FR2660361A1 - Aube pour rotor de moteur a turbine a gaz et ensemble de disque de rotor comportant de telles aubes. - Google Patents

Abstract

On décrit une aube (18) et un disque (20) à aubes perfectionnés. Dans un mode de réalisation ayant la préférence, l'aube comprend une queue d'aronde (34) incurvée et ayant subi une torsion, disposée en étant généralement parallèle au périmètre extérieur incliné (32) du disque, ce qui permet à la queue d'aronde de supporter la charge centrifuge de l'aube par l'intermédiaire de fentes complémentaires (50) à queue d'aronde afin d'obtenir des limites plus élevées de la fatigue oligocyclique et de la fatigue mégacyclique et une aube relativement rigide pour conserver la marge 2/REV. Dans un mode de réalisation donné à titre d'exemple, la queue d'aronde comprend une section d'hélice et elle se maintient d'elle-même dans sa fente à l'encontre de la composante axiale de la charge centrifuge. Application à la construction des aubes pour turbine à gaz.

Description

La présente invention concerne les aubes d'un rotor de moteur à turbine à

gaz et, plus particulièrement, les aubes et les disques à aubes des sections de soufflante et de

compresseur d'un tel moteur.

On connait dans la technique les disques à aubes, c'est-à-dire des aubes finies comportant des queues d'aronde montées dans des fentes de forme complémentaire qui sont ménagées dans le disque du rotor On connait également dans la technique des ensembles constitués d'aubes et de disques en une pièce; on se reportera à ce sujet, par exemple, au brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 363 602 ainsi qu'au

brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 595 340.

L'emploi d'un ensemble constitué d'aubes et d'un disque en une pièce par rapport à un disque à aubes présente de nombreux avantages, dont une meilleure résistance

structurelle et de plus grandes performances aérodynamiques.

En particulier, on peut concevoir un ensemble constitué d'aubes et d'un disque en une pièce de façon qu'il ait un rapport entre rayons relativement faible, les rayons étant celui de la racine et celui de l'extrémité de l'aube, et le rapport étant inférieur à environ 0,5, et une solidité relativement élevée de la racine de l'aube, solidité qu'on définit par le rapport entre la longueur de la corde de la racine et la distance entre aubes adjacentes, ce rapport étant supérieur à environ 2,3 pour obtenir des améliorations -2- importantes des performances aérodynamiques En général, les ensembles constitués d'aubes et d'un disque en une pièce présentent aussi des valeurs relativement élevées pour l'angle de la racine, supérieures à environ 10 degrés, car l'étage de ces ensembles permet une compression efficace du

courant d'air sur une distance axiale relativement courte.

Bien que les ensembles constitués d'aubes et d'un disque en une pièce confèrent des avantages importants en

matière de performances aérodynamiques, on souhaite souhai-

table d'avoir des aubes remplaçables de manière à procéder plus facilement à la réparation des avaries causées par les corps étrangers Cependant, l'expérience montre que les disques à aubes classiques sont limités quant aux rapports des rayons à des valeurs supérieures à environ 0,35-0,5, et à

une solidité inférieure à environ 2,2 à cause des considéra-

tions de durée de vie et de résistance mécanique, dont la

fatigue oligocyclique (LCF) et la fatigue mégacyclique (HCF).

On remarquera que pour tout étage donné du compresseur, le nombre et les dimensions des aubes nécessaires pour exécuter

le travail requis constituent généralement un paramètre fixe.

Avec ce nombre d'aubes donné, on remarquera que pour obtenir des rapports réduits entre rayons afin d'améliorer les performances aérodynamiques, le périmètre extérieur du disque doit être diminué à l'avenant, d'o la création d'un espace circonférentiel moindre pour le montage des aubes et par

conséquent une solidité plus grande.

En conséquence, il faut un fût et une queue d'aronde plus petits à cause des limitations physiques dues à la diminution de la circonférence dans le cas d'application o les rapports entre rayons sont de faible valeur Cependant, dans la mesure o les dimensions de la partie de l'aube

comportant le plan aérodynamique ne changent pas fondamenta-

lement, la queue d'aronde et le fût classiques plus petits ne conviennent structurellement pas pour obtenir un montage approprié de l'aube sur le disque Par exemple, de tels fûts et queue d'aronde classiques seraient relativement plus flexibles et auraient une aire de transfert des charges plus petite, d'o une durée de vie LCF et HCF indésirable pour les ensembles formés par la queue d'aronde et le disque En particulier, l'augmentation de la flexibilité dans une aube classique présentant un faible rapport entre rayons diminuera la marge 2/REV dans un moteur à turbine à gaz La fréquence d'excitation 2/REV est typique et dans le but d'avoir une durée de vie HCF acceptable pour l'aube, il est souhaitable d'avoir un ensemble disque à aubes non-monobloc relativement

rigide ayant une marge 2/REV adéquate.

Dans la mesure o un rotor de turbine à gaz fonctionne généralement à des vitesses de rotation importantes, la force centrifuge développée par la masse des aubes tournantes est élevée Le moyen de fixation des aubes au disque du rotor doit donc être capable de supporter les forces centrifuges élevées tout en obtenant une durée de vie LCF acceptable et

les composantes axiales de ces forces centrifuges, suffisam-

ment faibles, qui auront tendance à faire coulisser l'aube

axialement vers l'extérieur du disque.

Par conséquent, la présente invention a pour objet un

disque à aubes perfectionné.

La présente invention a pour autre objet une aube

perfectionnée de rotor pour un disque à aubes.

La présente invention a encore pour objet un disque à aubes qui soit interchangeable avec un ensemble constitué d'aubes et d'un disque en une pièce ayant un rapport entre rayons relativement faible, une solidité relativement élevée,

et une pente de la racine relativement grande.

La présente invention a pour autre objet une aube

perfectionnée de rotor comportant une queue d'aronde amé-

lioree. Un autre objet de la présente invention est une aube perfectionnée de rotor ayant une queue d'aronde qui soit relativement plus légère que les queues d'aronde classiques 4 - tout en conservant une valeur acceptable pour la rigidité à

la flexion et la capacité à supporter les charges.

