EP1540189A1 - Cale de retenue du pied des aubes de soufflante - Google Patents

Cale de retenue du pied des aubes de soufflante

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EP1540189A1
EP1540189A1 EP03761637A EP03761637A EP1540189A1 EP 1540189 A1 EP1540189 A1 EP 1540189A1 EP 03761637 A EP03761637 A EP 03761637A EP 03761637 A EP03761637 A EP 03761637A EP 1540189 A1 EP1540189 A1 EP 1540189A1
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EP
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blade
wedge
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metallic structure
downstream
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EP03761637A
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Alain Bassot
Hervé BUISSON
Christophe Follonier
Eric Inghels
Bruce Pontoizeau
Patrick Reghezza
Anne Thenaisie
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA Moteurs SA
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
    • 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
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/322—Blade mountings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S416/00—Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
    • Y10S416/50—Vibration damping features

Definitions

  • the invention relates to a device for retaining the foot of the fan blades. More specifically, it relates to a shim intended to retain the foot of a fan blade in a curvilinear cell formed at the periphery of a rotor disc, said blade comprising two flanks called intrados and extrados respectively, said shim being in the form of a curvilinear plate made up of a metallic structure having recessed parts filled by overmolding with a semi-rigid elastomeric material, in particular on the lateral edge located on the side of the lower surface of the blade between two extreme zones upstream and downstream of entirely metallic structure, on the lateral edge situated on the side of the upper surface of the blade between a central zone of essentially metallic structure and said end zones, and on the two upper parts of said wedge which extend between said two lateral edges made of elastomer, on either side of said central metallic zone.
  • Such a shim is disclosed by FR 2 746456 which represents the state of the art closest to the invention.
  • These wedges engaged under the blade roots make it possible to dampen the vibrations of the blades, to prevent the tilting of the blade root when the centrifugal forces are low, and to a certain extent allow the rotation of the blade foot in the event of extreme effort, following the percussion of this blade by a body ingested by the fan for example, in order to avoid the rupture of said blade at its base.
  • the central metal zone has a machined profile set back from the profile of the cell.
  • the wedge has between the two lateral elastomer edges, on either side of the central metal area, a metallic lower part which rests on the bottom of the cell.
  • the plate can only pivot at a very small angle owing to the high stiffness of the metal structure.
  • the object of the invention is to improve the resistance of the struck blade by ensuring that the wedge can absorb part of the impact energy beyond the rotation allowed by the wedge according to the state of the technique.
  • the object is achieved according to the invention by the fact that the metal structure further comprises a lower recess which extends between the two end zones upstream and downstream over its entire surface.
  • the wedge thus works according to the principle of a leaf spring in the event of a violent impact on the blade.
  • the lower recess is advantageously connected to the upstream and downstream end zones by lunules.
