EP1223309B1 - Système de rétention des aubes de type combine ou cascade - Google Patents

Système de rétention des aubes de type combine ou cascade Download PDF

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EP1223309B1
EP1223309B1 EP02290048A EP02290048A EP1223309B1 EP 1223309 B1 EP1223309 B1 EP 1223309B1 EP 02290048 A EP02290048 A EP 02290048A EP 02290048 A EP02290048 A EP 02290048A EP 1223309 B1 EP1223309 B1 EP 1223309B1
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EP
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disc
flange
radial
cheek
disk
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EP02290048A
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Inventor
Charles Jean-Pierre Douguet
Maurice Guy Judet
Claude Robert Louis Lejars
Thierry Nitre
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA Moteurs SA
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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
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F01D5/323—Locking of axial insertion type blades by means of a key or the like parallel to the axis of the rotor
    • 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 a system for semi-collective retention of blades turbojet engines.
  • turbojet fan rotor having a plurality of removable fan blades attached to a rim of a disk, said fan blades each having a blade root which is mounted in a substantially axial groove and corresponding shape, formed in the disc rim, each of the fan blades being held in the groove by a hold placed under each foot of the blade, and means to retain axially the wedges and the blade roots in the grooves, said means comprising in particular a flange bearing against the upstream face of the disk and fixed to said disk by fastening means.
  • the upstream face designates the face directed towards the front of the engine and the downstream face, the one facing the back.
  • a radially inner part designates an area close to the axis of rotation of the disk, and a portion radially outside, the one that is far away.
  • FR A 2 561 307 shows a shim having a spout resting on the dawn foot.
  • the axial retention of the blade root is ensured by a ring placed between the wedge and the teeth of the disc, the ring being in contact with the wedge and the teeth of the disc and held radially in position by a flange.
  • Document FR A 2 681 374 describes a fastening of fan blades of turbojet engine using scalloped flanges arranged upstream and downstream at the periphery of the disk and provided with orifices, intended for fixing two rings provided respectively on a front cover and a compressor drum, which cooperate with the ends of the blade roots to immobilize them axially and radially.
  • the fan blades have on the downstream part of their feet two spoilers which engage respectively on the inner and outer radial faces of a first ring, and also have on the upstream part of their feet two spoilers that engage respectively on the inner and outer radial faces of a second ring.
  • This locking device complicates the machining of the fan blades which present two spoilers at both ends, and makes it difficult and time consuming to replace a damaged blade, because it is necessary to unscrew the plurality of fixing pins of a ring, these pins lodged in the orifices of a scalloped flange and being of a difficult access.
  • the object of the invention is to propose a fan rotor as described in introduction in which the blades are held in cascade in case of displacement axial.
  • the wedges comprising one of their ends a protrusion, said protrusion is interposed between the blade roots and the flange, by the the disk has on its upstream face a plurality of radial protuberances alternating with the grooves, in that the flange comprises on its downstream face a plurality of radial teeth arranged opposite and downstream of the radial protuberances (26) of the disk (10), and in that the means for fixing the flange on the disk are arranged in the radially inner portion of the flange.
  • the retention reliability of the fan blades is significantly increased.
  • the fan blades are stopped cascading from the following way: the blade of fan first relies on the hold, then at least one radial tooth of the flange co-operates in part with a protuberance of the disc for immobilize the dawn of blower.
  • the fastening means of the flange contribute to the final stop of the fan blade.
  • the radial protuberances of the disc extend towards the outside, and the radial teeth of the flange extend inwards.
  • said radial protuberances of the disc extend towards the inside and said radial teeth of the flange to the outside.
  • an axial clearance is formed between the radial protuberances of the disk and the radial teeth of the flange.
  • This game helps dissipate some of the energy when the fan blade, retained by the wedge, moves axially.
  • the means for fixing the flange on the disk have a plurality of pins parallel to the axis of rotation of the disk.
  • pins are sufficient in number to retain the flange on the disk in case axial displacement of a fan blade.
  • they comprise a screw-nut assembly accommodating axial forces and shear forces.
  • FIGS. 1 and 2 show a fan rotor disk 10 comprising a rim 12 which has at its periphery a plurality of substantially axial grooves 14 and regularly spaced around the axis of rotation of the disk 10.
  • each groove 14 is axially slidably mounted a foot 16 of a fan blade 18. Between the blade root 16 and the bottom of the groove 14 is engaged a shim 20 which keeps the blade root 16 in abutment against the walls of the groove 14 corresponding.
  • Each shim 20 has an outgrowth 22 at one of its ends.
  • this protrusion 22 is located at the upstream end of the shim 20, between the upstream face of the blade root 16 and a flange 24 bearing against the upstream face of the 10.
  • the flange 24 is formed by an inner wall of a ferrule which delimits internally the airflow channel through the blower.
