EP4476429A1 - Rotor de turbine comprenant un anneau d'arrêt d'aubes configuré pour favoriser le refroidissement des pieds d'aubes - Google Patents

Rotor de turbine comprenant un anneau d'arrêt d'aubes configuré pour favoriser le refroidissement des pieds d'aubes

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EP4476429A1
EP4476429A1 EP23707138.6A EP23707138A EP4476429A1 EP 4476429 A1 EP4476429 A1 EP 4476429A1 EP 23707138 A EP23707138 A EP 23707138A EP 4476429 A1 EP4476429 A1 EP 4476429A1
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EP
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rotor
retaining ring
blade
ring
turbine
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Patrick Jean Laurent SULTANA
Matthieu Simon
Loic ANSART
Joao Antonio Amorim
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Safran Aircraft Engines SAS
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Publication date
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    • F05D2260/205—Cooling fluid recirculation, i.e. after cooling one or more components is the cooling fluid recovered and used elsewhere for other purposes

Definitions

  • TITLE Turbine rotor comprising a blade stop ring configured to promote cooling of the blade roots.
  • the invention lies in the field of turbomachine turbine rotors.
  • the present invention relates more specifically to the cooling and axial retention of the roots of the blades of a turbine rotor, these blade roots having a so-called “fir tree” or “bi-lobed” shape.
  • the invention also relates to a turbomachine turbine and a turbomachine, provided with such a rotor.
  • a turbomachine comprises successively from upstream to downstream, a low pressure compressor, a high pressure compressor, a combustion chamber, a high pressure turbine and a low pressure turbine, which are traversed by a flow of air, (the upstream and the downstream being defined with respect to the direction of flow of this air flow in the turbine engine).
  • Each turbine comprises several axially successive stages, from upstream to downstream.
  • Each stage comprises a fixed annular distributor and a mobile rotor, driven in rotation around an axis of rotation, which merges with the longitudinal axis of the turbomachine.
  • Each rotor includes a rotor disc and a plurality of radial vanes which extend around this disc.
  • the rotor disk is provided at its periphery with a plurality of cells which open onto its outer circumference, each cell being configured to receive the root of such a blade.
  • a so-called “fast” low-pressure turbine has been developed. It is so called because its rotor is rotated at a speed higher than that of the rotor of a conventional low-pressure turbine. In order to resist this high rotation speed, the roots of the rotor blades have a so-called “fir or "bilobed” of which an example of embodiment can be seen in the attached figure 1.
  • a rotor disc A having a plurality of cells, here only one, referenced B, which allows the reception of the root C of a blade D.
  • the blade root C is bilobed, c that is to say that it comprises a radially outer lobe C1 located near of the blade D and that it is extended by a radially internal lobe C2.
  • the reception cell B consequently comprises a radially outer cavity B1 opening outwards from the rotor disk and configured to receive the lobe C1 and a radially inner cavity B2 opening into the radially outer cavity B1 and configured to receive the lobe C2 .
  • the blade root C is retained axially inside the cell B by a stop ring and a flange (not visible in Figure 1) which blocks the passage cooling air inside the radially outer cavity B1 of the cell B. This leads to a risk of overheating and damage to the root of the blade.
  • a turbine rotor comprising a rotor disc, provided at its periphery with a plurality of axial cells, each being configured to receive a foot of dawn.
  • This rotor disc also comprises an axial retaining ring for the blade roots and an annular flange placed in contact with the retaining ring.
  • This retaining ring is provided with indentations each having a central trunk and side branches.
  • the object of the invention is therefore to solve the aforementioned problem and to propose a rotor structure which makes it possible to block the blade root axially inside the cell, in both directions, that is to say upstream and downstream, while allowing effective cooling of the radially internal cavity and the radially external cavity of the cell.
  • the invention relates to a turbine rotor comprising:
  • rotor disc with a longitudinal axis of rotation and a plurality of radial blades, this rotor disc being provided at its periphery with a plurality of axial cells each configured to receive a blade root, each blade having a bilobed blade root and each cell comprising a radially internal cavity which is extended by a radially external cavity, -an axial retaining ring for the roots of the blades, this retaining ring comprising a radially inner part provided with indentations and a radially outer, solid part,
  • annular flange fixed on the upstream side of the rotor disc so that its radially outer end is in contact with the retaining ring, this annular flange being configured so as to form a space with said rotor disc and comprising at least an air inlet opening into said space, and each vane includes a groove for receiving the outer circumferential edge of said retaining ring.
  • each notch of the retaining ring is delimited circumferentially on one side and the other by two radial tabs of the retaining ring, the width, taken in a circumferential direction, of a notch is greater than or equal to the width, taken in a circumferential direction, of a cell, and this retaining ring is arranged against the upstream face of the rotor disk, so that each of its notches is located opposite a cell of the rotor disk, so that cooling air can penetrate through said at least one air intake orifice into said space and then pass through the notches to reach the radially outer cavity of the cells of said rotor disk.
  • the flange and the retaining ring cooperate to axially hold the root of the blade inside the reception cell of the rotor disk and thus prevent any displacement of this blade towards the upstream or downstream, and this, while allowing effective cooling of the internal and external cavities respectively of the cell, thanks to the presence of the indentations of the retaining ring.
