont vers l'aval, et - la figure 6 représente partiellement, en perspective, un disque de turbine, un tourillon et uni oint à labyrinthe selon une seconde forme de réalisation de l'invention.
Un turboréacteur à soufflante avant et à double corps, par exemple, comprend un corps à basse pression, dit corps BP, et un corps à haute pression, dit corps HP.
Par convention, dans la présente demande, les termes intérieur et extérieur sont définis radialement par rapport à l'axe du moteur. Ainsi, un cylindre s'étendant selon l'axe du moteur comporte une face intérieure tournée vers l'axe du moteur et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure.
7 En référence aux figures 2 et 3, l'étage de turbine HP comprend un disque de turbine HP 200 qui est monté solidaire avec un tourillon HP 100, en amont de ce dernier.
Le disque de turbine HP 200 Le disque de turbine HP 200 se présente sous la forme d'une roue aubagée dont les aubes s'étendent radialement et extérieurement par rapport à l'axe du moteur.
Le disque de turbine HP 200 comprend un alésage central 201 au travers duquel passe l'arbre BP. L'épaisseur du disque de turbine HP 200 n'est pas uniforme, le disque 200 comprenant un renflement circonférentiel à proximité de son ouverture centrale 201. Autrement dit, le disque de turbine HP 200 comprend centralement une surépaisseur axiale, de renfort mécanique, de manière à
augmenter la masse du disque 200 à proximité de l'axe du moteur et ainsi diminuer les sollicitations mécaniques en fonctionnement.
En référence à la figure 3, le disque de turbine HP 200 comprend une bride annulaire radiale de fixation amont 240 boulonnée à un tambour associé à un flasque 241 de support de lames d'étanchéité et assurant le guidage de l'air de refroidissement des aubes de turbine, le tambour étant boulonné au compresseur HP du moteur. Le tambour permet de transmettre au compresseur HP l'énergie de la combustion du moteur récupérée par le disque de turbine 200.
Le disque de turbine HP 200 comprend une bride annulaire radiale de fixation aval 250 destinée à maintenir le tourillon HP 100 monté en aval. La bride aval 250 se présente sous la forme d'une bande annulaire radiale crénelée 250 comprenant des dents 251 séparées par des créneaux 252 comme représentée sur les figures 4 et 5. Par la suite, on définit un créneau comme l'espace entre deux dents 251 successives de la bande crénelée 250.
Le disque de turbine HP 200 Le disque de turbine HP 200 se présente sous la forme d'une roue aubagée dont les aubes s'étendent radialement et extérieurement par rapport à l'axe du moteur.
Le disque de turbine HP 200 comprend un alésage central 201 au travers duquel passe l'arbre BP. L'épaisseur du disque de turbine HP 200 n'est pas uniforme, le disque 200 comprenant un renflement circonférentiel à proximité de son ouverture centrale 201. Autrement dit, le disque de turbine HP 200 comprend centralement une surépaisseur axiale, de renfort mécanique, de manière à
augmenter la masse du disque 200 à proximité de l'axe du moteur et ainsi diminuer les sollicitations mécaniques en fonctionnement.
En référence à la figure 3, le disque de turbine HP 200 comprend une bride annulaire radiale de fixation amont 240 boulonnée à un tambour associé à un flasque 241 de support de lames d'étanchéité et assurant le guidage de l'air de refroidissement des aubes de turbine, le tambour étant boulonné au compresseur HP du moteur. Le tambour permet de transmettre au compresseur HP l'énergie de la combustion du moteur récupérée par le disque de turbine 200.
Le disque de turbine HP 200 comprend une bride annulaire radiale de fixation aval 250 destinée à maintenir le tourillon HP 100 monté en aval. La bride aval 250 se présente sous la forme d'une bande annulaire radiale crénelée 250 comprenant des dents 251 séparées par des créneaux 252 comme représentée sur les figures 4 et 5. Par la suite, on définit un créneau comme l'espace entre deux dents 251 successives de la bande crénelée 250.
8 En référence à la figure 5, les dents 251 de la bride de fixation aval 250 (représentée en hachurés) s'étendent radialement vers l'axe du moteur et sont dirigées vers l'alésage central 201 du disque de turbine 200. Dans chacune des dents 251 de la bride de fixation aval 250 est usiné un alésage de fixation permettant la fixation de la bride aval 250 du disque de turbine HP 200 au tourillon HP 100. La fixation du tourillon HP 100 au disque de turbine HP 200 sera détaillée par la suite.
