FR2952964A1

FR2952964A1 - Mobile wheel for low pressure gas turbine of aeronautical turboshaft engine, has maintenance shroud assembled on metal disc and comprising annular support that is radially supported under flange of wedges

Info

Publication number: FR2952964A1
Application number: FR0958256A
Authority: FR
Inventors: Olivier Belmonte; Lionel Rene Henri Weller
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2011-05-27
Anticipated expiration: 2029-11-23
Also published as: FR2952964B1

Abstract

The wheel has a metal disc (12) provided with slots (14). Blades are made of composite material. Each blade comprises a foot (18) that is engaged in the slots of the disc. Intercalated wedges (20) are placed between the foot of the blade and a bottom of a corresponding cell. An end of each wedge includes a flange (22) extending radially towards an outside of the corresponding slot, and presents a longitudinal profile. A maintenance shroud (26) is assembled on the disc and comprises an annular support (28) that is radially supported under the flange of the wedges.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des roues mobiles de turbine à gaz, et en particulier mais non exclusivement aux roues mobiles de turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique. La turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique est constituée de plusieurs étages, chaque étage se composant d'un distributeur (c'est-à-dire d'une grille d'aubes fixes) et d'une roue mobile placée derrière le distributeur. Typiquement, une roue mobile de turbine basse-pression comprend un disque de rotor muni à sa périphérie d'alvéoles dans lesquelles sont engagés les pieds des aubes. Un flasque annulaire fixé sur le disque de rotor permet d'assurer un maintien axial des aubes sur le disque. Par ailleurs, il est devenu commun de remplacer les aubes métalliques d'une telle roue mobile par des aubes réalisées en matériau composite, le disque de rotor restant métallique. L'utilisation d'un matériau composite pour la fabrication des aubes se justifie en effet par sa très bonne tenue aux températures élevées auxquelles sont soumises les aubes. BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the general field of gas turbine moving wheels, and in particular but not exclusively to the low-pressure turbine moving wheels of an aviation turbine engine. The low-pressure turbine of an aerospace turbine engine consists of several stages, each stage consisting of a distributor (that is to say a grid of fixed vanes) and a mobile wheel placed behind the distributor. Typically, a low-pressure turbine wheel comprises a rotor disk provided at its periphery with cells in which the blade roots are engaged. An annular flange fixed on the rotor disc makes it possible to maintain the vanes axially on the disk. Furthermore, it has become common to replace the metal blades of such a moving wheel blades made of composite material, the rotor disc remaining metallic. The use of a composite material for the manufacture of the blades is indeed justified by its very good resistance to high temperatures to which the blades are subjected.

Toutefois, le recours aux matériaux composites pour la réalisation des aubes d'une roue mobile de turbine à gaz pose le problème de leur maintien dans les alvéoles du disque. En effet, en fonctionnement, les différences de dilatation entre le disque (réalisé en métal) et les aubes (réalisées en matériau composite) peuvent engendrer des pertes de contact au niveau des portées des pieds des aubes. However, the use of composite materials for the realization of the blades of a mobile gas turbine wheel poses the problem of their maintenance in the cells of the disc. Indeed, in operation, the differences in expansion between the disk (made of metal) and the blades (made of composite material) can cause loss of contact at the level of the blade root surfaces.

Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une roue mobile ayant un disque métallique et des aubes réalisées en matériau composite qui permet de garantir le maintien des aubes dans les alvéoles du disque. Ce but est atteint grâce à une roue mobile de turbine à gaz comprenant un disque métallique muni d'alvéoles à sa périphérie, une pluralité d'aubes réalisées en matériau composite et ayant chacune un pied engagé dans une alvéole du disque, et une pluralité de cales intercalées chacune entre le pied d'une aube et le fond de l'alvéole correspondante, caractérisée en ce que : chaque cale comprend à une extrémité un rebord s'étendant radialement vers l'extérieur de l'alvéole correspondante et présente un profil longitudinal qui est bombé vers l'extérieur au niveau de son extrémité opposée à son rebord de sorte à venir en appui contre le pied de l'aube correspondante ; et en ce qu'elle comprend en outre un flasque de maintien monté sur le disque et ayant une bride annulaire venant en appui radial sous le rebord des cales. Lors du montage de la roue, le flasque de maintien vient exercer un effort radial sous le rebord des cales, effort qui est amplifié en fonctionnement sous l'effet de la force centrifuge engendrée par la rotation de la roue. Cet effort exercé sur les cales a pour effet d'agir sur les pieds comme un levier. En effet, l'appui radial du flasque de maintien sur le rebord des cales créé un mouvement de basculement radial des cales vers l'extérieur des alvéoles. Ce basculement permet ainsi de maintenir au montage les portées des pieds des aubes en contact contre les bords des alvéoles, ce basculement étant amplifié en fonctionnement sous l'effet de la force centrifuge. Il en résulte un parfait maintien des aubes dans les alvéoles du disque de la roue malgré les différences de dilatation entre le disque et les aubes. Selon une disposition avantageuse, la surface d'appui de la bride du flasque de maintien présente un profil ondulé. Un tel profil ondulé permet de faciliter le montage de la roue : les rebords des cales sont engagés au niveau des points bas du profil de la bride du flasque de maintien, puis ce dernier est pivoté autour de son axe de sorte à positionner les points hauts du profil sous le rebord des cales. L'effet de basculement des cales s'en trouve augmenté. OBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION The main object of the present invention is therefore to overcome such disadvantages by proposing a mobile wheel having a metal disk and vanes made of composite material which makes it possible to guarantee the maintenance of the vanes in the cavities of the disk. This object is achieved by means of a mobile gas turbine wheel comprising a metal disk provided with cells at its periphery, a plurality of vanes made of composite material and each having a foot engaged in a cavity of the disk, and a plurality of shims each interposed between the root of a blade and the bottom of the corresponding cell, characterized in that: each shim comprises at one end a flange extending radially outwardly of the corresponding cell and has a longitudinal profile which is bulged outward at its end opposite its rim so as to bear against the foot of the corresponding blade; and in that it further comprises a retaining flange mounted on the disk and having an annular flange bearing radially under the flange of the shims. During assembly of the wheel, the retaining flange exerts a radial force under the rim of the shims, which force is amplified in operation under the effect of the centrifugal force generated by the rotation of the wheel. This effort exerted on the holds has the effect of acting on the feet as a lever. Indeed, the radial support of the retaining flange on the edge of the wedges creates a radial tilting movement of the wedges towards the outside of the cells. This tilting thus makes it possible to maintain the mounting of the feet of the blades in contact with the edges of the cells, this tilting being amplified in operation under the effect of the centrifugal force. This results in a perfect maintenance of the blades in the cavities of the disk of the wheel despite the differences in expansion between the disk and the blades. According to an advantageous arrangement, the bearing surface of the flange of the holding flange has a corrugated profile. Such a corrugated profile facilitates the mounting of the wheel: the edges of the wedges are engaged at the low points of the profile of the flange of the retaining flange, and the latter is pivoted about its axis so as to position the high points profile under the edge of the holds. The tilting effect of the shims is increased.

Le flasque de maintien peut comprendre une autre bride annulaire venant en appui axial contre le rebord des cales. La roue mobile telle que définie précédemment peut constituer une roue de turbine basse-pression d'une turbomachine. L'invention vise également une turbine à gaz comprenant au moins une roue mobile telle que définie précédemment. The retaining flange may comprise another annular flange bearing axially against the edge of the shims. The moving wheel as defined above can constitute a low-pressure turbine wheel of a turbomachine. The invention also relates to a gas turbine comprising at least one moving wheel as defined above.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue partielle, en perspective et en éclaté d'une roue mobile de turbine basse-pression d'une turbomachine selon l'invention ; - les figures 2A, 2B et 2C montrent en vue en coupe différentes étapes de l'assemblage de la roue de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue assemblée de la roue de la figure 1. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the accompanying drawings which illustrate an embodiment having no limiting character. In the figures: - Figure 1 is a partial view, in perspective and exploded of a low pressure turbine wheel of a turbomachine according to the invention; - Figures 2A, 2B and 2C show in sectional view different stages of the assembly of the wheel of Figure 1; and - Figure 3 is an assembled view of the wheel of Figure 1.

Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente de façon partielle et en éclaté une roue mobile 10 d'un étage de la turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique. Bien entendu, l'invention s'applique également à toute autre roue mobile de turbine à gaz. La roue mobile 10 comprend un disque métallique 12 centré sur l'axe longitudinal X-X de la turbine basse-pression autour duquel il est mis en rotation. Ce disque est muni à sa périphérie d'une pluralité d'alvéoles 14 qui sont sensiblement axiales, ouvertes vers l'extérieur du disque et régulièrement réparties autour de l'axe X-X. La roue mobile 10 comprend également une pluralité d'aubes 16 qui sont réalisées en matériau composite à partir de procédés connus de l'homme du métier. On pourra par exemple se référer à la demande de brevet FR 08 58090 (non publiée à ce jour) déposée conjointement aux noms de Snecma et de Snecma Propulsion Solide qui décrit la fabrication d'une telle aube comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel de fils et densifié par une matrice. Chaque aube 16 est montée sur le disque 12 par emmanchement de son pied 18 (par exemple en forme de sapin) dans l'une des alvéoles 14 du disque. La roue mobile 10 comprend encore une pluralité de cales 20 qui sont intercalées chacune entre le pied 18 d'une aube 16 et le fond de l'alvéole 14 correspondante du disque. DETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT FIG. 1 partially and exploded shows a moving wheel 10 of a stage of the low-pressure turbine of an aircraft turbine engine. Of course, the invention also applies to any other gas turbine wheel. The movable wheel 10 comprises a metal disk 12 centered on the longitudinal axis X-X of the low-pressure turbine around which it is rotated. This disk is provided at its periphery with a plurality of cells 14 which are substantially axial, open towards the outside of the disk and regularly distributed around the axis X-X. The moving wheel 10 also comprises a plurality of blades 16 which are made of composite material from processes known to those skilled in the art. For example, reference may be made to patent application FR 08 58090 (not yet published) filed jointly with the names Snecma and Snecma Propulsion Solide, which describes the manufacture of such a blade comprising a fibrous reinforcement obtained by three-dimensional weaving of son and densified by a matrix. Each blade 16 is mounted on the disc 12 by fitting its foot 18 (for example fir-shaped) in one of the cavities 14 of the disc. The movable wheel 10 also comprises a plurality of shims 20 which are each interposed between the root 18 of a blade 16 and the bottom of the corresponding cell 14 of the disk.