  • the retaining ring has as many notches as the rotor disk has cavities for receiving a blade root.
  • the rotor comprises an annular seal, disposed between the radially outer end of the annular flange and the upstream face of the radially outer solid part of said retaining ring.
  • the annular flange comprises as many cooling orifices as the rotor disc has cells.
  • the annular flange generally has an axial branch and a radial branch, the axial branch is fixed to the rotor disc and the radially outer end of said radial branch is in contact with the upstream face of the radially outer part of said retaining ring and said at least one air inlet orifice is formed in the radial branch of the annular flange.
  • the retaining ring comprises several ring sectors, arranged end to end circumferentially around the longitudinal axis of rotation.
  • each of the two tabs arranged circumferentially on one side and the other of an indentation is less than the height, taken in a radial direction, of the cell for receiving a blade foot on which the indentation opens.
  • the invention also relates to a turbomachine turbine, in particular a low-pressure turbine, equipped with the aforementioned rotor.
  • the invention finally relates to a turbomachine comprising at least one such turbine.
  • FIG. 1 shows a cell of a rotor disk and a blade root in the shape of a fir tree, received in this cell;
  • FIG. 2 is a partial perspective view of a rotor disc, blades, the retaining ring and the flange according to the invention
  • FIG. 3 is a view in axial and partial section of the rotor disk, of a vane of the retaining ring and of the flange in accordance with the invention
  • FIG. 4 is a perspective view of part of two ring sectors forming the retaining ring according to the invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of part of the retaining ring according to the invention, arranged in front of a rotor disc.
  • a rotor 1 which comprises a rotor disc 2 and a plurality of radial vanes 3, arranged around this rotor disc.
  • the rotor disc 2 is rotated around an axis of rotation X-X', which also constitutes its central longitudinal axis.
  • the rotor disc 2 has an upstream face 21 and an opposite downstream face 22.
  • Each blade 3 includes a blade root 30, which has a fir tree or bilobed shape.
  • Each blade root 30 thus comprises a radially outer lobe 31 which is extended in the radially inner direction by a radially inner lobe 32.
  • the rotor disc 2 further comprises at its periphery a plurality of axial cells 23 each of which allows the reception of a root 30 of blade 3. Each cell 23 opens radially outwards.
  • each cell 23 comprises a radially outer cavity 231 which opens outwards and which is extended radially inwards by a radially inner cavity 232.
  • the cavity 231 receives the lobe 31 and the cavity 232 receives the lobe 32 from the foot of dawn.
  • the rotor 1 also comprises a retaining ring 4 and an annular flange 5, which will now be described in more detail.
  • the ring 4 allows the axial retention of the roots 30 of the blades 3. As can be seen better in FIG. 4, this ring 4 has a flat upstream face 40 and an equally flat downstream opposite face 41.
  • this axial retaining ring 4 comprises a radially internal part 42, provided with a plurality of notches 43 and a solid radially external part
  • the radially outer part 44 is called “full” because it does not have any indentations 43. In other words, the indentations 43 do not extend as far as this part.
  • the radially inner portion 42 also includes a plurality of radial tabs
  • each tab 45 extending between two notches 43 adjacent.
  • each notch 43 is delimited circumferentially on one side and on the other by two radial tongues 45.
  • each notch 43 extends radially, has a shape substantially U-shaped and emerges at the edge inner circumferential of the ring 4.
  • the tongues 45 make it possible to press the ring 4 firmly against the rotor disc 2 and thus to improve the seal between the two.
  • the tabs 45 may have a cutout 450 at their upstream face and close to their radially inner end. Such a cutout 450 makes it possible to refine the internal end of the tab and to lighten the overall weight of the ring 4.
  • the ring 4 comprises at its outer circumference a curved edge 46.
  • the retaining ring 4 can be a one-piece ring that extends 360° and may or may not be split. It can also be made up of several ring sectors, assembled end-to-end circumferentially to form said ring.
  • the number of sectors is not limiting, but preferably it is between two and fifteen and it is advantageously a divisor of the number of blades. By way of purely illustrative example, one can thus see in FIG. 4 two neighboring ring sectors, referenced 4A and 4B.
  • the retaining ring 4 is positioned on the rotor disc 2, so that its flat downstream face 41 is in contact with the upstream face 21 of this disc and that its radially outer part 44 is located facing the radially external of the cells 23, as best seen in Figure 3 and also so that its central axis is coaxial with the central longitudinal axis X-X 'of the disc 2.
  • this retaining ring 4 is positioned so that each notch 43 is located opposite a cell 23, as is best seen in Figure 5.
  • the ring 4 comprises as many notches 43 as there are 23 dimples on rotor disc 2.
  • each tongue 45 do not participate in sealing but are there to improve the support of the ring 4 on the disc 2. Indeed, without these tabs, the ring 4 would risk moving more.
  • the dimensions of each tongue 45 are therefore adapted accordingly.
  • the width, tangential (taken in a circumferential direction), L1 of a tongue 45 is less than the width L2, taken in a circumferential direction, between two adjacent cells 23 of the disc 2, so as not to block the passage of the cooling air through these cells 23. Also preferably, this tangential width L1 is greater than or equal to 5 millimeters (mm).
