EP4493797A1 - Procédé de maintenance d'une roue aubagée de turbine haute pression d'une turbomachine - Google Patents

Procédé de maintenance d'une roue aubagée de turbine haute pression d'une turbomachine

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EP4493797A1
EP4493797A1 EP23713710.4A EP23713710A EP4493797A1 EP 4493797 A1 EP4493797 A1 EP 4493797A1 EP 23713710 A EP23713710 A EP 23713710A EP 4493797 A1 EP4493797 A1 EP 4493797A1
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EP
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blade
disc
foil
foot
turbomachine
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EP23713710.4A
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EP4493797B1 (fr
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Tangi Rumon BRUSQ
Vincent Gérard Michel MOREAU
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Safran Aircraft Engines SAS
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Safran Aircraft Engines SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • 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
    • F01D5/3092—Protective layers between blade root and rotor disc surfaces, e.g. anti-friction layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys

Definitions

  • TITLE Maintenance process for a high-pressure turbine bladed wheel of a turbomachine
  • the invention relates to a method of maintaining a high-pressure turbine blade wheel of a turbomachine, such as a turbojet or an aircraft turboprop.
  • Figure 1 represents a turbomachine 1 with double flow and double body.
  • the axis of the turbomachine is referenced X.
  • the terms axial and radial are defined in relation to the axis X.
  • the high pressure turbine 6 and the high pressure compressor 4 are coupled in rotation via a first shaft 10 so as to form a high pressure body.
  • the low pressure turbine 7, the low pressure compressor 3 and the fan 2 are coupled in rotation via a second shaft (not shown) so as to form a low pressure body.
  • the high pressure turbine 6 conventionally comprises a disk 11 on which blades 12 are mounted.
  • Each blade 12 comprises a blade 13 extending radially outwards from a blade root 14 mounted in a cell 15 of disc 11.
  • the top 16 of the blade 12 is formed by the radially outer end of the blade 12.
  • the root 14 and the blade 13 are here separated by a radially internal platform 17.
  • the foot 14 has a general fir tree shape , here with four branches or lobes 18.
  • the shape of the cell 15 is complementary to the shape of the foot 14.
  • Each branch or lobe 18 rests on an opposing complementary surface of the disk 11.
  • the surfaces of the foot 14 and of the disk 11 resting on each other are called bearing surfaces 19.
  • the foot 14 has four spans 19, arranged symmetrically with respect to a median radial plane P.
  • the blades 12 are surrounded by an annular casing 20.
  • a clearance j is formed between the vertices 16 of the blades 12 and the casing 20 surrounding the blades 12.
  • At least one foil can be mounted between the foot of each blade and the disc, at the level of the corresponding surfaces, all of the foils being removed if the radial clearance is greater than said determined value.
  • the foil can have a thickness of between 0.1 and 0.9 mm.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a turbomachine of the prior art
  • FIG. 5 is a perspective view of a blade base equipped with two side foils, according to another embodiment
  • FIG. 7 is a view corresponding to Figure 3, in which the foil has been removed following a maintenance operation.
  • the foil 21 thus has a general shape in II and comprising recesses capable of housing the lobes 18 of the foot 14 of the corresponding blade 12.
  • the foil 21 thus has surfaces
  • surfaces 22 intended to come into contact with the surfaces of the root 14 of the blade 12. These surfaces are called surfaces 22 of the foil 21.
  • the foil 21 is formed by a sheet of thickness between 0.1 and 0.9 mm, and made of a cobalt-based alloy.
  • the foot 14 of the blade 12 comes to rest on the bearing surfaces 22 of the foil 21 after assembly in the cell 15.
  • the radial position of the top 16 of the blade 12 takes into account the thickness of the foil 21 in its specifications so as to obtain the desired clearance j.
  • the foil 21 has a shape complementary to that of the foot 14 and comprises a radial wall 23 capable of forming an axial stop bearing against a radial end surface 24 of the foot 14, which can be an upstream surface or a downstream surface of the foot 14.