La présente invention a encore pour objet une aube perfectionnée de rotor pour des applications à rapport entre rayons de faible valeur ne subissant aucune composante axiale, voire une composante axiale relativement faible, de

la force centrifuge développée dans sa queue d'aronde.

La présente invention concerne une aube perfectionnée et un disque amélioré muni d'une telle aube L'aube comprend

une queue d'aronde s'étendant à partir d'un plan aérodynami-

que, et la queue d'aronde présente un axe longitudinal et des profils antérieur et postérieur disposés perpendiculairement à celui-ci Les profils antérieur et postérieur ont subi un pivotement l'un par rapport à l'autre de manière à permettre le montage de la queue d'aronde dans un disque de rotor dans

les applications o le rapport entre rayons est faible.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement:

figure 1, une vue, en partie en coupe, d'un compres-

seur de moteur à turbine à gaz selon un mode de réalisation de la présente invention, figure 2, une vue arrière en bout d'un rotor à aubes

selon le mode de réalisation préféré de la présente inven-

tion, prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1, figure 3, une vue en perspective, en partie en coupe, d'une partie d'un disque à aubes selon le mode de réalisation préféré de la présente invention, prise le long de la ligne 3-3 de la figure 1, figure 4, une vue de dessus d'un disque à aubes selon le mode de réalisation préféré de la présente invention, prise le long de la ligne 4-4 de la figure 1, figure 5, une vue en perspective d'une queue d'aronde pour une aube dans un disque à aubes selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; figure 6, une représentation schématique d'une hélice, figure 7, une vue avant en perspective de la section d'un disque à aubes selon le mode de réalisation préféré de la présente invention, figure 8, une vue de côté du disque à aubes de la figure 7; figure 9, une vue avant, en perspective, du disque à aubes de la figure 7, représentant une aube dans une position intermédiaire, figure 10, une vue avant, en perspective, du disque à aubes de la figure 7, représentant une aube dans la position installée.

En figure 1, on a représenté une partie d'un compres-

seur 10 d'un moteur à turbine à gaz Le compresseur 10 comprend un premier ensemble 12 constitué d'un disque à aubes pour un premier étage, ou étage d'entrée, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, donné à titre d'exemple, l'ensemble étant disposé en amont d'une multitude

d'aubes directrices classiques 14 espacées circonférentiel-

lement les unes des autres autour d'un axe 16 L'ensemble 12

comprend une multitude d'aubes de rotor 18 espacées circonfé-

rentiellement les unes des autres et fixées à un disque de

rotor 20 selon la présente invention.

Plus spécialement, les aubes 18 comprennent chacune un

plan aérodynamique solide 22, relativement de faible épais-

seur, ayant une extrémité radialement extérieure 24, une racine radialement intérieure 26, et un bord avant 28 et un bord arrière 30 s'étendant entre l'extrémité 24 et la racine 26 Les aubes comprennent en général des plates-formes

rectangulaires à leur racine pour définir une limite inté-

rieure pour le trajet d'écoulement Dans le mode de réalisa-

tion préféré de la présente invention, l'aube 18 n'utilise

pas une telle plate-forme, mais on peut employer une plate-

forme classique dans certains modes de réalisation Cepen-

dant, au lieu d'utiliser une plate-forme, la présente invention emploie dans un mode de réalisation préféré, le -6- périmètre extérieur 32 du disque 20 comme trajet d'écoulement

radialement intérieur de l'ensemble 12 Le périmètre exté-

rieur 32 présente une pente relativement élevée, suivant un angle S par rapport à l'axe 16, cet angle étant compris entre environ 20 et environ 35 degrés, la pente étant dirigée vers le haut dans la direction de l'extrémité 24 de l'aube, entre le bord avant 28 et le bord arrière 30, pour constituer la limite intérieure pour l'écoulement d'air dans le compresseur 10. L'aube 18 comprend en outre une queue d'aronde 34 en conformité avec un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple, de la présente invention, qui s'étend radialement

vers l'intérieur à partir de la racine 26 du plan aérodynami-

que Comme représenté en figure 2, la queue d'aronde 34 est symétrique et comprend un fût 36 s'étendant radialement vers l'intérieur à partir de la racine 26 et une paire de lobes 38 s'étendant radialement vers l'intérieur à partir du fût 36 et vers l'extérieur en étant opposés par rapport à l'axe radial de la queue d'aronde, lequel est dans le mode de

réalisation représenté un axe vertical pour la queue d'aron-

de L'axe radial 40 de la queue d'aronde peut être ou non

parallèle à l'axe radial 42 du disque 20.

En figure 1, on a également représenté un disque classique à aubes 44 de second étage, qui est disposé en aval

du disque 12 et est relié de la manière classique à celui-ci.

De l'air 46 est canalisé dans le compresseur 10 et s'écoule en traversant le disque 12, les aubes directrices 14 et le second étage 44 et y est comprimé Le second étage 44

comprend des plates-formes classiques 48 généralement rectan-

gulaires aux extrémités radialement intérieures de ses aubes pour fournir une limite intérieure pour l'air 46 canalisé dans ce second étage Comme on le voit le mieux en figures 2 et 3, le disque 20 comprend dans le périmètre extérieur 32 une multitude de fentes 50 pour queue d'aronde, s'étendant

généralement dans le sens axial en étant espacées circonfé-

rentiellement les unes des autres, qui ont une forme complémentaire de celle des queues d'aronde 34, et qui reçoivent ces dernières pour la fixation des aubes 18 au

disque 20.

De nouveau en liaison avec la figure 1, les aubes 18 ont un rapport relativement faible entre rayons R 1/R 2 à l'entrée, ceux-ci étant définis par rapport à l'axe 16 du disque 20, R 1 étant le rayon de la racine de l'aube 18 défini au bord avant 28 et R 2 le rayon de l'extrémité 24 de l'aube

au droit du bord avant 28.

Comme représenté en figure 4, laquelle est une vue de dessus des aubes 18 de la figure 1, les aubes sont espacées

circonférentiellement les unes des autres suivant une dis-

tance D entre bords avant contigus 28 au droit de la racine

26, qu'on représente partiellement en tirets en figure 4.

