FR2933442A1 - Flasque de maintien d'un jonc de retenue, ensemble d'un disque de rotor de turbomachine, d'un jonc de retenue et d'un flasque de maintien et turbomachine comprenant un tel ensemble - Google Patents

Flasque de maintien d'un jonc de retenue, ensemble d'un disque de rotor de turbomachine, d'un jonc de retenue et d'un flasque de maintien et turbomachine comprenant un tel ensemble Download PDF

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Abstract

Un flasque (50) de maintien d'un jonc (30) de retenue d'au moins une aube (20) d'un disque de rotor (10) d'une turbomachine, le flasque (50) comprenant un bord de fixation (51) destiné à être relié au disque de rotor (10) et un bord libre (53) destiné à s'appuyer sur le jonc de retenue (30), flasque (50) caractérisé par le fait qu'il comprend, entre son bord de fixation (51) et son bord libre (53), au moins une partie intermédiaire (52) comportant une portion évasée (522) vers le bord de fixation (51) du flasque (50).

Description

L'invention concerne le domaine des rotors de turbomachine et, plus particulièrement, le maintien des aubes de rotor sur un disque de rotor.
Un turboréacteur à soufflante avant et à double corps, par exemple, comprend classiquement, d'amont en aval, une soufflante, un étage compresseur basse pression, un étage compresseur haute pression, une chambre de combustion, un étage de turbine haute pression et un étage de turbine basse pression.
Par convention, dans la présente demande, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans le turboréacteur. De même, par convention dans la présente demande, les termes intérieur et extérieur sont définis radialement par rapport à l'axe du moteur. Ainsi, un cylindre s'étendant selon l'axe du moteur comporte une face intérieure tournée vers l'axe du moteur et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure.
En référence à la figure 1, un étage de turbine basse pression, par exemple, comprend des disques de rotor successifs 10 comportant chacun des rainures axiales ou obliques dans lesquelles sont engagés des pieds 23 d'aubes 20, les aubes 20 s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe du moteur.
Chaque disque de rotor 10 comprend des moustaches formées de part et d'autre du disque 10, désignées par la suite moustache amont et moustache aval. La moustache amont du disque de rotor 10 est formée par une bride annulaire radiale 11 reliée à la face amont du disque de rotor par une virole annulaire tronconique 12 évasée vers l'aval. De même, la moustache aval du disque de rotor 10 est formée par une bride annulaire radiale reliée à la face aval du disque de rotor par une virole annulaire tronconique évasée vers l'amont.
Toujours en référence à la figure 1, les pieds 23 des aubes 20 sont retenus radialement dans les rainures par leur section bulbeuse, dite en queue d'aronde, et, axialement, par un jonc annulaire amont 30 en butée axiale sur une partie amont des pieds 23 des aubes 20. Le jonc 30 est retenu radialement dans des crochets radiaux 22 ménagés dans la plateforme 21 des aubes 20 et axialement par un flasque de maintien du jonc 30, référencé par la suite flasque 1.
En référence à la figure 2, le flasque 1 se présente sous la forme d'une pièce de révolution comprenant un bord de fixation amont, boulonné à la bride amont 11 du disque de rotor 10, une partie centrale tronconique évasée vers l'aval et un bord aval libre en appui sur le jonc 30. Le flasque 1 est précontraint axialement de manière à exercer un effort axial orienté vers l'aval sur la face amont du jonc 30, empêchant ainsi le déplacement du jonc 30 aussi bien axialement que radialement.
Le flasque 1 recouvre extérieurement la virole tronconique amont 12 du disque de rotor 10, permettant ainsi de protéger thermiquement le disque de rotor 10 contre la température élevée des gaz sortant de la chambre de combustion du moteur.
Un canal de refroidissement 40 est ménagé entre le flasque 1 et la virole amont 12 du disque de rotor 10 afin de guider un flux d'air frais, prélevé en amont de l'étage de turbine basse pression, dans les rainures de maintien des aubes 20 ménagées dans le disque de rotor 10. L'air circule dans les rainures, sous les pieds 23 des aubes 20, refroidissant le disque 10 et protégeant ce dernier à l'encontre de températures excessives. La circulation de l'air de refroidissement est représentée par des flèches sur la figure 2. La partie centrale tronconique du flasque 1 épouse la forme tronconique de la virole amont 12 du disque de rotor 10 de manière à ce que le canal de refroidissement 40 soit de section constante entre le flasque 1 et la partie tronconique amont 12 du disque de rotor 10.
