EP0370899A1 - Disque aileté de rotor de turbomachine - Google Patents

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EP0370899A1
EP0370899A1 EP89403217A EP89403217A EP0370899A1 EP 0370899 A1 EP0370899 A1 EP 0370899A1 EP 89403217 A EP89403217 A EP 89403217A EP 89403217 A EP89403217 A EP 89403217A EP 0370899 A1 EP0370899 A1 EP 0370899A1
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disc
platform
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rotor
finned
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EP89403217A
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François Marie Paul Marlin
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
SNECMA SAS
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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
    • 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
    • F01D11/008—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms
    • 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
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations

Definitions

  • the present invention relates to a finned disc equipped with blades and separate platforms, intended in particular for a turbojet fan or for an aircraft engine compression stage.
  • GB-A- 2 171 151 thus describes a rotor comprising vanes which comprise only one blade and one foot, separate inter-blade platforms being mounted by a bulbous foot in an intermediate cell formed on the rim of the disc. between two cells carrying the blade roots.
  • this method of fixing imposing additional cells on the blade support disc does not give complete satisfaction for all applications.
  • the object of the invention is therefore to produce separate inter-blade platforms for turbomachine rotors, associated with improved means of attachment to a disc ensuring retention both in the radial direction and in the axial direction while taking into account the weight reduction requirements, the benefit of which is obvious for rotating parts and which is also an important criterion in the aeronautical applications targeted by the invention.
  • a finned turbomachine rotor disc of the type envisaged above, responding to these problems, is characterized in that that each platform comprises a plate delimiting the internal wall of the gas circulation stream and each axial end of which is connected to an element forming a fixing foot on the disc, cooperating with a cylindrical bearing formed on the rim of said disc, at least one of said platform feet being associated with a rider having a C-shaped section and securing said foot with a tooth-shaped element of the disc, a flange of an element neighboring the rotor and fixed to the disc being supported on said jumper so as to ensure axial locking.
  • FIGS. 1 to 4b relate to a turbojet fan and in particular in the case where the mobile rotor stage comprises large-rope blades associated with separate inter-blade platforms.
  • a fan disc 1 has axially oriented grooves, regularly distributed on the rim, at the periphery of the disc and forming cells 2 in which the feet are held of complementary shape to the fan blades 3.
  • Said rim of the disc 1 is extended on its front face, front and rear being defined with respect to the normal direction of gas flow in the turbomachine, by elements forming teeth 4, spaced from the front face 5 of the disc 1.
  • an annular ring 6 for axially locking the blades 3.
  • the front part of the rim of the disc 1 has a cylindrical bearing surface 7. On the rear part of said rim, a cylindrical bearing surface 8 surmounted by is also provided. an annular spoiler 9, thus creating an annular groove 10.
  • the disc 1 is also equipped with platforms 11 separate from the blades 3.
  • said platforms 11 are metallic and are, for example in the case described of an application to a turbojet fan, of a light metal such than titanium or one of its alloys.