Chaque aube 18 présente une corde de longueur C 1 entre le bord avant 28 et le bord arrière 30 au niveau de la racine 26, et une ligne médiane M 1 s'étendant également entre eux, mais au lieu d'être une ligne droite, la ligne médiane M 1 représente une ligne située à égale distance d'une surface concave 54 et d'une surface convexe 56 des aubes 18 qui s'étendent entre le bord avant 28 et le bord arrière 30 entre la racine 26 et l'extrémité 24 La solidité de la racine d'une aube est définie par le rapport C 1/D et est une

indication sans dimension des charges centrifuges, directe-

ment proportionnelle à celles-ci, auxquelles doivent résister les fentes 50 de manière appropriée Des valeurs de la solidité relativement élevées montrent que les fentes 50 du disque seront soumises à des forces centrifuges relativement élevées de la part des aubes 18 par l'intermédiaire des queues d'aronde 34 L'expérience montre que, pour conserver des limites suffisantes pour la durée de vie LCF et HCF dans la queue d'aronde 34, y compris dans le fût 36 et les deux lobes 38, et les fentes 50, l'emploi de disques classiques à aubes est limité à des valeurs de la solidité atteignant 2,2 -8- environ. L'ensemble 12 formé du disque à aubes selon un mode de

réalisation de la présente invention présente des caractéris-

tiques perfectionnées qui permettent des rapports plus petits entre rayons à l'entrée et une plus grande solidité par comparaison aux ensembles classiques afin d'obtenir de meilleures performances aérodynamiques tout en fournissant une durée de vie et des valeurs des contraintes acceptables pour l'ensemble Plus spécialement, une caractéristique importante de la présente invention concerne la queue d'aronde 34 telle qu'elle est représentée, par exemple, en figures 3 et 5 La figure 3 représente deux aubes 18 montées dans la position d'installation dans le disque 20 et une troisième aube intermédiaire 18 insérée partiellement dans le disque 20, qui fait ressortir plus clairement la fente 50 en queue d'aronde La figure 5 représente seulement la queue d'aronde 34, le plan aérodynamique 22 ayant été enlevé pour

rendre l'illustration plus claire.

La queue d'aronde 34 présente un profil antérieur plan 58 (représenté en partie en tirets en figure 5) disposé à un endroit contigu au bord avant 28 du plan aérodynamique (comme représenté en figure 3) et un profil postérieur plan 60 qui est généralement semblable au profil 58, et dans le mode de réalisation préféré lui est identique, profil disposé en étant contigu au bord arrière 30 du plan aérodynamique (représenté en figure 2) La queue d'aronde 34 présente en outre un axe longitudinal 62 qui s'étend entre le profil antérieur 58 et le profil postérieur 60 en leur étant perpendiculaire On dit des profils 58 et 60 et de tous les profils situés entre eux qu'ils constituent la surface extérieure de la queue d'aronde 34, chacun étant défini à un seul plan qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal 62, profils qui sont symétriques, identiques, dans le mode de

réalisation ayant la préférence.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention représenté en figures 2 et 5, le profil postérieur 60 est 9 - dans le même plan que la surface annulaire arrière 64 du disque 20 Comme l'axe longitudinal 62 de la queue d'aronde 34 est en forme d'arc, comme on le décrit ultérieurement, le profil antérieur 58 représente le dernier profil complet de la queue d'aronde 34 perpendiculaire à l'axe 62 au droit d'une surface antérieure annulaire 66 du disque 20 comme représenté en figure 3 La surface postérieure 64 et la surface antérieure 66 du disque sont parallèles l'une à l'autre et perpendiculaires à l'axe 16 de celui-ci, le périmètre extérieur 32 du disque 20 reliant les surfaces postérieure et antérieure 64 et 66 Comme l'axe longitudinal 62 de la queue d'aronde a la forme d'un arc et, dans le mode de réalisation représenté en figure 3, est oblique par rapport à l'axe 16 du disque, le profil antérieur 58 de la queue d'aronde 34 ne sera pas dans le même plan que la surface antérieure 66 du disque Comme la surface 66 n'est pas perpendiculaire à l'axe 62, le profil 68 de l'extrémité la plus antérieure de la queue d'aronde 34 représente un profil plan oblique pour cette queue par rapport à l'axe longitudinal 62, qui, comme illustré en figures 3 et 5 représente un profil non symétrique, déformé, par rapport au profil antérieur, symétrique, 58 Le profil 68 de l'extrémité la plus antérieure coupe le profil antérieur 58 à un angle a d'environ 450 dans ce mode de réalisation donné à titre

d'exemple.

De nouveau en liaison avec la figure 5, les deux lobes 38 de la queue d'aronde comprennent en outre chacun une crête , et une corde s'étend entre les crêtes 70 des lobes La corde du profil 60 est une corde postérieure 72 de longueur C 2 et la corde du profil 58 est une corde antérieure 74 de longueur C 2 Comme représenté en figure 5, l'axe longitudinal 62 a la forme d'un arc et la queue d'aronde 34 est tordue par rapport à cet axe Une façon de décrire la torsion de la queue d'aronde 34 consiste à la représenter par l'orientation angulaire du profil antérieur 58 par rapport au profil - postérieur 60 En d'autres termes, la corde antérieure 74 passant par les deux lobes 38 est disposée à une certaine position angulaire ayant subi un pivotement par rapport à la position angulaire de la corde postérieure 72 En utilisant le profil 60 à titre de référence, y compris l'axe radial 40 de la queue d'aronde au droit de ce profil 60, on peut définir un axe transversal 76 perpendiculaire à l'axe radial et dans le même plan que celui-ci La corde postérieure 72

est disposée en étant généralement parallèle à l'axe trans-

versal 76 dans le profil 60 et en étant perpendiculaire à l'axe radial 40 dans le profil 60 Par contraste, la corde antérieure 74, par rapport à l'axe transversal 76 et à la corde postérieure 72 du profil 60, est disposée à un angle @ d'environ 600 dans le profil antérieur 58 Tous les profils de queue d'aronde disposés perpendiculairement à l'axe longitudinal 62 sont identiques et symétriques par rapport à leurs axes radiaux 40 respectifs Cependant, tous ces profils, à l'exception du profil postérieur 60, ne sont pas symétriques par rapport à l'axe radial 42 du rotor car

ils ont subi une torsion par rapport à celui-ci.

