FR2939833A1

FR2939833A1 - TURBINE DISK HOUSING VENTILATION DEVICE

Info

Publication number: FR2939833A1
Application number: FR0858688A
Authority: FR
Inventors: Jean Baptiste Arilla; Denis Chanteloup
Original assignee: Turbomeca SA
Current assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-06-18
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: WO2010076492A1; FR2939833B1; WO2010076492A9

Abstract

L'invention concerne une roue de turbine (10) comprenant : - une pluralité d'aubes (20) ; - un disque (12) à la périphérie duquel sont montés les aubes (20), chacune des aubes ayant une pale (22) solidaire d'une attache (26) engagée dans un logement s'ouvrant à la périphérie du disque et s'étendant axialement entre deux faces opposées du disque (12), les logements ayant un fond et étant séparés les uns des autres par des parties du disque formant des dents (16), et - des dispositifs de retenue axiale (40) des aubes (20) sur le disque (12) comprenant un flasque de retenue exerçant un appui latéral axial sur les dents (16) du disque sur l'un, ou premier, des côtés amont et aval du disque (12), et caractérisée en ce qu'il existe un interstice entre le flasque de retenue (40) et les attaches des aubes (26), et un jeu radial entre les attaches et le fond de leurs logements respectifs de telle manière que de l'air (F) puisse circuler entre le côté amont et le côté aval du disque (12) afin de ventiler le fond des logements.The invention relates to a turbine wheel (10) comprising: - a plurality of vanes (20); a disc (12) on the periphery of which the blades (20) are mounted, each of the blades having a blade (22) integral with a fastener (26) engaged in a housing opening at the periphery of the disc and extending axially between two opposite faces of the disc (12), the housings having a bottom and being separated from each other by portions of the disc forming teeth (16), and - axial retaining devices (40) of the blades (20). ) on the disk (12) comprising a retaining flange exerting an axial lateral support on the teeth (16) of the disk on one, or first, of the upstream and downstream sides of the disk (12), and characterized in that there is a gap between the retaining flange (40) and the blade attachments (26), and a radial clearance between the fasteners and the bottom of their respective housings so that air (F) can flow between the upstream side and the downstream side of the disk (12) to ventilate the bottom of the housing.

Description

L'invention concerne d'une façon générale les roues de turbine dans des turbines à gaz et vise plus particulièrement la ventilation des logements dans lesquelles sont logées des aubes portées par les roues. Le domaine d'application de l'invention est notamment celui des turbines à gaz industrielles et des moteurs aéronautiques à turbine à gaz. Dans une roue de turbine, les aubes sont montées à la périphérie d'un disque, chaque aube ayant une pale avec un pied solidaire d'une attache engagée axialement dans un logement ou alvéole s'ouvrant à la périphérie du disque et s'étendant entre deux faces opposées du disque. Il est nécessaire de ventiler les fonds des logements afin de refroidir les aubes, ces dernières étant échauffées par le flux gazeux traversant la turbine. Des dispositifs de ventilation de fonds d'alvéoles connus sont arrangés de telle sorte que l'air est évacué par l'aube refroidie et non pas directement vers la face aval de la roue. Une telle aube est couteuse à réaliser car on doit y ménager des passages pour l'évacuation de l'air. Par ailleurs, les roues de turbine comprennent généralement un dispositif de rétention axial des aubes constitué par un flasque pour éviter ou, à tout le moins, limiter un déplacement axial des aubes généralement dû aux vibrations. Dans d'autres dispositifs de ventilation, il est nécessaire de prévoir des ouvertures dans le flasque afin que l'air puisse traverser le flasque avant de s'écouler dans le fond de l'alvéole. The invention relates generally to turbine wheels in gas turbines and more particularly to the ventilation of housing in which are housed vanes carried by the wheels. The field of application of the invention is in particular that of industrial gas turbines and aeronautical gas turbine engines. In a turbine wheel, the blades are mounted on the periphery of a disk, each blade having a blade with a foot secured to a fastener axially engaged in a housing or cell opening at the periphery of the disk and extending between two opposite sides of the disc. It is necessary to ventilate the bottom of the housing to cool the vanes, the latter being heated by the gas flow through the turbine. Known cell bottom ventilation devices are arranged so that the air is discharged through the cooled blade and not directly to the downstream face of the wheel. Such a dawn is expensive to achieve because it must provide passages for the evacuation of air. Furthermore, the turbine wheels generally comprise an axial blade retention device consisting of a flange to avoid or, at least, limit axial displacement of the blades generally due to vibration. In other ventilation devices, it is necessary to provide openings in the flange so that the air can pass through the flange before flowing into the bottom of the cell.