En fonctionnement, sous l'effet des forces centrifuges et des dilatations thermiques dues aux gaz à hautes températures issus de la chambre de combustion du moteur, la précontrainte axiale qui est appliquée sur le jonc 30 par le flasque 1 n'est pas suffisante. Le flasque 1 se décolle du jonc 30 ; c'est-à-dire qu'il n'est plus plaqué sur le jonc 30.
En effet, le bord libre aval du flasque 1 a tendance à se déplacer radialement vers l'extérieur du moteur. Comme le flasque 1 est maintenu par son bord de fixation amont à la bride amont 11 du disque de rotor 10, un couple se forme entre le bord de fixation du flasque 1 et sa partie centrale tronconique comme représenté sur la figure 3. Le bord libre du flasque 1 tend à s'écarter d'un angle a par rapport à sa position de montage, le bord libre se déplaçant vers l'amont. La précontrainte axiale exercée par le flasque 1 sur le jonc 30 diminue.
Ainsi, le jonc 30 est libre de se déplacer radialement et axialement par rapport au disque de turbine 10, le maintien axial des pieds 23 des aubes 20 n'étant alors plus assuré. D'autre part, comme le flasque 1 n'est plus plaqué contre le jonc 30, des gaz chauds pénètrent dans le canal de refroidissement 40 par le bord libre aval du flasque 1. De l'air chaud circule dans les rainures du disque de turbine 10 qui n'est alors plus suffisamment refroidi.
Afin de résoudre ces inconvénients, la demanderesse propose un flasque de maintien d'un jonc de retenue d'au moins une aube d'un disque de rotor d'une turbomachine, le flasque comprenant un bord de fixation destiné à être relié au disque de rotor et un bord libre destiné à s'appuyer sur le jonc de retenue. Le flasque comprend, entre son bord de fixation et son bord libre, au moins une partie intermédiaire comportant une portion évasée vers le bord de fixation du flasque.
La portion évasée vers le bord de fixation du flasque permet de tirer partie des efforts centrifuges qui s'exercent sur le bord libre du flasque. Le jonc est maintenu de manière ferme par le flasque lors de la rotation du disque de rotor.
De préférence, la partie intermédiaire comprend une portion radiale comportant 15 deux bords, la portion radiale étant reliée au bord de fixation par son premier bord et reliée à la portion évasée par son deuxième bord.
La combinaison d'une portion radiale et d'une portion évasée pour une partie intermédiaire de flasque permet de ménager une poche d'air de refroidissement 20 entre le flasque et le disque de rotor, améliorant ainsi la protection thermique du disque de rotor.
De préférence, la portion évasée de la partie intermédiaire est tronconique.
25 Selon une caractéristique particulière de l'invention, la section par un plan radial de la partie intermédiaire du flasque comprend au moins deux portions courbes, la portion courbe la plus proche du bord de fixation étant radialement extérieure à la portion courbe la plus proche du bord libre.
30 De préférence, la concavité de la portion courbe la plus proche du bord de fixation est orientée vers l'intérieur, la concavité de la portion courbe la plus proche du bord libre étant orientée vers l'extérieur.
Ainsi, le flasque forme un ressort permettant de tirer partie des efforts radiaux et 35 axiaux qui sont exercés sur le flasque. En outre, les portions courbes de la section par un plan radial de la partie intermédiaire du flasque permettent de ménager une poche de refroidissement tout en maitrisant le débit d'air dans les rainures du disque de rotor. La première courbure du disque, la plus proche du bord de fixation, participe à la formation de la poche de refroidissement tandis que la deuxième courbure du disque, la plus proche du bord libre, participe à la maîtrise du débit d'air.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le bord de fixation se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale s'étendant vers l'intérieur, ladite couronne annulaire de fixation comprenant des orifices pour le passage de boulons de fixation destinés à relier de manière solidaire le bord de fixation au disque de rotor.
De préférence, le bord libre se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale s'étendant vers l'extérieur.
L'invention concerne également un ensemble d'un disque de rotor de turbomachine, d'au moins une aube de rotor, d'un jonc de retenue de ladite aube et d'un flasque tel que présenté précédemment, ensemble dans lequel le disque de turbine comprend une bride de fixation sur laquelle est fixé le bord de fixation du flasque, le jonc de retenue étant en appui axial sur le pied de l'aube qui est inséré dans le disque de rotor, le flasque étant précontraint axialement de manière à ce que le bord libre du flasque soit en appui axial sur le jonc.
