FR2950104A1

FR2950104A1 - Roue de turbomachine

Info

Publication number: FR2950104A1
Application number: FR0904339A
Authority: FR
Inventors: Yannick Collin; Thomas Lardellier; David Mathieu; Denis Gabriel Trahot
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-03-18
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: FR2950104B1

Abstract

Roue de turbomachine, comprenant un disque (114) dont la périphérie externe comporte des rainures de montage de pieds d'aubes (110, 112) ayant à leurs extrémités radialement externes des talons (124) qui sont en appui par leurs flancs (134, 136) les uns sur les autres de façon continue, ces flancs comportant des bords longitudinaux (140, 144) formés avec des découpes (142) et des saillies (138), respectivement, pour leur emboîtement dans les flancs des talons des aubes adjacentes, les bords longitudinaux des flancs des talons faisant avec l'axe (116) de la roue un angle positif facilitant la remise en place automatique d'une aube déboîtée qui a été décalée axialement sur le disque par rapport aux autres aubes.

Description

Roue de turbomachine

La présente invention concerne une roue de turbomachine, et en particulier de turbine basse-pression d'un turboréacteur ou d'un turbopropulseur d'avion. Une turbine de ce type comprend en général plusieurs roues aubagées comportant chacune un disque à la périphérie duquel sont formées des rainures parallèles d'engagement des pieds d'aubes régulièrement réparties autour de l'axe du disque.

Chaque aube comprend à son extrémité radialement interne une plate-forme reliée à un pied, et à son extrémité radialement externe un talon portant des léchettes externes qui sont destinées à coopérer en fonctionnement avec des blocs de matière abradable fixés sur le stator de la turbine, pour former des joints d'étanchéité du type à labyrinthe. Le document EP-A-1 262 633 décrit une aube de turbine de ce type. Les talons des aubes sont circonférentiellement en appui les uns sur les autres, et leurs flancs ont des bords longitudinaux formés avec des découpes et des saillies, respectivement, qui s'emboîtent dans des saillies et des découpes des bords longitudinaux des flancs des talons des aubes adjacentes. Cet appui circonférentiel des talons les uns sur les autres s'accompagne d'une petite contrainte en torsion des talons autour des axes des aubes. Les léchettes portées par les talons des aubes viennent en fonctionnement frotter contre les blocs de matière abradable du stator de la turbine, en particulier lors du rodage de la turbomachine. Ce phénomène peut provoquer le déboîtement du talon d'une aube qui est déplacée vers l'aval ou l'amont par rapport aux aubes adjacentes. Dans cette position « déboîtée », la saillie du bord longitudinal du talon de l'aube est désengagée de la découpe correspondante du bord longitudinal du talon de l'aube adjacente, et est en butée sur ce bord longitudinal. Cela oblige à déposer le moteur pour remettre en place les aubes déboîtées, cette opération étant longue et coûteuse. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème grâce à des aubes de rotor qui sont configurées de façon à ce que, en cas de déboîtement du talon d'une aube, des efforts soient exercés automatiquement sur cette aube pour assurer sa remise en place et le remboîtement de son talon dans les talons des aubes adjacentes. Elle propose à cet effet une roue de turbomachine, comprenant un disque dont la périphérie externe comporte des rainures parallèles de montage de pieds d'aubes ayant à leurs extrémités radialement externes des talons qui sont en appui par leurs flancs les uns sur les autres de façon continue, les flancs des talons comportant des bords longitudinaux formés avec des découpes et des saillies, respectivement, pour leur emboîtement dans les flancs des talons des aubes adjacentes, caractérisée en ce que les bords longitudinaux des flancs des talons font avec l'axe de la roue un angle positif facilitant la remise en place automatique d'une aube déboîtée qui a été décalée axialement sur le disque par rapport aux autres aubes. Ainsi, selon l'invention, les bords longitudinaux des flancs des talons des aubes sont inclinés par rapport à l'axe de la roue et orientés de façon à ce que, en cas de déboîtement du talon d'une aube, ce talon se remboîte automatiquement dans les talons des aubes adjacentes grâce aux efforts exercés sur les aubes. Des efforts sont d'une part appliqués à l'aube déboîtée par les aubes adjacentes, ces efforts étant orientés dans des directions transversales ou sensiblement tangentielles (par rapport à une circonférence centrée sur l'axe de la roue) et sensiblement perpendiculaires aux axes des pieds d'aube ou des rainures du disque. D'autre part, des efforts sensiblement axiaux sont appliqués sur les aubes par au moins un système de retenue axiale des aubes exerçant des forces longitudinales de rappel sur les aubes. Lorsque le talon d'une aube de rotor est déboîté, cette aube est décalée axialement par rapport aux autres aubes et le système de retenue est alors soumis à une tension qui génère des efforts de rappel sur l'aube parallèlement à l'axe de la roue, sollicitant axialement cette aube dans sa position correcte sur le disque. Lorsque le talon d'une aube est en position déboîtée, la saillie du bord longitudinal du flanc de ce talon est en appui sur le bord longitudinal du flanc du talon d'une aube adjacente. Le bord longitudinal du flanc de cette aube est configuré de façon à ce que les efforts précités provoquent le glissement de la saillie de l'aube déboîtée sur ce bord longitudinal, jusqu'à ce que cette saillie pénètre dans la découpe de ce bord longitudinal. Pour cela, le bord longitudinal du flanc du talon de cette aube (comme c'est le cas des bords longitudinaux des talons de toutes les aubes de la roue) fait un angle positif par rapport à l'axe de la roue, cet angle étant mesuré dans le sens trigonométrique ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. L'angle entre les bords longitudinaux des flancs des talons des aubes et l'axe de la roue peut être de 3-4° environ ou davantage. Les bords longitudinaux des flancs des talons sont avantageusement parallèles et rectilignes. Les découpes et les saillies formées dans les bords longitudinaux des flancs des talons sont par exemple sensiblement en V. L'invention concerne également une aube de rotor pour une roue de turbomachine du type précité, cette aube comprenant à son extrémité radialement interne une plate-forme reliée à un pied, et à son extrémité radialement externe un talon portant des léchettes externes et dont les flancs comportent des bords longitudinaux formés avec une découpe et une saillie pour leur emboîtement dans les flancs des talons d'aubes adjacentes, caractérisée en ce que, lorsque l'aube est à l'état non contraint en torsion, les bords longitudinaux de son talon sont inclinés d'un angle positif par rapport à l'axe de la roue.