On appréciera plus pleinement l'importance de la queue d'aronde 34 en forme d'arc et ayant subi une torsion en examinant les figures 2 et 3 Le profil postérieur 60 de la queue d'aronde est contigu à la surface postérieure 64 du disque et dans son plan, et le profil antérieur 58 est adjacent à la surface antérieure 66 du disque et en contact avec cette surface sur une partie du profil antérieur 58, partie gauche comme représenté en figure 3, le profil 68 du côté antérieur étant dans le même plan que la surface antérieure 66 du disque Lorsqu'on compare les figures 2 et 3, des profils antérieurs adjacents 58 des queues d'aronde pour des aubes adjacentes 18 sont disposées plus près les uns des autres que ne le sont des profils postérieurs adjacents des queues d'aronde En outre, le profil 60 est disposé radialement plus près du plan aérodynamique 22 que le profil il - antérieur 58 par suite de la torsion des profils autour de

l'axe longitudinal 62 de la queue d'aronde.

Comme le disque 20 du rotor (comme représenté en figure 1) présente une pente S relativement élevée et un rapport d'entrée entre rayons R 1/R 2 relativement faible, le périmètre extérieur 32 du disque 20 est plus petit au droit de la surface antérieure 66 du disque qu'à sa surface

postérieure 64 Par conséquent, une circonférence relative-

ment plus petite est fournie pour recevoir une queue d'aronde dans le disque 20 En faisant subir une torsion et en incurvant la queue d'aronde 34 comme cela est représenté, par exemple en figure 5, on peut faire en sorte que la queue d'aronde 34 se monte dans le périmètre extérieur 32 au droit de la surface postérieure 64 du disque ainsi qu'au droit du périmètre extérieur relativement plus petit 32 au droit de la surface antérieure 66 du disque 20 Les profils transversaux de la queue d'aronde 34 disposés perpendiculairement à l'axe longitudinal de celle-ci peuvent tourner continuellement autour de l'axe longitudinal 62 en forme d'arc entre la surface postérieure 64 et la surface antérieure 66 de façon à être orientés au droit de la surface antérieure 66 du disque pour permettre un transfert acceptable de la charge entre la queue d'aronde 34 et le disque 20 au droit de la surface antérieure 66 Si la queue d'aronde 34 n'était pas l'objet d'une torsion comme cela est représenté en figure 5, on voit facilement que les fentes complémentaires 50 des queues d'aronde, comme représenté en figure 3, se couperaient à la surface antérieure 66 ou bien seraient si proches les unes des autres qu'elles fourniraient un transfert inacceptable de

la charge entre les aubes 18 et le disque 20 par l'intermé-

diaire de la queue d'aronde 34, car il n'y aurait pas suffisamment de matériau au droit de la surface antérieure 66 et dans la direction axiale de l'intérieur vers la surface

postérieure 64.

En figures 1, 3 et 5, la queue d'aronde 34 est 12 - représentée comme étant relativement proche du périmètre extérieur 32 du disque, ce qui se traduit par une queue d'aronde 34 généralement "exempte de fût" Plus spécialement, étant donné que le périmètre extérieur 32 du disque 20 est incliné radialement vers l'extérieur suivant un angle S entre la surface antérieure 66 et la surface postérieure 64 pour créer une surface intérieure inclinée pour la circulation de l'air 46 afin de tenir compte du rapport plus grand des rayons du disque 20 entre la surface 66 et la surface 64, la queue d'aronde 34 peut être positionnée juste au-dessous de la surface du périmètre extérieur 32 en étant généralement parallèle à celle-ci Par conséquent, l'axe longitudinal 62 de la queue d'aronde sera généralement parallèle au périmètre extérieur 32 du disque comme cela est représenté en figure 1 et aura une pente généralement égale à la pente S par rapport à l'axe 16 du disque En variante, l'axe longitudinal 62 a une pente représentée par un angle de 900 S (par exemple 550 700) par rapport à l'axe radial 40 dans un plan s'étendant entre les profils antérieur et postérieur 58 et 60 comme cela est représenté en figure 1 Cet agencement réduit le poids total de la queue d'aronde 34 afin de diminuer la

valeur des charges centrifuges auxquelles elle est soumise.

En figures 2 et 5, le fût 36 de la queue d'aronde a une épaisseur t 1 dans la direction radiale et les lobes 38 ont chacun une épaisseur t 2 dans le sens radial La queue d'aronde 34 est considérée pratiquement comme exempte de fût car l'épaisseur t 1 de celui-ci n'est pas généralement supérieure à l'épaisseur t 2 des lobes 38 Naturellement, les épaisseurs t 1 et t 2 peuvent être différentes dans d'autres modes de réalisation Cependant, on considère néanmoins que la queue d'aronde 34 ne comporte pas de fût car l'épaisseur radiale de la queue 36 n'est pas généralement supérieure à l'épaisseur radiale de la paire de lobes 38 de sorte que la queue 34 peut être située aussi près que possible du périmètre extérieur 32 du disque 20 entre la surface 13 -

antérieure 66 et la surface postérieure 64, tout en fournis-

sant un transfert acceptable des charges entre la queue

d'aronde 34 et le disque 20.

Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la queue d'aronde 34, comme représenté par l'axe

longitudinal 62, comprend une section d'hélice Plus spécia-

lement, on a représenté en figure 6, une hélice 78 qui est la courbe d'un filetage sur un cylindre ayant un rayon r et un axe 80 L'hélice 78 coupe le cylindre à un angle constant O L'hélice 78 a un pas h qui est la longueur d'une spire de l'hélice par rapport à l'axe 80 La queue d'aronde 34 selon un mode de réalisation préféré de la présente invention comprend une section de l'hélice 78 représentée en figure 6, o l'axe longitudinal 62 de la queue comprend la section de

l'hélice 78 disposée à un rayon r par rapport à son axe 80.