L'invention a pour but de proposer une roue de turbine munie d'un dispositif de ventilation de fond de logement de disque de turbine ne nécessitant pas la réalisation d'ouvertures dans le flasque. Ce but est atteint grâce à une roue de turbine comprenant : - une pluralité d'aubes ; un disque à la périphérie duquel sont montés les aubes, chacune des aubes ayant une pale solidaire d'une attache engagée dans un logement s'ouvrant à la périphérie du disque et s'étendant axialement entre deux faces opposées du disque, les logements ayant un fond et étant séparés les uns des autres par des parties du disque formant des dents, et 35 des dispositifs de retenue axiale des aubes sur le disque comprenant un flasque de retenue exerçant un appui latéral axial sur les dents du disque sur l'un, ou premier, des côtés amont et aval du disque, roue de turbine dans laquelle il existe au moins un interstice entre le flasque de retenue et les attaches des aubes, et un jeu radial entre les attaches et le fond de leurs logements respectifs, de telle sorte que de l'air peut circuler entre le côté amont et le côté aval du disque afin de ventiler le fond des logements. The invention aims to provide a turbine wheel provided with a turbine disc housing bottom ventilation device does not require the production of openings in the flange. This object is achieved by means of a turbine wheel comprising: a plurality of blades; a disk on the periphery of which are mounted the blades, each blade having a blade secured to a fastener engaged in a housing opening at the periphery of the disk and extending axially between two opposite faces of the disk, the housing having a bottom and being separated from each other by portions of the disc forming teeth, and axial retainers of the vanes on the disc comprising a retaining flange exerting axial lateral support on the teeth of the disc on one, or first, the upstream and downstream sides of the disc, turbine wheel in which there is at least one gap between the retaining flange and the blade attachments, and a radial clearance between the fasteners and the bottom of their respective housings, so that that air can flow between the upstream side and the downstream side of the disk to ventilate the bottom of the housing.

Grâce à l'invention, l'air passe tout d'abord à travers l'interstice puis traverse le disque en circulant dans les passages délimités entre les fonds des logements et les attaches correspondantes. Selon une variante, l'interstice est constitué par un jeu axial défini entre le flasque et les attaches. Thanks to the invention, the air passes firstly through the gap and then through the disc while circulating in the passages delimited between the housing bottoms and the corresponding fasteners. According to one variant, the gap is constituted by an axial clearance defined between the flange and the fasteners.

Dans ce cas, la valeur du jeu axial est faible, de préférence comprise entre 0 et 1/10e afin de limiter l'amplitude du déplacement axial des aubes par rapport au disque. Avantageusement, chacune des attaches comprend un talon faisant radialement saillie depuis une extrémité de ladite attache opposée à la pale. In this case, the value of the axial clearance is small, preferably between 0 and 1 / 10th in order to limit the amplitude of the axial displacement of the blades relative to the disk. Advantageously, each of the fasteners comprises a heel projecting radially from one end of said fastener opposite to the blade.

Préférentiellement, le talon est disposé du côté de la face latérale de l'attache qui est située du premier côté du disque. Avantageusement, le talon présente une extrémité tronquée de sorte que le jeu radial est défini entre ladite extrémité tronquée et le fond du logement correspondant. Preferably, the heel is disposed on the side of the side face of the fastener which is located on the first side of the disc. Advantageously, the heel has a truncated end so that the radial clearance is defined between said truncated end and the bottom of the corresponding housing.

La troncature est réalisée de manière à obtenir un flux d'air de ventilation calibré. Il serait en effet néfaste qu'un flux trop important de gaz ne s'écoule entre les faces amont et aval du disque. Selon un mode de réalisation avantageux, chacune des dents comprend un renflement axial sur lequel le flasque vient en appui. The truncation is performed so as to obtain a calibrated ventilation airflow. It would indeed be harmful if too much gas flows between the upstream and downstream faces of the disk. According to an advantageous embodiment, each of the teeth comprises an axial bulge on which the flange bears.