Comme le talon de cette aube est soumis à des efforts de torsion autour de l'axe de l'aube, lors de son montage sur le disque, pour être emboîté dans les talons des aubes adjacentes, il se peut, dans un cas particulier où l'angle de torsion du talon de l'aube (dans le sens opposé au sens trigonométrique) est égal à l'angle entre les bords longitudinaux des flancs du talon et l'axe de la roue lorsque l'aube est à l'état non contraint, que ces bords longitudinaux soient parallèles à l'axe de la roue lorsque l'aube est montée sur le disque. Dans un autre cas particulier, la torsion du talon d'une aube a lieu dans le sens trigonométrique. Les bords longitudinaux des flancs du talon de l'aube peuvent former un angle obtus avec les bords amont de la découpe ou de la saillie des flancs du talon. L'invention concerne encore une turbine basse-pression d'une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une roue du type précité. L'invention concerne enfin une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une roue du type précité. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle de dessus d'une roue de turbomachine comprenant un disque sur lequel sont montées des aubes de la technique antérieure dont les talons sont en position déboîtée ; - la figure 2 est une vue schématique partielle de dessus d'une roue de turbomachine comprenant un disque sur lequel sont montées des aubes selon l'invention dont les talons sont en position emboîtée ; - la figure 3 est une vue correspondant à la figure 2, et dans laquelle les talons des aubes sont en position déboîtée ; et - la figure 4 est une vue schématique partielle en perspective des aubes des figures 2 et 3, lorsqu'elles sont dans la position de la figure 3, vues de côté et de l'aval, et représente des moyens de retenue axiale des aubes sur le disque. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente partiellement une roue d'une turbine basse-pression de turbomachine, cette roue comprenant un disque 14 à la périphérie externe duquel sont formées des rainures parallèles (non représentées) dans lesquelles sont engagées sensiblement parallèlement à l'axe des pieds (non visibles) d'aubes 10, 12, dont seulement deux sont représentées pour plus de clarté. Les rainures du disque 14 ont une forme complémentaire de celle des pieds d'aube, qui sont par exemple du type en queue d'aronde. L'axe 16 est l'axe de rotation du disque ou du rotor de la turbine, et les axes 18 sont les axes des rainures du disque 14, qui correspondent aux axes des pieds des aubes 10, 12, une fois que celles-ci sont montées sur le disque. Les axes 18 sont inclinés par rapport à l'axe 16, c'est-à-dire que les rainures du disque ne s'étendent pas parallèlement à l'axe du disque mais sont au contraire légèrement inclinées par rapport à cet axe. Chaque aube 10, 12 comprend une pale 20 qui est reliée à son extrémité radialement interne par une plate-forme 22 au pied de l'aube, et à son extrémité radialement externe à un talon 24 portant des léchettes 26 s'étendant radialement vers l'extérieur. La plate-forme 22 de chaque aube a une forme parallélépipédique et comprend un bord amont 28, un bord aval, et des flancs comportant des bords longitudinaux. Le talon 24 de chaque aube a une forme plus complexe et comprend un bord amont 30, un bord aval 32, et des flancs 34, 36 dans lesquels sont formés des découpes 42 et des saillies 38, respectivement, pour leur emboîtement dans les flancs des talons des aubes adjacentes. La découpe 42 formée sur le flanc 36 du talon 24 de chaque aube a une forme en V complémentaire de celle de la saillie 38 formée sur l'autre 30 flanc 34 de cette aube.