  • the lower recess is filled by overmolding with the semi-rigid elastomeric material.
  • the central zone has a profile set back from the profile of the cell.
  • FIG. 1 is a radial section of a device for retaining a blade root of a fan
  • - Figure 2 is a cross section of a blade root housed in a cell and held by means of a wedge according to the invention
  • - Figure 3 is a longitudinal sectional view of a wedge retaining a blade root according to the invention
  • FIG. 4 is a top view of the wedge of FIG. 3,
  • FIG. 5 is a section along the line V-V in FIG. 4,
  • FIG. 6 is a view in longitudinal section of the retaining wedge according to the invention subjected to a compressive force following the rotation of the blade
  • FIG. 7 is a longitudinal section of a variant of the retaining wedge according to the invention.
  • Figures 1 and 2 show a fan rotor disk 1 which has at its periphery a plurality of cells 2 of curvilinear shape in each of which is engaged by sliding the foot 3 of a blade 4.
  • the foot 3 has a section in dovetail shape.
  • an elastic wedge 5 which holds the foot 3 against the walls of the cell 2.
  • the wedge 5 shown in Figures 3, 4 and 5 is present in the form of a curvilinear plate with a longitudinal axis XX '. It is made up of a metal structure having recessed parts filled by overmolding with a semi-rigid elastomeric material.
  • the wedge 5 has two end zones upstream 10 and downstream 11 of entirely metallic structure connected together by a metallic intermediate part of variable section which has:
  • a recess 13 filled with an elastomeric material forming a lateral edge which extends between the upstream 10 and downstream 13 end zones,
  • the lower face 20 of the metallic intermediate part connecting the end zones upstream 10 and downstream 11 entirely made of metal is therefore in a plane substantially parallel to the plane containing the lower faces of the end zones upstream 10 and downstream 11.
  • the metal intermediate part thus behaves as a leaf spring in the case where it is subjected to compression forces applied in particular above the central metallic zone 12.
  • the lower recess 21 can possibly be filled with the elastomeric material, but this is not compulsory.
  • the overmolding of the metallic structure by the elastomeric material is carried out at a slightly higher rib than that of the metallic part. This arrangement makes it possible to mount the shim 5 in compression under the foot 3 of the blade 4 in order to annihilate the residual clearance between the shim 5 and the blade foot in the cavity 2 of the disc 1.
  • the cross section of the shim 5 is substantially homogeneous from one end to the other of this shim 5.
  • the central metal zone 12 may have, if necessary, a machined profile 22 set back relative to the profile 23 of the cell 2 to allow rotation of the foot 3 of the blade 4 around the axis BB 'in case of violent impact on the lower surface of dawn 4.
  • This axis BB ′ intersects the median transverse plane of the shim 5 at the point referenced Q in FIGS. 2 and 4, off-center with respect to dawn 4 because the alveolus 2 is curvilinear.
  • FIG. 6 shows the deformation undergone by the metallic intermediate part of the shim 5 in the event of a violent impact from the blade 4.
  • the depth of the recess 21 can be determined in such a way that the shim 5 functions as a spring, all retaining its elasticity. It can also be determined so that the shim 5 deforms plastically and absorbs part of the impact energy.
  • the lower surface of the intermediate part can be connected to the upstream 10 and downstream 11 end zones by lunules 16 and 17, as shown in FIG. 7.