Un tel axe 62 a la préférence dans le but de réduire, voire éliminer, la composante axiale de la force centrifuge agissant sur les aubes tournantes 18, qui aurait tendance à faire coulisser des queues d'aronde classiques dans le sens

axial pour les faire sortir du disque 20.

Plus spécialement, et en liaison avec la figure 1, Fc représente la force centrifuge, dirigée radialement vers l'extérieur, qui agit sur les aubes 18 lorsqu'elles tournent avec le disque 20 pendant la marche Comme la queue d'aronde 34, dont son axe longitudinal 62, est disposée en étant généralement parallèle au périmètre extérieur 32 du disque , et se trouve par conséquent à l'angle S de la pente, une composante axiale de la force centrifuge F agira sur elle qui aura tendance à la faire coulisser pour la sortir de la fente 50 La composante axiale de la force centrifuge Fc peut être représentée par Fc sin S, qui constitue une quantité importante pour des angles de la pente supérieurs à environ degrés Dans le mode de réalisation particulier qui est illustré, l'angle S est d'environ 30 et la composante axiale de la force centrifuge est égale à environ F c/2 Si on 14 - utilisait une queue d'aronde classique dans le disque 20, la composante axiale de la force centrifuge F c/2 serait si élevée que l'aube 12 ne pourrait être conçue pour être maintenue dans le disque 20, ou bien il faudrait des organes classiques de retenue d'aubes, d'o une complexité et un poids plus grands pour l'ensemble du rotor Selon un mode de réalisation de la présente invention ayant la préférence, l'axe longitudinal 62 de la queue d'aronde 34 peut avoir une configuration et une orientation permettant de réduire, voire d'éliminer, la composante de la force centrifuge due à la pente S qui aurait tendance à pousser la queue d'aronde 34

pour la sortir de la fente de retenue 50.

Plus spécialement, l'axe longitudinal 62 de la queue d'aronde 34 peut avoir une configuration et une orientation

telles que l'axe 80 de l'hélice définissant l'axe longitu-

dinal 62 à un rayon r ne coïncide pas avec l'axe 16 du disque Si l'axe 80 de l'hélice coïncidait avec l'axe 16 du disque, l'axe longitudinal 62 de la queue d'aronde serait simplement disposé en étant généralement en diagonale dans le périmètre extérieur 32 du disque 20 et la queue d'aronde 34 ne pourrait pas résister aux forces axiales agissant sur l'aube 18, ce qui nécessiterait des organes classiques de

retenue d'aubes disposés suivant l'axe.

Cependant, le rayon r et l'orientation de l'axe 80 de l'hélice peuvent être choisie pour placer la queue d'aronde 34 aussi près que possible du périmètre extérieur 32 du disque 20, en étant généralement parallèle à ce périmètre, et pour réduire, voire éliminer la composante axiale de la force

centrifuge Fc agissant sur la queue d'aronde.

Pour mieux illustrer cette caractéristique particu-

lière selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, on se reportera maintenant aux figures 1, 3 et 7-

En figure 7, on a représenté l'une des aubes 18 lors de son insertion partielle dans la fente 50 au droit de la surface antérieure 66 du disque Chaque aube 18 présente un - centre de gravité 82 La figure 10 représente l'aube 18 dans sa position d'installation, la queue d'aronde 34 étant au ras tant de la surface antérieure 66 du disque que de sa surface postérieure 64 et sert de position de référence Le centre de gravité 82 a est disposé à une position radiale d'installation R mesurée par rapport à l'axe 16 du disque La position du centre de gravité 82 a dans la position d'installation de l'aube 18 est également représentée en figure 1 Lorsque l'aube 18 est partiellement insérée dans le disque 20 par rapport à la surface antérieure 66 comme cela est représenté en figure 7, elle est disposée dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à l'aube 18 dans la position d'installation illustrée en figure 10 Cela est dû au fait

que la queue d'aronde 34 est incurvée et a subi une torsion.

Dans cette position d'insertion partielle de l'aube 18, le centre de gravité 82 est situé à une première position radiale désignée par 82 b à un rayon R 4 mesuré par rapport à l'axe 16 du disque, et comme cela est également représenté en figure 1 La figure 8 est une vue de côté de l'aube 18 dans la position d'insertion partielle, et montre plus clairement comment l'aube est orientée sensiblement dans le sens des aiguilles d'une montre, en étant inclinée par rapport à l'aube dans sa position d'installation de la figure 10 La figure 8 montre également clairement comment le centre de gravité 82 b est disposé bien au-delà du côté droit de l'axe

42 du rotor.

La figure 9 représente l'aube 10 dans une position intermédiaire entre les positions ilustrées dans les figures 7 et 10, montrant le centre de gravité 82 c à un rayon R 5 par rapport à l'axe 16 du disque, qui est également représenté en figure 1 On remarquera que l'inclinaison de l'aube 18 dans le sens des aiguilles d'une montre est plus petite en figure

9 qu'en figure 7 car la queue d'aronde 34 est fondamentale-

ment vissée dans la fente 50 dans le sens inverse des

aiguilles d'une montre.

16 - En figure 3, l'aube 18 est dans une autre positiono elle est insérée partiellement dans la fente 50 par rapport à la surface antérieure 64 du disque, ou en d'autres termes, cette position montre l'aube 18 partiellement extraite de la fente 50 par rapport à la surface postérieure 64 L'aube 18 a un centre de gravité 82 d à une seconde position radiale R 6 par rapport à l'axe 16 du disque On remarquera que l'aube 18 de la figure 3, par rapport à l'aube 18 dans la position d'installation de la figure 10, a subi une rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre car la queue d'aronde 34 est vissée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans la fente 50 Le centre de gravité 82 d est maintenant disposé au côté gauche de l'axe 42 car l'aube 18 est maintenant inclinée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport à la position d'installation de l'aube en figure 10 et par rapport à l'axe 42 La position du centre de

gravité 82 d est également représentée en figure 1.