Les aubes représentées en figure 1 font partie de la technique antérieure et les flancs 34, 36 de leurs talons 24 ont une forme générale sensiblement en Z. Lorsque les aubes 10, 12 sont montées sur le disque et que leurs talons 24 sont emboîtés les uns dans les autres, les flancs 34, 36 des talons des aubes sont en appui les uns sur les autres de façon continue. Lors de leur montage sur le disque, les talons 24 des aubes sont soumis à des efforts de torsion autour d'axes radiaux pour être emboîtés les uns sur les autres. Ces efforts de torsion entraînent une précontrainte dans les aubes qui assurent le maintien en position de leurs talons et l'appui des flancs des talons les uns sur les autres. Les léchettes 26 des talons 24 des aubes viennent frotter en fonctionnement sur des blocs de matière abradable du stator de la turbine, en particulier lors du rodage de la turbomachine. Ce phénomène peut provoquer le déboîtement du talon d'une (ou plusieurs) aube(s) et le décalage de cette aube axialement vers l'aval. En figure 1, l'aube 12 déboîtée est décalée vers l'aval et la saillie 38 du flanc 34 de son talon 24 est désengagée de la découpe 42 du flanc 36 du talon de l'aube 10 adjacente, cette saillie 38 étant en appui sur le bord latéral du flanc 36 de l'aube 10, qui est situé en regard de la saillie 38 de l'aube 12. Les aubes de rotor 10, 12 sont alors bloquées dans cette position. L'invention permet de remédier à ce problème grâce à une nouvelle configuration des flancs des talons des aubes, ces flancs comprenant des bords longitudinaux qui font un angle positif avec l'axe de la roue pour la remise en place automatique d'une aube déboîtée qui a été décalée axialement sur le disque par rapport aux autres aubes. On se réfère désormais aux figures 2 à 4 qui représentent un exemple de réalisation de la roue et des aubes selon l'invention. Les figures 2 et 3 représentent deux aubes 110, 112 selon l'invention montées sur un disque 116, ces aubes étant correctement positionnées sur le disque et leurs talons 124 étant emboîtés l'un dans l'autre en figure 2, et ces talons 124 étant en position déboîtée en figure 3. Comme dans la technique antérieure, chaque aube 110, 112 comprend une pale 120 qui est reliée à son extrémité radialement interne par une plate-forme 122 à un pied 162 (figure 4), et à son extrémité radialement externe à un talon 124 portant des léchettes 126 s'étendant radialement vers l'extérieur. Dans l'exemple représenté en figure 2, lorsque les aubes 110, 112 sont montées sur le disque et que leurs talons sont emboîtés les uns dans les autres, les bords amont 128, 130 et aval 132 de leurs talons 124 et de leurs plates-formes 122 sont sensiblement parallèles entre eux et sont perpendiculaires à l'axe 116 de la roue. En variante, seuls les bords amont et aval des plates-formes des aubes sont perpendiculaires à l'axe de la roue dans cette position montée des aubes, comme cela sera expliqué plus en détail dans ce qui suit. Lorsque les talons des aubes 110, 112 sont déboîtés (figure 3), les efforts de torsion appliqués à ces talons lors du montage des aubes (dans le sens indiqué par la flèche) sont au moins en partie relâchés et les bords amont 130 et aval 132 des talons de ces aubes ne sont plus perpendiculaires à l'axe 116. Les flancs 134, 136 des talons 124 des aubes 110, 112 ont chacun ici une forme générale sensiblement en W. Le flanc 134 de chaque talon 124 comporte un bord longitudinal 140 dans lequel est formée une saillie 138 en forme de V, sensiblement en son milieu. L'autre flanc 136 de chaque talon 124 comporte un bord longitudinal 144 dans lequel est formée une découpe 142 en V, sensiblement en son milieu, dont la forme est complémentaire de celle de la saillie 138 du flanc 134. Les bords longitudinaux 140, 144 forment ici avec les bords amont des découpes 142 ou des saillies 138 un angle obtus référencé 146, 146' en figure 2.