  • the disc 10 has on its upstream face and alternately with the grooves 14, a plurality of radial protuberances 26 directed outwardly.
  • the flange 24 has on its downstream face a plurality of radial teeth 28 directed inwards, likely to bear against the radial protuberances 26 of the disk 10.
  • Figure 3 shows that to mount the flange 24 on the disc 10 (position unlocked), the radial teeth 28 of the flange 24 are passed through the notches 30 interposed between the radial protuberances 26 of the disc 10 and located above the bottoms of grooves 14.
  • Figure 4 shows the flange 24 in the locked position.
  • the width of the teeth radial plates 28 of the flange 24 may be greater than that of the radial protuberances 26 of the disc 10, so that a fraction of each of the radial teeth 28 can stall axially a portion of each fan blade 18.
  • the flange 24 is held in position by a simple screw / nut assembly.
  • the fixing means of the flange 24 comprise locking means constituted by pins having screws 44 and nuts 46.
  • FIG. a flange 42 bolted with said screws 44 and said nuts 46 crimped into the disc 10.
  • the disc 10 which is unchanged in its radially outer portion (protuberances radial 26) is thus simpler in shape in its radially inner portion. It is the same with regard to the flange 24.
  • FIG. 6 shows that disk 10 partially presents radially inner a plurality of orifices for holding the flange 24 on the 10. Fixing the flange 24 on the disk 10 is, for example, using a plurality of screws 44 and nuts 46, so as to keep the flange 24 tight on the disk 10 even if an attempt is made to lose a dawn.
  • the semi-collective axial retention of the blades of the fan is made of the following way. In case of displacement of a fan blade 18, it comes into bearing against the protrusion 22 of the wedge 20. A portion of the radial teeth 28 of the flange 24 stops the fan blade 18. A clearance 48 is formed between said radial teeth 28 of the flange 24 and the radial protuberances of the disk 10 to dissipate a portion of the energy during an attempt to lose a fan blade 18, the flange 24 being able to then deform before these radial teeth 28 come to press against the radial protuberances of the disk 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

La présente invention concerne un système de rétention semi-collectif des aubes mobiles de turboréacteur.
Elle concerne plus précisément un rotor de soufflante de turboréacteur, comportant une pluralité d'aubes de soufflante amovibles fixées sur une jante d'un disque, lesdites aubes de soufflante comportant chacune un pied d'aube qui est monté dans une rainure sensiblement axiale et de forme correspondante, ménagée dans la jante du disque, chacune des aubes de soufflante étant maintenue dans la rainure par une cale placée en-dessous de chaque pied d'aube, et des moyens pour retenir axialement les cales et les pieds d'aubes dans les rainures, lesdits moyens comportant notamment un flasque en appui contre la face amont du disque et fixé audit disque par des moyens de fixation.
Pour toute la suite, la face amont désigne la face dirigée vers l'avant du moteur et la face aval, celle dirigée vers l'arrière. De même, une partie radialement intérieure désigne une zone proche de l'axe de rotation du disque, et une partie radialement extérieure, celle qui en est éloignée.
Le document FR A 2 561 307 montre une cale comportant un bec en appui sur le pied d'aube. La rétention axiale du pied d'aube est assurée par un jonc placé entre la cale et les dents du disque, le jonc étant en contact avec la cale et les dents du disque et maintenu radialement en position par un flasque.
Le document FR A 2 681 374 décrit une fixation d'aubes de soufflante de turboréacteur faisant appel à des brides festonnées disposées en amont et en aval à la périphérie du disque et munies d'orifices, destinées à la fixation de deux anneaux prévus respectivement sur un capot avant et un tambour de compresseur, qui coopèrent avec les extrémités des pieds d'aubes pour les immobiliser axialement et radialement. Les aubes de soufflante présentent sur la partie aval de leur pied deux becquets qui s'engagent respectivement sur les faces radiales interne et externe d'un premier anneau, et présentent également sur la partie amont de leurs pieds deux becquets qui s'engagent respectivement sur les faces radiales interne et externe d'un deuxième anneau. Ce dispositif de verrouillage complique l'usinage des aubes de soufflante qui présentent deux becquets à leurs deux extrémités, et rend difficile et long le remplacement d'une aube endommagée, car il est nécessaire de dévisser la pluralité des broches de fixation d'un anneau, ces broches logeant dans les orifices d'une bride festonnée et étant d'un accès difficile.
Le but de l'invention est de proposer un rotor de soufflante tel que décrit en introduction dans lequel les aubes sont retenues en cascade en cas de déplacement axial.