Grâce à cette construction, les centres de gravité 82 forment un trajet 84 représenté en tirets en figure 1, qui indique leur position relative lors de l'insertion de l'aube 18 dans la fente 50 en queue d'aronde jusqu'à la position d'installation représentée en figure 10, avec une position intermédiaire, ou d'insertion partielle, de l'aube 18 par rapport à la surface postérieure 64 du disque représentée en figure 3 On remarquera que l'aube 18, par suite de la courbure et de la torsion de la queue d'aronde 34, doit être vissée dans la fente 50, ce qui fait tourner l'aube 18 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, plaçant les centres de gravité 82 entre des positions minimum ( 82 b et 82 d) par rapport à l'axe 16 du disque et une position maximum ( 82 a) On choisit le rayon r de l'hélice et l'orientation de son axe 80 en fonction de la géométrie particulière du disque 18 pour obtenir le trajet préféré 84 des centres de gravité

représenté en figure 1.

Le centre de gravité 82 a dans la position d'installa-

17 - tion de l'aube 18 peut donc être placé exactement au rayon maximum R 3 comme représenté en figure 1 Avec cette position du centre de gravité 82 a, l'aube 18 n'aura aucune composante de la force centrifuge Fc agissant dans le sens axial, ce qui aurait tendance à faire sortir la queue d'aronde 34 de la fente 50 Cela est dû au fait que, pour que la queue d'aronde sorte de sa position d'installation représentée en figure 10, le centre de gravité 82 doit nécessairement avoir une hauteur

radiale plus basse par rapport à la valeur maximum représen-

tée en 82 a, ce qui serait contré par la force centrifuge agissant par l'intermédiaire du centre de gravité 82 a Comme le centre de gravité 82 a a tendance à être positionné à un rayon inférieur au rayon maximum R 3, la force centrifuge Fc aura tendance à ramener l'aube 18 dans une position verticale

avec le centre de gravité 82 a disposé au rayon maximum R 3.

Par conséquent, l'aube 18 selon ce mode de réalisation préféré de la présente invention, se maintient d'elle-même

dans la fente 50 de la queue d'aronde.

Naturellement, des réalisations particulières peuvent se traduire par une position radiale maximum R 3 du centre de gravité 82 a se trouvant non dans la position d'installation de l'aube 18 (représentée en figure 10), mais à l'un ou l'autre côté d'une telle position Cependant, la composante axiale de la force centrifuge associée à une telle position sera relativement faible et peut être acceptée par les

organes de retenue axiaux classiques des aubes.

En se reportant de nouveau à la figure 4, on verra qu'on a représenté les positions relatives de l'axe 16 du disque, de l'axe 80 de l'hélice et de l'axe longitudinal 62 de la queue d'aronde Comme représenté dans ce mode de réalisation préféré de la présente invention, l'axe 80 de l'hélice est disposé obliquement par rapport à l'axe 16 du disque comme on l'a décrit précédemment pour positionner la queue d'aronde 34 à proximité du périmètre extérieur 32 du disque 20 La figure 3 montre aussi que la ligne médiane M 1 18 - de la racine est généralement parallèle à l'axe longitudinal 62 de la queue d'aronde L'aube 18 comprend en outre une corde C 3 s'étendant entre le bord avant 28 et le bord arrière au droit de l'extrémité 24 de l'aube, et le plan aérodynamique 22 de l'aube subit une torsion relativement élevée, la corde C 3 de l'extrémité formant un angle aigu avec la corde C 1 de la racine La figure 4 en conjonction avec les figures 2 et 3 montre aussi l'orientation préférée pour le bord avant 28 placé dans la direction générale radiale vers l'extérieur du profil antérieur 58 de la queue d'aronde pour fournir un trajet radial direct pour les charges centrifuges agissant sur la queue d'aronde 34 afin de réduire au minimum la flexion de l'aube 18 Le bord arrière 30 est, d'une façon similaire et ayant la préférence, situé dans le sens général radial de l'extérieur du profil postérieur 60 de la queue d'aronde pour fournir un trajet radial direct pour les forces centrifuges entre l'aube 18 et la queue d'aronde 34 afin de

rendre minimale la flexion de l'aube.

Dans le mode de réalisation de la présente invention ayant la préférence et donné à titre d'exemple, l'axe longitudinal 62 de la queue d'aronde est une section de l'hélice ayant un pas d'environ 0,03 filet par 25 mm, un rayon r de l'hélice d'environ 13 cm, et un angle O de l'hélice d'environ 45 degrés Naturellement, les cotes particulières de l'hélice, l'orientation de la queue d'aronde 34 et du disque 20 du rotor et la torsion relative des profils de la queue d'aronde, dont les profils antérieur et postérieur 58 et 60, seront déterminés en fonction des applications particulières et en conformité avec la présente

invention.

La présente invention fournit un ensemble perfectionné constitué d'un disque de rotor et de ses aubes, utilisant une aube qui permet d'obtenir des rapports relativement faibles entre les rayons d'entrée et une pente relativement élevée pour le trajet intérieur d'écoulement de l'aube tel qu'il est 19 - défini au périmètre extérieur 32 du disque Par exemple, une analyse et des tests de modèles montrent qu'on peut employer pour l'aube 18 des rapports R 1/R 2 entre rayons d'entrée inférieurs à environ 0,35 et aussi faibles qu'environ 0,3 tout en conservant des limites acceptables pour les durées de vie HCF et LCF Une queue d'aronde 34 généralement sans fût, comme on l'a décrite ci-dessus, peut être placée à un endroit relativement proche et généralement parallèle au périmètre extérieur incliné 32 du disque 20 pour obtenir une rétention convenable de l'aube tout en réduisant le poids de celle-ci et en maintenant une rigidité structurelle adéquate afin de conserver une marge 2/REV convenable La queue d'aronde 34 est de préférence en forme d'arc et tordue, pour pouvoir accepter convenablement les charges s'exerçant dans la fente complémentaire de la queue d'aronde au droit tant de la surface postérieure 64 du disque 20 que de sa surface antérieure 66, ce disque ayant une circonférence relativement petite. Les aubes 18 peuvent être insérées dans les fentes 50 complémentaires en queue d'aronde en faisant subir une torsion aux aubes pour les introduire dans les fentes à partir soit de la surface postérieure 64 du disque soit de sa surface antérieure 66 La torsion par rapport à la surface postérieure 64 fournit généralement un jeu plus grand entre aubes adjacentes car la circonférence du périmètre extérieur 32 au droit de cette surface est plus grande qu'au droit de la surface antérieure 66 L'emploi d'une queue d'aronde hélicoïdale 34 et de l'axe longitudinal 62 de la queue

d'aronde, comme on l'a décrit ci-dessus, permet une auto-

rétention axiale de l'aube 18 dans les fentes 50, ou en variante, se traduit par des composantes axiales relativement faibles de la charge centrifuge qui ont tendance à extraire

par coulissement les queues d'aronde 34 des fentes 50.

