FR2965291A1 - Unitary assembly for disks of rotor of low pressure turbine of turboshaft engine e.g. turbojet engine, of airplane, has collar comprising downstream part that is formed with air passage openings opened in annular space - Google Patents
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Abstract
Description
1 Ensemble unitaire de disques de rotor pour une turbomachine 1 unit set of rotor disks for a turbomachine
La présente invention concerne un ensemble unitaire de disques de rotor pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur. Dans une turbomachine classique, décrite dans le document EP 2 009 235 au nom de la Demanderesse, le rotor de la turbine comporte plusieurs disques à la périphérie desquels sont réalisés des alvéoles de montage de pieds d'aubes. Les disques sont centrés sur l'axe de la turbomachine et sont reliés entre eux et à un arbre de turbine par des brides amont et aval, la bride aval d'un disque amont étant fixée à la bride amont d'un disque aval par l'intermédiaire de boulons. Un flasque annulaire de maintien des pieds d'aube est fixé à la bride amont du disque aval et s'étend jusqu'en regard des alvéoles du disque de façon à former une butée axialement pour les pieds d'aubes montés sur le disque. Ce flasque porte en outre des léchettes destinées à coopérer avec des blocs de matériau abradable montés sur des aubes fixes d'un distributeur situé axialement entre les disques de rotor amont et aval précités. Les léchettes et les blocs abradables forment des moyens d'étanchéité du type joint à labyrinthe. Un espace annulaire est délimité entre le flasque et la bride amont du disque aval et est, en amont, alimenté en air guidé jusqu'aux alvéoles du disque aval pour les refroidir. The present invention relates to a unitary assembly of rotor discs for a turbomachine, such as a turbojet engine or a turboprop engine. In a conventional turbomachine, described in the document EP 2,009,235 in the name of the Applicant, the rotor of the turbine comprises a plurality of discs on the periphery of which are formed cells for mounting the blade roots. The discs are centered on the axis of the turbomachine and are connected to each other and to a turbine shaft by upstream and downstream flanges, the downstream flange of an upstream disc being fixed to the upstream flange of a downstream disc by the intermediate bolts. An annular flange for holding the blade roots is fixed to the upstream flange of the downstream disk and extends up to the cells of the disk so as to form an axial stop for the blade roots mounted on the disk. This flange further carries wipers intended to cooperate with blocks of abradable material mounted on vanes fixed by a distributor located axially between the upstream and downstream rotor discs mentioned above. The wipers and the abradable blocks form sealing means of the labyrinth seal type. An annular space is delimited between the flange and the upstream flange of the downstream disc and is, upstream, supplied with guided air to the cells of the downstream disc to cool them.
Afin de réduire la masse du rotor de la turbomachine, on utilise usuellement des ensembles unitaires de disques de rotor (appelés « spool ») comprenant au moins deux disques amont et aval fabriqués en un seul bloc ou soudés l'un à l'autre et reliés par une virole en général de forme tronconique. In order to reduce the rotor mass of the turbomachine, unitary sets of rotor disks (called "spool") comprising at least two upstream and downstream disks made in one piece or welded to each other and connected by a ferrule generally of frustoconical shape.
Une telle structure n'est pas compatible avec l'utilisation de flasques annulaires du type décrit ci-dessus, qui sont fixés par les boulons des brides des disques. Afin de remédier à cet inconvénient, le document EP 1 264 964 au nom de la Demanderesse propose d'utiliser une entretoise annulaire s'étendant axialement d'un disque à l'autre. L'entretoise délimite avec la virole un espace annulaire de circulation d'air, alimenté par l'air circulant au travers des alvéoles du disque amont et alimentant les alvéoles du disque aval. Such a structure is not compatible with the use of annular flanges of the type described above, which are fixed by the bolts of the flanges of the disks. To remedy this drawback, the document EP 1 264 964 in the name of the Applicant proposes to use an annular spacer extending axially from one disc to the other. The spacer defines with the ferrule an annular space of air circulation, fed by air flowing through the cells of the upstream disc and feeding the cells of the downstream disc.