Le tourillon HP 100 En référence aux figures 2 et 3, le tourillon HP 100 se présente sous la forme d'une pièce de révolution, sensiblement évasée vers l'amont et s'étendant selon l'axe du moteur. Le tourillon HP 100 comprend, d'amont en aval, une partie annulaire radiale de fixation 150, agencée pour se fixer à la bride 250 du disque de turbine HP 200, une partie tronconique 102 et une partie cylindrique longitudinale 103.
La partie cylindrique longitudinale 103 du tourillon HP 100, la plus en aval du tourillon 100, comprend à son extrémité aval un filetage extérieur destiné à
recevoir une bague extérieure sur laquelle est montée un palier inter-arbres, ce palier (non représenté) permettant au corps HP du turboréacteur d'être supporté
par l'arbre BP.
En référence à la figure 3, la partie tronconique 102 du tourillon HP 100 comprend, pour sa part, une portion saillante radiale circonférentielle 105, de renfort mécanique, orientée vers l'axe du moteur et destinée à renforcer la masse du tourillon HP 100. La portion saillante 105 est ménagée à proximité de l'axe du moteur afin de diminuer les sollicitations mécaniques en fonctionnement, en particulier, les sollicitations résultant des forces centrifuges. La partie tronconique 102 du tourillon HP 100 comprend des lames radiales d'étanchéité
Le tourillon HP 100 En référence aux figures 2 et 3, le tourillon HP 100 se présente sous la forme d'une pièce de révolution, sensiblement évasée vers l'amont et s'étendant selon l'axe du moteur. Le tourillon HP 100 comprend, d'amont en aval, une partie annulaire radiale de fixation 150, agencée pour se fixer à la bride 250 du disque de turbine HP 200, une partie tronconique 102 et une partie cylindrique longitudinale 103.
La partie cylindrique longitudinale 103 du tourillon HP 100, la plus en aval du tourillon 100, comprend à son extrémité aval un filetage extérieur destiné à
recevoir une bague extérieure sur laquelle est montée un palier inter-arbres, ce palier (non représenté) permettant au corps HP du turboréacteur d'être supporté
par l'arbre BP.
En référence à la figure 3, la partie tronconique 102 du tourillon HP 100 comprend, pour sa part, une portion saillante radiale circonférentielle 105, de renfort mécanique, orientée vers l'axe du moteur et destinée à renforcer la masse du tourillon HP 100. La portion saillante 105 est ménagée à proximité de l'axe du moteur afin de diminuer les sollicitations mécaniques en fonctionnement, en particulier, les sollicitations résultant des forces centrifuges. La partie tronconique 102 du tourillon HP 100 comprend des lames radiales d'étanchéité
9 104, formant joint labyrinthe, orientées radialement vers l'extérieur du moteur et destinées à assurer l'étanchéité entre le tourillon HP 100 et une pièce mécanique montée extérieurement au tourillon HP 100.
La partie tronconique 102 du tourillon HP 100 comprend en outre une bride tronconique intérieure 107 maintenue solidaire d'un fourreau d'étanchéité 400 de l'arbre BP du moteur. Le fourreau d'étanchéité 400 se présente sous la forme d'un cylindre s'étendant axialement, extérieurement à l'arbre BP du moteur et intérieurement au disque de turbine 200. Le fourreau d'étanchéité 400 permet de protéger l'arbre BP contre des températures excessives. Un canal de circulation annulaire d'air de refroidissement du disque de turbine est ménagé
intérieurement au disque de turbine HP 200 et extérieurement au fourreau d'étanchéité 400. La circulation de l'air de refroidissement dans le canal est représentée par des flèches sur les figures 2 et 3.
La partie annulaire radiale de fixation 150 du tourillon 100 comprend des alésages de fixation 120 alternés avec des ouvertures 110 de circulation d'un flux d'air de refroidissement du disque de turbine, désignées par la suite ouvertures de ventilation 110, les alésages 120 et les ouvertures 110 étant disposées circonférentiellement sur la partie annulaire radiale de fixation 150. Dans cet exemple, les alésages 120 et les ouvertures 110 sont uniformément réparties sur la circonférence. Les alésages de fixation 120 et les ouvertures de ventilation 110 du tourillon 100 sont ménagés de manière à correspondre respectivement avec les alésages de fixation 220 et les créneaux 252 du disque de turbine HP 200.
