EP0263002B1 - Dispositif d'étanchéité et de verrouillage axial d'aubes d'une turbomachine - Google Patents

Dispositif d'étanchéité et de verrouillage axial d'aubes d'une turbomachine Download PDF

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EP0263002B1
EP0263002B1 EP87401958A EP87401958A EP0263002B1 EP 0263002 B1 EP0263002 B1 EP 0263002B1 EP 87401958 A EP87401958 A EP 87401958A EP 87401958 A EP87401958 A EP 87401958A EP 0263002 B1 EP0263002 B1 EP 0263002B1
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EP
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disc
segment
blades
blade
throat
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EP87401958A
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Jean-Louis Bertrand
Jacky Naudet
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor

Definitions

  • the present invention relates to turbomachine rotors and more particularly to the means for axially locking vanes mounted in axial pinouts of the periphery of the disc.
  • a first problem consists in ensuring the axial locking of each of the blades in the simplest possible but also the safest way possible and so that the easy disassembly of a blade or of the entire stage is also simplified.
  • the second problem is that of the seal between the upstream and the downstream of a disc and arises crucially in the compressors of the turbomachines. Indeed, if the spaces located between the bottom of the disc cavities and the blade roots are not properly masked, large volumes of downstream air can pass under the blade roots and recirculate upstream of the compressor , which decreases the compression ratio thereof and causes the overall efficiency of the turbomachine to drop prohibitively.
  • the pinned blades are locked axially, on one side by a spoiler at the foot of the blade, which ensures locking in one direction, and on the other side by a split elastic segment which is clamped during assembly. to reduce its diameter and introduce it into the bore formed by the teeth of the disc in order to then allow it to relax inside an annular groove formed in the teeth of the disc and in the feet of the blades.
  • the segment is notched so as to enter jointly into a circular slot of the disc and into slots of the spoilers of the blades, then is turned by a half-step so that the full part of the segment comes to lock in said slots. If it provides locking, such a segment has the disadvantage of poorly sealing at the feet of the blades.
  • the object of the invention is to remedy the aforementioned problems by means of a simple device comprising a very small number of parts which simultaneously ensure sealing at the level of the blade roots and the axial locking of the blades on the disc.
  • Another object is to provide a device adaptable to rotor discs of compressors or small diameter turbines such as those existing in aircraft turbomachines such as turbojet engines, turbojet engines with non-faired counter-rotating propellers, called propane, or faired, or in other aviation turbomachines.
  • the subject of the invention is therefore a turbomachine rotor, in particular for an aviation turbomachine comprising at least one disc carrying a set of vanes, the feet of which are mounted in stapled cells on the periphery of the disc along a parallel or slightly inclined axis. relative to a parallel to the longitudinal axis of the engine, the blade roots comprising a means of wedging the blades on the upstream face of the disc and a rear spoiler having a transverse groove radially oriented towards the axis of the disc while the disc has a circular groove radially oriented towards its periphery.
  • the rotor comprises a means of axial locking downstream of the blades on the disc, simultaneously ensuring sealing between the blade roots and the bottom of the cells of the disc, said means for locking downstream of the blades on the disc being constituted by two split segments, the first of which at least cooperates simultaneously with the grooves of the spoilers of the blades and the circular groove of the disc, the first segment having a rectangular notch on its radially external part and the second segment inserted by radial compression having a radial width at least equal to that "1" of the notch of the first segment.