  • the height H of a tongue 45 (which also corresponds to the height H of a notch 43), taken in a radial direction, is preferably greater than 2 mm. Also preferably, this height H is less than the overall height H1, taken according to a radial direction, of the cell 23, since the part 44 of the ring 4 is located opposite the upper end of the radially outer cavity 231 of the cell 23, as can be seen in Figure 3. By way of example, the height of this cell 23 can reach 50 mm.
  • the dimensions of the notches 43, and in particular the width L3, taken in a circumferential direction, of a notch 43 is greater than or equal to the width, taken in a circumferential direction of a cell 23, so that when the retaining ring 4 is in place, the notches 43 do not block the passage of air through the cell 23 and allow the air to cool the radially internal cavities 232 and the radially external cavities 231 .
  • Each blade 3 further comprises a groove 33 for receiving part of the circumference of the retaining ring 4 or more precisely for receiving part of the outer circumferential edge 46 of the ring 4.
  • the blade 3 comprises an upstream spoiler 34 which extends axially upstream and which is provided on its radially inner face with a radially inner tab 35. It is this radially internal lug 35 which is provided with said groove 33 and this groove 33 opens in the direction of the axis X-X'.
  • the groove 33 is shaped and dimensioned advantageously so that the edge 46 is inserted therein without clearance. This groove 33 is curved along the same radius of curvature as that of ring 4.
  • anti-rotation fingers 47 are provided on the upstream face 40 of the ring, close to the edge 46. As can be seen in FIG. 5, the anti-rotation finger 47 comes into contact with the tab radially inner 35 and cooperates with it to prevent rotation of the ring 4 relative to the blades 3 and the rotor disc 2.
  • the ring 4 comprises several anti-rotation fingers 47 or else each ring sector 4A, 4B comprises two anti-rotation fingers, one for each direction of rotation.
  • the annular flange 5 is configured to be positioned on the upstream side of the rotor disc 2 and to delimit with it a space E.
  • the annular flange 5 thus has an L-shaped cross-section with an axial branch 50 which is extended radially outwards by a radial branch 51.
  • the radial branch 51 comprises at its radially outer end 52 a projecting part which extends axially downstream.
  • annular groove 53 is formed in this projecting part.
  • This groove 53 opens downstream and is intended to receive an annular seal 6, preferably an O-ring.
  • the flange 5 comprises at least one air intake orifice 54, preferably formed in the radial branch 51.
  • the flange 5 comprises several air intake orifices 54 and more preferably, as many of orifices 54 that there are cells 23 on the rotor disk 2.
  • each orifice 54 is aligned with a cell 23 when the flange is in place.
  • the annular flange 5 is fixed on the rotor disk 2, so that its central axis is coaxial with the central longitudinal axis X-X' of the disk 2 and so that its radially outer end 52 is in contact with the ring retainer 4.
  • the fixing of the flange 5 on the disc 2 is made so that the end 52 is in contact with the upstream face 40 of the solid radially outer part 44.
  • the flange 5 is fixed on the rotor disc 2 using a fixing device 7.
  • This fixing device 7 is for example a ring, which cooperates with the downstream end of the axial branch 50 of the flange 5 and with the rotor disc 2 to secure it.
  • Other fastening devices 7 could also be envisaged, for example fastening by screwing.
  • cooling air from upstream enters the space E, through the air inlets 54, as shown by the arrow i.
  • This cooling air can then flow into the radially internal cavity 232 of each cell 23, as shown by the arrow ii and also into the radially external cavity 231, as shown by the arrow iii, thanks to the presence of the notches 43.
  • the respective contours of the blade root 30 and of the cell 23 have been deliberately shown in dotted lines and having rotated them by 90°.
  • the annular flange 5 makes it possible to ensure sealing between the upstream of the flange 5 and the space E. This sealing is also reinforced thanks to the presence of the seal 6, placed against the radially outer part 44 of the retaining ring 4 free of notches 43.
  • the flange 5 allows the calibration of the cooling air by the dimensioning of the air intake orifices 54 which are smaller than the notches 43.
  • the retaining ring 4 and the annular flange 5 cooperate to ensure the axial locking of the blade roots 30 in the cells 23 of the disc 2. Indeed, the movement of the blade root 30 downstream ( to the right in Figure 3) or upstream (to the left in Figure 3) is prevented by the fact that the groove 33 of the blade 3 is blocked on the rim 46 of the ring 4, itself even pressed against the upstream face 21 of the rotor disk 2 by the flange 5.
  • the device according to the invention thus makes it possible to ensure the cooling of the radially outer cavities 231 of the cells 23 of the rotor disk 2, while ensuring the axial blocking of the blades 3.