Alors qu'on vient de décrire ce qu'on considère comme des modes de réalisation préférés de la présente invention, - d'autres modifications apparaîtront au technicien Plus spécialement, et à titre d'exemple, bien qu'on ait divulgué une queue d'aronde 34 à deux lobes, généralement symétriques, pour le mode de réalisation ayant la préférence, celle-ci peut avoir n'importe quel profil, dont les profils du type

sapin en fonction des applications particulières.

21 -

Claims (28)

REVENDICATIONS

1 Aube ( 18) pour rotor de moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: un plan aérodynamique ( 22) ayant une extrémité ( 24) et une racine ( 26), et un bord avant ( 28) ainsi qu'un bord arrière ( 30) s'étendant entre la racine et l'extrémité; une queue d'aronde ( 34) s'étendant à partir de la

racine du plan aérodynamique, cette queue d'aronde compor-

tant: un profil antérieur ( 58) contigu au bord avant du plan aérodynamique; un profil postérieur ( 60) généralement similaire au profil antérieur, contigu au bord arrière du plan aérodynamique; un axe longitudinal ( 62) s'étendant entre les profils antérieur et postérieur, un axe radial ( 42) s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal dans le sens radial de l'extérieur jusque dans le plan aérodynamique dans un plan du profil antérieur, et le profil antérieur ( 58) étant disposé à une certaine position angulaire ayant subi une rotation autour de l'axe longitudinal de la queue d'aronde, par rapport à l'axe

radial de cette queue d'aronde et au profil postérieur ( 60).

2 Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe longitudinal ( 60) de la queue d'aronde comprend une

section d'une hélice ( 78).

3 Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que la racine ( 26) du plan aérodynamique ( 22) comporte une ligne médiane (M 1) s'étendant entre le bord avant et le bord arrière, et l'axe longitudinal ( 62) de la queue d'aronde est

disposé en étant généralement parallèle à celle-ci.

4 Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que la queue d'aronde ( 34) comprend un fût ( 36); et 22 -

deux lobes ( 38) s'étendant radialement vers l'inté-

rieur à partir du fût et vers l'extérieur de l'axe radial de

la queue d'aronde en étant opposés.

Aube selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque lobe comprend une crête ( 70), et les deux lobes présentent une corde s'étendant entre les crêtes, la corde du profil postérieur ( 60) de la queue d'aronde étant une corde postérieure ( 72) et la corde du profil antérieur ( 58) de la queue d'aronde étant une corde antérieure ( 74), la corde antérieure ayant subi une rotation par rapport à la corde postérieure. 6 Aube selon la revendication 5, caractérisée en ce que la rotation de la corde antérieure ( 74) par rapport à la

corde postérieure ( 72) est d'envrion 60 degrés.

7 Aube selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'axe longitudinal ( 62) de la queue d'aronde comprend une

section d'hélice ( 78).

8 Aube selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'hélice a un pas d'environ 0,03 filet par 25 mm, un rayon

d'environ 13 cm et un angle d'environ 45 degrés.

9 Aube selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'axe longitudinal ( 62) de la queue d'aronde ( 34) a une pente inférieure à environ 70 degrés par rapport à l'axe radial ( 42) de la queue d'aronde dans un plan s'étendant

entre les profils antérieur ( 58) et postérieur ( 60).

Aube selon la revendication 9, caractérisée en ce que le profil postérieur ( 60) de la queue d'aronde est disposé radialement plus près du plan aérodynamique ( 22) que le profil antérieur ( 58), et le profil postérieur est

symétrique par rapport à l'axe radial.

11 Aube selon la revendication 10, caractérisée en ce que le bord arrière ( 30) du plan aérodynamique est situé dans le sens général radial vers l'extérieur du profil postérieur ( 60) de la queue d'aronde et le bord avant ( 28) du plan aérodynamique est placé dans le sens général radial vers 23 -

l'extérieur du profil antérieur ( 58) de la queue d'aronde.

12 Aube selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'extrémité ( 24) du plan aérodynamique présente une corde et la racine ( 26) du plan aérodynamique présente une corde (C 1), et en ce que le plan aérodynamique a subi une torsion de sorte que la corde de l'extrémité est disposée suivant un

angle aigu par rapport à la corde de la racine.

13 Aube selon la revendication 4, caractérisée en ce que les profils de la queue d'aronde ( 34) perpendiculairement à son axe longitudinal ( 62), y compris les profils antérieur

( 58) et postérieur ( 60), sont identiques.

14 Aube selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'axe longitudinal de la queue d'aronde comprend une section d'hélice ( 78) et chacun des profils de la queue d'aronde a subi une rotation par rapport à des profils adjacents. Aube selon la revendication 4, caractérisée en ce que le fût ( 36) présente une épaisseur radiale (t 1) et les deux lobes ( 38) ont une épaisseur radiale (t 2), et la queue d'aronde ( 34) est pratiquement exempte de fût, l'épaisseur du fût n'étant pas supérieure à approximativement l'épaisseur

des lobes.

16 Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce

que chaque profil de la queue d'aronde disposé perpendiculai-

rement à son axe longitudinal ( 62) est symétrique.