  • Figure 1 are shown by way of example in longitudinal section the first two stages of a high pressure compressor rotor of a turbojet engine.
  • the first stage of the rotor comprises a disc 1 connected by an upstream flange 2 to a medium or low pressure compressor and by a downstream flange 3 from the second stage of the rotor, generally referenced 4, of the HP compressor.
  • Blades 5 having under their platform 6 a foot 7 are slid axially in cells 8 of the disc in a conventional manner.
  • Figure 1 shows that the longitudinal axis of the cells is here slightly inclined relative to a parallel to the longitudinal axis 9 of the engine in a radial plane and this axis could also be slightly inclined relative to the axis 9 in a plane tangential to the periphery of the disc 1.
  • the blade roots 7 have upstream an axial wedging means formed by an upstream spoiler 10 radially oriented towards the axis of symmetry 9, said spoiler coming to bear against the upstream face 11 of the disc 1.
  • the blade also has downstream a spoiler 12 defining between it and the blade root a circular groove 13 whose opening is radially oriented towards the axis of symmetry of the disc.
  • the disc 1 Facing this groove 13 of the blade set up, the disc 1 has a circular groove 14 facing it, that is to say having its opening oriented radially towards the periphery of the disc and machined to a diameter smaller than the diameter machining the bottom of the cells 8.
  • the blade locking and sealing device comprises a first split segment 15 whose radial width "1" is equal to the distance separating the bottoms of the grooves 12 from the blade spoilers and 14 from the disc.
  • the first segment 15 can undergo a slight radial deformation as well as an axial deformation so that the slats of the slot are no longer in the plane containing the segment and when the segment is in this deformed position, it can be put in place in the groove 14 by introducing one of its ends into the groove and then "screwing" circular.
  • the segment 15 completely masks the downstream openings of the cells 8.
  • the segment 15 has a rectangular notch 16 allowing the passage of the downstream spoiler 12 of a blade until the upstream spoiler 10 comes into abutment on the upstream face of the disc.
  • the segment 15 is engaged in the groove 13 of the already mounted blade and the notch 16 is brought in front of the cell 8 of the next blade to be put in place.
  • the same mounting operation is carried out successively for each of the following blades until all the blades are completely installed.
  • the locking device also comprises a second split segment 17 dimensioned in such a way, firstly that its external diameter is equal to that of the bottom of the groove 13 of the blades, secondly that the sum of its thickness and of that of the first segment allows it to be inserted into the groove 13 downstream of the first segment 15 and thirdly that its radial height is at least equal to that "1 '" of the notch 16 of the first segment in order to hide completely this opening, once the second segment 17 in place.
  • the positioning of the second segment is carried out by radial compression, which makes it possible to slide it radially under the downstream spoilers 12 of the blades then by letting it relax to its nominal diameter, to engage it at the bottom of the groove 13.
  • the centrifugation effect of segment 17 during operation of the turbomachine ensures that the segment is held correctly in place.
  • the disassembly of the locking device is carried out by carrying out all the operations in the reverse order to what has just been described.
  • the first segment 15 completely masks the trailing lunules, which without its presence would exist between the feet of the blade 7 and the bottom of the cells 8.
  • the disc shown has on the teeth 18 separating the cells downstream also a spoiler 19 defining a groove which provides continuity between the grooves 13 of the blade spoilers.
  • these teeth 19 spoilers are no longer necessary with the device according to the invention and can be eliminated, which greatly simplifies the machining of the discs and reduces the manufacturing cost.
  • the invention provides a simple solution to the problem of interlocking padded rotor blades, which makes it applicable in particular to small motor rotors.