  • the rotor according to the invention finds particular application in turbomachine turbines and more particularly in low-pressure turbines.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

La prsente invention concerne un rotor (1) de turbine comprenant un disque de rotor (2), muni sa priphrie dune pluralit dalvoles axiales (23) de rception dun pied (30) bilob dune aube (3), chaque alvole (23) comprenant une cavit radialement interne (232) et une cavit radialement externe (231). Ce rotor est remarquable en ce quil comprend un anneau (4) de retenue axiale des pieds daubes et un flasque annulaire (5), lanneau (4) comprenant une partie radialement interne munie dchancrures (43) et tant dispos contre la face amont (21) du disque (2), de sorte que chacune de ses chancrures (43) soit situe en face dune alvole (23) du disque (2), le flasque (5) tant fix contre la face amont de lanneau (4), mnageant un espace (E) avec ledit disque (2) et comportant au moins un orifice dadmission dair (54) qui dbouche dans ledit espace (E) et en ce que chaque aube (3) comprend une gorge (33) de rception du bord circonfrentiel externe (46) dudit anneau (4).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Rotor de turbine comprenant un anneau d’arrêt d’aubes configuré pour favoriser le refroidissement des pieds d’aubes.
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention se situe dans le domaine des rotors de turbine de turbomachine.
La présente invention concerne plus précisément le refroidissement et la retenue axiale des pieds des aubes d’un rotor de turbine, ces pieds d’aubes ayant une forme dite « de sapin » ou « bi lobée ».
L’invention concerne également une turbine de turbomachine et une turbomachine, munies d’un tel rotor.
ETAT DE LA TECHNIQUE
De manière classique, une turbomachine comprend successivement d’amont en aval, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression, qui sont traversés par un flux d’air, (l’amont et l’aval étant définis par rapport au sens d’écoulement de ce flux d’air dans la turbomachine).
Chaque turbine comprend plusieurs étages axialement successifs, de l’amont vers l’aval. Chaque étage comprend un distributeur annulaire fixe et un rotor mobile, entraîné en rotation autour d’un axe de rotation, qui se confond avec l’axe longitudinal de la turbomachine.
Chaque rotor comprend un disque de rotor et une pluralité d’aubes radiales qui s’étendent autour de ce disque. Le disque de rotor est pourvu à sa périphérie d’une pluralité d’alvéoles qui débouchent sur sa circonférence extérieure, chaque alvéole étant configurée pour recevoir le pied d’une telle aube.
Une turbine basse pression dite « rapide » a été développée. Elle est dénommée ainsi car son rotor est entraîné en rotation à une vitesse supérieure à celle du rotor d’une turbine basse pression classique, Afin de résister à cette vitesse élevée de rotation, les pieds des aubes du rotor présentent une forme dite « de sapin » ou « bilobée » dont on peut voir un exemple de réalisation sur la figure 1 jointe.
Sur cette figure, on peut ainsi voir un disque de rotor A présentant une pluralité d’alvéoles, ici une seule, référencée B, qui permet la réception du pied C d’une aube D. Le pied d’aube C est bilobé, c’est-à-dire qu’il comprend un lobe radialement externe C1 situé à proximité de l’aube D et qu’il se prolonge par un lobe radialement interne C2. L’alvéole de réception B comporte en conséquence une cavité radialement externe B1 débouchant vers l’extérieur du disque de rotor et configurée pour recevoir le lobe C1 et une cavité radialement interne B2 débouchant dans la cavité radialement externe B1 et configurée pour recevoir le lobe C2.
Afin d’assurer un refroidissement efficace du pied d’aube C, il est nécessaire que l’air de refroidissement passe non seulement dans la cavité radialement interne B2 de l’alvéole, mais également dans la cavité radialement externe B1.
Or, dans l’état actuel de la technique, le pied d’aube C est retenu axialement à l’intérieur de l’alvéole B par un anneau d’arrêt et un flasque (non visibles sur la figure 1 ) qui bloque le passage de l’air de refroidissement à l’intérieur de la cavité radialement externe B1 de l’alvéole B. Ceci conduit à un risque d’échauffement et d’endommagement du pied de l’aube.
On connaît déjà d’après le document EP 2 357 321 , un rotor de turbine comprenant un disque de rotor, muni à sa à sa périphérie d’une pluralité d’alvéoles axiales, chacune étant configurée pour la réception d’un pied d’aube. Ce disque de rotor comprend également un anneau de retenue axiale des pieds d’aube et un flasque annulaire disposé au contact de l’anneau de retenue. Cet anneau de retenue est muni d’échancrures présentant chacune un tronc central et des branches latérales.
Toutefois, la forme et la disposition de ces échancrures sont telles que seules les extrémités des branches latérales sont en regard d’une petite partie des alvéoles de réception des pieds d’aubes et que le refroidissement n’est pas efficace.
EXPOSE DE L'INVENTION
L’invention a donc pour but de résoudre le problème précité et de proposer une structure de rotor qui permette de bloquer axialement le pied d’aube à l’intérieur de l’alvéole, dans les deux sens, c’est-à-dire vers l’amont et vers l’aval, tout en permettant un refroidissement efficace de la cavité radialement interne et de la cavité radialement externe de l’alvéole.