Landscapes

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

Abstract

L'invention concerne un procédé de maintenance d'une roue aubagée de turbine haute pression d'une turbomachine, s'étendant selon un axe, comportant un disque (11) comprenant des alvéoles (15), et des aubes (12) s'étendant radialement et comportant chacune une pale et un pied (14) radialement interne, le pied (14) de chaque aube (12) étant monté dans un alvéole (15) du disque (11), ledit pied (14) étant en appui sur le disque (11) par l'intermédiaire de surfaces du pied (14) et du disque (11) formant des portées (19), caractérisé en ce qu'au moins un clinquant (21) est monté de façon amovible entre le pied (14) d'au moins une aube (12) et le disque (11), au niveau des portées (19) correspondantes, ledit procédé comportant les étapes suivantes : mesurer un jeu radial entre le sommet d'au moins une aube (12), c'est-à-dire l'extrémité radialement externe de l'aube (12), et un carter de la turbomachine situé en regard de la roue aubagée, si le jeu radial est supérieur à une valeur déterminée, retirer ledit clinquant (21 ).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de maintenance d’une roue aubagée de turbine haute pression d’une turbomachine
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un procédé de maintenance d’une roue aubagée de turbine haute pression d’une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’aéronef.
Etat de la technique antérieure
La figure 1 représente une turbomachine 1 à double flux et à double corps. L’axe de la turbomachine est référencé X. Dans ce qui suit, les termes axial et radial sont définis par rapport à l’axe X.
La turbomachine 1 comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz au sein de la turbomachine 1 , une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7.
L’air issu de la soufflante 2 est divisé en un flux primaire A s’écoulant dans une veine primaire 8, et un flux secondaire B s’écoulant dans une veine secondaire 9.
Le compresseur basse pression 3, le compresseur haute pression 4, la chambre de combustion 5, la turbine haute pression 6 et la turbine basse pression 7 sont ménagées dans la veine primaire 8.
La turbine haute pression 6 et le compresseur haute pression 4 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un premier arbre 10 de manière à former un corps haute pression.
La turbine basse pression 7, le compresseur basse pression 3 et la soufflante 2 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un second arbre (non représenté) de manière à former un corps basse pression.
Comme cela apparaît à la figure 2, la turbine haute pression 6 comporte classiquement un disque 11 sur lequel sont montées des aubes 12. Chaque aube 12 comporte une pale 13 s’étendant radialement vers l’extérieur depuis un pied d’aube 14 monté dans un alvéole 15 du disque 11.
Le sommet 16 de l’aube 12 est formé par l’extrémité radialement externe de l’aube 12. Le pied 14 et la pale 13 sont ici séparé par une plate-forme radialement interne 17. Le pied 14 présente une forme générale de sapin, ici à quatre branches ou lobes 18. La forme de l’alvéole 15 est complémentaire à la forme du pied 14. Chaque branche ou lobe 18 prend appui sur une surface opposée complémentaire du disque 11. Les surfaces du pied 14 et du disque 11 en appui les unes sur les autres sont appelées portées 19. Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 4, le pied 14 comporte quatre portées 19, agencées de façon symétrique par rapport à un plan radial médian P.
Les aubes 12 sont entourées par un carter annulaire 20. Un jeu j est formé entre les sommets 16 des aubes 12 et le carter 20 entourant les aubes 12.
Afin de maximiser le rendement de la turbomachine, il est nécessaire de limiter le débit de gaz s’écoulant dans les jeux situés entre les sommets des aubes et le carter.
En fonctionnement, ce jeu tend à augmenter avec le temps en raison de deux phénomènes.
Le premier phénomène est l’usure du sommet de l’aube générée par le frottement entre le sommet de l’aube et le carter qui lui fait face.
Le second phénomène est l’érosion thermique, c’est-à-dire l’oxydation, du sommet de l’aube, due aux fortes températures auxquelles est soumise l’aube en fonctionnement, en particulier dans le cas d’une turbine haute pression.