Dans l'exemple représenté, lorsque le talon d'une aube 112 est déboîté (figure 3), cette aube est décalée vers l'aval et la saillie 138 du flanc 134 du talon de l'autre aube 110 est en appui sur le bord longitudinal 144 du flanc 136 du talon de l'aube 112.

Selon l'invention, les bords longitudinaux 140, 144 des talons de chaque aube 110, 112 sont inclinés par rapport à l'axe 116 d'un angle a positif supérieur ou égal à 3-4° environ, cet angle a étant mesuré dans le sens trigonométrique indiqué par la flèche 145 en figure 3. L'inclinaison et l'orientation des bords longitudinaux des talons de chaque aube 110, 112 ont pour but de forcer les talons des aubes déboîtées à se remboîter automatiquement grâce aux efforts appliqués aux aubes lorsqu'elles sont montées sur le disque. Ces efforts sont essentiellement de deux types. Les premiers efforts représentés par les flèches 150, 152 sont orientés dans des directions opposées perpendiculaires aux axes 118 des rainures du disque et sensiblement tangentes à une circonférence centrée sur l'axe du rotor 116. Ces premiers efforts sont générés par les aubes de rotor adjacentes à l'aube déboîtée 110, qui appuient sur chaque côté de cette aube. Les seconds efforts représentés par les flèches 154, 156 sont orientés dans des directions opposées sensiblement parallèles à l'axe 116 et sont engendrées par des moyens 158 de retenue axiale des aubes, qui sont schématiquement représentés en figure 4. Ces moyens de retenue 158 comprennent un jonc annulaire qui est monté sur la face aval du disque 114 et est engagé dans des crochets 160 des extrémités aval des pieds 162 des aubes 110, 112. Ces crochets ont une forme sensiblement en L ou U et leurs ouvertures débouchent sensiblement radialement vers l'intérieur par rapport à l'axe 116. Lorsque les aubes sont en position déboîtée, le jonc 158 est soumis à une tension et génère des efforts de rappel sur les aubes dans les directions 154, 156 précitées, qui les sollicitent axialement dans la position de la figure 2.

Les efforts précités sont suffisants pour provoquer le glissement du bord du talon de l'aube 112 déboîtée sur la saillie 138 du talon de l'aube 110 adjacente, jusqu'à ce que cette saillie pénètre dans la découpe 142 du talon de l'aube 112, et que les talons des aubes se remboîtent à nouveau l'un dans l'autre. Le bord longitudinal 144 du talon de l'aube 112 forme ainsi une rampe de glissement sur la saillie 138 du talon de l'aube 110. Les aubes 110, 112 passent alors de la position représentée à la figure 3 à la position représentée à la figure 2 de manière automatique, c'est-à-dire sans nécessiter l'intervention d'un opérateur.