A cet effet, l’invention concerne un rotor de turbine comprenant :
-un disque de rotor d’axe longitudinal de rotation et une pluralité d’aubes radiales, ce disque de rotor étant muni à sa périphérie d’une pluralité d’alvéoles axiales chacune configurée pour la réception d’un pied d’aube, chaque aube ayant un pied d’aube de forme bilobée et chaque alvéole comprenant une cavité radialement interne qui se prolonge par une cavité radialement externe, -un anneau de retenue axiale des pieds des aubes, cet anneau de retenue comprenant une partie radialement interne munie d’échancrures et une partie radialement externe, pleine,
-un flasque annulaire, fixé du côté amont du disque de rotor de sorte que son extrémité radialement externe soit au contact de l’anneau de retenue, ce flasque annulaire étant configuré de façon à ménager un espace avec ledit disque de rotor et comportant au moins un orifice d’admission d’air qui débouche dans ledit espace, et chaque aube comprend une gorge de réception du bord circonférentiel externe dudit anneau de retenue.
Conformément à l’invention : chaque échancrure de l’anneau de retenue est délimitée circonférentiellement d’un côté et de l’autre par deux languettes radiales de l’anneau de retenue, la largeur, prise selon une direction circonférentielle, d’une échancrure est supérieure ou égale à la largeur, prise selon une direction circonférentielle, d’une alvéole, et cet anneau de retenue est disposé contre la face amont du disque de rotor, de sorte que chacune de ses échancrures soit située en regard d’une alvéole du disque de rotor, de sorte que de l’air de refroidissement peut pénétrer par ledit au moins un orifice d’admission d’air dans ledit espace puis passer à travers les échancrures pour rejoindre la cavité radialement externe des alvéoles dudit disque de rotor.
Grâce à ces caractéristiques de l'invention, le flasque et l’anneau de retenue coopèrent pour maintenir axialement le pied d’aube à l’intérieur de l’alvéole de réception du disque de rotor et empêcher ainsi tout déplacement de cette aube vers l’amont ou vers l’aval, et ce, tout en permettant un refroidissement efficace des cavités respectivement interne et externe de l’alvéole, grâce à la présence des échancrures de l’anneau de retenue.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison :
- l’anneau de retenue comprend autant d’échancrures que le disque de rotor possède d’alvéoles de réception d’un pied d’aube.
- le rotor comprend un joint d’étanchéité annulaire, disposé entre l’extrémité radialement externe du flasque annulaire et la face amont de la partie radialement externe pleine dudit anneau de retenue. - le flasque annulaire comprend autant orifices de refroidissement que le disque de rotor possède d’alvéoles.
- le flasque annulaire présente globalement une branche axiale et une branche radiale, la branche axiale est fixée au disque de rotor et l’extrémité radialement externe de ladite branche radiale est au contact de la face amont de la partie radialement externe dudit anneau de retenue et ledit au moins un orifice d’admission d’air est formé dans la branche radiale du flasque annulaire.
- l’anneau de retenue comprend plusieurs secteurs d’anneau, disposés bout à bout circonférentiellement autour de l’axe longitudinal de rotation.
- la hauteur, prise selon une direction radiale, de chacune des deux languettes disposées circonférentiellement d’un côté et de l’autre d’une échancrure est inférieure à la hauteur, prise selon une direction radiale, de l’alvéole de réception d’un pied d’aube sur laquelle débouche l’échancrure.
L'invention concerne également une turbine de turbomachine, notamment une turbine basse pression, équipée du rotor précité.
L’invention concerne enfin une turbomachine comprenant au moins une telle turbine.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente une alvéole d’un disque de rotor et un pied d’aube en forme de sapin, reçu dans cette alvéole ;
- la figure 2 est une vue partielle en perspective d’un disque de rotor, d’aubes, de l’anneau de retenue et du flasque conformes à l’invention ;
- la figure 3 est une vue en coupe axiale et partielle du disque de rotor, d’une aube de l’anneau de retenue et du flasque conformes à l’invention ;
- la figure 4 est une vue en perspective d’une partie de deux secteurs d’anneau formant l’anneau de retenue conforme à l’invention ;
- la figure 5 est une vue en perspective d’une partie de l’anneau de retenue conforme à l’invention, disposé devant un disque de rotor. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En se reportant aux figures 2 et 3, on peut voir un rotor 1 qui comprend un disque de rotor 2 et une pluralités d’aubes radiales 3, disposées autour de ce disque de rotor. Le disque de rotor 2 est entraîné en rotation autour d’un axe de rotation X-X’, qui constitue également son axe longitudinal central.
Le disque de rotor 2 présente une face amont 21 et une face aval opposée 22.
Dans la suite de la description et les revendications, les expressions « radialement interne » et « radialement externe » sont à prendre en considération par rapport à la position de l’axe X-X’.
Chaque aube 3 comprend un pied d’aube 30, qui présente une forme en sapin ou bilobée. Chaque pied d’aube 30 comprend ainsi un lobe radialement externe 31 qui se prolonge dans la direction radiale interne par un lobe radialement interne 32.
Le disque de rotor 2 comprend en outre à sa périphérie une pluralité d’alvéoles axiales 23 dont chacune permet la réception d’un pied 30 d’aube 3. Chaque alvéole 23 débouche radialement vers l’extérieur.
Comme expliqué précédemment, chaque alvéole 23 comprend une cavité radialement externe 231 qui débouche vers l’extérieur et qui se prolonge radialement vers l’intérieur par une cavité radialement interne 232. La cavité 231 reçoit le lobe 31 et la cavité 232 reçoit le lobe 32 du pied d’aube.
