FR2965843A1

FR2965843A1 - Rotor pour turbomachine

Info

Publication number: FR2965843A1
Application number: FR1058112A
Authority: FR
Inventors: Fabrice Marcel Noel Garin; Romain Nicolas Lunel
Original assignee: SNECMA Propulsion Solide SA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS; Safran Ceramics SA
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2012-04-13
Anticipated expiration: 2030-10-06
Also published as: US20120087795A1; US8801382B2; FR2965843B1

Abstract

L'invention concerne un rotor comportant un disque (1) sur lequel sont fixées des aubes (4) et des plates-formes (5) entre ces aubes. Le rotor est particulièrement remarquable en ce que les plates-formes (5) sont fixées de manière solide et étanche au disque (1). Pour cela, le disque (1) comporte entre deux aubes (4a, 4b) consécutives une butée amont (17) en saillie axiale de la surface amont (12), et chaque plate-forme (5) comporte : - un plateau (7), - une rainure de retenue (22) s'étendant axialement et dans laquelle est engagée la butée amont (17) du disque (1), - une butée axiale (21) en appui axial contre la surface amont (12) du disque (1).

Description

ROTOR POUR TURBOMACHINE

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un rotor pour turbomachine à plates-formes rapportées, destiné notamment à une soufflante de turboréacteur ou à un étage de compression de moteur aéronautique. L'invention concerne tout particulièrement un rotor pour un étage de turbine haute ou basse pression de moteur aéronautique. L'invention concerne également une turbomachine comportant un tel rotor, ainsi qu'une plate-forme pour un tel rotor.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR La présente invention concerne un rotor de type connu, par exemple de soufflante ou de compresseur de turbomachine ou de turbine haute pression ou basse pression, comportant un disque, une série d'aubes radiales montées dans des logements axiaux réalisés dans la périphérie dudit disque, et une série de plates-formes qui forment une veine annulaire dans laquelle circulent les gaz traversant la turbine. Afin de faciliter le montage et le démontage du rotor, notamment en cas de panne, il est connu de réaliser des plates-formes et des aubes séparées les unes des autres et de les assembler sur le disque. Ainsi, le document FR2608674 décrit un rotor pour turbomachine qui comporte un disque pourvu d'alvéoles dans lesquelles sont insérées les pieds des aubes, ainsi que des coins sur lesquels sont fixées les plates-formes. De même, le document EP1306523 décrit un rotor comportant un disque pourvu d'alvéoles, dans lesquelles sont fixés à la fois les aubes et les plates-formes. Toutefois, le fait de fixer à la fois les aubes et les plates-formes dans des alvéoles du disque peut entraîner des coincements des aubes. En outre, le fait d'avoir plusieurs pièces dans les alvéoles génère des tolérances supplémentaires et donc une augmentation du jeu dans l'alvéole, ce qui peut entraîner un risque prématuré d'usure et un risque accru de coincement de l'aube. 2 En outre, dans les rotors de l'art antérieur, des gaz peuvent s'infiltrer entre les plates-formes et le disque, notamment au niveau des alvéoles du disque, ce qui a pour effet de détériorer le disque. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise à remédier, au moins partiellement, aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un rotor dans lequel les plates-formes sont fixées sans nuire à l'accrochage des aubes sur le disque. Un autre objet de l'invention est de proposer un rotor dans lequel les plates-formes sont plus solidement fixées.