Dans l'exemple décrit ci-dessus et représenté dans les dessins, l'angle de torsion des talons des aubes, lors de leur montage sur le disque, est sensiblement égal à l'angle entre les bords longitudinaux des flancs des talons de ces aubes, lorsqu'elles ne sont pas contraintes en torsion, de façon à ce que les bords longitudinaux précités soient sensiblement parallèles à l'axe du rotor lorsqu'elles sont montées sur le disque et que leurs talons sont emboîtés les uns dans les autres (figure 2). En variante, l'angle entre les bords longitudinaux des flancs des talons des aubes, lorsqu'elles ne sont pas contraintes en torsion, est supérieur à l'angle de torsion des talons des aubes (lors de leur montage sur le disque), de façon à ce que les bords longitudinaux précités forment un angle positif par rapport à l'axe du rotor lorsque les aubes sont montées sur le disque et que leurs talons sont emboîtés les uns dans les autres. De manière générale, en cas de déboîtement des talons des aubes d'une roue, plus l'angle entre les bords longitudinaux des flancs de ces talons et l'axe du rotor est important et plus le remboîtement automatique de ces talons est facilité.

Claims

REVENDICATIONS1. Roue de turbomachine, comprenant un disque (114) dont la périphérie externe comporte des rainures parallèles de montage de pieds (162) d'aubes (110, 112) ayant à leurs extrémités radialement externes des talons (124) qui sont en appui par leurs flancs (134, 136) les uns sur les autres de façon continue, les flancs des talons comportant des bords longitudinaux (140, 144) formés avec des découpes (142) et des saillies (138), respectivement, pour leur emboîtement dans les flancs des talons des aubes adjacentes, caractérisée en ce que les bords longitudinaux des flancs des talons font avec l'axe (116) de la roue un angle (146) positif facilitant la remise en place automatique d'une aube déboîtée qui a été décalée axialement sur le disque par rapport aux autres aubes.
2. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bords longitudinaux (140, 144) des flancs des talons (124) sont sensiblement parallèles.
3. Roue selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les bords longitudinaux (140, 144) des flancs des talons (124) sont rectilignes.
4. Roue selon l'une des revendications précédente, caractérisée en ce que les découpes (142) et les saillies (138) formées dans les bords longitudinaux (140, 144) des flancs des talons (124) sont en V.
5. Roue selon l'une des revendications précédente, caractérisée en ce que les pieds (162) des aubes (110, 112) sont retenus longitudinalement dans les rainures du disque (114) par des moyens montés sur la face aval du disque et tendant à exercer sur les extrémités aval des pieds d'aube des forces longitudinales de rappel.
6. Roue selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'angle (146) entre les bords longitudinaux (140, 144) des flancs des talons (124) et l'axe (116) de la roue est supérieur ou égal à 3-4° environ.
7. Aube de rotor (110, 112) pour une roue de turbomachine selon l'une des revendications précédentes, cette aube comprenant à son extrémitéradialement interne une plate-forme (122) reliée à un pied (162), et à son extrémité radialement externe un talon (124) portant des léchettes externes (126) et dont les flancs (134, 136) comportent des bords longitudinaux (140, 144) formés avec une découpe (142) et une saillie (138), respectivement, pour leur emboîtement dans les flancs des talons d'aubes adjacentes, caractérisée en ce que, lorsqu'elle est à l'état non contraint en torsion, les bords longitudinaux du talon sont inclinés d'un angle positif par rapport à l'axe (116) de la roue.
8. Aube de rotor selon la revendication 7, caractérisée en ce que les bords longitudinaux (140, 144) des flancs du talon (124) sont inclinés d'un angle supérieur ou égal à 3-4° environ par rapport à l'axe (116) de la roue.
9. Aube de rotor selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les bords longitudinaux (140, 144) des flancs du talon (124) forment un angle (146) obtus avec les bords amont de la découpe (142) ou de la saillie (138) des flancs (134, 136) du talon (122).
10. Turbine basse-pression d'une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une roue selon l'une des revendications 1 à 6.
11. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une roue selon l'une des revendications 1 à 6.