On comprend que dans ce cas, l'interstice est créé grâce au fait que le renflement permet d'écarter ou décoller légèrement le flasque de la surface latérale des dents. Avantageusement, le renflement présente la forme d'un plot. It is understood that in this case, the gap is created due to the fact that the bulge allows to remove or slightly take off the flange of the lateral surface of the teeth. Advantageously, the bulge is in the form of a stud.

De préférence, le plot présente une forme sensiblement cylindrique, cette forme étant obtenue préférentiellement par enlèvement de matière lors de la réalisation du disque. De manière avantageuse, chacune des attaches comporte en outre un relief de positionnement axial de l'aube. Ce relief de positionnement axial permet de calibrer le jeu axial entre les attaches et le flasque. De préférence, ce relief est un plot ayant une épaisseur axiale. Selon l'invention, on décolle légèrement le flasque des talons de sorte que le flasque n'obture pas le passage défini entre l'extrémité inférieure des attaches et le fond des logements correspondants. Grâce à l'invention, la hauteur radiale du flasque peut donc être avantageusement sensiblement égale à la hauteur radiale des talons des attaches. Un intérêt est d'éviter que le flasque ne vienne en contact avec le stator, ce dernier pouvant s'étendre radialement jusqu'aux attaches des aubes. La présente invention concerne également une turbomachine comprenant une roue de turbine selon la présente invention. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci- après en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale d'une roue de turbine selon un mode de réalisation de l'invention, tandis que la figure 1A est une vue de détail du contact entre le flasque de retenue et le disque ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une aube de la roue de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue partielle en perspective montrant le montage d'aubes dans le disque de la roue de turbine de la figure 1 ; et les figures 4 et 5 illustrent schématiquement, en perspective, deux modes de réalisation du flasque de retenue de la roue de turbine de la figure 1. La figure 1 montre une roue 10 d'un rotor de turbine, par exemple un rotor de turbine haute pression (HP) dans un moteur à turbine à gaz. La roue 10 comprend un disque 12 portant à sa périphérie une pluralité d'aubes 20. Preferably, the stud has a substantially cylindrical shape, this shape being obtained preferably by removal of material during the production of the disc. Advantageously, each of the fasteners further comprises a relief of axial positioning of the blade. This axial positioning relief makes it possible to calibrate the axial clearance between the fasteners and the flange. Preferably, this relief is a stud having an axial thickness. According to the invention, the flange of the heels is slightly unstuck so that the flange does not close the passage defined between the lower end of the fasteners and the bottom of the corresponding housing. Thanks to the invention, the radial height of the flange can therefore be advantageously substantially equal to the radial height of the heels of the fasteners. An interest is to avoid that the flange comes into contact with the stator, the latter may extend radially to the fasteners of the blades. The present invention also relates to a turbomachine comprising a turbine wheel according to the present invention. The invention will be better understood on reading the description given hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a partial axial half-section view of a turbine wheel according to an embodiment of the invention. invention, while Figure 1A is a detail view of the contact between the retaining flange and the disc; - Figure 2 is a perspective view of a blade of the wheel of Figure 1; - Figure 3 is a partial perspective view showing the blade assembly in the disc of the turbine wheel of Figure 1; and Figures 4 and 5 schematically illustrate, in perspective, two embodiments of the retaining flange of the turbine wheel of Figure 1. Figure 1 shows a wheel 10 of a turbine rotor, for example a turbine rotor high pressure (HP) in a gas turbine engine. The wheel 10 comprises a disc 12 carrying at its periphery a plurality of blades 20.

Chacune des aubes 20 comporte une pale 22 qui s'étend dans le passage annulaire 30 pour le flux gazeux à travers la turbine, lequel passage est délimité du côté externe par un anneau de turbine (non représenté) adjacent aux sommets des pales. Each of the blades 20 has a blade 22 which extends in the annular passage 30 for the gas flow through the turbine, which passage is delimited on the outer side by a turbine ring (not shown) adjacent to the apices of the blades.