Conformément à l’invention, le rotor 1 comprend également un anneau de retenue 4 et un flasque annulaire 5, qui vont maintenant être décrits plus en détail.
L’anneau 4 permet la retenue axiale des pieds 30 des aubes 3. Comme cela apparaît mieux sur la figure 4, cet anneau 4 présente une face amont 40 plane et une face opposée aval 41 également plane. De plus, cet anneau de retenue axiale 4 comprend une partie radialement interne 42, munie d’une pluralité d’échancrures 43 et une partie radialement externe pleine
44. La partie radialement externe 44 est dite « pleine », parce qu’elle ne présente pas d’échancrures 43. En d’autres termes, les échancrures 43 ne s’étendent pas jusqu’à cette partie.
La partie radialement interne 42 comprend également une pluralité de languettes radiales
45, chaque languette 45 s’étendant entre deux échancrures 43 voisines. En d’autres termes, chaque échancrure 43 est délimitée circonférentiellement d’un côté et de l’autre par deux languettes radiales 45. Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 4, chaque échancrure 43 s’étend radialement, présente une forme sensiblement en U et débouche au niveau du bord circonférentiel interne de l’anneau 4. Les languettes 45 permettent de bien plaquer l’anneau 4 sur le disque de rotor 2 et d’améliorer ainsi l’étanchéité entre les deux.
De façon avantageuse, et comme cela apparaît mieux sur les figures 4 et 5, les languettes 45 peuvent présenter une découpe 450 au niveau de leur face amont et à proximité de leur extrémité radialement interne. Une telle découpe 450 permet d’affiner l’extrémité interne de la languette et d’alléger le poids global de l’anneau 4.
En outre, l’anneau 4 comprend à sa circonférence externe un bord 46 incurvé.
L’anneau de retenue 4 peut être un anneau d’une seule pièce qui s’étend sur 360° et être fendu ou non. Il peut également être composé de plusieurs secteurs d’anneau, assemblés circonférentiellement bout-à-bout pour former ledit anneau. Le nombre de secteurs n’est pas limitatif, mais de préférence il est compris entre deux et quinze et il est avantageusement un diviseur du nombre d’aubes. À titre d’exemple purement illustratif, on peut ainsi voir sur la figure 4, deux secteurs d’anneau voisins, référencés 4À et 4B.
L’anneau de retenue 4 est positionné sur le disque de rotor 2, de façon que sa face aval plane 41 soit au contact de la face amont 21 de ce disque et que sa partie radialement externe 44 soit située en regard de l’extrémité radialement externe des alvéoles 23, comme cela apparaît mieux sur la figure 3 et également de façon que son axe central soit coaxial avec l’axe longitudinal central X-X’ du disque 2.
En outre, cet anneau de retenue 4 est positionné de sorte que chaque échancrure 43 soit située en regard d’une alvéole 23, comme cela apparaît mieux sur la figure 5. De préférence, l’anneau 4 comprend autant d’échancrures 43 qu’il y a d’alvéoles 23 sur le disque de rotor 2.
Les languettes 45 ne participent pas à l’étanchéité mais sont là pour améliorer l’appui de l’anneau 4 sur le disque 2. En effet, sans ces languettes, l’anneau 4 risquerait de bouger davantage. Les dimensions de chaque languette 45 sont donc adaptées en conséquence.
En se référant à la figure 5, on peut voir que la largeur, tangentielle (prise selon une direction circonférentielle), L1 d’une languette 45 est inférieure à la largeur L2, prise selon une direction circonférentielle, entre deux alvéoles 23 voisines du disque 2, pour ne pas obturer le passage de l’air de refroidissement au travers de ces alvéoles 23. De préférence également, cette largeur tangentielle L1 est supérieure ou égale à 5 millimètres (mm).
Par ailleurs, la hauteur H d’une languette 45 (qui correspond également à la hauteur H d’une échancrure 43), prise selon une direction radiale, est de préférence supérieure à 2 mm. De préférence également, cette hauteur H est inférieure à la hauteur globale H1 , prise selon une direction radiale, de l’alvéole 23, puisque la partie 44 de l’anneau 4 est située en regard de l’extrémité supérieure de la cavité radialement externe 231 de l’alvéole 23, comme on peut le voir sur la figure 3. À titre d’exemple, la hauteur de cette alvéole 23 peut atteindre 50 mm.
Enfin, de préférence, les dimensions des échancrures 43, et notamment la largeur L3, prise selon une direction circonférentielle, d’une échancrure 43 est supérieure ou égale à la largeur, prise selon une direction circonférentielle d’une alvéole 23, de sorte que lorsque l’anneau de retenue 4 est en place, les échancrures 43 n’obturent pas le passage de l’air au travers de l’alvéole 23 et permettent à l’air de bien refroidir les cavités radialement interne 232 et les cavités radialement externe 231 .
Chaque aube 3 comprend en outre une gorge 33 de réception d’une partie de la circonférence de l’anneau de retenue 4 ou plus précisément de réception d’une partie du bord circonférentiel externe 46 de l’anneau 4.
De façon avantageuse, et comme on peut le voir sur la figure 3, l’aube 3 comprend un becquet amont 34 qui s’étend axialement vers l’amont et qui est muni sur sa face radialement interne d’une patte radialement interne 35. C’est cette patte radialement interne 35 qui est munie de ladite gorge 33 et cette gorge 33 débouche en direction de l’axe X-X’.