Ce but est atteint selon l'invention par le fait que les cales comportant à l'une de leurs extrémités une excroissance, ladite excroissance est interposée entre les pieds d'aubes et le flasque, par le fait que le disque comporte sur sa face amont une pluralité de protubérances radiales alternant avec les rainures, par le fait que le flasque comporte sur sa face aval une pluralité de dents radiales disposées en regard et en aval des protubérances radiales (26) du disque (10), et par le fait que les moyens de fixation du flasque sur le disque sont disposés dans la partie radialement intérieure du flasque.
Grâce à ce système de rétention, la fiabilité de rétention des aubes de soufflante est très nettement augmenté. Les aubes de soufflante sont arrêtées en cascade de la manière suivante : l'aube de soufflante s'appuie d'abord sur la cale, puis au moins une dent radiale du flasque coopère en partie avec une protubérance du disque pour immobiliser l'aube de soufflante. Les moyens de fixation du flasque contribuent à l'arrêt définitif de l'aube de soufflante.
En cas de déplacement axial d'une aube, les efforts sont repris à la fois par les protubérances radiales du disque et les moyens de fixation du flasque sur le disque. Ces derniers ne reprennent donc qu'une partie des efforts. Dans le cas où les moyens de fixation du flasque sur le disque comportent des broches, ces dernières peuvent être en nombre inférieur à celui de l'art antérieur dévoilé par FR A 2 681 374. Enfin, les protubérances radiales du disque étant exemptes d'orifices de fixation du flasque, elles permettent d'encaisser des efforts axiaux supérieurs par rapport aux brides festonnées du document FR A 2 681 374.
Avantageusement, les protubérances radiales du disque s'étendent vers l'extérieur, et les dents radiales du flasque s'étendent vers l'intérieur. On pourrait également prévoir que lesdites protubérances radiales du disque s'étendent vers l'intérieur et lesdites dents radiales du flasque vers l'extérieur.
Avantageusement, un jeu axial est ménagé entre les protubérances radiales du disque et les dents radiales du flasque.
Ce jeu permet de dissiper une partie de l'énergie lorsque l'aube de soufflante, retenue par la cale, se déplace axialement.
Selon un mode de réalisation, les moyens de fixation du flasque sur le disque comportent une pluralité de broches parallèles à l'axe de rotation du disque.
Ces broches sont en nombre suffisant pour retenir le flasque sur le disque en cas de déplacement axial d'une aube de soufflante. Avantageusement, elles comportent un ensemble vis-écrou encaissant les efforts axiaux et les efforts de cisaillement.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaítront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est une coupe du système de rétention axiale des aubes de soufflante de type combiné ou cascade selon l'invention, la flèche F, orientée de l'amont vers l'aval, représentant en outre le sens d'écoulement de l'air ;
  • la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1, le flasque étant enlevé ;
  • la figure 3 est une perspective isométrique partielle, de l'aval vers l'amont, de la partie extérieure du disque comportant une seule cale par souci de clarté, qui montre le flasque en position déverrouillée ;
  • la figure 4 est identique à la figure 3 avec le flasque en position verrouillée ;
  • la figure 5 est une coupe du système de rétention axiale des aubes de soufflante de type combiné ou cascade selon l'invention ; et
  • la figure 6 est une vue de l'amont vers l'aval, du disque sans le flasque.
Les figures 1 et 2 montrent un disque 10 de rotor de soufflante comportant une jante 12 qui présente à sa périphérie une pluralité de rainures 14 sensiblement axiales et régulièrement espacées autour de l'axe de rotation du disque 10.
Dans chaque rainure 14 est monté par coulissement axialement un pied 16 d'une aube de soufflante 18. Entre le pied d'aube 16 et le fond de la rainure 14 est engagée une cale 20 qui maintient le pied d'aube 16 en appui contre les parois de la rainure 14 correspondante.
Chaque cale 20 présente une excroissance 22 à l'une de ses extrémités. Avantageusement, cette excroissance 22 est située à l'extrémité amont de la cale 20, entre la face amont du pied d'aube 16 et un flasque 24 en appui contre la face amont du disque 10. Le flasque 24 est formé par une paroi interne d'une virole qui délimite intérieurement le canal d'écoulement de l'air à travers la soufflante.
Le disque 10 comporte sur sa face amont et en alternance avec les rainures 14, une pluralité de protubérances radiales 26 dirigées vers l'extérieur. Le flasque 24 comporte sur sa face aval une pluralité de dents radiales 28 dirigées vers l'intérieur, susceptibles de venir en appui contre les protubérances radiales 26 du disque 10.
Ceci constitue une variante avantageuse, mais on pourrait également prévoir que les protubérances radiales 26 du disque 10 soient dirigées vers l'intérieur et les dents radiales 28 du flasque 24 soient dirigées vers l'extérieur.
La figure 3 montre que pour monter le flasque 24 sur le disque 10 (position déverrouillée), on fait passer les dents radiales 28 du flasque 24 par les encoches 30 interposées entre les protubérances radiales 26 du disque 10 et situés au-dessus des fonds des rainures 14.