Chaque aube a son pied solidaire d'une plate-forme 24 portant une attache (ou échasse) 26 par laquelle l'aube est reliée au disque 12. Dans l'exemple illustré, l'attache présente un profil en forme de sapin . Les plates-formes 24 des aubes délimitent le passage 30 du côté interne. Les attaches 26 sont engagées axialement dans des logements (ou alvéoles) 14 de forme correspondante répartis et s'ouvrant à la périphérie du disque 10. Les logements 14 s'étendent axialement entre des faces latérales amont (ou avant) 12a et aval (ou arrière) 12b du disque 12 et sont séparées les uns des autres par des dents 16 du disque. Les termes amont et aval sont utilisés ici en référence au sens d'écoulement du flux gazeux dans la turbine. A l'aide des figures 1 et 2, on constate que les attaches 26 s'étendent tout le long des logements 14 et les faces latérales amont 26a et aval 26b des attaches sont situées sensiblement dans des mêmes plans que, respectivement, les faces latérales amont 12a et aval 12b du disque 12. Each blade has its foot secured to a platform 24 carrying a fastener (or stilt) 26 through which the blade is connected to the disk 12. In the example shown, the fastener has a fir-shaped profile. The platforms 24 of the vanes delimit the passage 30 on the inner side. The fasteners 26 are engaged axially in housings (or cells) 14 of corresponding shape distributed and opening at the periphery of the disc 10. The housings 14 extend axially between upstream (or forward) 12a and downstream (or rear) 12b of the disc 12 and are separated from each other by teeth 16 of the disc. The upstream and downstream terms are used herein with reference to the flow direction of the gas stream in the turbine. With the aid of FIGS. 1 and 2, it can be seen that the fasteners 26 extend all along the housings 14 and the upstream and downstream lateral faces 26a and 26b of the fasteners are located substantially in the same planes as, respectively, the lateral faces. upstream 12a and downstream 12b of the disk 12.

Par ailleurs, comme on le voit bien sur la figure 3, chacune des attaches 26 comprend un talon 27 faisant radialement saillie depuis une extrémité 26c de l'attache 26 qui est opposée à la pale 22, ce talon 27 étant de préférence disposé du côté de la face latérale amont 16a de l'attache 16. Moreover, as can be seen in FIG. 3, each of the fasteners 26 comprises a heel 27 projecting radially from an end 26c of the fastener 26 which is opposite to the blade 22, this heel 27 being preferably arranged on the side of the upstream lateral face 16a of the fastener 16.

Conformément à l'invention, on prévoit un jeu radial Jr entre chacune des attaches 26 et le fond 14a du logement 14 de telle sorte que de l'air puisse circuler depuis les faces latérales amont 12a vers l'aval 12b du disque 12 afin de ventiler le fond 14a du logement 14. Le flux d'air F a été représenté par des flèches en pointillées sur la figure 1. According to the invention, there is provided a radial clearance Jr between each of the fasteners 26 and the bottom 14a of the housing 14 so that air can flow from the upstream side faces 12a downstream 12b of the disk 12 in order to ventilate the bottom 14a of the housing 14. The air flow F has been represented by dashed arrows in FIG.

Dans l'exemple illustré sur les figure 2 et 3, le talon 27 présente une extrémité inférieure 27a tronquée de sorte que le jeu radial Jr est défini entre cette extrémité tronquée 27a et le fond 14a du logement 14. A l'aide de la figure 3, on voit que chaque logement 14 présente un passage P délimité entre l'extrémité tronquée 27a et le fond 14a dudit logement 14, lequel passage permettant à l'air d'entrer dans le fond du logement. Du côté aval, les aubes 20 sont préférentiellement retenues axialement par butée entre des reliefs 28 en forme de nervure formées sur les faces inférieures des plates-formes 24 et des butées ou taquets 18 faisant saillie sur les côtés aval des dents 16 du disque, comme cela est représenté sur la figure 1. Du côté amont, les aubes sont retenues axialement par des dispositifs de retenue axiale comportant un flasque de rétention axial 40. In the example illustrated in Figures 2 and 3, the heel 27 has a lower end 27a truncated so that the radial clearance Jr is defined between the truncated end 27a and the bottom 14a of the housing 14. With the aid of the figure 3, we see that each housing 14 has a passage P defined between the truncated end 27a and the bottom 14a of said housing 14, which passage allowing air to enter the bottom of the housing. On the downstream side, the blades 20 are preferably retained axially by abutment between rib-shaped reliefs 28 formed on the lower faces of the platforms 24 and abutments or stops 18 protruding from the downstream sides of the teeth 16 of the disc, as this is shown in FIG. 1. On the upstream side, the vanes are retained axially by axial retaining devices comprising an axial retention flange 40.