Un autre objet de l'invention est de proposer un rotor qui présente une meilleure étanchéité au niveau des plates-formes et qui permette de réduire le risque d'infiltration des gaz entre les plates-formes et le disque. Pour ce faire, est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un rotor pour turbomachine comportant : - un disque présentant une symétrie de révolution autour d'un axe de référence, le disque comportant une surface amont s'étendant radialement et une surface périphérique s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de référence, la surface périphérique comportant une bordure aval, - plusieurs aubes solidaires du disque, - plusieurs plates-formes, chaque plate-forme étant disposée entre deux aubes consécutives, le disque comportant, entre deux aubes consécutives une butée amont en saillie axiale de la surface amont, chaque plate-forme comportant : - un plateau, - une rainure de retenue s'étendant axialement et dans laquelle est engagée la butée amont du disque, 3 - une butée axiale en appui axial contre la surface amont du disque. Ainsi, le rotor selon l'invention est particulièrement remarquable en ce que les plates-formes ne sont pas fixées aux aubes ni dans les alvéoles du disque qui contiennent les aubes, mais elles sont fixées directement sur le disque notamment grâce à une rainure de retenue et une butée axiale. Le rotor selon le premier aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Avantageusement, la rainure de retenue est formée entre une paroi radialement supérieure de la butée axiale et la paroi radialement inférieure d'une butée radiale amont solidaire de la plate-forme. Avantageusement, la plate-forme comporte une butée radiale aval qui s'engage dans une gorge de retenue du disque. Avantageusement, la butée radiale aval de la plate-forme et/ou la butée radiale amont de la plate-forme appartiennent à une patte d'accrochage de la plate-forme, la patte d'accrochage s'étendant axialement et étant en appui radial contre la surface périphérique du disque. Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, le rotor comporte en outre un flasque en appui axial contre la butée axiale de chaque plate-forme. Ce flasque permet de maintenir les butées axiales plaquées contre la surface amont du disque. En outre, ce flasque permet de garantir l'étanchéité entre la plate-forme et le disque et il permet notamment d'éviter les infiltrations d'air chaud à l'intérieur du disque, ce qui permet de ne pas chauffer l'intérieur du disque. Pour faciliter la compréhension de l'invention, les deux aubes entre lesquelles est 25 disposée chaque plate-forme sont appelées « première aube » et « deuxième aube». Avantageusement, le plateau de chaque plate-forme comporte un premier bord latéral qui épouse la première aube et un deuxième bord latéral qui épouse la deuxième aube. De cette façon, l'étanchéité est parfaite entre le plateau de chaque plate-forme et les deux aubes entre lesquelles la plate-forme est disposée, de sorte 4 que les plates-formes délimitent de manière étanche la veine aérodynamique de circulation des gaz traversant la turbine. Ces gaz ne peuvent alors pas s'infiltrer entre les plates-formes et le disque. Le système d'accrochage des plates-formes au disque permet en outre d'améliorer cette étanchéité, puisqu'il évite que les plates-formes ne se déplacent dans leurs logements. Selon différents modes de réalisation : - les plates-formes peuvent être réalisées dans un matériau métallique, ce qui permet d'avoir des plates-formes plus résistantes, ou - les plates-formes peuvent être réalisées dans un matériau composite à Zo matrice céramique, ce qui permet un gain de poids. En effet, le fait d'avoir des plates-formes rapportées indépendantes des aubes permet de choisir le matériau des plates-formes indépendamment de celui des aubes. L'invention concerne tout particulièrement le cas où les aubes sont réalisées dans un 15 matériau composite à matrice céramique. L'invention concerne tout particulièrement le cas où les aubes sont fixées dans des alvéoles creusées dans la surface périphérique du disque. Avantageusement, les aubes s'étendent radialement. Avantageusement, les aubes sont réparties sur la périphérie du disque. 20 Avantageusement, le disque est réalisé dans un matériau métallique. Selon un mode de réalisation préférentiel, le plateau et la patte d'accrochage sont reliés entre eux par une paroi transversale s'étendant radialement. Un deuxième aspect de l'invention concerne une plate-forme pour un rotor selon le premier aspect de l'invention. 25 Un troisième aspect de l'invention concerne une turbomachine comportant un rotor selon le premier aspect de l'invention. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - La figure 1, une vue schématique en perspective d'une portion de rotor selon un mode de réalisation de l'invention ; 5 - La figure 2, une vue schématique en coupe selon un plan passant par l'axe de référence du rotor de la figure 1; - La figure 3, une vue en perspective d'une plate-forme du rotor de la figure 1 ; - La figure 4, une vue en perspective d'une pale du rotor de la figure 1 entourée par deux pales ; - La figure 5, une vue en coupe selon un autre plan passant par l'axe de référence du rotor de la figure 1 ; - La figure 6, une vue en perspective d'une portion du rotor de la figure 1. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures.

DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION Les figures 1 à 6 représentent un rotor d'une turbomachine selon l'invention. Ce rotor comporte un disque 1. Ce disque 1 présente une symétrie de révolution autour d'un axe de référence X. Plus précisément, ce disque 1 présente une forme cylindrique autour de l'axe de référence X. Le disque 1 est de préférence constitué d'un matériau métallique, par exemple d'un alliage nickel-chrome, qui présente par exemple la composition suivante : Ni Cr Fe Mo Nb Co Mn Cu Al Ti Si C S P B Pourcentage 50,0 17,0 qsp 2,80 4,75 1,0 0,35 0,30 0,20- 0,65 0,35 0,08 0,015 0,015 0,006 massique _ - 100 - max max max 0,80 1,15 max max max max max 55,0 21,0 % 3,30 5,50 Cet alliage nickel-chrome est désigné sous le nom commercial Inconel 718. Le disque 1 présente une surface périphérique 2 de forme cylindrique autour de l'axe de référence X. La surface périphérique s'étend parallèlement à l'axe de référence X. Des alvéoles 3 sont creusées dans la surface périphérique 2. Dans chaque alvéole 3 est fixée une aube 4. Le mode de fixation des aubes 4 dans les alvéoles 3 est connu de l'art antérieur. Les aubes 4 sont de préférence constituées d'un matériau 6 composite à matrice céramique. Les aubes 4 sont réparties sur la périphérie du disque 1. Le rotor selon l'invention comporte également des plates-formes 5. Chaque plate-forme 5 est disposée entre deux aubes 4 consécutives. Chaque plate-forme 5 comporte un plateau 7 qui présente une surface externe 6. Les surfaces externes 6 des plateaux 7 des plates-formes définissent le profil interne de la veine de gaz circulant d'amont en aval de l'étage d'aubes 4. Chaque plate-forme 5 permet en outre de maintenir l'écartement entre deux aubes 4 adjacentes. Pour cela, le plateau 7 de chaque plate-forme 5 comporte un premier bord latéral 8 et un deuxième bord latéral 9. Le premier bord latéral 8 est également appelé bord « extrados » et le deuxième bord latéral 9 est également appelé bord « intrados ». Le premier bord latéral 8 épouse la forme de la paroi 10 de l'aube 4a contre laquelle il se trouve, et le deuxième bord latéral 9 épouse la forme de la paroi 11 de l'aube 4b contre laquelle il se trouve. L'aube 4a contre laquelle se trouve le premier bord de la plate-forme 5 est appelée « première aube ». L'aube 4b contre laquelle se trouve le deuxième bord de la plate-forme 5 est appelée « deuxième aube ». En outre, comme cela apparait plus clairement sur les figures 3 et 4, le plateau 7 est arrondi, de façon à avoir un profil aérodynamique afin de conduire les fluides qui circulent à sa surface. Le mode de fixation de chaque plate-forme 5 sur le disque 1 va maintenant être décrit plus en détail en référence aux figures. Le disque 1 comporte, outre la surface périphérique 2, une surface amont 12 et une surface aval 13. A l'intersection entre la surface périphérique 2 et la surface aval 12, le disque 1 comporte une bordure aval 14. Entre deux aubes successives, par exemple entre les aubes 4a et 4b, le disque 1 comporte un crochet 15 solidaire de la bordure aval 14. Ce crochet 15 est agencé de façon à former, avec la surface périphérique 2, une gorge de retenue 16 qui s'étend axialement. La gorge de retenue 16 est ouverte vers l'amont et fermée par le crochet 15 vers l'aval. Le crochet 15 comporte un fond 25 qui s'étend radialement et qui ferme axialement 30 la gorge de retenue 16. Le crochet 15 comporte également une paroi supérieure 27 qui s'étend axialement et qui est parallèle à la surface périphérique 2 du disque. 7 Ainsi, la gorge de retenue 16 est délimitée radialement par la paroi supérieure 27 et par la surface périphérique 2. En outre, le crochet 15 peut également comporter une paroi inférieure 28 qui prolonge axialement la surface périphérique 2 au-delà de la bordure aval 14. Toutefois, cette paroi inférieure 28 est optionnelle.