  • Each platform 11, arranged between two consecutive blades 3 consists of an upper plate 12 which delimits the internal wall of the gas circulation stream, on the one hand peripherally between the two blades 3 and on the other hand longitudinally where the front edge 13 of the plate 12 is connected with the rear edge 14 of a support 15 of the inlet cone of the blower and the rear edge 16 comprises, for example, a connection groove at the front external edge 17 of a flange intermediate 18 fixed on the rear face 19 of the disc 1, for example by screw 20 at a fixing flange 21.
  • Said plate 12 is supported by legs, on each side, respectively 22 at the front and 23 at the rear, which are terminated by flanges forming fixing feet, respectively 24 at the front and 25 at the rear.
  • a reinforcing rib 26 is disposed under the internal face of the plate 12, in its middle, oriented in the axial direction, between the two legs 22 and 23.
  • Said foot 25 cooperates with said annular groove 10 of the disc 1 and rests on the bearing cylindrical 8 while the foot 24, at the front, rests on the cylindrical surface 7 of the disc 1.
  • a jumper-shaped element 27, arranged vertically so as to have in section a general shape of C keeps said front foot in place 24, the upper branch 28 of the rider cooperating with the upper surface of the foot 24 and the lower branch 29 cooperating with the internal faces of the disc tooth 4 and of the rod 6.
  • a flange 30 of the support 15 of the inlet cone, in support on the jumpers 27, ensures the axial locking of the assembly.
  • Each rider 27 and the disc tooth 4 further comprising respectively a corresponding bore in which is placed a pin 31 for positioning.
  • the method of mounting the platforms 11 which have just been described is as follows.
  • the rear foot 25 of the platform is introduced into the groove 10 of the disc 1 and the front foot 24 is supported on the front cylindrical surface 7 of the disc 1 then the rider 27 is positioned by placing the pin 31 on the tooth 4 disc.
  • the support 15 of the inlet cone is put in place, the flange 30 of its rear part coming to bear on the jumper 27 and finally, a fixing flange 32 of said support 15 is fixed by bolts at 33 on a flange 34 integral with the front of the disc 1.
  • each platform 111 comprises two box-shaped elements, respectively 111a and 111b, having a generally triangular or trapezoidal cross-section and joined along one side, thus constituting a central rib 126.
  • box elements 111a and 111b can be obtained by winding or by stripping of fabrics of composite material and after assembly, they are joined together by a winding or stripping of fabrics also of composite material, creating an outer skin 111c and also constituting an upper plate 112.
  • the platform 111 also comprises on each edge, a reinforcement element, respectively 35 at the front and 36 at the rear and these reinforcements also form the feet of platform mounting, 124 front and 125 rear respectively.
  • FIG. 4b shows the detail of embodiment of the reinforcement 35.
  • the peripheral lateral edges of the platform 111 each receive a seal, respectively 37 and 38 which provide the seal and the connection between the platform 111 and the blade 3 adjacent, on each side.
  • the other elements of the embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2 are kept identical, in particular the fixing of the rear foot 125 engaging in the annular groove 10 of the disc 1 and at the front, the fixing of the front foot 124 by means of a jumper 27, axially blocked by the flange 30 of the support 15 of the fan inlet cone.
  • the assembly method previously described with reference to FIGS. 1 and 2 is also kept identical in the variant embodiment according to FIG. 3.
  • the means for fixing the platform can be provided at the rear identical to those which have been described for the front, namely using jumpers such as 27.