Les alésages 120 et les ouvertures 110 du tourillon 100 permettent avantageusement de diminuer les contraintes tangentielles dans cette zone du tourillon HP 100, par effet de pas.
Les alésages de fixation 120 et les ouvertures de ventilation 110 sont ici circulaires et possèdent, dans cet exemple, la même section d'ouverture. Il va de soi que les alésages 120 et les ouvertures 110 pourraient avoir des formes (oblongues, rectangulaires, etc.) et des sections différentes.
La partie annulaire radiale de fixation 150 comprend en outre des lames radiales d'étanchéités ménagées à son extrémité radiale extérieure, similaires à celles ménagées sur la partie tronconique 102 du tourillon 100.
La partie tronconique 102 du tourillon HP 100 comprend en outre une bride tronconique intérieure 107 maintenue solidaire d'un fourreau d'étanchéité 400 de l'arbre BP du moteur. Le fourreau d'étanchéité 400 se présente sous la forme d'un cylindre s'étendant axialement, extérieurement à l'arbre BP du moteur et intérieurement au disque de turbine 200. Le fourreau d'étanchéité 400 permet de protéger l'arbre BP contre des températures excessives. Un canal de circulation annulaire d'air de refroidissement du disque de turbine est ménagé
intérieurement au disque de turbine HP 200 et extérieurement au fourreau d'étanchéité 400. La circulation de l'air de refroidissement dans le canal est représentée par des flèches sur les figures 2 et 3.
La partie annulaire radiale de fixation 150 du tourillon 100 comprend des alésages de fixation 120 alternés avec des ouvertures 110 de circulation d'un flux d'air de refroidissement du disque de turbine, désignées par la suite ouvertures de ventilation 110, les alésages 120 et les ouvertures 110 étant disposées circonférentiellement sur la partie annulaire radiale de fixation 150. Dans cet exemple, les alésages 120 et les ouvertures 110 sont uniformément réparties sur la circonférence. Les alésages de fixation 120 et les ouvertures de ventilation 110 du tourillon 100 sont ménagés de manière à correspondre respectivement avec les alésages de fixation 220 et les créneaux 252 du disque de turbine HP 200.
Les alésages 120 et les ouvertures 110 du tourillon 100 permettent avantageusement de diminuer les contraintes tangentielles dans cette zone du tourillon HP 100, par effet de pas.
Les alésages de fixation 120 et les ouvertures de ventilation 110 sont ici circulaires et possèdent, dans cet exemple, la même section d'ouverture. Il va de soi que les alésages 120 et les ouvertures 110 pourraient avoir des formes (oblongues, rectangulaires, etc.) et des sections différentes.
La partie annulaire radiale de fixation 150 comprend en outre des lames radiales d'étanchéités ménagées à son extrémité radiale extérieure, similaires à celles ménagées sur la partie tronconique 102 du tourillon 100.
10 Pour fixer le tourillon HP 100 au disque de turbine HP 200, on met en contact surfacique la face tournée vers l'aval de la bride de fixation aval 250 du disque de turbine HP 200 avec la face tournée vers l'amont de la partie annulaire radiale 150 du tourillon HP 100. Ensuite, on aligne les alésages de fixation 120 du tourillon 100 avec alésages de fixation 220 du disque de turbine HP 200. Du fait de l'alignement des alésages de fixation 120, 220, les ouvertures de ventilation 110 du tourillon HP 100 sont alignées avec les créneaux 252 de la bride de fixation 250 du disque de turbine HP 200. Autrement dit, les ouvertures de ventilation 110 du tourillon 100 HP sont alignées avec les ouvertures formées entre les dents 251 de la bride de fixation 250 du disque de turbine HP 200.
Afin de maintenir solidaire le disque de turbine HP 200 au tourillon HP 100, on introduit une vis 21 de boulon 200 successivement dans un alésage de fixation 120 du tourillon 100 puis dans l'alésage de fixation 220 du disque de turbine avec lequel il est aligné. On visse ensuite un écrou 22 de boulon 20 à
l'extrémité
de ladite vis 21 pour sécuriser la fixation. On réitère cette étape de boulonnage pour chaque alésage de fixation 120 du tourillon 100, le disque de turbine 200 étant alors solidaire du tourillon HP 100.