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Description

  • La présente invention concerne les rotors de turbomachine et plus particulièrement les moyens de verrouillage axial d'aubes montées dans des brochages axiaux de la périphérie du disque.
  • Lorsque les aubes de rotors des turbomachines sont fixées dans des brochages axiaux, c'est-à-dire parallèles à l'axe de la turbomachine ou faiblement écartés d'une parallèle à l'axe de la turbomachine, deux problèmes se posent au montage.
  • Un premier problème consiste à assurer le verrouillage axial de chacune des aubes de la façon la plus simple possible mais aussi la plus sûre possible et de sorte que le démontage facile d'une aube ou de l'étage entier soit également simplifié.
  • Le second problème est celui de l'étanchéité entre l'amont et l'aval d'un disque et se pose de façon cruciale dans les compresseurs du turbomachines. En effet, si les espaces situés entre les fonds d'alvéoles du disque et les pieds d'aubes ne sont pas masqués convenablement, des volumes importants d'air aval peuvent passer sous les pieds d'aubes et recirculer vers l'amont du compresseur, ce qui diminue le taux de compression de celui-ci et fait chuter de façon prohibitive le rendement global de la turbomachine.
  • Généralement, les aubes brochées sont verrouillées axialement, d'un côté par un becquet du pied de l'aube, lequel assure le verrouillage dans un sens, et de l'autre côté par un segment élastique fendu que l'on pince au montage afin de diminuer son diamètre et l'introduire dans l'alésage constitué par les dents du disque pour le laisser ensuite se détendre à l'intérieur d'une gorge annulaire ménagée dans les dents du disque et dans les pieds des aubes.
  • Dans un autre cas, tel que représenté au brevet FR 2 501 283 le segment est échancré de façon à pénétrer conjointement dans une fente circulaire du disque et dans des fentes des becquets d'aubes puis est tourné d'un demi-pas afin que la partie pleine du segment vienne se verrouiller dans lesdites fentes. S'il assure le verouillage, un tel segment a pour inconvénient de mal assurer l'étanchéité au niveau des pieds des aubes.
  • Pour résoudre ce problème on a proposé dans le brevet GB 1 512 882 à propos d'une roue de turbine d'utiliser des plaques segmentées coopérant avec une rainure circulaire du disque et des rainures des plates-formes des aubes, un joint torique disposé dans la rainure du disque coopérant avec une face tronconique des plaques pour les comprimer par centrifugation contre les rainures des plates-formes. Une telle disposition, qui permet d'assurer une certaine étanchéité au niveau des brochages de pieds d'aubes n'est toutefois pas facilement utilisable pour des disques de compresseur de faible diamètre et d'autre part nécessite un grand nombre de pièces, ce qui en complique la mise en place et la maintenance.
  • Le but de l'invention est de remédier aux problèmes précités au moyen d'un dispositif simple comportant un très faible nombre de pièces qui assurent simultanément l'étanchéité au niveau des pieds d'aubes et le verrouillage axial des aubes sur le disque.
  • Un autre but est de prévoir un dispositif adaptable à des disques de rotor de compresseurs ou de turbines de faible diamètre tels que ceux existant dans des turbomachines d'avion comme les turboréacteurs, les turboréacteurs à hélices contrarotatives non carénées, dits propfans, ou carénées, ou dans d'autres turbomachines d'aviation.
  • L'invention a donc pour objet un rotor de turbomachine, notamment pour turbomachine d'aviation comportant au moins un disque portant un ensemble d'aubes dont les pieds sont montés dans des alvéoles brochés sur la périphérie du disque selon un axe parallèle ou faiblement incliné par rapport à une parallèle à l'axe longitudinal du moteur, les pieds d'aubes comportant un moyen de calage des aubes sur la face amont du disque et un becquet arrière possédant une gorge transversale radialement orientée vers l'axe du disque tandis que le disque comporte une gorge circulaire radialement orientée vers sa périphérie.
  • Selon l'invention, le rotor comporte un moyen de verrouillage axial aval des aubes sur le disque, assurant simultanément l'étanchéité entre les pieds d'aube et le fond des alvéoles du disque, ledit moyen de verrouillage aval des aubes sur le disque etant constitué par deux segments fendus dont le premier au moins coopère simultanément avec les gorges des becquets des aubes et la gorge circulaire du disque, le premier segment possédant une échancrure rectangulaire sur sa partie radialement externe et le second segment inséré par compression radiale ayant une largeur radiale au moins égale à celle "1" de l'échancrure du premier segment.
  • L'invention a également pour objet un procédé de montage des aubes sur un disque de rotor de turbomachine selon lequel:
    • a) on insère un premier segment fendu dans une gorge de la face aval du disque par déformation axiale des deux becs de la fente du segment et mise en rotation dudit premier segment dans la gorge ;
    • b) on amène une échancrure du premier segment en face d'un alvéole du disque ;
    • c) on insère une aube dans l'alvéole jusqu'à la mise en butée sur le disque de son moyen de calage amont et au chevauchement de la gorge du becquet de l'aube sur le premier segment ;
    • d) on fait tourner le premier segment d'un pas et on monte l'aube suivant, les opérations (c) et (d) étant recommencées jusqu'au montage de toutes les aubes ;
    • e) on comprime radialement un second segment et on le met en place par extension radiale dans la gorge formée par les becquets entre le premier segment et la partie aval des becquets d'aubes.
  • D'autres caractéristiques et des détails de l'invention seront décrites à la lumière du complément qui va suivre de la description et des planches de dessins annexées, lesquels représentent de façon non limitative l'application de l'invention au montage des aubes sur un disque de compresseur de turboréacteur.