Selon l'invention, chaque cale 20 comprend à une extrémité un rebord 22 s'étendant radialement vers l'extérieur de l'alvéole 14 correspondante du disque et présente un profil longitudinal qui est bombé vers l'extérieur au niveau de son extrémité opposée à son rebord de sorte à venir en appui contre le pied de l'aube correspondante. De façon plus précise, chaque cale 20 présente un profil bombé en forme de dos de cuillère, ce profil bombé étant destiné à venir en appui radial sous le dessous des pieds des aubes. De plus, chaque cale 20 présente une portion allongée 24 qui s'étend longitudinalement entre le fond de l'alvéole correspondante et le pied de l'aube et qui se prolonge à son extrémité aval (par rapport au sens d'écoulement du flux gazeux traversant la turbine) par le rebord 22, ce dernier s'étendant radialement vers l'extérieur de l'alvéole. Toujours selon l'invention, la roue mobile 10 comprend également un flasque annulaire de maintien 26 qui est fixé sur le disque 12 et qui comporte une bride annulaire 28 venant en appui radial sous le rebord 22 des cales 20. Ce flasque de maintien 26 est plus précisément fixé contre une bride aval 30 du disque 12 par l'intermédiaire d'une pluralité de systèmes d'attache 32 (par exemple de type vis/écrou) qui sont régulièrement espacés les uns des autres (autour de l'axe X-X). According to the invention, each shim 20 comprises at one end a rim 22 extending radially outwards from the corresponding cell 14 of the disk and has a longitudinal profile which is bulged outwards at its end opposite to its edge so as to bear against the foot of the corresponding dawn. More specifically, each shim 20 has a curved profile spoon-shaped, this curved profile being intended to bear radially under the underside of the blade roots. In addition, each shim 20 has an elongated portion 24 which extends longitudinally between the bottom of the corresponding cell and the root of the blade and which extends at its downstream end (with respect to the direction of flow of the gas stream through the turbine) by the flange 22, the latter extending radially outwardly of the cell. Still according to the invention, the mobile wheel 10 also comprises an annular retaining flange 26 which is fixed on the disc 12 and which comprises an annular flange 28 bearing radially under the flange 22 of the wedges 20. This retaining flange 26 is more precisely fixed against a downstream flange 30 of the disk 12 by means of a plurality of fastening systems 32 (for example of the screw / nut type) which are regularly spaced from one another (around the axis XX) .

Par ailleurs, comme représenté sur la figure 1, la surface d'appui de la bride 28 du flasque de maintien 26 qui vient se loger sous le rebord des cales présente un profil 34 qui est ondulé. Plus précisément, cette surface d'appui présente des points bas 34a alternant avec des points hauts 34b sur toute la circonférence de la bride 28. Furthermore, as shown in Figure 1, the bearing surface of the flange 28 of the holding flange 26 which is housed under the rim of the wedges has a profile 34 which is corrugated. More precisely, this bearing surface has low points 34a alternating with high points 34b all around the circumference of the flange 28.

L'assemblage de la roue mobile, et plus particulièrement de ses cales 20 et de son flasque de maintien 26 est illustré par les figures 2A à 2C. Sur la figure 2A, les rebords 22 des cales sont montés sur les points bas 34a du profil ondulé de la bride 28 du flasque de maintien. The assembly of the moving wheel, and more particularly of its shims 20 and of its retaining flange 26 is illustrated in FIGS. 2A to 2C. In Figure 2A, the flanges 22 of the wedges are mounted on the low points 34a of the corrugated profile of the flange 28 of the holding flange.

