EP0396726B1 - Segment d'arret et d'etancheite d'un ensemble d'aubes monte sur un disque de rotor de turbomachine - Google Patents

Segment d'arret et d'etancheite d'un ensemble d'aubes monte sur un disque de rotor de turbomachine Download PDF

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EP0396726B1
EP0396726B1 EP89913063A EP89913063A EP0396726B1 EP 0396726 B1 EP0396726 B1 EP 0396726B1 EP 89913063 A EP89913063 A EP 89913063A EP 89913063 A EP89913063 A EP 89913063A EP 0396726 B1 EP0396726 B1 EP 0396726B1
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Philippe Patrick Catte
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Safran Aircraft Engines SAS
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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

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 downstream of a disc and arises crucially in turbomachine compressors. 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.
  • turbomachinery of the type currently being studied for example fast propeller turbojets whose compressor rotors have very small diameters, it is necessary to minimize the height under the platforms and to gain mass on the compressor blades, the solution above mentioned cannot be used because it is too bulky.
  • the object of the present invention is therefore to replace the anterior double segmentation with a single monobloc segment. performing both locking and sealing functions.
  • the subject of the invention is therefore a turbomachine rotor of the type already indicated above and which is characterized in that the locking means consists of a single split segment with Y-shaped section of which a radially external upstream branch is inserted. in the grooves of the spoilers downstream of the blades and of the disc, the radially external downstream branch of the segment being pressed against the downstream part of the spoilers of the blades.
  • the rotor disc 1 comprises substantially axial cells 2 into which are inserted the feet 3 of vanes 4 having an upstream wedging means 5 on the upstream face of the disc 1 and a downstream spoiler 6 comprising a transverse groove 7 radially oriented towards the axis of the disc.
  • the latter comprises opposite the groove 7 of the blades a groove 8 radially oriented towards its periphery, which will be used for mounting / dismounting the segment.
  • a split segment 9 whose section has the shape of a Y with asymmetrical branches 9a and 9b joined by their common base 9c.
  • the upstream branch 9a flat is inserted into the groove 7.
  • the downstream branch 9b longer than the branch 9a, has a curved shape which matches the downstream shape of the spoiler 6 and which rises under the platform 10 of the blade.
  • the two branches 9a and 9b can be produced during manufacture with a slight tightening so that during assembly of the segment in its location the downstream branch is pressed against the downstream face of the spoiler 6.
  • the pressure coming from the ⁇ P between the upstream and downstream of the disc, combined with the centrifugal force, increases the plating of the downstream branch against the blade.
  • the segment is produced by welding radially internal parts of two annular sheets of which the downstream one has a curved shape and the upstream one is flat.
  • the segment is produced by folding and forming a single annular sheet, the fold of which forms the foot 9c of the Y section of the segment.
  • the segment is produced by machining around a one-piece annular blank.
  • the segment is assembled by placing the foot 9c of the segment in the groove 8 and compressing it radially so that the upstream branch 9a passes under the spoiler 6. Once pressed forward, the segment can be released radially so that the upstream branch 9a enters the groove 7. In operation, the centrifugal force will maintain the segment in the groove 7.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Selon l'invention le moyen de verrouillage des pieds (3) d'aubes dans les alvéoles (2) du disque est constitué d'un segment fendu unique (9) à section en forme de Y dont une branche amont radialement externe (9a) est insérée dans la gorge (7) des becquets aval (6) des aubes et du disque (1), la branche aval radialement externe (9b) du segment (9) étant plaquée contre la partie aval des becquets (6) des aubes. Application à des rotors de petit diamètre.