Abstract

Un disque (1) de rotor de turbomachine est équipé d'aubes (3) associées à des plates-formes (11) séparées comportant un plateau (12) dont chaque extrémité axiale est reliée à un pied (24, 25) de fixation sur le disque (1) coopérant avec une portée cylindrique (7, 8) ménagée sur la jante du disque. Un des pieds (24) au moins est associé à un cavalier (27) à section en C, le solidarisant avec un élément en forme de dent (4) du disque (1), le verrouillage axial étant assuré par une bride (30) d'un élément voisin (15) dudit rotor.

Description

  • La présente invention concerne un disque aileté équipé d'aubes et de plates-formes séparées, destiné notamment à une soufflante de turboréacteur ou à un étage de compression de moteur aéronautique.
  • Dans la réalisation de rotors de turbomachine, notamment du type envisagé ci-dessus, il est connu, par exemple dans le but de permettre un démontage unitaire dans le cas d'aubes à grande corde présentant un vrillage important et/ou de faciliter leur fabrication, notamment les opérations d'usinage, de prévoir une réalisation des aubes en plusieurs parties. GB-A- 2 171 151 décrit ainsi un rotor comportant des aubes qui ne comprennent qu'une pale et un pied, des plates-formes séparées inter-aubes étant montées par un pied en bulbe dans un alvéole intermédiaire ménagé sur la jante du disque entre deux alvéoles portant les pieds d'aubes. Ce mode de fixation imposant des alvéoles supplémentaires sur le disque support des aubes ne donne pas toutefois entière satisfaction pour toutes les applications.
  • Le but de l'invention est par conséquent de réaliser des plates-formes inter-aubes séparées pour rotors de turbomachine, associées à des moyens améliorés de fixation sur un disque assurant une rétention à la fois dans le sens radial et dans le sens axial tout en tenant compte des impératifs de réduction de masse dont l'intérêt est évident pour des pièces tournantes et qui est en outre un critère important dans les applications aéronautiques visées par l'invention.
  • Un disque aileté de rotor de turbomachine du type envisagé ci-dessus, répondant à ces problèmes est caractérisé en ce que chaque plate-forme comporte un plateau délimitant la paroi interne de la veine de circulation des gaz et dont chaque extrémité axiale est reliée à un élément formant un pied de fixation sur le disque, coopérant avec une portée cylindrique ménagée sur la jante dudit disque, l'un au moins desdits pieds de plate-forme étant associé à un cavalier présentant une section en forme de C et solidarisant ledit pied avec un élément en forme de dent du disque, une bride d'un élément voisin du rotor et fixé au disque étant en appui sur ledit cavalier de manière à assurer le verrouillage axial.
  • PLusieurs modes de réalisation sont proposés pour lesquelles des caractéristiques additionnelles sont prévues, le choix s'effectuant en fonction des appli­cations particulières.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre des modes de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • - la figure 1 représente, selon une vue en coupe par un plan passant par l'axe de rotation de la turbomachine, un disque aileté de rotor de turbomachine, selon un mode de réalisation de l'invention ;
    • - la figure 2 représente une vue partielle schématique en perspective du disque aileté représenté sur la figure 1 ;
    • - la figure 3 représente, selon une vue en coupe analogue à celle de la figure 1, un disque aileté de turbomachine selone une variante de réalisation de l'invention ;
    • - la figure 4a représente, selon une vue schématique en perspective une plate-forme équipant le disque représenté sur la figure 3 ;
    • - la figure 4b représente, selon une vue schématique en perspective, un renfort associé à la plate-forme représentée sur la figure 4a.
  • L'application de l'invention représentée sur les figures 1 à 4b concerne une soufflante de turboréacteur et notamment dans le cas où l'étage mobile de rotor comporte des aubes à grande corde associées à des plates-formes inter-aubes séparées. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 1 et 2, un disque 1 de soufflante comporte des rainures orientées axialement, régulièrement réparties sur la jante, à la périphérie du disque et formant des alvéoles 2 dans lesquels sont maintenus les pieds de forme complémentaire des aubes 3 de soufflante. Ladite jante du disque 1 est prolongée sur sa face avant, avant et arrière étant définis par rapport au sens normal de circulation des gaz dans la turbomachine, par des éléments formant des dents 4, espacés de la face avant 5 du disque 1. Dans l'espace ainsi ménagé est placé un jonc annulaire 6 de verrouillage axial des aubes 3. La partie avant de la jante du disque 1 comporte une portée cylindrique 7. Sur la partie arrière de ladite jante, est ménagée également une portée cylindrique 8 surmontée d'un becquet annulaire 9, créant ainsi une gorge annulaire 10. Le disque 1 est également équipé de plates-formes 11 séparées des aubes 3.
  • Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, lesdites plates-formes 11 sont métalliques et sont, par exemple dans le cas décrit d'une application à une soufflante de turboréacteur, en un métal léger tel que le titane ou un de ses alliages. Chaque plate-forme 11, disposée entre deux aubes 3 consécutives se compose d'un plateau supérieur 12 qui délimite la paroi interne de la veine de circulation des gaz, d'une part périphériquement entre les deux aubes 3 et d'autre part longitudinalement où le bord avant 13 du plateau 12 se raccorde avec le bord arrière 14 d'un support 15 du cône d'entrée de la soufflante et le bord arrière 16 comporte, par exemple, un soyage de raccordement au bord externe avant 17 d'un flasque intermédiaire 18 fixé sur la face arrière 19 du disque 1, par exemple par vis en 20 au niveau d'une bride de fixation 21. L'étanchéité de la veine est ainsi assurée tant du côté avant que du côté arrière. Ledit plateau 12 est supporté par des jambes, de chaque côté, respectivement 22 à l'avant et 23 à l'arrière, qui sont terminées par des rebords formant des pieds de fixation, respectivement 24 à l'avant et 25 à l'arrière. Une nervure 26 de renfort est disposée sous la face interne du plateau 12, en son milieu, orientée dans le sens axial, entre les deux jambes 22 et 23. Ledit pied 25 coopère avec ladite gorge annulaire 10 du disque 1 et repose sur la portée cylindrique 8 tandis que le pied 24, à l'avant, repose sur la portée cylindrique 7 du disque 1. Un élément en forme de cavalier 27, disposé verticalement de manière à présenter en section une forme générale de C maintient en place ledit pied avant 24, la branche supérieure 28 du cavalier coopérant avec la surface supérieure du pied 24 et la branche inférieure 29 coopérant avec les faces internes de la dent 4 de disque et du jonc 6. Une bride 30 du support 15 de cône d'entrée, en appui sur les cavaliers 27, assure le verrouillage axial de l'ensemble. Chaque cavalier 27 et la dent 4 de disque comportant en outre respectivement un perçage correspondant dans lequel est placé un pion 31 de positionnement.
  • Le mode de montage des plates-formes 11 qui viennent d'être décrites est le suivant. Le pied arrière 25 de plate-forme est introduit dans la gorge 10 du disque 1 et le pied avant 24 est mis en appui sur la portée cylindrique avant 7 du disque 1 puis le cavalier 27 est positionné en plaçant le pion 31 sur la dent 4 de disque. Le support 15 du cône d'entrée est mis en place, la bride 30 de sa partie arrière venant en appui sur le cavalier 27 et enfin, une bride de fixation 32 dudit support 15 est fixée par boulons en 33 sur une bride 34 solidaire de la face avant du disque 1.
  • Selon une variante de réalisation de l'invention, représentée sur les figures 3, 4a 4b, pour laquelle la description qui va suivre conserve les mêmes références pour les pièces et éléments identiques à ceux qui ont été décrits en référence aux figures 1 et 2 et donne une référence augmentée d'une centaine pour les pièces ou éléments modifiés, les plates-formes 111 sont constituées en matériau composite. Selon ce mode de réalisation, chaque plate-forme 111 comprend deux éléments en forme de caisson, respectivement 111a et 111b, présentant une section de forme générale triangulaire ou trapézoïdale et accolés suivant un côté, constituant ainsi une nervure centrale 126. Ces éléments en caisson 111a et 111b peuvent être obtenus par bobinage ou par drappage de tissus en matériau composite et après assemblage, ils sont solidarisés par un bobinage ou un drappage de tissus également en matériau composite, créant une peau extérieure 111c et constituant également un plateau supérieur 112.
  • La plate-forme 111 comporte également sur chaque bord, un élément de renfort, respectivement 35 à l'avant et 36 à l'arrière et ces renforts forment également les pieds de fixation de la plate-forme, respectivement 124 à l'avant et 125 à l'arrière. La figure 4b montre le détail de réalisation du renfort 35. Les bords latéraux périphériques de la plate-forme 111 reçoivent chacun un joint, respectivement 37 et 38 qui assurent l'étanchéité et le raccordement entre la plate-forme 111 et l'aube 3 adjacente, de chaque côté. Par ailleurs les autres éléments de la réalisation décrite en référence aux figures 1 et 2 sont conservés identiques, notamment la fixation du pied arrière 125 s'engageant dans la gorge annulaire 10 du disque 1 et à l'avant, la fixation du pied avant 124 au moyen d'un cavalier 27, bloqué axialement par la bride 30 du support 15 du cône d'entrée de soufflante. Le mode de montage précédemment décrit en référence aux figures 1 et 2 est également conservé identique dans la variante de réalisation selon la figure 3.
  • Une autre variante de réalisation non représentée aux dessins mais qui se déduit directement des représentations données peut être envisagée. Dans certaines applications particulières où il apparaîtrait que le becquet 9 du disque 1 formant la gorge annulaire 10 risque de présenter une fragilité inacceptable, les moyens de fixation de la plate-forme peuvent être prévus à l'arrière identiques à ceux qui ont été décrits pour l'avant, à savoir en utilisant des cavaliers tels que 27.