L’augmentation de ce jeu conduit à une dégradation des performances de la turbomachine et, par voie de conséquence, à une augmentation de la consommation et des températures de fonctionnement de la turbomachine, aggravant encore le phénomène d’oxydation.
Actuellement, lorsqu’une aube est trop usée ou trop oxydée à son sommet, elle est remplacée et rebutée. Une telle opération de maintenance est donc très coûteuse et/ou entraîne des déposes non planifiées de la turbomachine en raison d’atteintes de limites de performances.
Présentation de l’invention
L’invention vise à remédier de façon simple, fiable et peu onéreuse aux problèmes précités.
A cet effet, l’invention propose un procédé de maintenance d’une roue aubagée de turbine haute pression d’une turbomachine, s’étendant selon un axe, comportant un disque comprenant des alvéoles, et des aubes s’étendant radialement et comportant chacune une pale et un pied radialement interne, le pied de chaque aube étant monté dans un alvéole du disque, ledit pied étant en appui sur le disque par l’intermédiaire de surfaces du pied et du disque formant des portées, caractérisé en ce qu’au moins un clinquant est monté de façon amovible entre le pied d’au moins une aube et le disque, au niveau des portées correspondantes, ledit procédé comportant les étapes suivantes : mesurer un jeu radial entre le sommet d’au moins une aube, c’est-à-dire l’extrémité radialement externe de l’aube, et un carter de la turbomachine situé en regard de la roue aubagée, si le jeu radial est supérieur à une valeur déterminée, retirer ledit clinquant. Le procédé suivant l’invention vise ainsi à déterminer l’état d’usure ou de déformation de la turbine haute pression par mesure du jeu radial entre le sommet de l’aube et le carter et, si le jeu radial précité est trop important, retirer le clinquant. Le retrait du clinquant permet alors de réduire le jeu radial entre le sommet de l’aube et le carter, de manière à retrouver des performances acceptables, à moindre coût, sans remplacement ou réparation des aubes ou du carter.
Au moins un clinquant peut être monté entre le pied de chaque aube et le disque, au niveau des portées correspondantes, l’ensemble des clinquants étant retiré si le jeu radial est supérieur à ladite valeur déterminée.
De cette manière, on évite de créer des disparités ou des marches formées par des différences de positionnement des sommets d’aubes sur la circonférence de la turbomachine. De telles marches peuvent générer des perturbations aérodynamiques affectant le bon fonctionnement de la turbomachine.
Le clinquant peut être monté de façon amovible sur le pied d’aube.
Le clinquant peut être monté de façon amovible sur le disque, par exemple dans l’alvéole ou sur une dent du disque délimitée entre deux alvéoles adjacents.
Le clinquant peut comporter une surface de butée radiale, venant en appui sur une surface de butée complémentaire du pied de l’aube ou du disque.
Une telle caractéristique permet de faciliter le bon positionnement axial du clinquant et permet également de retenir axialement le clinquant en position lors du fonctionnement de la turbomachine.
Le clinquant peut présenter une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,9 mm.
Le clinquant peut être réalisé dans un alliage à base de cobalt.
Le clinquant est par exemple réalisé dans un alliage connu sous la référence MP 159.
Le pied de l’aube peut être un pied en forme générale de sapin.
Chaque pied peut présenter une forme symétrique par rapport à un plan radial médian.
Un unique clinquant peut être monté entre le pied d’aube et le disque. Cet unique clinquant peut s’intercaler entre plusieurs portées de l’aube et du disque.
Plusieurs clinquants peuvent être montés de façon amovible entre le pied d’au moins une aube et le disque.
Dans un tel cas, les clinquants peuvent être agencés de façon symétrique par rapport au plan radial médian précité.
Il est également possible de disposer un empilement de plusieurs clinquants entre les portées du pied de l’aube et les portées du disque. Dans ce cas, un ou plusieurs clinquants peuvent être retirés à chaque opération de maintenance.
Chaque pied peut présenter deux paires de portées, coopérant avec deux paires de portées de l’alvéole du disque. Le pied peut ainsi présenter une forme de sapin à quatre branches ou quatre lobes, une telle forme étant fréquemment utilisée dans le cas d’une roue aubagée de turbine haute pression. L’alvéole présente bien entendu une forme complémentaire à celle du pied.