Le diamètre intérieur minimal de l'entretoise annulaire doit toujours être supérieur au diamètre externe du disque amont, de façon à permettre le montage de l'entretoise par l'amont. Cette contrainte dimensionnelle limite l'utilisation d'une telle entretoise. En outre, l'entretoise s'étend axialement d'un disque à l'autre, et présente une masse importante et une faible résistance en flexion. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes. A cet effet, elle propose un ensemble unitaire de disques de rotor pour une turbomachine, comprenant au moins deux disques de rotor amont et aval reliés fixement par une virole, les disques étant formés à leur périphérie externe avec des alvéoles de montage de pieds d'aubes et l'ensemble comportant des moyens de ventilation des alvéoles des disques, caractérisé en ce que la virole comprend une partie médiane formée sur sa face extérieure avec des léchettes et une partie aval s'étendant de la partie médiane jusqu'à la face amont du disque aval, cette partie aval étant entourée d'un flasque annulaire sectorisé formé de secteurs angulaires placés circonférentiellement bout à bout et s'étendant axialement de la partie médiane de la virole jusqu'aux alvéoles du disque aval en délimitant un espace annulaire sensiblement étanche autour de la partie aval de la virole, cette partie aval étant formée avec des orifices de passage d'air débouchant dans ledit espace annulaire. The minimum inside diameter of the annular spacer must always be greater than the outside diameter of the upstream disk, so as to allow the mounting of the spacer upstream. This dimensional constraint limits the use of such a spacer. In addition, the spacer extends axially from one disc to the other, and has a large mass and low flexural strength. The invention aims in particular to provide a simple, effective and economical solution to these problems. For this purpose, it proposes a unitary assembly of rotor discs for a turbomachine, comprising at least two upstream and downstream rotor discs fixedly connected by a ferrule, the discs being formed at their outer periphery with mounting cavities of feet of blades and the assembly comprising means for ventilating the cells of the disks, characterized in that the shell comprises a median part formed on its outer face with wipers and a downstream part extending from the median part to the upstream face of the downstream disk, this downstream part being surrounded by a segmented annular flange formed of angular sectors placed circumferentially end to end and extending axially from the median part of the shell to the cavities of the downstream disk by delimiting a substantially sealed annular space around the downstream portion of the ferrule, this downstream portion being formed with air passage openings opening into said space annular.
L'utilisation d'un flasque sectorisé permet de pouvoir le monter autour de la virole quel que soit le diamètre externe des disques. Le flasque s'étend axialement le long d'une partie seulement de la virole, ce qui limite sa masse et augmente sa résistance à la flexion. The use of a sectorized flange can be mounted around the shell regardless of the outer diameter of the discs. The flange extends axially along only a portion of the ferrule, which limits its mass and increases its resistance to bending.
Les orifices formés dans la virole permettent l'alimentation en air de l'espace annulaire depuis une zone radialement interne du rotor, l'air étant ensuite amené jusqu'aux alvéoles du disque aval pour les refroidir. Selon une autre caractéristique de l'invention, le flasque comporte un rebord amont en appui axial sur une collerette ou un épaulement annulaire de la partie médiane de la virole, et un rebord radial aval en appui sur le disque aval au niveau des alvéoles. Le flasque est ainsi maintenu axialement en position entre la face amont du disque aval, d'une part, et la collerette ou l'épaulement annulaire de la virole, d'autre part. Le montage du flasque est ainsi relativement aisé. The orifices formed in the shell allow air supply of the annular space from a radially inner zone of the rotor, the air then being fed to the cells of the downstream disk to cool them. According to another characteristic of the invention, the flange comprises an upstream flange in axial support on a flange or an annular shoulder of the median part of the ferrule, and a downstream radial flange resting on the downstream disc at the cells. The flange is thus held axially in position between the upstream face of the downstream disc, on the one hand, and the collar or the annular shoulder of the ferrule, on the other hand. The mounting of the flange is thus relatively easy.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le disque aval comporte des dents, délimitant entre elles les alvéoles de montage des pieds d'aubes, et comportant à leur extrémité amont des crochets tournés radialement vers l'intérieur, le rebord aval du flasque étant maintenu axialement et radialement par ces crochets. According to another characteristic of the invention, the downstream disc comprises teeth delimiting between them the mounting cells of the blade roots, and having at their upstream end hooks turned radially inwards, the downstream flange of the flange being maintained axially and radially by these hooks.
