FR2962156A1 - Roue mobile a aubes en materiau composite pour moteur a turbine a gaz a liaison pied d'aube/disque par visserie - Google Patents

Roue mobile a aubes en materiau composite pour moteur a turbine a gaz a liaison pied d'aube/disque par visserie Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une roue mobile (10) pour moteur à turbine à gaz comprenant un disque (12) métallique ayant à sa périphérie une pluralité de dents (14) faisant saillie radialement vers l'extérieur du disque, et une pluralité d'aubes (16) en matériau composite, chaque aube ayant un pied (20) fixé sur l'une des dents du disque au moyen d'une vis, une plaque de serrage (28) étant interposée entre la tête (26a) de la vis et le pied de l'aube.

Description

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne le montage d'aubes en matériau composite sur un disque d'une roue mobile de moteur à turbine à gaz. Le domaine visé est celui des moteurs aéronautiques et des turbines industrielles.
Une roue mobile d'un moteur à turbine à gaz, comme par exemple une roue de turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique, comprend généralement un disque muni à sa périphérie d'une pluralité d'alvéoles dans lesquelles sont montées les aubes de la roue par leur pied respectif.
Il devient 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. On pourra se référer par exemple à la demande de brevet FR 2,939,129 déposée conjointement aux noms de Snecma et de Snecma Propulsion Solide qui décrit la fabrication d'une aube de turbomachine par réalisation d'une préforme fibreuse par tissage tridimensionnel et densification de la préforme par une matrice.
Par rapport à une aube métallique obtenue de fonderie, une aube en matériau composite présente certains inconvénients liés notamment au montage de celle-ci sur un disque métallique. En particulier, un procédé tel que celui décrit dans le document FR 2,939,129 ne permet pas d'obtenir des aubes dont les tolérances dimensionnelles soient aussi fines et précises que pour les aubes métalliques. Il en résulte des jeux fonctionnels importants entre les pieds des aubes et les alvéoles du disque dans lesquelles ils sont montés. Or, de tels jeux provoquent des basculements des aubes autour de leur pied, ce qui réduit les performances du moteur (les fuites de gaz entre les plates-formes des aubes sont augmentées).
Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de proposer une roue ne présentant pas les inconvénients précités. Ce but est atteint grâce à une roue mobile pour moteur à turbine à gaz comprenant un disque métallique ayant à sa périphérie une pluralité de dents faisant saillie radialement vers l'extérieur du disque, et une pluralité d'aubes en matériau composite, chaque aube ayant un pied fixé sur l'une des dents du disque au moyen d'une vis, une plaque de serrage étant interposée entre la tête de la vis et le pied de l'aube.
Avec une telle roue, les aubes sont fixées sur le disque au moyen de vis. Les liaisons entre les aubes en matériau composite et le disque métallique peuvent ainsi être rigidifiées ce qui permet de réduire les jeux entre les aubes et donc d'éviter les baisses de performance du moteur. De plus, l'intégration des aubes sur le disque se trouve facilitée.
Selon un mode de réalisation, chaque aube peut comprendre en outre une pale et une plate-forme située entre la pale et le pied et destinée à délimiter à l'intérieur la veine d'écoulement du flux gazeux traversant la roue, les plaques de serrage étant indépendantes les unes des autres. Dans ce cas, les plaques de serrage peuvent présenter chacune une forme sensiblement rectangulaire. Selon un autre mode de réalisation, plusieurs plaques de serrage adjacentes appartiennent à une virole métallique montée autour du disque et délimitant à l'intérieur la veine d'écoulement du flux gazeux traversant la roue, ladite virole ayant des ouvertures pour le passage des pieds d'aube. Dans ce cas, la virole peut comprendre une pluralité de segments angulaires de virole s'étendant chacun autour d'un secteur angulaire du disque. Chaque pied d'aube peut être monté contre l'une des faces latérales d'une dent du disque, cette face latérale et la face latérale correspondante de la plaque de serrage ayant un profil correspondant sensiblement à celui du pied de l'aube. L'invention concerne également un moteur à turbine à gaz comprenant au moins une roue telle que définie précédemment.