Claims (6)

1. Disque aileté de rotor de turbomachine composé d'un disque (1) équipé d'aubes (3) constituées uniquement d'une pale et d'un pied de fixation et de plates-formes séparées caractérisé en ce que chaque plate-forme (11 ; 111) comporte un plateau (12 ; 112) délimitant la paroi interne de la veine de circulation des gaz et dont chaque extrémité axiale est reliée à un élément formant un pied (24, 25 ; 124, 125) de fixation sur le disque (1), coopérant avec une portée cylindrique (7, 8) ménagée sur la jante du disque, l'un au moins desdits pieds (24 ; 124) de plate-forme (11, 111) étant associé à un cavalier (27) présentant une section en forme de C et solidarisant ledit pied (24 ; 124) avec un élément en forme de dent (4) du disque (1), une bride (30) d'un élément (15) voisin du rotor et fixé au disque (1) étant en appui sur ledit cavalier (27) de manière à assurer le verrouillage axial.
2. Disque aileté de rotor de turbomachine selon la revendication 1 dans lequel un desdits cavaliers (27) est associé au pied (24, 25 ; 124, 125) de la plate-forme (11, 111) du côté avant et du côté arrière.
3. Disque aileté de rotor de turbomachine selon la revendication 1 dans lequel ledit cavalier (27) est asso­cié du côté avant du disque (1), du côté supérieur, à un pied (24 ; 124) de plate-forme (11, 111) et du côté inférieur à une dent (4) du disque (1) et à un jonc (6) de blocage placé entre ladite dent (4) et la face (5) du disque (1), et du côté arrière, le pied (25 ; 125) de plate-forme (11 ; 111) est placé dans une gorge annulaire (10) formant un becquet (9) sur la partie arrière de la jante du disque (1).
4. Disque aileté de rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la face de jante du disque (1) et le cavalier (27) associé comportent respectivement un perçage recevant un pion (31) de positionnement.
5. Disque aileté de rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel lesdites plates-formes (11) sont métalliques et dans chaque plate-­forme, ledit plateau (12) est relié respectivement à chaque pied (24, 25) par une jambe (22, 23) de liaison, une nervure (26) de renfort, solidaire de la face interne dudit plateau (12) allant d'une jambe à l'autre (22, 23) chaque bord axial (13, 16) dudit plateau (12) de plate-­forme (11) coopérant avec le bord adjacent (14, 17) dudit élément voisin (15, 18) de rotor de manière à assurer l'étanchéité et la continuité de la paroi interne de la veine.
6. Disque aileté de rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel lesdites plates-formes (111) sont constituées en matériau composite, chacune étant composée de deux éléments (111a, 111b) à section triangulaire accolés et solidarisés par une peau extérieure (111c) formant ledit plateau (112) de plate-forme (111) et lesdits pieds (124, 125) de fixation étant constitués à chaque extrémité axiale respectivement par un renfort (35, 36), un joint d'étanchéité (37, 38) étant placé sur chaque bord péri­phérique de plateau (112) de plate-forme (111), assurant le raccordement entre plates-formes (111) et aubes (3).
EP89403217A 1988-11-23 1989-11-22 Disque aileté de rotor de turbomachine Expired - Lifetime EP0370899B1 (fr)

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