Le clinquant peut être réalisé par emboutissage de tôle ou par frittage d’une poudre métallique. L’invention concerne également une roue aubagée de turbine haute pression comportant un disque comprenant des alvéoles, et des aubes comportant chacune une pale et un pied, le pied de chaque aube étant monté dans un alvéole du disque, ledit pied étant en appui sur le disque par l’intermédiaire de surfaces du pied et du disque formant des portées, caractérisé en ce qu’au moins un clinquant est monté de façon amovible entre le pied d’au moins une aube et le disque, au niveau des portées correspondantes.
La roue aubagée est de préférence une roue aubagée de rotor.
Le clinquant est formé par une tôle métallique mince.
L’invention concerne également une turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte une roue aubagée du type précité.
La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur d’aéronef. L’aéronef peut être un avion.
Brève description des figures
[Fig. 1] est une vue schématique en coupe d’une turbomachine de l’art antérieur ;
[Fig. 2] est une vue schématique d’une partie d’une turbine haute pression de l’art antérieur ;
[Fig. 3] est une vue illustrant le montage d’un pied d’aube dans un alvéole d’un disque d’une roue aubagée selon une forme de réalisation du présent document ;
[Fig. 4] est une vue en perspective d’un alvéole équipé d’un clinquant, selon la forme de réalisation de la figure 3;
[Fig. 5] est une vue en perspective d’un pied d’aube équipé de deux clinquants latéraux, selon une autre forme de réalisation ;
[Fig. 6] est une vue en perspective d’un pied d’aube équipé d’un unique clinquant, selon une autre forme de réalisation ;
[Fig. 7] est une vue correspondant à la figure 3, dans lequel le clinquant a été retiré suite à une opération de maintenance.
Description détaillée de l’invention
Les figures 3 et 4 illustrent une roue aubagée de rotor de turbine haute pression 6 selon une forme de réalisation. Cette forme de réalisation diffère de celle illustrée à la figure 2 en ce qu’un clinquant 21 est monté de manière amovible dans chaque alvéole 15 et recouvre intégralement ou quasi- intégralement la surface interne de chacun des alvéoles 15 de la roue aubagée. Le clinquant
21 présente ainsi une forme générale en II et comportant des évidements aptes à loger les lobes 18 du pied 14 de l’aube 12 correspondante. Le clinquant 21 comporte ainsi des surfaces
22 destinées à venir au contact des portées du pied 14 d’aube 12. Ces surfaces sont appelées portées 22 du clinquant 21 .
Le clinquant 21 est formé par une tôle d’épaisseur comprise entre 0,1 et 0,9 mm, et réalisé dans un alliage à base de cobalt.
Le pied 14 de l’aube 12 vient en appui sur les portées 22 du clinquant 21 après montage dans l’alvéole 15.
On notera que la position radiale du sommet 16 de l’aube 12 prend en compte l’épaisseur du clinquant 21 dans ses spécifications de façon à obtenir le jeu j souhaité.
Il est également possible d’utiliser deux clinquants 21 , situés de part et d’autre du plan médian P et agencés de façon symétrique, lesdits clinquants 21 recouvrant les portées 19 de l’alvéole 15. Chaque clinquant 21 ne recouvre qu’une moitié, ou moins, de l’alvéole 15.
Les figures 4 et 5 illustrent deux formes de réalisation dans lesquels les clinquants 21 sont montés de façon amovible, non pas dans les alvéoles 15, mais sur les pieds 14 des aubes 12. L’ensemble formé par le pied d’aube 14 et le ou les clinquants 21 est ensuite monté dans l’alvéole 15 correspondante du disque 11.
La figure 5 illustre en particulier une forme de réalisation dans laquelle deux clinquants 21 latéraux sont montés de part et d’autre du pied 14, de façon symétrique par rapport au plan radial médian P. Chaque clinquant 21 présente une forme complémentaire au flan latéral du pied 14, chaque clinquant 21 recouvre ainsi les deux portées latérales 19 concernée du pied 14 de l’aube 12.