Comme on peut le voir sur la figure 2, lorsque les différentes aubes 3 sont placées dans les alvéoles 23 du disque de rotor 2, leurs becquets amont respectifs 34 se touchent.
La gorge 33 est conformée et dimensionnée avantageusement de façon que le bord 46 y soit inséré sans jeu. En d’autres termes, la gorge 33 présente par exemple en coupe axiale une section semi-circulaire, lorsque le rebord 46 est semi-circulaire et cette gorge 33 est incurvée selon le même rayon de courbure que celui de l’anneau 4.
De façon avantageuse, des doigts anti-rotation 47 sont prévus sur la face amont 40 de l’anneau, à proximité du bord 46. Comme on peut le voir sur la figure 5, le doigt anti-rotation 47 vient au contact de la patte radialement interne 35 et coopère avec celle-ci pour empêcher la rotation de l’anneau 4 par rapport aux aubes 3 et au disque de rotor 2.
De préférence, l’anneau 4 comprend plusieurs doigts anti-rotation 47 ou bien chaque secteur d’anneau 4À, 4B comprend deux doigts anti-rotation, un pour chaque sens de rotation.
Comme on peut le voir sur la figure 3, le flasque annulaire 5 est configuré pour être positionné du côté amont du disque de rotor 2 et pour délimiter avec celui-ci un espace E. De façon avantageuse, le flasque annulaire 5 présente ainsi une section transversale en forme de L avec une branche axiale 50 qui se prolonge radialement vers l’extérieur par une branche radiale 51. De préférence, la branche radiale 51 comprend à son extrémité radialement externe 52 une partie saillante qui s’étend axialement vers l’aval.
De façon avantageuse mais non obligatoire, une gorge annulaire 53 est formée dans cette partie saillante. Cette gorge 53 débouche vers l’aval et est destinée à recevoir un joint d’étanchéité annulaire 6, de préférence un joint torique.
En outre, le flasque 5 comprend au moins un orifice d’admission d’air 54, ménagé de préférence dans la branche radiale 51. De préférence, le flasque 5 comprend plusieurs orifices d’admission d’air 54 et de préférence encore, autant d’orifices 54 qu’il y a d’alvéoles 23 sur le disque de rotor 2. De préférence, chaque orifice 54 est aligné avec une alvéole 23 lorsque le flasque est en place.
Le flasque annulaire 5 est fixé sur le disque de rotor 2, de façon que son axe central soit coaxial avec l’axe longitudinal central X-X’ du disque 2 et de façon que son extrémité radialement externe 52 soit au contact de l’anneau de retenue 4. De plus, lorsque le joint d’étanchéité 6, logé dans la gorge annulaire 53, est présent, la fixation du flasque 5 sur le disque 2 est faite de façon l’extrémité 52 soit au contact de la face amont 40 de la partie radialement externe pleine 44.
En outre, le flasque 5 est fixé sur le disque de rotor 2 à l’aide d’un dispositif de fixation 7. Ce dispositif de fixation 7 est par exemple un anneau, qui coopère avec l’extrémité aval de la branche axiale 50 du flasque 5 et avec le disque de rotor 2 pour assurer la fixation. D’autres dispositifs de fixation 7 pourraient également être envisagés, par exemple une fixation par vissage.
Par ailleurs, on notera que lorsque l’anneau 4 est en plusieurs secteurs annulaires, par exemple au moins deux, il faut alors prévoir plusieurs rebords saillants (ou murets) 210 sur la face amont 21 du disque de rotor 2, de préférence autant de rebords que de secteurs. Comme on peut le voir sur les figures 3 et 5, ces rebords 210 sont disposés de façon à se trouver radialement vers l’intérieur par rapport aux languettes 45, pour bloquer celles-ci et empêcher que l’anneau 4 ne se désengage de la gorge 33.
Lorsque l’anneau de retenue 4 et le flasque annulaire 5 sont positionnés sur le disque de rotor 2, comme représenté sur la figure 3, l’air de refroidissement provenant de l’amont (à gauche sur la figure 3) pénètre dans l’espace E, au travers des orifices d’admission d’air 54, comme représenté par la flèche i. Cet air de refroidissement peut ensuite s’écouler dans la cavité radialement interne 232 de chaque alvéole 23, comme représenté par la flèche ii et également dans la cavité radialement externe 231 , comme représenté par la flèche iii, grâce à la présence des échancrures 43. À cet effet, on notera que sur la figure 3, on a volontairement représenté les contours respectifs du pied d’aube 30 et de l’alvéole 23 en pointillés et en les ayant fait pivoter de 90° . Cette représentation est purement schématique et permet de visualiser la hauteur à laquelle se trouve les différents lobes 31 , 32 du pied d’aube et les différentes cavités 231 et 232. Dans la réalité, le pied d’aube et l’alvéole s’étendent bien évidemment axialement, comme on peut le voir sur les figures 2 et 5.
Le flasque annulaire 5 permet d’assurer l’étanchéité entre l’amont du flasque 5 et l’espace E. Cette étanchéité est également renforcée grâce à la présence du joint 6, disposé contre la partie radialement externe 44 de l’anneau de retenue 4 exempte d’échancrures 43.