Avantageusement, le rebord aval du flasque comporte des encoches situées en regard des alvéoles du disque aval pour le montage des secteurs de flasque sur le disque aval. Ces encoches délimitent entre elles des dents qui forment des moyens de retenue axiale et radiale des secteurs de flasque sur le disque aval. Elles permettent aussi de réduire la masse du flasque. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, au moins l'un des secteurs du flasque comporte des moyens d'arrêt en rotation par rapport à la virole ou au disque aval. Les moyens d'arrêt en rotation peuvent comporter au moins une patte oblique déformable, insérable entre deux dents délimitant un alvéole du disque aval. Advantageously, the downstream edge of the flange comprises notches located opposite the cells of the downstream disk for mounting the flange sectors on the downstream disk. These notches delimit between them teeth which form axial and radial retention means of the flange sectors on the downstream disk. They also reduce the weight of the flange. According to yet another feature of the invention, at least one of the sectors of the flange comprises rotation stop means relative to the ferrule or the downstream disc. The rotational stop means may comprise at least one deformable oblique tab, insertable between two teeth delimiting a cell of the downstream disc.
Un ou plusieurs secteurs du flasque peuvent être équipés de tels moyens d'arrêt en rotation. Le flasque annulaire peut avoir une section approximativement en forme de S, ce qui permet d'augmenter sa rigidité. One or more sectors of the flange may be equipped with such means for stopping rotation. The annular flange may have an approximately S-shaped section, which increases its rigidity.
Dans un mode de réalisation préféré, la virole reliant les disques comprend une partie amont et une partie aval sensiblement cylindriques et parallèles à l'axe du rotor, et une partie médiane tronconique reliant les parties amont et aval et comportant un rebord cylindrique s'étendant vers l'amont, portant les léchettes précitées. In a preferred embodiment, the ferrule connecting the discs comprises an upstream portion and a downstream portion substantially cylindrical and parallel to the axis of the rotor, and a frustoconical middle portion connecting the upstream and downstream portions and having a cylindrical flange extending upstream, carrying the above-mentioned whales.
L'invention concerne en outre une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant une turbine basse-pression dont au moins deux disques de rotor sont formés par un ensemble de disques du type précité. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale, d'une partie d'un ensemble de disques de rotor selon l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie et en coupe axiale, d'une partie du disque aval et de la virole ainsi que du flasque, - la figure 3 est une vue en perspective d'un secteur de flasque qui n'est pas équipé de moyens d'arrêt en rotation, - la figure 4 est une vue en perspective d'un secteur de flasque équipé de moyens d'arrêt en rotation, - la figure 5 est une vue en perspective d'une partie du disque aval et d'un secteur de flasque du type représenté à la figure 4. La figure 1 illustre un ensemble unitaire de disques de rotor d'une turbine basse pression d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant deux disques de rotor 1, 2, respectivement amont et aval, reliés fixement par une virole 3. Les disques 1, 2 comportent en périphérie des alvéoles 4, 5 de montage de pieds d'aube en forme de queue d'aronde par exemple, de façon à assurer le maintien radial des aubes 6, 7 lors de la rotation des disques 1, 2. Les disques de rotor 1, 2 sont réalisés en une seule pièce ou sont fixés l'un à l'autre par soudage ou par boulonnage au niveau de la virole 3 et forment un ensemble unitaire. En fonction des applications, les disques peuvent ou non comporter des poireaux d'équilibrage. La virole 3 comporte des parties amont 8 et aval 9 sensiblement cylindriques et parallèles à l'axe du rotor et une partie médiane 10 tronconique s'évasant vers l'aval. La partie amont 8 présente ainsi un diamètre inférieur à celui de la partie aval 9. La partie médiane 10 comprend un rebord cylindrique 11 qui s'étend vers l'amont depuis la zone de plus grand diamètre de la partie médiane 10, ce rebord 11 portant deux léchettes 12 coopérant avec des blocs 13 de matériau abradable montés à la périphérie interne d'un distributeur 14. La partie aval 9 de la virole comporte une collerette 15 ou un épaulement annulaire situé à distance de la face amont 16 du disque aval et par exemple à l'extrémité aval de la partie médiane 10. Cette partie aval 9 est en outre