Landscapes

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

Abstract

Selon l'invention, la cale (5) est constituée d'une structure métallique ayant des parties évidées comblées par surmoulage avec un matériau élastomère semi-rigide notamment sur le bord latéral (13) côté intrados entre deux zones extrêmes amont (10) et aval (11) de structure entièrement métallique, sur le bord latéral (14, 15) côté extrados entre une zone centrale (12) de structure essentiellement métallique et les zones extrêmes (10, 11), et sur les deux parties supérieures (18, 19) de la cale (5) qui s'étendent entre les bords latéraux en élastomère de part et d'autre de la zone centrale métallique. La structure métallique comporte en outre un évidement inférieur (21) qui s'étend entre les deux zones extrêmes (10, 11) sur toute sa surface. La structure métallique se comporte ainsi comme une lame ressort lors de la rotation de l'aube suite à un choc violent.

Description

Cale de retenue du pied des aubes de soufflante
L'invention concerne un dispositif de retenue du pied des aubes de soufflante. Elle concerne plus précisément une cale destinée à retenir le pied d'une aube de soufflante dans une alvéole curviligne ménagée à la périphérie d'un disque de rotor, ladite aube comportant deux flancs appelés respectivement intrados et extrados, ladite cale se présentant sous la forme d'une plaque curviligne constituée d'une structure métallique ayant des parties évidées comblées par surmoulage avec un matériau élastomère semi-rigide, notamment sur le bord latéral situé du côté de l'intrados de l'aube entre deux zones extrêmes amont et aval de structure entièrement métallique, sur le bord latéral situé du côté de l'extrados de l'aube entre une zone centrale de structure essentiellement métallique et lesdites zones extrêmes, et sur les deux parties supérieures de ladite cale qui s'étendent entre lesdits deux bords latéraux en élastomère, de part et d'autre de ladite zone centrale métallique.
Une telle cale est dévoilée par FR 2 746456 qui représente l'état de la technique le plus proche de l'invention. Ces cales engagées sous les pieds d'aube permettent d'amortir les vibrations des aubes, d'éviter le basculement du pied des aubes lorsque les efforts centrifuges sont faibles, et permettent dans une certaine mesure la rotation du pied d'une aube en cas d'effort extrême, suite à la percussion de cette aube par un corps ingéré par la soufflante par exemple, afin d'éviter la rupture de ladite aube en sa base. A cet effet, la zone centrale métallique comporte un profil usiné en retrait par rapport au profil de l'alvéole.
Dans ce document, la cale comporte entre les deux bords latéraux en élastomère, de part et d'autre de la zone centrale métallique, une partie inférieure métallique qui repose sur le fond de l'alvéole. En cas de choc violent subit par l'aube, la plaque ne peut pivoter que d'un angle très faible par suite de la raideur élevée de la structure métallique.
Le but de l'invention est d'améliorer la tenue de l'aube percutée en faisant en sorte que la cale puisse absorber une partie de l'énergie d'impact au-delà de la rotation permise par la cale selon l'état de la technique. Le but est atteint selon l'invention par le fait que la structure métallique comporte en outre un évidement inférieur qui s'étend entre les deux zones extrêmes amont et aval sur toute sa surface.
La cale travaille ainsi selon le principe d'un ressort à lame en cas de choc violent sur l'aube.
Afin d'améliorer encore la souplesse de la cale, l'évidement inférieur se raccorde avantageusement aux zones extrêmes amont et aval par des lunules.
De préférence, l'évidement inférieur est comblé par surmoulage avec le matériau élastomère semi-rigide.
Si nécessaire, la zone centrale comporte un profil en retrait par rapport au profil de l'alvéole.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une coupe radiale d'un dispositif de retenue d'un pied d'aube d'une soufflante,
- la figure 2 est une coupe transversale d'un pied d'aube logé dans une alvéole et maintenu au moyen d'une cale selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une cale de retenue d'un pied d'aube selon l'invention,
- la figure 4 est une vue de dessus de la cale de la figure 3,
- la figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure 4,
- la figure 6 est une vue en coupe longitudinale de la cale de retenue selon l'invention soumise à un effort de compression suite à la rotation de l'aube, et
- la figure 7 est une coupe longitudinale d'une variante de la cale de retenue selon l'invention.
Les figures 1 et 2 montrent un disque 1 de rotor de soufflante qui présente à sa périphérie une pluralité d'alvéoles 2 de forme curviligne dans chacune desquelles est engagé par coulissement le pied 3 d'une aube 4. Le pied 3 présente une section en forme de queue d'aronde. Entre le pied 3 de l'aube 4 et le fond de l'alvéole 2 est engagée une cale 5 élastique qui maintient le pied 3 contre les parois de l'alvéole 2. La cale 5 représentée sur les figures 3, 4 et 5 se présente sous la forme d'une plaque curviligne d'axe longitudinal XX'. Elle est constituée d'une structure métallique ayant des parties évidées comblées par surmoulage avec un matériau élastomère semi-rigide.