En outre, entre deux aubes consécutives 4a et 4b, le disque 1 comporte une butée amont 17 en saillie axiale de la surface amont 12. La butée amont 17 présente de préférence une surface supérieure 29 qui est dans le prolongement de la surface périphérique 2 du disque. Le disque 1 est de préférence formé d'un seul tenant. Ainsi, le disque 1 est de préférence formé d'un seul bloc métallique dans lequel le crochet 15 et la butée amont 17 sont usinés, ce qui permet d'avoir une plus grande précision. Chaque plate-forme 5 comporte de préférence une butée radiale aval 35 qui s'engage dans la gorge de retenue 16 du disque. Cette butée radiale aval 35 est de préférence constituée par une extrémité aval 20 d'une patte d'accrochage 18 de la plate-forme 5. La patte d'accrochage 18 s'étend de préférence sensiblement parallèlement à l'axe de référence X. La patte d'accrochage 18 forme de préférence avec le plateau 7 un angle aigu. La patte d'accrochage 18 est de préférence en appui radial sur la surface périphérique 2 du disque 1 et son extrémité aval 20, qui forme la butée radiale aval 35, est insérée dans la gorge de retenue 16 du disque.

Chaque plate-forme 5 comporte également une butée axiale 21 qui s'étend radialement. La butée axiale 21 s'étend donc sensiblement perpendiculairement à la patte d'accrochage 18. La butée axiale 21 est conformée pour venir en appui axial contre la surface amont 12 du disque, lorsque l'extrémité aval 20 de la patte d'accrochage 18 est insérée dans la gorge de retenue 16, et plus précisément, lorsque la patte d'accrochage 18 vient en butée axial contre le fond 25 de la gorge de retenue 16. Chaque plate-forme 5 comporte également une rainure de retenue 22. La rainure de retenue 22 s'étend de préférence sensiblement parallèlement à l'axe de référence X. La rainure de retenue 22 est de préférence formée entre une paroi radialement supérieure 24 de la butée axiale 21 et la paroi radialement inférieure 23 d'une butée radiale amont 34 solidaire de la plate-forme 5. La rainure de retenue 22 est de 2965843 s préférence située entre la patte d'accrochage 18 et la butée axiale 21. Ainsi, la butée radiale amont 34 est de préférence constituée par l'extrémité amont 19 de la patte d'accrochage 18. La rainure de retenue 22 et la butée amont 17 sont de préférence conformées pour que la butée amont 17 vienne en appui axial au fond de la rainure 5 de retenue 22 lorsque la patte de retenue 18 est en appui axial au fond de la gorge de retenue 16. En outre, la butée amont 17 présente de préférence des dimensions radiales extérieures sensiblement égales aux dimensions radiales intérieures de la rainure de retenue 22, de façon à immobiliser radialement la plate-forme 5 par rapport au 10 disque 1. De même, la patte d'accrochage 18 comporte de préférence des dimensions radiales extérieures sensiblement également aux dimensions radiales intérieures de la gorge de retenue 16 de façon à immobiliser radialement la patte d'accrochage 18 par rapport au disque 1.