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 des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en perspective, partielle et en éclaté d'une roue selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue assemblée et de côté de la roue de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective, partielle et en éclaté d'une roue selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue assemblée et de côté de la roue de la figure 4 ; et - la figure 6 est une vue en coupe selon VI-VI de la figure 5.
Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 représente de façon partielle et en éclaté une roue mobile 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Cette roue provient d'un étage de la turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique. Bien entendu, l'invention s'applique plus généralement à toute roue mobile d'un moteur à turbine à gaz, et notamment aux roues mobiles de turbines industrielles. La roue 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 de dents 14 qui font saillie radialement vers l'extérieur du disque. Ces dents sont régulièrement espacées les unes des autres sur toute la circonférence du disque.
La roue comprend également une pluralité d'aubes 16 qui sont réalisées en matériau composite, par exemple en matériau composite à matrice céramique (CMC), à partir de procédés connus de l'homme du métier. On pourra par exemple se référer à la demande de brevet FR 2,939,129 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. De façon plus précise, chaque aube 16 comprend une pale 18, un pied 20, une plate-forme intérieure 22 située entre le pied et la pale et une plate-forme extérieure ou talon 24 au voisinage de son extrémité libre. Comme représenté sur la figure 2, les plates-formes 22, 24 des aubes délimitent, respectivement à l'intérieur et à l'extérieur, la veine d'écoulement du flux gazeux traversant la turbine basse-pression. La pale 18, le pied 20 et les plates-formes 22, 24 d'une aube sont avantageusement réalisés en une seule et même pièce. A cet effet, comme décrit dans le document FR 2,939,129 l'ébauche fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel est mise en forme pour obtenir une préforme fibreuse en une seule pièce ayant une première partie formant préforme de pale et de pied d'aube et une deuxième partie formant préforme de plateforme et de talon d'aube. Après densification de la préforme, il est alors possible d'obtenir une aube en matériau composite ayant un renfort fibreux constitué par la préforme et densifié par la matrice, et formant une seule pièce avec plateforme et talon intégrés.
Chaque aube 16 est fixée par son pied 20 sur l'une des dents 14 du disque de la roue au moyen d'une vis 26, une plaque de serrage 28 étant interposée entre la tête de vis 26a et le pied de l'aube (figure 3). De façon plus précise, chaque pied d'aube 20 est monté contre l'une des faces latérales d'une dent 14 du disque (par exemple la face latérale disposée du côté aval par rapport à la direction d'écoulement du flux gazeux), cette face latérale et la face latérale correspondante de la plaque de serrage 28 ayant un profil arrondi correspondant sensiblement à celui du pied de l'aube afin d'optimiser les surfaces de contact entre ces trois éléments.
Chaque vis 26 est par exemple vissée de l'aval vers l'amont. Elle traverse des orifices filetés pratiqués dans la plaque de serrage 28, le pied d'aube 20 et la dent 14 du disque. Le serrage de la vis permet ainsi de rattraper les jeux créés entre la dent du disque et le pied d'aube du fait des différences de dilatation entre les matériaux constituant ces deux éléments.