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 de 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.
  • Le document FR-A-2 603 333 au nom de la demanderesse décrit 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 eue le disque comporte une gorge circulaire radialement orientée vers sa périphérie, dont 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 étant constitué car deux segments fendus dont le premier au moins coopère simultanément avec les gorges des becquets des aubes et la gorge circulaire du disque, la somme des épaisseurs des premier et second segments étant égale à l'épaisseur des gorges des becquets d'aubes.
  • Ce document constitue l'état de la technique à partir duquel l'invention a été réalisée.
  • Dans ce dispositif antérieur, il était nécessaire de pratiquer dans les aubes une gorge suffisamment profonde et large pour recevoir les deux segments.
  • Dans les turbomachines du type actuellement étudié, par exemple les turboréacteurs à hélices rapides dont les rotors de compresseurs ont des diamètres très faible, il est nécessaire de minimiser la hauteur sous les plateformes et de gagner de la masse sur les aubes de compresseur, la solution ci-dessus évoquée n'est pas utilisable parce que trop encombrante.
  • Aussi la présente invention a pour but de substituer à la double segmentation antérieure un segment unique monobloc réalisant les deux fonctions de verrouillage et d'étanchéité.
  • L'invention a donc pour objet un rotor de turbomachine du type déjà indiqué plus haut et qui est caractérisé en ce que le moyen de verrouillage est constitué d'un segment fendu unique à section en forme de Y dont une branche amont radialement externe est insérée dans les gorges des becquets aval des aubes et du disque, la branche aval radialement externe du segement étant plaquée contre la partie aval des becquets des aubes.
  • D'autres caractéristiques seront présentées en regard des planches annexées parmi lesquelles :
    • la figure 1 montre un étage de rotor de turbomachine équipé du moyen de verrouillage selon l'invention selon une première variante ;
    • la figure 2 montre une seconde variante d'exécution du segment du verrouillage ;
    • la figure 3 montre une troisième variante d'exécution dudit segment.
  • En se reportant à la figure 1, le disque 1 de rotor comporte des alvéoles sensiblement axiaux 2 dans lesquels sont insérés les pieds 3 d'aubes 4 possédant un moyen de calage amont 5 sur la face amont du disque 1 et un becquet aval 6 comprenant une gorge transversale 7 radialement orientée vers l'axe du disque. Ce dernier comporte en regard de la gorge 7 des aubes une gorge 8 radialement orientée vers sa périphérie, qui servira au montage/démontage du segment.
  • Dans la gorge 7 est inséré un segment fendu 9 dont la section a la forme d'un Y à branches assymétriques 9a et 9b réunies par leur pied commun 9c. La branche amont 9a plate est insérée dans la gorge 7.
  • La branche aval 9b, plus longue que la branche 9a a une forme recourbée qui épouse la forme aval du becquet 6 et qui remonte sous la plateforme 10 de l'aube.
  • Les deux branches 9a et 9b peuvent être réalisés en fabrication avec un léger serrage de telle sorte que lors du montage du segment dans son emplacement la branche aval soit plaquée contre la face aval du becquet 6. En outre, en fonctionnement la pression provenant du Δ P entre l'amont et l'aval du disque, conjuguée à la force centrifuge, augmente le placage de la branche aval contre l'aube.
  • Dans la variante montrée à la figure 1, le segment est réalisé par soudage de parties radialement internes de deux tôles annulaires dont celle aval a une forme incurvée et celle amont est plate.
  • Dans la variante d'exécution montrée à la figure 2, le segment est réalisé par pliage et formage d'une tôle annulaire unique dont le pli forme le pied 9c de la section en Y du segment.
  • Dans la variante d'exécution de la figure 3 le segment est réalisé par usinage autour d'une ébauche annulaire monobloc.
  • Si l'on compare cette solution avec celle du document FR-A-2 603 333 précité, on peut constater que dans ce document les aubes devraient comporter une gorge large pour recevoir deux segments alors que dans la présente invention, la fonction d'étanchéité ayant été reportée sur la branche aval du segment, la gorge nécessaire dans les pieds d'aubes ne nécessite qu'une largeur minimale.
  • Ainsi, on peut réaliser les deux fonctions d'étanchéité et de verrouillage axial des aubes sur le disque aussi bien que par le passé tout en économisant de la matière et de l'espace sur les aubes.
  • Le montage du segment s'effectue en mettant en place dans la gorge 8 le pied 9c du segment et en comprimant celui-ci radialement de telle sorte que la branche amont 9a passe sous le becquet 6. Une fois plaquée vers l'avant, le segment peut être relaché radialement de sorte que la branche amont 9a pénètre dans la gorge 7. En fonctionnement, la force centrifuge maintiendra le segment dans la gorge 7.
  • L'avantage ainsi procuré permet de diminuer les dimensions des rotors de turbomachines, ou si l'on regarde le problème différemment, d'utiliser un verrouillage efficace par segment fendu sur des rotors de diamètre plus petit.

Claims (7)

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 (3) d'aubes comportant un moyen de calage (5) des aubes sur la face amont du disque (1) et un becquet aval (6) possédant une gorge transversale (7) radialement orientée vers l'axe du disque, gorge dans laquelle est inséré un moyen de verrouillage axial aval des aubes sur le disque assurant simultanément l'étanchéité entre les pieds (3) d'aube et le fond des alvéoles (2) du disque, tandis que le disque comporte une gorge circulaire (8) radialement orientée vers sa périphérie, caractérisé en ce que le moyen de verrouillage est constitué d'un segment fendu unique (9) à section en forme de Y dont une branche amont radialement externe (9a) est insérée dans la gorge (7) des becquets aval (6) des aubes et du disque (1), la branche aval radialement externe (9b) du segment (9) étant plaquée contre la partie aval des becquets (6) des aubes.
2. Rotor de turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche aval (9b) du segment a une forme incurvée correspondant à la forme de la partie aval des becquets (6) d'aubes.
3. Rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la branche aval (9b) du segment est plus longue que la branche amont (9a) et remonte radialement sous la plateforme (10) des aubes.
4. Rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le segment est réalisé avec un léger serrage de ses branches radialement externes (9a, 9b) pour assurer un verrouillage serré des aubes sur le disque et une étanchéité améliorée.
5. Rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le segment (9) est réalisé par pliage et formage d'une tôle annulaire.
6. Rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le segment (9) est réalisé par soudage des parties radialement internes de deux tôles annulaires.
7. Rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le segment (9) est réalisé par usinage monobloc d'une ébauche annulaire.
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