La figure 6 illustre une forme de réalisation dans laquelle un unique clinquant 21 recouvre les deux flancs latéraux du pied 14 d’aube 12, c’est-à-dire recouvre l’ensemble des portées 19 du pied 14.
Le clinquant 21 présente une forme complémentaire à celle du pied 14 et comprend une paroi radiale 23 apte à former une butée axiale venant appui contre une surface radiale d’extrémité 24 du pied 14, qui peut être une surface amont ou une surface aval du pied 14.
A noter que le clinquant 21 ne recouvre pas la surface d’extrémité radialement interne 25 du pied 14. En effet, des canaux de circulation d’air de refroidissement de l’aube 12 débouchent au niveau de cette surface d’extrémité 25 et il est nécessaire de ne pas obturer lesdits canaux. En variante, le clinquant 21 peut recouvrir ladite surface d’extrémité radialement interne 25 du pied 14 mais comporte alors des orifices ou des lumières en regard des débouchés desdits canaux, de façon à autoriser le passage d’air de refroidissement. Comme indiqué précédemment, le présent document propose un procédé de maintenance d’une telle roue aubagée de turbine haute pression 6, ledit procédé comportant une étape lors de laquelle le jeu radial j entre le sommet 16 de l’aube 12 et le carter 20 est mesuré et, si ce jeu radial j est supérieur à une valeur déterminée, le ou les clinquants 21 sont retirés, comme illustré à la figure 7. Ceci a pour effet de rapprocher le sommet d’aube 16 du carter 20, et donc de réduire le jeu j de la valeur de l’épaisseur du clinquant 21.
Il est ainsi possible de réduire le jeu j de façon simple, rapide et peu onéreuse, de manière à améliorer les performances de la turbomachine et compenser les phénomènes d’usure ou de corrosion précités.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de maintenance d’une roue aubagée de turbine haute pression (6) d’une turbomachine, s’étendant selon un axe, comportant un disque (11 ) comprenant des alvéoles (15), et des aubes (12) s’étendant radialement et comportant chacune une pale (13) et un pied (14) radialement interne, le pied (14) de chaque aube (12) étant monté dans une alvéole (15) du disque (11 ), ledit pied (14) étant en appui sur le disque (11 ) par l’intermédiaire de surfaces du pied (14) et du disque (11 ) formant des portées (19), caractérisé en ce qu’au moins un clinquant (21 ) est monté de façon amovible entre le pied (14) d’au moins une aube (12) et le disque (11 ), au niveau des portées (19) correspondantes, ledit procédé comportant les étapes suivantes : mesurer un jeu radial (j) entre le sommet (16) d’au moins une aube (12), c’est-à-dire l’extrémité radialement externe de l’aube (12), et un carter (20) de la turbomachine situé en regard de la roue aubagée, si le jeu radial (j) est supérieur à une valeur déterminée, retirer ledit clinquant (21 ).
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel au moins un clinquant (21 ) est monté entre le pied (14) de chaque aube (12) et le disque (11 ), au niveau des portées (19) correspondantes, l’ensemble des clinquants (21 ) étant retiré si le jeu radial (j) est supérieur à ladite valeur déterminée.
3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le clinquant (21 ) est monté de façon amovible sur le pied d’aube (14).
4. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le clinquant (21 ) est monté de façon amovible sur le disque (11 ), par exemple dans l’alvéole (15) ou sur une dent du disque (11 ) délimitée entre deux alvéoles (15) adjacents.
5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le clinquant (21 ) comporte une surface de butée radiale (23), venant en appui sur une surface de butée complémentaire (24) du pied (14) de l’aube (12) ou du disque (11 ).
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le clinquant (21 ) présente une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,9 mm.
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le clinquant (21 ) est réalisé dans un alliage à base de cobalt.
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel plusieurs clinquants sont montés de façon amovible entre le pied (14) d’au moins une aube (12) et le disque
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