15 Ainsi, l'invention est particulièrement remarquable en ce que les plates-formes sont fixées sur le disque, au niveau de la surface du disque, et donc au-dessus des alvéoles dans lesquelles sont fixées les aubes, ce qui permet d'avoir une fixation plus solide de ces éléments sur le disque. En outre, le fait de fixer les plates-formes en se servant de la surface périphérique et de la surface amont du disque permet de 20 ne pas fragiliser le disque et d'avoir un positionnement très précis des plates-formes par rapport au disque. En outre, le fait de ne pas avoir de pièce intermédiaire entre le disque et chaque plate-forme permet d'avoir une chaîne de côtes réduite et donc d'avoir une meilleure précision dans le positionnement des plates-formes, ce qui permet d'améliorer 25 l'étanchéité entre les plates-formes et le disque. Le rotor selon l'invention comporte également un flasque 26 qui présente une symétrie de révolution autour de l'axe de référence X. Le flasque 26 présente une paroi annulaire 30 en appui axial contre la butée axiale 21 de la plate-forme 5. Ce flasque 26 permet de maintenir la butée axiale 21 plaquée axialement contre la 30 surface amont 12. En outre, ce flasque 26 permet de garantir l'étanchéité entre la 9 plate-forme 5 et le disque 1 et il permet notamment d'éviter les infiltrations d'air chaud à l'intérieur du disque, ce qui permet de refroidir l'intérieur du disque. Afin de garantir une parfaite étanchéité, le flasque 26 comporte une paroi annulaire 30 qui est plate et qui vient en appui contre la paroi extérieure 33 de la butée axiale 21 qui est également plate. En outre, chaque plate-forme 5 peut également comporter une paroi transversale 31 qui relie la patte d'accrochage 18 au plateau 7 de façon à augmenter la solidité de la plate-forme 5. La plate-forme 5 peut être réalisée en matériau composite à matrice céramique ou en matériau métallique. Chaque plate-forme 5 peut également comporter un retour 32 qui prolonge le plateau 7 en amont du plateau 7. Ce retour 32 est de préférence positionné au dessus du flasque 26 et il permet à la plate-forme 5 d'avoir un profil plus aérodynamique. L'invention permet donc d'avoir des plates-formes rapportées qui sont solidement fixées, sans compliquer ou fragiliser le disque, ni ajouter de pièces d'accrochages indépendantes additionnelles. En outre, l'invention permet d'améliorer l'étanchéité de la partie située entre le disque et les plates-formes et elle permet d'éviter les infiltrations de gaz dans cette partie.

Claims

REVENDICATIONS1. Rotor pour turbomachine comportant : - un disque (1) présentant une symétrie de révolution autour d'un axe de référence (X), le disque (1) comportant une surface amont (12) s'étendant radialement et une surface périphérique (2) s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de référence (X), la surface périphérique (2) comportant une bordure aval (14), - plusieurs aubes (4, 4a, 4b) solidaires du disque (1), - plusieurs plates-formes (5), chaque plate-forme (5) étant disposée entre deux aubes (4a, 4b) consécutives, le disque (1) comportant, entre deux aubes consécutives (4a, 4b), une butée amont (17) en saillie axiale de la surface amont (12), chaque plate-forme (5) comportant : - un plateau (7), - une rainure de retenue (22) s'étendant axialement et dans laquelle est engagée la butée amont (17) du disque (1), - une butée axiale (21) en appui axial contre la surface amont (12) du disque (1).
2. Rotor selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la rainure de retenue (22) est formée entre une paroi radialement supérieure (23) de la butée axiale (21) et la paroi radialement inférieure (24) d'une butée radiale amont (34) solidaire de la plate-forme (5).
3. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plate-forme (5) comporte une butée radiale aval (35) qui s'engage dans une gorge de retenue (16) du disque (1).30Il
4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la butée radiale aval (35) de la plate-forme (5) et/ou la butée radiale amont (34) de la plate-forme (5) appartiennent à une patte d'accrochage (18) de la plate-forme, la patte d'accrochage (18) s'étendant axialement et étant en appui radial contre la surface périphérique (2) du disque (1).
5. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un flasque (26) en appui axial contre la butée axiale de chaque plate-forme (5).
6. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plates-formes (5) sont réalisées dans un matériau métallique.
7. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que 15 les plates-formes (5) sont réalisées dans un matériau composite à matrice céramique.
8. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aubes (4) sont réalisées dans un matériau composite à matrice 20 céramique.
9. Plate-forme pour un rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
10. Turbomachine comportant un rotor selon l'une quelconque des revendications 25 1 à 8.10