FR2973453A1

FR2973453A1 - Blade for use in fan wheel of turbojet of aircraft, has box structure opened at downstream end of platform and extending over portion of axial length of platform for increasing rigidity of stilt and natural bending frequency of blade

Info

Publication number: FR2973453A1
Application number: FR1152608A
Authority: FR
Inventors: Philippe Gerard Edmond Joly
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-05
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: FR2973453B1

Abstract

The blade has a stilt (35) connecting a blade root (46) to a platform (42), and comprising a hollow box structure (36) that is in the shape of tetrahedral. The hollow box structure extends over a portion of axial length of the platform for increasing rigidity of the stilt and natural bending frequency of the blade. The hollow box structure is opened at a downstream end of the platform. The stilt comprises a radial wall that joins the blade root on top of a V-shaped cross section of the structure.

Description

AUBE DE SOUFFLANTE DE TURBOMACHINE TURBOMACHINE BLOWER DAWN

L'invention concerne une aube de soufflante de turbomachine, telle en particulier qu'un turboréacteur d'avion. The invention relates to a turbomachine fan blade, such as in particular an aircraft turbojet engine.

Une soufflante de turbomachine comprend une roue portant une pluralité d'aubes montées en périphérie d'un disque de rotor. Chaque aube comprend un pied relié par une échasse à une plate-forme à partir de laquelle s'étend une pale. Les pieds d'aubes sont engagés dans des rainures sensiblement axiales de la périphérie du disque et y sont maintenus radialement par coopération de formes, les pieds d'aube étant par exemple à section transversale en queue d'aronde ou analogue. Dans la technique actuelle, l'échasse est une paroi sensiblement plane qui s'étend radialement entre le pied d'aube et la surface interne de la plate-forme. A turbomachine blower comprises a wheel carrying a plurality of blades mounted at the periphery of a rotor disk. Each blade comprises a foot connected by a stilt to a platform from which extends a blade. The blade roots are engaged in substantially axial grooves of the periphery of the disk and are held there radially by cooperation of shapes, the blade roots being for example of cross-section dovetail or the like. In the current technique, the stilt is a substantially flat wall that extends radially between the blade root and the inner surface of the platform.

En fonctionnement, il s'avère que l'aube vibre en flexion selon un premier mode dont la fréquence se situe dans la plage des fréquences de fonctionnement de la turbomachine, ce qui peut conduire à une amplification des contraintes mécaniques que subit l'aube, au niveau de la pale et de l'échasse, et diminue la tenue mécanique de l'aube en fonctionnement. Pour remédier à cet inconvénient, on a notamment proposé de donner à l'échasse une forme curviligne tout en conservant des rainures axiales sur le disque. Toutefois, ceci ne permet pas de décaler suffisamment la fréquence du premier mode de flexion. In operation, it turns out that the blade vibrates in bending according to a first mode whose frequency is in the range of operating frequencies of the turbomachine, which can lead to an amplification of the mechanical stresses experienced by the blade, at the level of the blade and stilt, and decreases the mechanical strength of the blade in operation. To overcome this disadvantage, it has been proposed to give the stilt a curvilinear shape while maintaining axial grooves on the disc. However, this does not allow to sufficiently shift the frequency of the first bending mode.