L'invention concerne également une turbomachine comprenant un ensemble selon l'invention.
L'invention sera mieux comprise en référence au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente une vue en coupe radiale d'un disque de rotor de moteur à turbine à gaz sur lequel est monté un flasque de maintien d'un jonc selon l'art antérieur ; - la figure 2 représente une vue rapprochée de la figure 1 ; - la figure 3 représente une vue schématique du déplacement du flasque de la 30 figure 2 lorsqu'il est soumis à des contraintes thermiques et à des efforts centrifuges ; - la figure 4 représente une vue en coupe radiale d'un disque de rotor sur lequel est monté un flasque selon l'invention ; - la figure 5 représente une vue schématique du déplacement du flasque de la 35 figure 4 lorsqu'il est soumis à des contraintes thermiques et à des efforts centrifuges.
L'invention va maintenant être présentée pour un disque de rotor de turbine basse pression d'un moteur à turbine à gaz. Les références utilisées pour les éléments du disque de rotor de turbine basse pression du moteur de la figure 4 de structure ou fonction identique, équivalente ou similaire à celles des éléments du disque de rotor de turbine basse pression du moteur de la figure 1 sont les mêmes.
Dans cet exemple, l'étage de turbine basse pression comprend des disques de rotor successifs 10 comportant chacun des rainures axiales ou obliques dans lesquelles sont engagés des pieds d'aubes 20, les aubes 20 s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe du moteur. Chaque disque de rotor 10 comprend des moustaches formées de part et d'autre du disque 10, désignées par la suite moustache amont et moustache aval. La moustache amont du disque de rotor 10 est formée par une bride annulaire radiale 11 reliée à la face amont du disque de rotor par une virole annulaire tronconique 12 évasée vers l'aval. De même, la moustache aval du disque de rotor 10 est formée par une bride annulaire radiale reliée à la face aval du disque de rotor par une virole annulaire tronconique évasée vers l'amont.
En référence à la figure 4, les pieds 23 des aubes 20 sont retenus radialement dans les rainures par leur section bulbeuse, dite en queue d'aronde, et, axialement, par un jonc annulaire amont 30 en butée axial sur une partie amont des pieds 23 des aubes 20. Le jonc 30 est retenu radialement dans des crochets radiaux 22 ménagés dans la plateforme 21 des aubes 20 et axialement par un flasque de maintien du jonc 30, référencé par la suite flasque 50.
Le flasque 50 de maintien du jonc de retenue 30 d'une aube 20 du disque de rotor 10 se présente sous la forme d'une pièce annulaire de révolution comprenant un premier bord de fixation 51, une partie intermédiaire 52 et un bord libre 53. Le flasque 50 s'étend selon l'axe du moteur.
Dans cet exemple, le flasque 50 est monté extérieurement à la moustache amont du disque de rotor 10. Les bords amont et aval du flasque 50 correspondent respectivement au bord de fixation 51 et au bord libre 53 du flasque 50. Il va de soi que le flasque 50 pourrait également être monté sur une partie aval du disque de rotor 10.
Le bord de fixation 51 du flasque 50 est ici boulonné avec la bride radiale de fixation amont 11 du disque de rotor 10. Le bord de fixation amont 51 du flasque 50 se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale 51 orientée vers l'intérieur, c'est-à-dire dirigée vers l'axe du moteur. Ladite couronne annulaire de fixation 51 comprend des orifices traversants axiaux qui sont alignés axialement avec des orifices traversants axiaux ménagés dans la bride de fixation amont 11 du disque de rotor 10 de manière à permettre le passage de boulons de fixation 60. Les boulons de fixation 60 sont verrouillés par des écrous 61 pour maintenir le disque de turbine 10 solidaire du flasque 50.
Le bord libre 53 du flasque 50 se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale pleine 53, orientée vers l'extérieur du moteur, dont la face aval est en appui sur le jonc 30, plus précisément, sur la face amont du jonc 30. Une nervure annulaire 531, saillante vers l'aval, est ménagée sur la face aval du flasque 50 et permet de maintenir radialement le bord intérieur du jonc 30, le bord extérieur du jonc 30 étant maintenu par insertion dans une rainure 22 radiale ménagée dans la plateforme 21 des aubes 20 qui sont maintenues dans le disque de rotor 10.