Par ailleurs, le flasque 5 permet la calibration de l’air de refroidissement par le dimensionnement des orifices d’admission d’air 54 qui sont plus petits que les échancrures 43.
De plus, l’anneau de retenue 4 et le flasque annulaire 5 coopèrent pour assurer le blocage axial des pieds d’aubes 30 dans les alvéoles 23 du disque 2. En effet, le mouvement du pied d’aube 30 vers l’aval (vers la droite de la figure 3) ou vers l’amont (vers la gauche sur la figure 3) est empêché par le fait que la gorge 33 de l’aube 3 est bloquée sur le rebord 46 de l’anneau 4, lui-même plaqué contre la face amont 21 du disque de rotor 2 par le flasque 5.
Le dispositif conforme à l’invention permet ainsi d’assurer le refroidissement des cavités radialement externe 231 des alvéoles 23 du disque de rotor 2, tout en assurant le blocage axial des aubes 3.
Bien que cela ne soit pas limitatif, le rotor conforme à l’invention trouve une application particulière dans les turbines de turbomachine et plus particulièrement dans les turbines basse pression.

Claims

REVENDICATIONS
1. Rotor (1 ) de turbine, comprenant :
-un disque de rotor (2) d’axe longitudinal de rotation (X-X’) et une pluralité d’aubes radiales
(3), ce disque de rotor (2) étant muni à sa périphérie d’une pluralité d’alvéoles axiales (23) chacune configurée pour la réception d’un pied d’aube (30), chaque aube (3) ayant un pied d’aube (30) de forme bilobée et chaque alvéole (23) comprenant une cavité radialement interne (232) qui se prolonge par une cavité radialement externe (231 ),
-un anneau (4) de retenue axiale des pieds (30) des aubes, cet anneau de retenue (4) comprenant une partie radialement interne (42) munie d’échancrures (43) et une partie radialement externe (44), pleine,
-un flasque annulaire (5), fixé du côté amont du disque de rotor (2) de sorte que son extrémité radialement externe (52) soit au contact de l’anneau de retenue (4), ce flasque annulaire (5) étant configuré de façon à ménager un espace (E) avec ledit disque de rotor (2) et comportant au moins un orifice d’admission d’air (54) qui débouche dans ledit espace (E), et chaque aube (3) comprenant une gorge (33) de réception du bord circonférentiel externe (46) dudit anneau de retenue (4), ce rotor étant caractérisé en ce que chaque échancrure (43) de l’anneau de retenue (4) est délimitée circonférentiellement d’un côté et de l’autre par deux languettes radiales (45) de l’anneau de retenue (4), en ce que la largeur (L3), prise selon une direction circonférentielle, d’une échancrure (43) est supérieure ou égale à la largeur, prise selon une direction circonférentielle, d’une alvéole (23), et en ce que ledit anneau de retenue (4) est disposé contre la face amont (21 ) du disque de rotor (2), de sorte que chacune de ses échancrures (43) soit située en regard d’une alvéole (23) du disque de rotor (2), de sorte que de l’air de refroidissement peut pénétrer par ledit au moins un orifice d’admission d’air (54) dans ledit espace (E) puis passer à travers les échancrures (43) pour rejoindre la cavité radialement externe (231 ) des alvéoles (23) dudit disque de rotor (2).
2. Rotor (1 ) de turbine selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’anneau de retenue
(4) comprend autant d’échancrures (43) que le disque de rotor (2) possède d’alvéoles (23) de réception d’un pied d’aube.
3. Rotor (1 ) de turbine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend un joint d’étanchéité annulaire (6), disposé entre l’extrémité radialement externe (52) du flasque annulaire (5) et la face amont de la partie radialement externe pleine (44) dudit anneau de retenue (4).
4. Rotor (1 ) de turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flasque annulaire (5) comprend autant orifices de refroidissement (54) que le disque de rotor (2) possède d’alvéoles (23).
5. Rotor (1 ) de turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flasque annulaire (5) présente globalement une branche axiale (50) et une branche radiale (51 ), en ce que la branche axiale (50) est fixée au disque de rotor (2) et l’extrémité radialement externe (52) de ladite branche radiale (51 ) est au contact de la face amont de la partie radialement externe (44) dudit anneau de retenue (4) et en ce que ledit au moins un orifice d’admission d’air (54) est formé dans la branche radiale (51 ) du flasque annulaire (5).
6. Rotor (1 ) de turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’anneau de retenue (4) comprend plusieurs secteurs d’anneau (4À, 4B), disposés bout à bout circonférentiellement autour de l’axe longitudinal de rotation (X-X’).
7. Rotor (1 ) de turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur (H), prise selon une direction radiale, de chacune des deux languettes (45) disposées circonférentiellement d’un côté et de l’autre d’une échancrure (43) est inférieure à la hauteur (H1 ), prise selon une direction radiale, de l’alvéole (23) de réception d’un pied d’aube sur laquelle débouche l’échancrure (43).
8. Turbine de turbomachine, notamment turbine basse pression, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un rotor (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
9. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une turbine de turbomachine selon la revendication 8.
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