Dans l'exemple illustré, le flasque de rétention axial 40 est monté sur la roue 10 en étant maintenu axialement par un anneau fendu ou jonc 44 qui est engagé dans une gorge annulaire 1Oa formée dans le rotor, ledit anneau s'appuyant sur la face amont du flasque 40. Comme on le voit sur la figure 4, le flasque 40 comporte des ailettes 42 qui viennent en appui latéral sur les faces latérales amont 16a des dents 16. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le flasque 40 présente un rebord périphérique continu 46 en saillie qui vient en appui latéral sur la face latérale amont 12a du disque 12 , au niveau des dents 16. In the illustrated example, the axial retention flange 40 is mounted on the wheel 10 while being held axially by a split ring or ring 44 which is engaged in an annular groove 10a formed in the rotor, said ring bearing on the face upstream of the flange 40. As seen in Figure 4, the flange 40 has fins 42 which bear laterally on the upstream side faces 16a of the teeth 16. In the embodiment of Figure 5, the flange 40 has a continuous peripheral rim 46 projecting which bears laterally on the upstream lateral face 12a of the disk 12, at the level of the teeth 16.

Plus précisément, le flasque 40 vient en l'espèce avantageusement en appui sur des renflements axiaux 50 formant de préférence des plots qui sont disposés sur les faces latérales amont 16a des dents 16. Il s'ensuit que le flasque 40 est légèrement décollé des dents 16 et également des faces latérales amont 26a des attaches 26, définissant ainsi un interstice I entre le flasque de retenue 40 et les faces latérales amont 26a des attaches 26, en conséquence de quoi de l'air peut circuler entre le flasque 40 et les faces latérales amont 26a des attaches 26. Ainsi, on décolle ou écarte légèrement le flasque 40 du disque 12 afin de ne pas obturer les passages P. More specifically, the flange 40 in this case advantageously bears on axial bulges 50 preferably forming pads which are arranged on the upstream side faces 16a of the teeth 16. It follows that the flange 40 is slightly detached from the teeth 16 and also upstream lateral faces 26a of the fasteners 26, thus defining a gap I between the retaining flange 40 and the upstream side faces 26a of the fasteners 26, as a result of which air can flow between the flange 40 and the faces Upstream side 26a of the fasteners 26. Thus, the flange 40 of the disc 12 is slightly peeled off or spread apart so as not to close the passages P.

Il s'ensuit que l'air provenant de la veine amont du flux gazeux passe dans l'interstice I existant entre le flasque de retenue 40 et les faces latérales des attaches 26 des aubes 20 avant de pénétrer dans les passages P pour enfin ressortir du côté aval du disque 12, ce circuit d'air permettant de ventiler et refroidir le fond des logements 14. It follows that the air coming from the upstream vein of the gas stream passes into the gap I existing between the retaining flange 40 and the lateral faces of the fasteners 26 of the vanes 20 before entering the passages P to finally come out of the downstream side of the disk 12, this air circuit for ventilating and cooling the bottom of the housing 14.

Comme on le voit mieux sur la figure 3, les attaches 26 des aubes 20 sont également pourvues de reliefs 52 de positionnement axial de l'aube, le relief de positionnement étant disposé sur la face latérale amont 26a de chacune des attaches 26. As can be seen better in FIG. 3, the fasteners 26 of the blades 20 are also provided with reliefs 52 for axial positioning of the blade, the positioning relief being disposed on the upstream lateral face 26a of each of the fasteners 26.