La partie intermédiaire 52 du flasque 50, reliée en amont au bord de fixation 51 du flasque 50 et en aval au bord libre 53 du flasque 50, comprend une première portion amont 521, sensiblement radiale qui est en décrochement vers l'amont par rapport au bord de fixation radial 51, et une deuxième portion aval tronconique 522 évasée de l'aval vers l'amont. Autrement dit, la portion tronconique 522 de la partie intermédiaire 52 du flasque 50 est évasée vers le bord de fixation 51 du flasque 50. C'est cette dernière définition de la direction de l'évasement qui sera retenue par la suite, cette définition s'appliquant aussi bien à un flasque 50 monté sur une partie amont que sur une partie aval d'un disque de rotor 10.
La première portion 521 et la deuxième portion 522 de la partie intermédiaire 52 du flasque 50 sont ici reliées par une portion annulaire curviligne formant un premier coude dont l'angle d'ouverture est référencé S. Cet angle sera désigné par la suite angle statique S et définit une valeur de l'évasement de la deuxième portion tronconique 522 de la partie intermédiaire 52. En effet, plus l'angle d'ouverture S est faible, plus la portion tronconique 522 est évasée.
De manière similaire, la portion tronconique 522, c'est-à-dire la deuxième portion 522 de la partie intermédiaire 52 de flasque 50, est reliée au bord libre 53 par une portion annulaire curviligne formant un deuxième coude. Autrement dit, la section par un plan radial de la partie intermédiaire 52 du flasque 50 comprend au moins deux portions courbes dont les concavités sont orientées dans des sens opposés. La portion courbe la plus proche du bord de fixation 51 est radialement extérieure à la portion courbe la plus proche du bord35 libre 53. En outre, la concavité de la portion courbe la plus proche du bord de fixation est orientée vers l'intérieur, la concavité de la portion courbe la plus proche du bord libre étant orientée vers l'extérieur du moteur. La section par un plan radial de la partie intermédiaire 52 du flasque 50 comprend ici un point d'inflexion.
En raison de sa forme, la partie intermédiaire 52 du flasque 50 peut se compresser axialement à la manière d'un ressort pour rattraper et tirer partie des efforts centrifuges qui sont appliqués sur le flasque 50 en fonctionnement. Le comportement en fonctionnement de la partie intermédiaire 52 du flasque 50 va être précisé dans l'exemple de mise en oeuvre de l'invention ci-dessous.
Lors du fonctionnement du moteur, le corps du flasque 50 est entraîné radialement vers l'extérieur en raison des forces centrifuges. Comme ce dernier est maintenu de manière solidaire au disque de rotor 10 par sa bride de fixation amont 51, seul le bord libre aval 53 est entraîné vers l'extérieur. Suite au déplacement du bord libre 53, un angle d'inclinaison supplémentaire [3 se forme entre les deux portions 521, 522 de la partie intermédiaire 52 comme représenté sur la figure 5. La valeur de l'angle d'inclinaison supplémentaire [3 résulte principalement des forces centrifuges mais également des dilations thermiques du flasque 50. Au cours du fonctionnement du moteur, l'angle formé entre la première portion 521 et la deuxième portion 522 de la partie intermédiaire 52 est égal à la somme de l'angle statique S et de l'angle d'inclinaison I.
En raison de l'angle d'inclinaison supplémentaire [3, la portion tronconique 522 de la partie intermédiaire 52 est "redressée" par rapport à sa position statique. Autrement dit, l'extrémité aval de la portion tronconique 522 est entraînée vers l'extérieur de manière à ce que la portion tronconique 522 soit sensiblement tubulaire, l'angle formé entre la première portion 521 et la deuxième portion 522 de la partie intermédiaire 52 du flasque 50 étant sensiblement égale à 90°. Il en résulte une diminution de la dimension axiale de la portion tronconique 522 du flasque 50, entraînant une augmentation de la contrainte axiale appliquée sur le jonc 30.
En raison de la forme de la partie intermédiaire 52 du flasque 50, les efforts centrifuges sont rattrapés et convertis en un effort axial supplémentaire qui vient s'ajouter à la précontrainte axiale introduite lors du montage.
De la sorte, les efforts axiaux exercés par le flasque 50 sur le jonc 30 sont de plus en plus importants au fur et à mesure que les forces centrifuges appliquées sur flasque 50 augmentent. Le jonc de retenue 30 des aubes 20 est maintenu de manière ferme sans risque d'être libéré en fonctionnement.