La cale 5 comporte deux zones extrêmes amont 10 et aval 11 de structure entièrement métallique reliées entre elles par une partie intermédiaire métallique de section variable qui présente :
- sur sa face située du côté de l'intrados de l'aube 4, un évidement 13 comblé par un matériau élastomère formant un bord latéral qui s'étend entre les zones extrêmes amont 10 et aval 13,
- sur sa face située du côté de l'extrados de l'aube 4, deux evidements 14, 15 disposés de part et d'autre d'une zone centrale métallique 12 de structure métallique, et également comblés par le matériau élastomère,
- sur sa face supérieure de part et d'autre de la zone centrale métallique 12, entre l'évidement 13 et les evidements 14 et 15, deux evidements 18 et 19 comblés par le matériau élastomère, et
- sur sa face inférieure 20, entre les zones extrêmes amont 10 et aval 11, un évidement 21 qui s'étend sur toute cette surface et notamment sous la zone centrale métallique 12.
La face inférieure 20 de la partie intermédiaire métallique reliant les zones extrêmes amont 10 et aval 11 entièrement métalliques se trouve donc dans un plan sensiblement parallèle au plan contenant les faces inférieures des zones extrêmes amont 10 et aval 11. La partie intermédiaire métallique se comporte ainsi comme une lame ressort dans le cas où elle est soumise à des efforts de compression appliqués notamment au-dessus de la zone centrale métallique 12.
L'évidement inférieur 21 peut éventuellement être comblé par le matériau élastomère, mais ceci n'est pas obligatoire.
Le surmoulage de la structure métallique par le matériau élastomère est effectué à une côte légèrement supérieure à celle de la partie métallique. Cette disposition permet de monter la cale 5 en compression sous le pied 3 de l'aube 4 afin d'annihiler le jeu résiduel entre la cale 5 et le pied d'aube dans l'alvéole 2 du disque 1.
Lorsque l'évidement inférieur 21 est comblé par du matériau élastomère, la section transversale de la cale 5 est sensiblement homogène d'une extrémité à l'autre de cette cale 5. Toutefois, la zone centrale métallique 12 peut présenter, si besoin est, un profil usiné 22 en retrait par rapport au profil 23 de l'alvéole 2 pour permettre une rotation du pied 3 de l'aube 4 autour de l'axe BB' en cas de choc violent sur l'intrados de l'aube 4. Cet axe BB' coupe le plan transversal médian de la cale 5 au point référencé Q sur les figures 2 et 4, décentré par rapport à l'aube 4 du fait que l'alvéole 2 est curviligne. Lorsque l'aube 4 est percutée, c'est l'extrémité P de la zone médiane métallique 12 qui effectue le plus grand trajet lors de la rotation de l'aube 4. Le déplacement du point P est rendu plus facile que dans l'art antérieur, par le fait que la partie intermédiaire métallique de la cale 5 a été amincie et comporte un évidement 21 sur sa face inférieure 20.
La figure 6 montre la déformation subie par la partie intermédiaire métallique de la cale 5 en cas de choc violent de l'aube 4. La profondeur de l'évidement 21 peut être déterminée de telle manière que la cale 5 fonctionne comme un ressort, tout en conservant son élasticité. On peut également la déterminer pour que la cale 5 se déforme plastiquement et absorbe une partie de l'énergie d'impact.
Pour accroître encore la souplesse de la cale 5, la surface inférieure de la partie intermédiaire peut être raccordée aux zones extrêmes amont 10 et aval 11 par des lunules 16 et 17, ainsi que cela est montré sur la figure 7.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cale destinée à retenir le pied d'une aube de soufflante dans une alvéole curviligne ménagée à la périphérie d'un disque de rotor, ladite aube comportant deux flancs appelés respectivement intrados et extrados, ladite cale se présentant sous la forme d'une plaque curviligne constituée d'une structure métallique ayant des parties évidées comblées par surmoulage avec un matériau élastomère semi-rigide, notamment sur le bord latéral situé du côté de l'intrados de l'aube entre deux zones extrêmes amont et aval de structure entièrement métallique, sur le bord latéral situé du côté de l'extrados de l'aube entre une zone centrale de structure essentiellement métallique et lesdites zones extrêmes, et sur les deux parties supérieures de ladite cale qui s'étendent entre lesdits deux bords latéraux en élastomère, de part et d'autre de ladite zone centrale métallique, caractérisée par le fait que la structure métallique comporte en outre un évidement inférieur (21) qui s'étend entre les deux zones extrêmes amont (10) et aval (11) sur toute sa surface (20).
2. Cale selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'évidement inférieur (21) se raccorde aux zones extrêmes amont (10) et aval (11) par des lunules (16, 17).
3. Cale selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que l'évidement inférieur (21) est comblé par surmoulage avec le matériau élastomère semi-rigide.
4. Cale selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la zone centrale (12) comporte un profil (22) en retrait par rapport au profil (23) de l'alvéole (2).
EP03761637A 2002-06-27 2003-06-25 Cale de retenue du pied des aubes de soufflante Expired - Lifetime EP1540189B1 (fr)

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