Chaque plaque de serrage 28 a par exemple une forme sensiblement rectangulaire. Comme indiqué précédemment, sa face latérale disposée du côté du pied d'aube a son profil usiné pour correspondre à celui du pied d'aube, l'autre face latérale étant en revanche plane. Les plaques de serrage permettent notamment d'augmenter la surface de serrage entre les têtes de vis 26a et les dents du disque. On notera que les bords des dents du disque qui relient les faces latérales de celles-ci entre elles sont de préférence rayonnés du côté du pied des aubes afin de ne pas marquer ceux-ci. Si nécessaire, il peut en être de même pour les plaques de serrage. En liaison avec les figures 4 à 6, on décrira maintenant une roue mobile selon un autre mode de réalisation de l'invention. Les aubes 16' de la roue 10' selon cet autre mode de réalisation se distinguent de celles précédemment décrites en qu'elles sont dépourvues de plate-forme intérieure située entre leur pied 20 et leur pale 18. De telles aubes peuvent être réalisées au moyen d'un procédé tel que celui décrit dans le document FR 2,939,129 : ici, l'ébauche fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel est mise en forme pour obtenir une préforme fibreuse en une seule pièce ayant une première partie formant préforme de pale et de pied d'aube et une deuxième partie formant préforme de talon d'aube. En l'absence de plates-formes intérieures, la veine d'écoulement des flux gazeux traversant la turbine basse-pression est délimitée à l'intérieur par une virole métallique 30 montée autour du disque 12 coaxialement à celui-ci (et à l'extérieur par les talons 24 des aubes). De façon plus précise, cette virole 30 est une tôle qui intègre les plaques de serrage 28 fixées sur les dents 14 du disque au moyen des vis 26. A cet effet, la virole comprend des ouvertures 32 de forme correspondante au profil des pieds 20 des aubes pour permettre le passage de ces derniers. Par ailleurs, les plaques de serrage 28 s'étendant radialement vers l'axe X-X depuis la surface intérieure de la virole 30 (les plaques de serrage forment une seule et même pièce avec la virole). Comme pour le précédent mode de réalisation, ces plaques de serrage sont interposées entre la tête 26a des vis et les pieds des aubes (figure 6). Elles ont également un profil de leur face latérale du côté du pied d'aube qui est usiné pour correspondre à celui du pied d'aube (de même que la face latérale des dents du disque qui reçoit les pieds des aubes). La virole 30 peut former un anneau de 360°. Alternativement, elle peut être sectorisée, c'est-à-dire composée d'une pluralité de segments angulaires de virole s'étendant chacun autour d'un secteur angulaire du disque et mis bout à bout pour reconstituer un anneau. Dans ce cas, il conviendra de prévoir à garantir l'étanchéité entre les différents segments de virole.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Roue mobile (10, 10') pour moteur à turbine à gaz comprenant un disque (12) métallique ayant à sa périphérie une pluralité de dents (14) faisant saillie radialement vers l'extérieur du disque ; et une pluralité d'aubes (16, 16') en matériau composite, chaque aube ayant un pied (20) fixé sur l'une des dents du disque au moyen d'une vis, une plaque de serrage (28) étant interposée entre la tête (26a) de la vis et le pied de l'aube.
  2. 2. Roue selon la revendication 1, dans laquelle chaque aube (16) comprend en outre une pale (18) et une plate-forme (22) située entre la pale et le pied et destinée à délimiter à l'intérieur la veine d'écoulement du flux gazeux traversant la roue, les plaques de serrage étant indépendantes les unes des autres.
  3. 3. Roue selon la revendication 2, dans laquelle les plaques de serrage présentent chacune une forme sensiblement rectangulaire. 20
  4. 4. Roue selon la revendication 1, dans laquelle plusieurs plaques de serrage adjacentes appartiennent à une virole (30) métallique montée autour du disque et délimitant à l'intérieur la veine d'écoulement du flux gazeux traversant la roue, ladite virole ayant des ouvertures (32) pour le 25 passage des pieds d'aube.
  5. 5. Roue selon la revendication 4, dans laquelle la virole comprend une pluralité de segments angulaires de virole s'étendant chacun autour d'un secteur angulaire du disque. 30
  6. 6. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle chaque pied d'aube est monté contre l'une des faces latérales d'une dent du disque, cette face latérale et la face latérale correspondante de la plaque de serrage ayant un profil correspondant sensiblement à celui 35 du pied de l'aube.
  7. 7. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les aubes sont en matériau composite à matrice céramique.
  8. 8. Moteur à turbine à gaz comprenant au moins une roue selon 5 l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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