formée avec des orifices 17 de passage d'air radiaux, dont la fonction sera mieux détaillée ci-après. Comme cela est mieux visible aux figures 2 et 5, le disque aval 2 comporte en périphérie des dents 18 délimitant entre elles les alvéoles 5 de montage des pieds d'aubes. Les dents 18 comportent à leur extrémité amont des crochets 19 qui s'étendent vers l'amont et qui sont tournés radialement vers l'intérieur. La partie aval 9 de la virole 3 est entourée d'un flasque annulaire 20 sectorisé formé de secteurs angulaires placés circonférentiellement bout à bout et s'étendant axialement de la partie médiane de la virole 3 jusqu'aux alvéoles 5 du disque aval 2 en délimitant un espace annulaire 21 sensiblement étanche autour de la partie aval 9 de la virole 3. Plus précisément, le flasque 20 a une section approximativement en forme de S, et comporte un rebord radial amont 22 en appui axial sur la collerette 15 ou l'épaulement annulaire de la partie médiane de la virole, et un rebord radial aval 23 en appui sur la face amont 16 du disque aval 2, au niveau des alvéoles 5 du disque aval 2, de façon à ce que le rebord aval 23 du flasque annulaire 20 constitue une butée axiale pour les pieds des aubes 7. The invention furthermore relates to a turbomachine, such as an airplane turbojet or turboprop engine, comprising a low-pressure turbine, of which at least two rotor disks are formed by a set of disks of the aforementioned type. The invention will be better understood and other details, features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description given by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a view in axial section, a part of a set of rotor disks according to the invention, - Figure 2 is an enlarged view in axial section, of a portion of the downstream disk and the shell and the flange, FIG. 3 is a perspective view of a flange sector that is not equipped with rotation stop means; FIG. 4 is a perspective view of a flange sector equipped with stop means; in rotation, - Figure 5 is a perspective view of a portion of the downstream disk and a flange sector of the type shown in Figure 4. Figure 1 illustrates a unitary assembly of rotor discs of a low turbine pressure of a turbomachine, such as a turbojet or a turboprop turboprop one, comprising two rotor discs 1, 2, respectively upstream and downstream, fixedly connected by a ferrule 3. The discs 1, 2 comprise at the periphery of the cells 4, 5 dovetail blade root mounting for example, so as to ensure the radial retention of the blades 6, 7 during the rotation of the discs 1, 2. The rotor discs 1, 2 are made in one piece or are fixed to each other by welding or by bolting at the ferrule 3 and form a unitary unit. Depending on the application, the discs may or may not include balancing leeks. The shell 3 has upstream portions 8 and 9 downstream substantially cylindrical and parallel to the axis of the rotor and a frustoconical middle portion 10 flaring downstream. The upstream portion 8 thus has a diameter smaller than that of the downstream portion 9. The median portion 10 comprises a cylindrical rim 11 which extends upstream from the zone of greater diameter of the median portion 10, this rim 11 carrying two wipers 12 cooperating with blocks 13 of abradable material mounted on the inner periphery of a distributor 14. The downstream part 9 of the ferrule comprises a flange 15 or an annular shoulder located at a distance from the upstream face 16 of the downstream disk and for example at the downstream end of the middle portion 10. This downstream portion 9 is further formed with radial air passage holes 17, whose function will be better detailed below. As can be seen more clearly in FIGS. 2 and 5, the downstream disk 2 has, at the periphery, teeth 18 delimiting between them the cells 5 for mounting the blade roots. The teeth 18 comprise at their upstream end hooks 19 which extend upstream and which are turned radially inwards. The downstream part 9 of the ferrule 3 is surrounded by a segmented annular flange 20 formed of angular sectors circumferentially placed end to end and extending axially from the median part of the shell 3 to the cavities 5 of the downstream disc 2 delimiting an annular space 21 substantially sealed around the downstream portion 9 of the ferrule 3. More specifically, the flange 20 has an approximately S-shaped section, and comprises an upstream radial flange 22 bearing axially on the flange 15 or the shoulder annular of the median part of the shell, and a downstream radial flange 23 bearing on the upstream face 16 of the downstream disk 2, at the cells 5 of the downstream disk 2, so that the downstream flange 23 of the annular flange 20 is an axial stop for the blade roots 7.