Après fixation, l'air de refroidissement peut circuler entre les boulons 20 de maintien du tourillon HP 100. La partie annulaire radiale 150 du tourillon 100
Afin de maintenir solidaire le disque de turbine HP 200 au tourillon HP 100, on introduit une vis 21 de boulon 200 successivement dans un alésage de fixation 120 du tourillon 100 puis dans l'alésage de fixation 220 du disque de turbine avec lequel il est aligné. On visse ensuite un écrou 22 de boulon 20 à
l'extrémité
de ladite vis 21 pour sécuriser la fixation. On réitère cette étape de boulonnage pour chaque alésage de fixation 120 du tourillon 100, le disque de turbine 200 étant alors solidaire du tourillon HP 100.
Après fixation, l'air de refroidissement peut circuler entre les boulons 20 de maintien du tourillon HP 100. La partie annulaire radiale 150 du tourillon 100
11 permet la fixation au disque de turbine 200 ainsi que l'évacuation du flux d'air de refroidissement du disque de turbine 200.
Après avoir décrit la structure des moyens de l'invention, son fonctionnement et sa mise en oeuvre vont maintenant être abordés.
En référence aux figures 2 et 3, lors du fonctionnement du turboréacteur, un mélange d'air et de carburant est brûlé dans la chambre de combustion du moteur pour créer la poussée nécessaire au déplacement de l'aéronef sur lequel est monté
le turboréacteur. Après combustion, un flux de gaz à très haute température circule dans la turbine HP du turboréacteur. Le disque de turbine HP 200 est soumis à des températures très élevées.
Afin de protéger le disque de turbine HP 200, un flux d'air est prélevé en amont du disque de turbine 200, au niveau du compresseur HP, et circule d'amont en aval dans le turboréacteur, intérieurement au disque de turbine HP 200 et extérieurement au fourreau d'étanchéité 400. Lors de la circulation de l'air de refroidissement dans l'alésage central 201 du disque de turbine HP 200, le flux d'air de refroidissement annulaire prélève des calories sur le disque de turbine 200 pour le refroidir et forme une enveloppe d'air de refroidissement autour du fourreau d'étanchéité 400, protégeant ainsi les pièces mécaniques montées à
l'intérieur de celui-ci.
Après avoir refroidi le disque de turbine HP 200, l'air de refroidissement est évacué à travers les passages de circulation d'air qui sont ménagés entre les boulons 20 reliant le tourillon HP 100 au disque de turbine HP 200 comme représenté sur les figure 2 et 3. En aval des ouvertures de circulation d'air, l'air de refroidissement refroidit la turbine BP du moteur à double corps. Autrement dit, l'air de refroidissement circule successivement entre les dents 251 de la bride
Après avoir décrit la structure des moyens de l'invention, son fonctionnement et sa mise en oeuvre vont maintenant être abordés.
En référence aux figures 2 et 3, lors du fonctionnement du turboréacteur, un mélange d'air et de carburant est brûlé dans la chambre de combustion du moteur pour créer la poussée nécessaire au déplacement de l'aéronef sur lequel est monté
le turboréacteur. Après combustion, un flux de gaz à très haute température circule dans la turbine HP du turboréacteur. Le disque de turbine HP 200 est soumis à des températures très élevées.
Afin de protéger le disque de turbine HP 200, un flux d'air est prélevé en amont du disque de turbine 200, au niveau du compresseur HP, et circule d'amont en aval dans le turboréacteur, intérieurement au disque de turbine HP 200 et extérieurement au fourreau d'étanchéité 400. Lors de la circulation de l'air de refroidissement dans l'alésage central 201 du disque de turbine HP 200, le flux d'air de refroidissement annulaire prélève des calories sur le disque de turbine 200 pour le refroidir et forme une enveloppe d'air de refroidissement autour du fourreau d'étanchéité 400, protégeant ainsi les pièces mécaniques montées à
l'intérieur de celui-ci.
Après avoir refroidi le disque de turbine HP 200, l'air de refroidissement est évacué à travers les passages de circulation d'air qui sont ménagés entre les boulons 20 reliant le tourillon HP 100 au disque de turbine HP 200 comme représenté sur les figure 2 et 3. En aval des ouvertures de circulation d'air, l'air de refroidissement refroidit la turbine BP du moteur à double corps. Autrement dit, l'air de refroidissement circule successivement entre les dents 251 de la bride
12 de fixation aval 250 du disque de turbine HP 200 et à travers les ouvertures de ventilation 110 ménagées dans le tourillon HP 100.
Le disque d'étanchéité à labyrinthe 300 Selon une autre caractéristique de l'invention, un disque d'étanchéité à
labyrinthe 300 est monté avec le disque de turbine HP 200 et le tourillon HP 100, le disque d'étanchéité 300 étant monté en aval du tourillon HP 100.