Conformément à l'invention, le flasque 40 peut prendre appui sur ces reliefs mais cela n'est pas nécessaire. On pourra prévoir au contraire un léger jeu axial Ja entre le flasque et les faces latérales amont des attaches 26, ce jeu axial ]a étant défini entre la face aval du flasque 40 et le relief 52. Les reliefs 52 permettent de diminuer le jeu entre le flasque et les attaches résultant du décollement du flasque, ceci afin de limiter l'amplitude de déplacement axial de l'aube 20 dans son logement 14. Dans un autre mode de réalisation non représenté ici, la roue de turbine ne comporte pas de plots 50 ni de reliefs 52, si bien que le flasque 40 prend appui directement contre les faces latérales amont 16a des dents 16 tandis que l'interstice entre le flasque de retenue et les attaches des aubes est constitué par un léger jeu axial prévu entre le flasque et les attaches. Ainsi, dans cette conformation, une fraction d'air provenant d'une zone amont où la roue de turbine circule entre le flasque et la face latérale des attaches avant de pénétrer dans le fond d'alvéole par le passage P. According to the invention, the flange 40 can be supported on these reliefs, but this is not necessary. On the contrary, provision can be made for a slight axial clearance Ja between the flange and the upstream lateral faces of the fasteners 26, this axial clearance] a being defined between the downstream face of the flange 40 and the relief 52. The reliefs 52 make it possible to reduce the clearance between the flange and the fasteners resulting from the detachment of the flange, in order to limit the amplitude of axial displacement of the blade 20 in its housing 14. In another embodiment not shown here, the turbine wheel does not include pads 50 ni reliefs 52, so that the flange 40 bears directly against the upstream side faces 16a of the teeth 16 while the gap between the retaining flange and the blade fasteners is constituted by a slight axial play provided between the flange and the fasteners. Thus, in this conformation, a fraction of air from an upstream zone where the turbine wheel circulates between the flange and the lateral face of the fasteners before entering the cell bottom through the passage P.

Claims

REVENDICATIONS1. A turbine wheel (10) comprising: a plurality of blades (20); a disc (12) on the periphery of which are mounted the blades (20), each of the blades having a blade (22) integral with a fastener (26) engaged in a housing (14) opening at the periphery of the disc and extending axially between two opposite faces (12a, 12b) of the disc (12), the housings having a bottom (14a) and being separated from each other by portions of the disc forming teeth (16), and - devices axial retaining means (40) of the blades (20) on the disk (12) comprising a retaining flange exerting an axial lateral support on the teeth (16) of the disk on one or the first of the upstream sides (12a) and downstream (12b) of the disc (12), characterized in that there is a gap (I) between the retaining flange (40) and the blade attachments (26), and a radial clearance (Jr) between the fasteners and the bottom (14a) of their respective housings (14) so that air can flow between the upstream side and the downstream side of the disk (12) to ventilate the bottom (14). a) dwellings (14).

2. turbine wheel according to claim 1, characterized in that each of the fasteners comprises a heel (27) projecting radially from one end (26c) of said fastener (26) opposite the blade (22).

3. Turbine wheel according to claim 2, characterized in that the heel (27) is disposed on the side of the side face (26a) of the fastener (26) which is close to the first side of the disc (12).

Turbine wheel according to claim 2 or 3, characterized in that the heel (27) has a truncated end (27a) so that the radial clearance (Jr) is defined between said truncated end (27a) and the bottom ( 14a) of the corresponding housing (14), so that the ventilation air flow rate is calibrated.

5. turbine wheel according to any one of claims 1 to 4, characterized in that each of the teeth (16) comprises an axial bulge (50) on which the flange (40) abuts.

6. Turbine wheel according to claim 5, characterized in that the bulge (50) has the shape of a stud.

7. turbine wheel according to any one of claims 1 to 6, characterized in that each of the fasteners (26) further comprises an axial positioning relief (52) of the blade (22).

8. Turbine wheel according to claim 7, characterized in that the positioning relief (52) is disposed on the lateral face (26a) of the fastener (26) which is close to the first disc side.

9. Turbine wheel according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the radial height of the flange (40) is substantially equal to the radial height of the beads (27) of the fasteners 20 to minimize the radial size flange (40).

10.Turbomachine comprising a turbine wheel according to any one of claims 1 to 9.5