Le rebord aval 23 du flasque 20 est maintenu axialement et radialement par les crochets 19. La longueur et la position du rebord aval 23 sont déterminées de façon à ce que l'espace annulaire 21 débouche à la base des alvéoles 5. L'un au moins des secteurs du flasque 20 comporte des moyens d'arrêt en rotation par rapport à la virole 3. Ces moyens comportent au moins une patte oblique déformable 24, formée dans le rebord aval du flasque et insérée entre deux dents 18 du disque aval 2 après déformation et redressement en position radiale. Cette patte est représentée aux figures 2, 4 et 5 dans sa position oblique avant déformation. Après déformation, cette patte 24 s'étend sensiblement radialement, dans le plan du rebord radial 23. Le flasque 20 comporte en outre des encoches 25 (voir figures 3 et 4) formées dans le rebord 23 et ouvertes vers l'extérieur, en correspondance des alvéoles 5 du disque aval 2 (voir figure 5). Pour leur montage autour de la partie aval 9 de la virole, les secteurs de flasque sont amenés par translation axiale depuis l'amont jusqu'à la face radiale amont 16 du disque aval, leurs encoches 25 étant alignées avec les dents 18 et les crochets 19 du disque aval (position représentée en figure 5). On peut ainsi appliquer les rebords aval 23 des secteurs de flasque sur la face radiale 16 du disque 3, les rebords amont 22 des secteurs de flasque passant radialement à l'extérieur de la collerette ou de l'épaulement annulaire 15 de la virole. Ensuite, on déplace radialement les secteurs de flasque vers l'axe pour engager les rebords amont des secteurs de flasque derrière la collerette 15 comme représenté en figure 2, et on fait tourner les secteurs autour de l'axe du rotor pour engager les dents 26 entre les alvéoles dans les crochets 19 des dents du disque. Il faut ensuite redresser les pattes 24 des secteurs pour immobiliser l'ensemble des secteurs en rotation autour de l'axe du rotor, sur le disque aval. Une quasi étanchéité de l'espace annulaire 21 est obtenue par appui permanent du rebord amont 22 du flasque sur la collerette 15 de la virole, ou du rebord 23 sur la radiale amont 16 du disque 2. Le jeu axial entre le rebord radial 23 et la face radiale 16 du disque, dans le premier cas, ou entre le rebord 22 et la collerette 15, dans le second cas, sont faibles (typiquement de 0,1 à 0,3 mm), de sorte que les fuites d'air de ventilation par ces jeux ne constituent pas un inconvénient. Les pieds des aubes 7 montés sur le disque aval 2 sont retenus axialement par le rebord 23 du flasque 20, au niveau de la face amont 16 du disque 2, et par un jonc d'arrêt 27 monté sur la face aval 28 du disque 2. Le jonc d'arrêt 27 est monté entre des crochets 29 opposés s'étendant depuis la face aval 28. Le disque amont 1 est également équipé d'aubes 6 dont les pieds sont montés dans les alvéoles 4 et retenus axialement par un flasque 31 prenant appui contre la face amont 32 du disque 1 et par un jonc d'arrêt 33 monté sur la face aval 34 du disque 1. Ce jonc 33 est monté d'une manière similaire à celui 26 décrit précédemment. The downstream flange 23 of the flange 20 is held axially and radially by the hooks 19. The length and the position of the downstream flange 23 are determined in such a way that the annular space 21 opens out at the base of the cells 5. less sectors of the flange 20 comprises rotation stop means relative to the shell 3. These means comprise at least one deformable oblique lug 24, formed in the downstream flange of the flange and inserted between two teeth 18 of the downstream disk 2 after deformation and rectification in radial position. This tab is shown in Figures 2, 4 and 5 in its oblique position before deformation. After deformation, this tab 24 extends substantially radially in the plane of the radial rim 23. The flange 20 further comprises notches 25 (see FIGS. 3 and 4) formed in the rim 23 and open towards the outside, in correspondence cells 5 of the downstream disk 2 (see FIG. 5). For their assembly around the downstream part 9 of the ferrule, the flange sectors are brought by axial translation from the upstream to the upstream radial face 16 of the downstream disc, their notches 25 being aligned with the teeth 18 and the hooks. 