17 Ensemble ( 12) constitué d'un disque à aubes pour moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend des aubes ( 18) de rotor selon la revendication 1; un disque ( 20) de rotor comportant une surface antérieure ( 66), une surface postérieure ( 64), un périmètre

extérieur ( 32) reliant les surfaces antérieure et posté-

rieure, un axe ( 16), et une multitude de fentes ( 50) espacées circonférentiellement les unes des autres et disposées dans le périmètre extérieur en s'étendant entre la surface antérieure et la surface postérieure, les fentes ayant une 24 - forme complémentaire à celle des queues d'aronde ( 34) des aubes, et les queues d'aronde des aubes étant disposées dans

des fentes respectives du disque.

18 Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'axe longitudinal ( 62) de la queue d'aronde ( 34)

comprend une section d'hélice ( 78).

19 Ensemble selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'hélice présente un axe longitudinal ( 80) disposé

obliquement par rapport à l'axe du disque ( 16).

20 Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en ce que la racine ( 26) du plan aérodynamique ( 22) présente une ligne médiane s'étendant entre le bord avant ( 28) et le bord arrière ( 30), et l'axe longitudinal ( 62) de la queue d'aronde

est généralement parallèle à celle-ci.

21 Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en ce que la queue d'aronde comprend; un fût ( 36) et une paire de lobes ( 38) s'étendant radialement vers l'intérieur à partir du fût et vers l'extérieur de l'axe

radial de la queue d'aronde en étant opposées.

22 Ensemble selon la revendication 21, caractérisé en ce que chacun des lobes comprend une crête ( 70), et la paire de lobes présente une corde s'étendant entre les crêtes, la corde du profil postérieur ( 60) de la queue d'aronde étant une corde postérieure ( 72) et la corde du profil antérieur ( 58) de la queue d'aronde étant une corde antérieure ( 74), la corde antérieure ayant subi une rotation par rapport à la

corde postérieure.

23 Ensemble selon la revendication 22, caractérisé en ce que le profil antérieur ( 58) de la queue d'aronde est contigu à la surface antérieure du disque et le profil postérieur ( 60) de la queue d'aronde est contigu à la surface postérieure du disque, et les profils antérieurs adjacents des queues d'aronde sont disposés plus près les uns des

autres que les profils postérieurs adjacents.

- 24 Ensemble selon la revendication 23, caractérisé en ce que la corde antérieure a subi une rotation d'environ 60

degrés par rapport à la corde postérieure.

Ensemble selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'hélice a un pas d'environ 0,03 filet par 25 mm, un

rayon d'environ 13 cm et un angle d'environ 45 degrés.

26 Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'axe longitudinal ( 62) de la queue d'aronde a une pente comprise entre environ 20 degrés et environ 35 degrés par rapport à l'axe du disque ( 16) 27 Ensemble selon la revendication 26, caractérisé en ce que le périmètre extérieur ( 32) du disque ( 20) présente une certaine pente (S) entre la surface antérieure ( 66) et la

surface postérieure ( 64) par rapport à l'axe ( 16) du disque.

28 Ensemble selon la revendication 27, caractérisé en ce que la pente du périmètre extérieur est généralement égale

à la pente de l'axe longitudinal ( 62) de la queue d'aronde.

29 Ensemble selon la revendication 28, caractérisé en ce que la queue d'aronde ( 34) comprend: un fût ( 36) présentant une certaine épaisseur radiale (t 1), et une paire de lobes ( 38) s'étendant radialement vesr l'intérieur par rapport au fût et vers l'extérieur de l'axe de la queue d'aronde en étant opposés, et la paire de lobes présente une certaine épaisseur radiale (t 2), et la queue d'aronde est sensiblement exempte de fût, l'épaisseur du fût n'étant pas supérieure à approximativement

l'épaisseur des lobes.

Ensemble selon la revendication 29, caractérisé en ce que le bord arrière ( 30) du plan aérodynamique est placé en étant généralement radialement à l'extérieur du profil postérieur ( 60) de la queue d'aronde et le bord avant ( 28) du

plan aérodynamique est situé en étant généralement radiale-

ment à l'extérieur du profil antérieur ( 58) de la queue

d'aronde.

26 - 31 Ensemble selon la revendication 30, caractérisé en ce que l'extrémité ( 24) du plan aérodynamique présente une corde et la racine ( 26) du plan aérodynamique comporte une corde (C 1), et le plan aérodynamique ( 22) a subi une torsion de sorte que la corde de l'extrémité fait un angle aigu avec

la corde de la racine.

32 Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en ce que les profils de la queue d'aronde perpendiculairement à son axe longitudinal ( 62), dont les profils antérieur ( 58) et

postérieur ( 60), sont identiques.

33 Ensemble selon la revendication 32, caractérisé en ce que l'axe longitudinal de la queue d'aronde comprend une section d'hélice ( 78) et chacun des profils de la queue d'aronde a subi une rotation par rapport à des profils

adjacents.

34 Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en

ce que chaque profil de la queue d'aronde disposé perpendicu-

lairement à l'axe longitudinal de celle-ci est symétrique.

Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en ce que les aubes du rotor présentent un certain rapport des rayons (R 1/R 2) de la racine à l'entrée au droit de leurs bords avant ( 28), et un rapport des rayons à la sortie au droit de leurs bords arrière ( 30) qui est supérieur au premier. 36 Ensemble selon la revendication 35, caractérisé en

ce que le premier rapport est inférieur à environ 0,35.

37 Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'axe longitudinal ( 62) de la queue d'aronde comprend une section d'hélice ( 78), chacune des aubes présente un centre de gravité ( 82), et la queue d'aronde d'une aube est placée dans le disque de façon que le centre de gravité de l'aube se trouve à une position radiale installée plus grande qu'une première position radiale de ce centre de gravité lors

de l'insertion partielle de l'aube dans la fente ( 50).

38 Ensemble selon la revendication 37, caractérisé en 27 - ce que la première position radiale se produit lors de l'insertion partielle de l'aube dans la fente au droit de la

surface antérieure du disque.

39 Ensemble selon la revendication 38, caractérisé en ce que le centre de gravité de l'aube dans la position radiale d'installation est plus haut qu'une seconde position radiale de ce centre de gravité lors de l'insertion partielle

de l'aube dans la fente au droit de la surface postérieure.

Ensemble selon la revendication 39, caractérisé en ce que le centre de gravité de l'aube à la position

d'installation est à une position maximum.