Puis, le flasque de maintien est déplacé axialement vers la bride aval 30 du disque de sorte que les cales s'emmanchent sous les pieds des aubes (au cours de cette opération, les cales sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal X-X de la turbine). La position des cales emmanchées sous les pieds des aubes est représentée par la figure 2B. Le flasque de maintien est ensuite pivoté autour de l'axe X-X de sorte à ce que les points hauts 34b du profil ondulé de la bride 28 se positionnent sous le rebord 22 des cales. Cette opération provoque un basculement axial des aubes. Les systèmes d'attache 32 sont alors mis en place pour fixé le flasque de maintien contre la bride aval 30 du disque (figure 2C). La forme bombée vers l'extérieur des cales a pour avantage de judicieusement localiser le point d'application de l'effort transmis par la cale sous le pied des aubes tout en assurant un plaquage efficace du pied sur ses portées. En fonctionnement de la turbine, ce contact entre la cale et le pied des aubes est conversé sous l'effet de la force centrifuge. Ainsi, lors du montage du flasque de maintien 26 sur le disque 12, la bride 28 du flasque vient se loger sous le rebord 22 des cales en exerçant sur celui-ci un effort radial vers l'extérieur de l'alvéole (c'est-à-dire selon une direction opposée à l'axe X-X). Lors de la mise en rotation du disque 12 autour de l'axe X-X, cet effort est accentué sous l'effet de la force centrifuge résultante. Par effet de levier, cet effort se traduit par un mouvement de basculement radial des cales 20 vers l'extérieur des alvéoles. Ce basculement permet ainsi de maintenir les portées des pieds des aubes en contact contre les bords des alvéoles de sorte à assurer un parfait maintien des aubes dans les alvéoles du disque. Selon une disposition avantageuse de l'invention illustrée sur la figure 3, le flasque de maintien 26 comprend une autre bride annulaire 36 qui vient en appui axial contre le rebord 22 des cales 20. La présence de cette bride 36 supplémentaire permet notamment d'assurer un maintien axial des pieds 18 des aubes dans leurs alvéoles 14 respective. Par ailleurs, comme représenté sur les figures, les cales 20 sont amincies (dans le sens de l'épaisseur) dans leur partie située entre la forme bombée et le rebord 22. Cet amincissement des cales présente comme avantage de limiter la masse de la cale et d'éviter les contacts parasites (dus au basculement des aubes) pouvant modifier le comportement général de l'invention. Then, the retaining flange is moved axially towards the downstream flange 30 of the disc so that the wedges engage under the blade roots (during this operation, the wedges are inclined with respect to the longitudinal axis XX of the blade. turbine). The position of the shims fitted under the blade roots is represented by FIG. 2B. The holding flange is then pivoted about the X-X axis so that the high points 34b of the corrugated profile of the flange 28 are positioned under the flange 22 of the wedges. This operation causes an axial tilting of the vanes. The fastening systems 32 are then put in place to fix the retaining flange against the downstream flange 30 of the disc (FIG. 2C). The outwardly curved shape of the holds has the advantage of judiciously locate the point of application of the force transmitted by the wedge under the blade root while ensuring effective plating of the foot on its bearings. In operation of the turbine, this contact between the wedge and the blade root is conversed under the effect of centrifugal force. Thus, during the mounting of the retaining flange 26 on the disc 12, the flange 28 of the flange is housed under the flange 22 of the shims by exerting on it a radial force towards the outside of the cell (this is ie in a direction opposite to the axis XX). During the rotation of the disc 12 about the axis X-X, this effort is accentuated under the effect of the resulting centrifugal force. By leverage, this effort results in a radial tilting movement of the wedges 20 towards the outside of the cells. This tilting thus makes it possible to maintain the bearing surfaces of the blade roots in contact against the edges of the cells so as to ensure perfect retention of the blades in the cavities of the disc. According to an advantageous arrangement of the invention illustrated in FIG. 3, the retaining flange 26 comprises another annular flange 36 which bears axially against the flange 22 of the shims 20. The presence of this additional flange 36 makes it possible in particular to ensure an axial holding of the feet 18 of the vanes in their respective cells 14. Furthermore, as shown in the figures, the wedges 20 are thinned (in the direction of the thickness) in their portion between the curved shape and the rim 22. This thinning of the holds has the advantage of limiting the weight of the hold and to avoid parasitic contacts (due to tilting of the blades) which can modify the general behavior of the invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Mobile gas turbine wheel (10) comprising a metal disc (12) provided with cells (14) at its periphery, a plurality of blades (16) made of composite material and each having a foot (18) engaged in a disk cavity, and a plurality of wedges (20) each interposed between the root of a blade and the bottom of the corresponding cell, characterized in that: each wedge (20) comprises at one end a flange (22) s extending radially outwardly of the corresponding cell and has a longitudinal profile which is bulged outwardly at its end opposite its rim so as to bear against the foot of the corresponding blade; and in that it further comprises a retaining flange (26) mounted on the disk and having an annular flange (28) bearing radially under the flange (22) of the shims.

2. Wheel according to claim 1, characterized in that the bearing surface of the flange (28) of the holding flange (26) has a profile (34) corrugated.

3. Wheel according to one of claims 1 and 2, characterized in that the retaining flange (26) comprises another annular flange (36) bearing axially against the flange (22) wedges.

4. Wheel according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it constitutes a low-pressure turbine wheel of a turbomachine. 30

5. Gas turbine, characterized in that it comprises at least one wheel according to any one of claims 1 to 4.25