  • Parmi ces planches :
    • - la figure 1 montre en demi-coupe longitudinale un disque de compresseur et une aube montée sur le disque et verrouillée au moyen du dispositif de verrouillage et d'étanchéité selon l'invention ;
    • - la figure 2 montre en vue aval partielle le montage d'une aube sur le disque de la figure 1 et les deux segments fendus assurant l'étanchéité et le verrouillage des aubes.
  • Sur la figure 1 ont été représentés à titre exemplatif en coupe longitudinale les deux premiers étages d'un rotor de compresseur haute pression de turboréacteur. Le premier étage du rotor comporte un disque 1 relié par une bride amont 2 à un compresseur moyenne ou basse pression et par une bride aval 3 du deuxième étage du rotor, globalement référencé 4, du compresseur HP.
  • Des aubes 5 comportant sous leur plate-forme 6 un pied 7 sont glissées axialement dans des alvéoles 8 du disque de façon classique. La figure 1 montre que l'axe longitudinal des alvéoles est ici faiblement incliné par rapport à une parallèle à l'axe longitudinal 9 du moteur dans un plan radial et cet axe pourrait également être faiblement incliné par rapport à l'axe 9 dans un plan tangentiel à la périphérie du disque 1. Ces faibles variations angulaires n'ont aucun effet sur l'invention proprement dite et quelles que soient ces faibles variations, on les englobera dans la suite du texte dans le terme général "montage axial" des aubes sur le disque.
  • Les pieds d'aube 7 possèdent en amont un moyen de calage axial formé d'un becquet amont 10 radialement orienté vers l'axe de symétrie 9, ledit becquet venant en appui contre la face amont 11 du disque 1.
  • L'aube possède également en aval un becquet 12 définissant entre lui et le pied d'aube une gorge circulaire 13 dont l'ouver ture est radialement orientée vers l'axe de symétrie du disque.
  • Face à cette gorge 13 de l'aube mise en place, le disque 1 possède une gorge 14 circulaire lui faisant face, c'est à dire ayant son ouverture orientée radialement vers la périphérie du disque et usinée à un diamètre plus faible que le diamètre d'usinage du fond des alvéoles 8.
  • Le dispositif de verrouillage des aubes et d'étanchéité selon l'invention comporte un premier segment fendu 15 dont la largeur radiale "1" est égale à la distance séparant les fonds des gorges 12 des becquets d'aubes et 14 du disque.
  • Le premier segment 15 peur subir une faible déformation radiale ainsi qu'une déformation axiale de telle sorte que les becs de la fente ne soient plus dans le plan contenant le segment et lorsque le segment est dans cette position déformée, il peut être mis en place dans la gorge 14 par introduction d'une de ses extrémités dans la gorge puis "vissage" circulaire.
  • Une fois mis en place, le segment 15 masque totalement les ouvertures aval des alvéoles 8. Pour permettre l'introduction successives des aubes 5 dans leur alvéole 8, le segment 15 possède une échancrure rectangulaire 16 permettant le passage du becquet aval 12 d'une aube jusqu'à la mise en butée du becquet amont 10 sur la face amont du disque. Par rotation d'un pas on engage le segment 15 dans la gorge 13 de l'aube déjà montée et on amène l'échancrure 16 devant l'alvéole 8 de l'aube suivante à mettre en place. On effectue la même opération de montage successivement pour chacune des aubes suivantes jusqu'à installation complète de toutes les aubes.
  • Selon l'invention le dispositif de verrouillage comporte également un second segment fendu 17 dimensionné de telle sorte, en premier lieu que son diamètre externe soit égal à celui du fond de la gorge 13 des aubes, en second lieu que la somme de son épaissuer et de celle du premier segment lui permet d'être inséré dans la gorge 13 en aval du premier segment 15 et en troisième lieu que sa hauteur radiale soit au moins égale à celle "1'" de l'échancrure 16 du premier segment afin de masquer complètement cette ouverture, une fois le second segment 17 en place.
  • La mise en place du second segment s'effectue par compression radiale, ce qui permet de le glisser radialement sous les becquets aval 12 des aubes puis en le laissant se détendre à son diamètre nominal, de l'engager au fond de la gorge 13. L'effet de centrifugation du segment 17 lors du fonctionnement de la turbomachine permet d'assurer le maintien correct en place dudit segment.
  • Le démontage du dispositif de verrouillage s'effectue en réalisant toutes les opérations dans l'ordre inverse de ce qui vient d'être décrit.
  • On voit sur les figures 1 et 2 que le premier segment 15 masque totalement les lunules de fuite, qui sans sa présence existeraient entre les pieds d'aube 7 et les fonds d'alvéoles 8. On voit également sur la figure 2 que le disque représenté possède sur les dents 18 séparant les alvéoles en aval également un becquet 19 délimitant une gorge qui assure une continuité entre les gorges 13 des becquets d'aube. Toutefois ces becquets 19 des dents, indispensables avec les systèmes de verrouillage actuels ne le sont plus avec le dispositif selon l'invention et peuvent être supprimés, ce qui simplifie grandement l'usinage des disques et en réduit le coût de fabrication.
  • On voit d'autre part que l'étanchéité est parfaitement assurée et si on empêche le déplacement circulaire du premier segment 15 (par un pion de verrouillage par exemple) de telle sorte que l'échancrure 16 soit disposée dans le prolongement axial d'une des dents 18, l'échancrure étant elle-même masquée complètement par le second segment 17, on voit que les possibilités de fuites sont totalement supprimées.
  • L'invention apporte une solution simple au problème du verrouillage d'aubes brochées de rotor, qui la rend applicable notamment aux rotors de moteur de faible dimension.