En ce qui concerne le refroidissement des aubes 20 du disque de rotor 10, un canal de refroidissement 80 est ménagé entre le flasque 50 et la virole amont 12 du disque 10 afin de guider un flux d'air frais, prélevé en amont de l'étage de turbine basse pression, dans les rainures de maintien des aubes 20 ménagées dans le disque de rotor 10. L'air circule dans les rainures, sous les pieds 23 des aubes 20, refroidissant le disque 10 et protégeant ce dernier à l'encontre de températures excessives.
Dans cet exemple, le canal de refroidissement 80 est de section non constante selon l'axe du moteur en raison de la forme de la partie intermédiaire 52 du flasque 50. Une poche d'air de refroidissement 81 se forme entre la première portion 521 et la deuxième portion 522 de la partie intermédiaire 52 du flasque 50. La poche d'air de refroidissement 81 permet de refroidir efficacement la surface interne de la partie intermédiaire 52 du flasque 50, sa surface externe étant en contact avec des gaz à hautes températures issus de la chambre de combustion.
La portion courbe, ayant la forme d'un coude, formée entre la partie intermédiaire 52 et le bord libre aval 53 du flasque 50 permet de maitriser le débit d'air de refroidissement circulant dans les rainures du disque de rotor 10. Ainsi, le refroidissement du disque de rotor 10 n'est pas modifié en comparaison avec un jonc 30 qui serait retenu par un flasque selon l'art antérieur. De manière avantageuse, l'utilisation d'un flasque 50 selon l'invention n'entraîne pas de modification des autres éléments du moteur. Le flasque 50 selon l'invention peut donc se substituer à un flasque selon l'art antérieur et ceci, à moindre coût.
L'invention a été décrite pour un flasque 50 comprenant une portion tronconique mais il va de soi que tout type d'évasement vers le bord de fixation d'une portion de la partie intermédiaire du flasque 50 pourrait également convenir.35

Claims (9)

  1. Revendications1. Flasque (50) de maintien d'un jonc (30) de retenue d'au moins une aube (20) d'un disque de rotor (10) d'une turbomachine, le flasque (50) comprenant : ù un bord de fixation (51) destiné à être relié au disque de rotor (10) et ù un bord libre (53) destiné à s'appuyer sur le jonc de retenue (30), flasque (50) caractérisé par le fait qu'il comprend, entre son bord de fixation (51) et son bord libre (53), au moins une partie intermédiaire (52) comportant une portion évasée (522) vers le bord de fixation (51) du flasque (50).
  2. 2. Flasque selon la revendication 1, dans lequel la partie intermédiaire (52) comprend une portion radiale (521) comportant deux bords, la portion radiale (521) étant reliée au bord de fixation (51) par son premier bord et reliée à la portion évasée (522) par son deuxième bord.
  3. 3. Flasque selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel la portion évasée (522) de la partie intermédiaire (52) est tronconique.
  4. 4. Flasque selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la section par un plan radial de la partie intermédiaire (52) du flasque (50) comprend au moins deux portions courbes, la portion courbe la plus proche du bord de fixation (51) étant radialement extérieure à la portion courbe la plus proche du bord libre (53).
  5. 5. Flasque selon la revendication 4, dans lequel la concavité de la portion courbe la plus proche du bord de fixation (51) est orientée vers l'intérieur, la concavité de la portion courbe la plus proche du bord libre (53) étant orientée vers l'extérieur.
  6. 6. Flasque selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le bord de fixation (51) se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale s'étendant vers l'intérieur, ladite couronne annulaire de fixation comprenant des orifices pour le passage de boulons de fixation (60) destinés à relier de manière solidaire le bord de fixation (51) au disque de rotor (10).
  7. 7. Flasque selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le bord libre (53) se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale s'étendant vers l'extérieur.
  8. 8. Ensemble d'un disque de rotor (10) de turbomachine, d'au moins une aube de rotor (20), d'un jonc de retenue (30) de ladite aube (20) et d'un flasque (50) de maintien du jonc (30) selon l'une des revendications 1 à 7, ensemble dans lequel le disque de turbine (10) comprend une bride de fixation (11) sur laquelle est fixé le bord de fixation (51) du flasque (50), le jonc de retenue (30) étant en appui axial sur un pied de l'aube (20) qui est inséré dans le disque de rotor (10), le flasque (50) étant précontraint axialement de manière à ce que le bord libre (53) du flasque (50) soit en appui axial sur le jonc (50).
  9. 9. Turbomachine comprenant un ensemble selon la revendication précédente.
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