19 of the downstream disc (position shown in Figure 5). It is thus possible to apply the downstream flanges 23 of the flange sectors to the radial face 16 of the disk 3, the upstream flanges 22 of the flange sectors passing radially outside the flange or the annular shoulder 15 of the ferrule. Next, the flange sectors are moved radially towards the axis to engage the upstream flanges of the flange sectors behind the flange 15 as shown in FIG. 2, and the sectors are rotated around the axis of the rotor to engage the teeth. between the cells in the hooks 19 of the disc teeth. It is then necessary to straighten the tabs 24 of the sectors to immobilize all sectors in rotation around the axis of the rotor on the downstream disk. A quasi-sealing of the annular space 21 is obtained by permanent support of the upstream flange 22 of the flange on the flange 15 of the shell, or flange 23 on the upstream radial 16 of the disk 2. The axial clearance between the radial flange 23 and the radial face 16 of the disk, in the first case, or between the flange 22 and the flange 15, in the second case, are small (typically from 0.1 to 0.3 mm), so that the air leaks ventilation by these games do not constitute a disadvantage. The blade roots 7 mounted on the downstream disk 2 are held axially by the flange 23 of the flange 20, at the upstream face 16 of the disk 2, and by a snap ring 27 mounted on the downstream face 28 of the disk 2 The snap ring 27 is mounted between opposed hooks 29 extending from the downstream face 28. The upstream disk 1 is also equipped with blades 6 whose feet are mounted in the cells 4 and held axially by a flange 31. bearing against the upstream face 32 of the disc 1 and by a snap ring 33 mounted on the downstream face 34 of the disc 1. This ring 33 is mounted in a manner similar to that 26 described above.
Lors du fonctionnement de la turbomachine, de l'air issu d'une zone amont du rotor passe entre le flasque 31 et le disque 1 et traverse les alvéoles 4 du disque 1, pour les refroidir. Parallèlement, de l'air issu d'une zone radialement interne 35 du rotor traverse les orifices 17 de la virole 3 (flèche F3 à la figure 2), pénètre dans l'espace annulaire 21 délimité par le flasque 20, puis débouche dans les alvéoles 5 du disque aval 2 (flèche F4), pour refroidir ces alvéoles. During operation of the turbomachine, air from an upstream zone of the rotor passes between the flange 31 and the disk 1 and passes through the cells 4 of the disk 1, to cool them. At the same time, air coming from a radially inner zone 35 of the rotor passes through the orifices 17 of the ferrule 3 (arrow F3 in FIG. 2), penetrates into the annular space 21 delimited by the flange 20, and then opens into the cavities 5 of the downstream disc 2 (arrow F4), to cool these cells.
L'invention propose ainsi un ensemble unitaire de disques équipé de moyens efficaces de ventilation des alvéoles de montage des pieds d'aubes. Le montage du flasque sectorisé est en outre aisé, celui-ci présentant également une masse faible et une bonne résistance aux efforts auxquels il est soumis lors du fonctionnement de la turbomachine. The invention thus proposes a unitary unit of disks equipped with effective means for ventilating the mounting cavities of the blade roots. Mounting sectorized flange is also easy, it also having a low mass and good resistance to the forces to which it is subjected during operation of the turbomachine.
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