Claims (3)

1. Rotor de turbomachine, notamment pour turbomachine d'aviation comportant au moins un disque portant un ensemble d'aubes dont les pieds sont montés dans des alvéoles brochés sur la périphérie du disque selon un axe parallèle ou faiblement incliné par rapport à une parallèle à l'axe longitudinal du moteur, les pieds (7) d'aubes comportant un moyen de calage (10) des aubes sur la face amont du disque (1) et un becquet aval (12) possédant une gorge transversale (13) radialement orientée vers l'axe du disque tandis que le disque comporte une gorge circulaire (14) radialement orientée vers sa périphérie caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de verrouillage axial aval des aubes sur le disque assurant simultanément l'étanchéité entre les pieds (7) d'aube et le fond des alvéoles (8) du disque, ledit moyen de verrouillage aval des aubes sur le disque étant constitué par deux segments fendus (15, 17) dont le premier (15) au moins coopère simultanément avec les gorges (13) des becquets des aubes et la gorge circulaire (14) du disque, en ce que ledit premier segment fendu (15) disposé dans la gorge du disque possède une échancrure rectangulaire (16) sur sa partie radialement externe pour permettre l'insertion longitudinale de chacune des aubes (5) successivement sur ledit segment, en ce que le second segment fendu (17) possède une élasticité radiale suffisante pour permettre son insertion par compression radiale et extension dans la gorge circulaire (13) formée par les becquets (12) d'aubes, et en ce qu'il a une largeur radiale au moins égale à celle "1" de l'échancrure 16 du premier segment (15).
2. Rotor de turbomachine selon la revendication 1 dont la gorge circulaire (14) du disque possède un diamètre plus petit que le diamètre d'usinage du fond des alvéoles (8), caractérisé en ce que la largeur radiale "1" du premier segment fendu (15) est égale à la distance séparant les fonds de gorges (14, 13) du disque et des becquets d'aubes, et en ce que la somme des épaisseurs des premier et second segments (15, 17) est égale à l'épaisseur des gorges (13) des becquets d'aubes.
3. Procédé de montage des aubes sur un disque de rotor de turbomachine selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que:
a) on insère le premier segment fendu (15) dans la gorge (14) de la face aval du disque (1) par déformation axiale des deux becs de la fente du segment et mise en rotation dudit premier segment (15) dans la gorge (14);
b) on amène l'échancrure (16) du premier segment (15) en face d'un alvéole (8) du disque (1);
c) on insère une aube (5, 7) dans l'alvéole (8) jusqu'à la mise en butée sur le disque (1) de son moyen de calage;
d) on fait tourner le premier segment (15) d'un pas et on monte l'aube (5) suivante, les opérations (c) et (d) étant recommencées jusqu'au montage de toutes les aubes;
e) on comprime radialement le second segment (17) et on le met en place par extension radiale dans la gorge (13) formée par les becquets (12) entre le premier segment (15) et la partie aval des becquets (12) d'aubes.
EP87401958A 1986-09-03 1987-09-02 Dispositif d'étanchéité et de verrouillage axial d'aubes d'une turbomachine Expired - Lifetime EP0263002B1 (fr)

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FR8612357A FR2603333B1 (fr) 1986-09-03 1986-09-03 Rotor de turbomachine comportant un moyen de verrouillage axial et d'etancheite d'aubes montees dans des brochages axiaux du disque et procede de montage
FR8612357 1986-09-03

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EP0263002A1 EP0263002A1 (fr) 1988-04-06
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EP (1) EP0263002B1 (fr)
DE (1) DE3762142D1 (fr)
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