En référence à la figure 6, le disque d'étanchéité à labyrinthe 300 se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale comprenant à son extrémité
radiale extérieure, i.e. la plus éloignée de l'axe du moteur, des lames radiales d'étanchéité 304 formant joint d'étanchéité à labyrinthe, et comprenant à son extrémité intérieure, i.e. la plus proche de l'axe du moteur, une bande annulaire radiale de fixation 350.
La bande annulaire radiale de fixation 350 du disque d'étanchéité 300 comprend des alésages de fixation 320 alternés avec des ouvertures de ventilation 310, les alésages 320 et les ouvertures 310 étant disposés circonférentiellement sur la bande annulaire radiale de fixation 350. Les alésages de fixation 320 et les ouvertures de ventilation 310 du disque d'étanchéité 300 sont ménagés de manière à correspondre avec leurs homologues ménagés sur le tourillon HP 100.
Pour fixer le disque d'étanchéité 300, on met en contact surfacique la face tournée vers l'aval de la bride de fixation aval 250 du disque de turbine HP
avec la face tournée vers l'amont de la partie annulaire radiale 150 du tourillon HP 100. Puis, on met en contact surfacique la face tournée vers l'amont de la bande de fixation 350 du disque d'étanchéité 300 avec la face tournée vers l'aval de la partie annulaire radiale 150 du tourillon HP 100.
Le disque d'étanchéité à labyrinthe 300 Selon une autre caractéristique de l'invention, un disque d'étanchéité à
labyrinthe 300 est monté avec le disque de turbine HP 200 et le tourillon HP 100, le disque d'étanchéité 300 étant monté en aval du tourillon HP 100.
En référence à la figure 6, le disque d'étanchéité à labyrinthe 300 se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale comprenant à son extrémité
radiale extérieure, i.e. la plus éloignée de l'axe du moteur, des lames radiales d'étanchéité 304 formant joint d'étanchéité à labyrinthe, et comprenant à son extrémité intérieure, i.e. la plus proche de l'axe du moteur, une bande annulaire radiale de fixation 350.
La bande annulaire radiale de fixation 350 du disque d'étanchéité 300 comprend des alésages de fixation 320 alternés avec des ouvertures de ventilation 310, les alésages 320 et les ouvertures 310 étant disposés circonférentiellement sur la bande annulaire radiale de fixation 350. Les alésages de fixation 320 et les ouvertures de ventilation 310 du disque d'étanchéité 300 sont ménagés de manière à correspondre avec leurs homologues ménagés sur le tourillon HP 100.
Pour fixer le disque d'étanchéité 300, on met en contact surfacique la face tournée vers l'aval de la bride de fixation aval 250 du disque de turbine HP
avec la face tournée vers l'amont de la partie annulaire radiale 150 du tourillon HP 100. Puis, on met en contact surfacique la face tournée vers l'amont de la bande de fixation 350 du disque d'étanchéité 300 avec la face tournée vers l'aval de la partie annulaire radiale 150 du tourillon HP 100.
13 Ensuite, on aligne les alésages de fixation 120, 220, 320 du disque de turbine HP
200, du tourillon HP 100 et du disque d'étanchéité 300. Du fait de l'alignement des alésages de fixation 120, 220, 320, les ouvertures de ventilation 110, 310 du tourillon HP 100 et du disque d'étanchéité 300 sont alignées avec les créneaux 252 de la bride de fixation 250 du disque de turbine HP 200.
On boulonne ensuite ensemble le disque de turbine 200, le tourillon 100 et le disque d'étanchéité 300 via les alésages de fixation 120, 220, 320 qui sont alignés. Après fixation, des passages de circulation d'air sont ménagés entre les boulons de maintien 20.
La section de passage des ouvertures de ventilation 310 du disque d'étanchéité
300 est adaptée de manière à pouvoir calibrer le débit de circulation de l'air de refroidissement dans l'alésage central 201 du disque de turbine 200. Dans cet exemple, le diamètre des ouvertures circulaires de ventilation 310 du disque d'étanchéité 300 est inférieur au diamètre des ouvertures circulaires de ventilation 110 du tourillon HP 100, entraînant une diminution du débit d'air de refroidissement dans l'alésage de central 201.