Une rotation du flasque 24 par rapport au disque 10, selon l'axe de rotation des aubes de soufflante 18 d'un angle égal à la moitié de l'angle séparant deux rainures consécutives, permet ensuite aux dents radiales 28 de venir en regard des protubérances radiales 26, en aval de ces dernières.
La figure 4 montre le flasque 24 en position verrouillée. La largeur des dents radiales 28 du flasque 24 peut être supérieure à celle des protubérances radiales 26 du disque 10, afin qu'une fraction de chacune des dents radiales 28 permette de caler axialement une partie de chaque aube de soufflante 18.
Le flasque 24 est maintenu en position par un assemblage simple vis/écrou.
Les moyens de fixation du flasque 24 comportent des moyens de verrouillage constitués par des broches comportant des vis 44 et des écrous 46. La figure 5 montre une bride 42 boulonnée avec lesdites vis 44 et lesdits écrous 46 sertis dans le disque 10. Le disque 10 qui est inchangé dans sa partie radialement extérieure (protubérances radiales 26) est ainsi de forme plus simple dans sa partie radialement intérieure. Il en est de même en ce qui concerne le flasque 24.
Ce système de bride boulonnée 42 sert à la fois au maintien en rotation du flasque 24 par rapport au disque 10, et à son maintien axial, ce qui nécessite un nombre de broches conséquent. La figure 6 montre que le disque 10 présente en partie radialement intérieure une pluralité d'orifices destinés à maintenir le flasque 24 sur le disque 10. La fixation du flasque 24 sur le disque 10 se fait, par exemple, à l'aide d'une pluralité de vis 44 et écrous 46, de manière à bien maintenir le flasque 24 serré sur le disque 10 même en cas de tentative de perte d'une aube.
La rétention axiale semi-collective des aubes mobiles de soufflante se fait de la manière suivante. En cas de déplacement d'une aube de soufflante 18, celle-ci vient en appui contre l'excroissance 22 de la cale 20. Une partie des dents radiales 28 du flasque 24 arrête l'aube de soufflante 18. Un jeu 48 est ménagé entre les dites dents radiales 28 du flasque 24 et les protubérances radiales du disque 10 pour dissiper une partie de l'énergie lors d'une tentative de perte d'une aube de soufflante 18, le flasque 24 pouvant alors se déformer avant que ces dents radiales 28 ne viennent appuyer contre les protubérances radiales du disque 10.
En partie radialement intérieure, c'est la bride 42 qui arrête l'aube de soufflante 18. L'ensemble vis-écrous 44, 46 verrouille le flasque 24 sur le disque 10.

Claims (4)

  1. Rotor de soufflante de turboréacteur, comportant une pluralité d'aubes de soufflante amovibles (18) fixées sur une jante (12) d'un disque (10), lesdites aubes de soufflante (18) comportant chacune un pied d'aube (16) qui est monté dans une rainure (14), sensiblement axiale et de forme correspondante, ménagée dans la jante (12) du disque (10), le disque (10) comportant sur sa face amont une pluralité de protubérances radiales (26) alternant avec les rainures (14), chacune des aubes de soufflante (18) étant maintenue dans la rainure (14) par une cale (20) placée en-dessous de chaque pied d'aube (16), et des moyens pour retenir axialement les cales (20) et les pieds d'aubes (16) dans les rainures (14), lesdits moyens comportant un flasque (24) en appui contre la face amont du disque (10) et fixé audit disque (10) par des moyens de fixation disposés dans la partie radialement intérieure du flasque, les cales (20) comportant à l'une de leurs extrémités une excroissance (22) caractérisé par le fait que ladite excroissance est interposée entre les pieds d'aubes (16) et le flasque (24), par le fait que le flasque (24) comporte sur sa face aval une pluralité de dents radiales (28) disposées en regard et en aval des protubérances radiales (26) du disque (10).
  2. Rotor de soufflante selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les protubérances radiales (26) du disque (10) s'étendent vers l'extérieur ou l'intérieur, et les dents radiales (28) du flasque (24) s'étendent vers l'intérieur ou l'extérieur.
  3. Rotor de soufflante selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un jeu axial (48) est ménagé entre les protubérances radiales (26) du disque (10) et les dents radiales (28) du flasque (24).
  4. Rotor de soufflante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de fixation du flasque (24) sur le disque (10) comportent une pluralité de broches (42, 44, 46) parallèles à l'axe de rotation du disque (10).
EP02290048A 2001-01-11 2002-01-10 Système de rétention des aubes de type combine ou cascade Expired - Lifetime EP1223309B1 (fr)

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EP1223309A1 EP1223309A1 (fr) 2002-07-17
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