200, du tourillon HP 100 et du disque d'étanchéité 300. Du fait de l'alignement des alésages de fixation 120, 220, 320, les ouvertures de ventilation 110, 310 du tourillon HP 100 et du disque d'étanchéité 300 sont alignées avec les créneaux 252 de la bride de fixation 250 du disque de turbine HP 200.
On boulonne ensuite ensemble le disque de turbine 200, le tourillon 100 et le disque d'étanchéité 300 via les alésages de fixation 120, 220, 320 qui sont alignés. Après fixation, des passages de circulation d'air sont ménagés entre les boulons de maintien 20.
La section de passage des ouvertures de ventilation 310 du disque d'étanchéité
300 est adaptée de manière à pouvoir calibrer le débit de circulation de l'air de refroidissement dans l'alésage central 201 du disque de turbine 200. Dans cet exemple, le diamètre des ouvertures circulaires de ventilation 310 du disque d'étanchéité 300 est inférieur au diamètre des ouvertures circulaires de ventilation 110 du tourillon HP 100, entraînant une diminution du débit d'air de refroidissement dans l'alésage de central 201.
Claims (10)
1. Ensemble d'un disque de turbine (200) d'un moteur à turbine à gaz et d'un tourillon (100) support de palier, le disque de turbine (200) comprenant une bride annulaire radiale de fixation (250) solidaire d'une partie annulaire radiale (150) du tourillon (100) par des boulons (2), les boulons (2) traversant successivement des alésages de fixation (120, 220) ménagés dans la bride annulaire radiale de fixation (250) du disque de turbine (200) et dans la partie annulaire radiale (150) du tourillon (100), ensemble caractérisé par le fait que la partie annulaire radiale (150) du tourillon (100) comprend des ouvertures (110) de circulation d'air, les ouvertures (110) étant ménagées entre les alésages de fixation (120) du tourillon (100).
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la bride annulaire radiale de fixation (250) du disque de turbine (200) se présente sous la forme d'une bande annulaire radiale crénelée (250) comprenant des dents (251) séparées par des créneaux (252), les alésages de fixation de la turbine (220) étant ménagés dans les dents (251) de ladite bande crénelée (250).
3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel les créneaux (252) de la bride annulaire radiale de fixation (250) sont agencés pour, correspondre avec les ouvertures (110) de circulation d'air ménagées sur la partie annulaire radiale (150) du tourillon (100).
4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les ouvertures (110) de circulation d'air et les alésages de fixation (120) sont disposés circonférentiellement sur la partie annulaire radiale (150) du tourillon (100).
5. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le tourillon (100) comporte une partie tronconique (102), en aval de sa partie annulaire radiale (150), comprenant une portion radiale intérieure (107) de renfort mécanique.
6. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel un disque d'étanchéité (300), monté en aval du tourillon (100), est boulonné avec le tourillon (100) et le disque de turbine (200), le disque d'étanchéité (300) comprenant des ouvertures de circulation (310) qui sont alignées avec les ouvertures de circulation d'air (110) du tourillon.
7. Ensemble selon la revendication 6, dans lequel la section de passage des ouvertures de circulation (310) du disque d'étanchéité (300) est adaptée pour calibrer le débit de circulation d'air.
8. Circuit de refroidissement du disque de turbine (200) dans un moteur à
turbine à gaz comprenant un passage d'évacuation, en aval du disque de turbine (200), passant par lesdites ouvertures (110, 252, 310) de l'ensemble selon l'une des revendications 1 à 7.
turbine à gaz comprenant un passage d'évacuation, en aval du disque de turbine (200), passant par lesdites ouvertures (110, 252, 310) de l'ensemble selon l'une des revendications 1 à 7.
9. Circuit de refroidissement selon la revendication 8 comprenant un passage amont à travers un alésage central (201) du disque de turbine (200), en amont des ouvertures (110, 252, 310) dudit ensemble.
10. Circuit de refroidissement selon les revendications 8 et 9 dans un moteur à
double corps comprenant une turbine à haute pression et une turbine à
basse pression, la turbine dudit ensemble étant la turbine à haute pression (200), circuit comprenant un passage aval, ménagé en aval des ouvertures (110, 252, 310) dudit ensemble, pour refroidir en partie la turbine à basse pression.
double corps comprenant une turbine à haute pression et une turbine à
basse pression, la turbine dudit ensemble étant la turbine à haute pression (200), circuit comprenant un passage aval, ménagé en aval des ouvertures (110, 252, 310) dudit ensemble, pour refroidir en partie la turbine à basse pression.
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