Il est également connu de réaliser le disque et les aubes en une seule pièce. Toutefois, un disque aubagé monobloc, s'il est suffisamment rigide, présente un faible amortissement, ce qui pose des difficultés en cas d'ingestion d'un corps étranger par la soufflante. De plus, les opérations de maintenance d'un disque aubagé monobloc sont également plus difficiles à réaliser. On a également proposé de réaliser un pied d'aube incurvé destiné à être monté dans une rainure incurvée du disque. Toutefois, les opérations d'usinage d'un tel disque et des pieds d'aubes sont plus longues et plus difficiles à réaliser, et aussi plus coûteuses. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 5 économique et efficace à ce problème. A cette fin, elle propose une aube de soufflante de turbomachine, comprenant une échasse reliant un pied d'aube en queue d'aronde à une plate-forme, caractérisée en ce que l'échasse comprend une structure en caisson s'étendant sur au moins une partie de la longueur axiale de la 10 plate-forme. Selon l'invention, la paroi radiale d'une échasse de la technique antérieure est remplacée par une structure en caisson, ce qui permet d'augmenter sa rigidité de façon notable et la fréquence propre du premier mode de flexion de l'aube, qui est ainsi décalée en dehors de la plage des 15 fréquences de fonctionnement de la turbomachine, ce qui augmente la tenue mécanique de l'aube et sa durée de vie. En particulier, l'invention tire avantage de l'espace disponible entre la plate-forme et le pied d'aube pour y intégrer une structure en caisson qui augmente la rigidité de l'échasse. 20 Avantageusement, cette structure en caisson est creuse et débouche à l'une de ses extrémités, ce qui permet de conserver une masse identique pour l'échasse. Selon une autre caractéristique de l'invention, la structure en caisson est de forme tétraédrique avec une section transverse en V dont le sommet 25 est raccordé au pied d'aube et les extrémités du V sont reliées à la plate-forme. En comparaison d'autres structures creuses en caisson, une structure creuse de forme tétraédrique apporte une meilleure tenue mécanique. 30 Dans une réalisation de l'invention, l'échasse comprend une paroi radiale joignant le pied de l'aube au sommet de la structure en V. It is also known to make the disc and the blades in one piece. However, a bladed disc monobloc, if it is sufficiently rigid, has a low damping, which poses difficulties in case of ingestion of a foreign body by the blower. In addition, maintenance operations of a blisk are also more difficult to achieve. It has also been proposed to make a curved blade root intended to be mounted in a curved groove of the disk. However, the machining operations of such a disk and the blade roots are longer and more difficult to produce, and also more expensive. The object of the invention is in particular to provide a simple, economical and effective solution to this problem. To this end, it proposes a turbomachine fan blade, comprising a stilt connecting a dovetail blade root to a platform, characterized in that the stilt comprises a box structure extending over least part of the axial length of the platform. According to the invention, the radial wall of a stilt of the prior art is replaced by a box structure, which significantly increases its rigidity and the natural frequency of the first mode of flexion of the blade, which is thus shifted out of the range of the operating frequencies of the turbomachine, which increases the mechanical strength of the blade and its service life. In particular, the invention takes advantage of the space available between the platform and the blade root to incorporate a box structure that increases the rigidity of the stilt. Advantageously, this box structure is hollow and opens at one of its ends, which makes it possible to maintain an identical mass for the stilt. According to another characteristic of the invention, the box structure is of tetrahedral shape with a V-shaped cross section whose apex 25 is connected to the blade root and the ends of the V are connected to the platform. In comparison with other hollow box structures, a hollow structure of tetrahedral shape provides better mechanical strength. In one embodiment of the invention, the stilt comprises a radial wall joining the foot of the blade at the top of the V-shaped structure.

Dans une variante de réalisation de l'invention, le sommet de la section en V est relié directement au pied d'aube. Selon une autre caractéristique de l'invention, la structure creuse débouche à l'extrémité aval de la plate-forme à laquelle est raccordée le bord de fuite de la pale de l'aube. Cette configuration est particulièrement intéressante lorsque la plate-forme est inclinée en oblique par rapport au pied d'aube et se rapproche de celui-ci en direction de l'extrémité amont de la plate-forme. En effet, il est ainsi possible d'utiliser l'espace disponible en aval de l'aube, entre la plate-forme et le pied d'aube pour y intégrer la structure creuse en caisson. Ce type de montage à plate-forme inclinée est couramment utilisé pour former avec un cône, coiffant l'extrémité amont de la turbomachine, une paroi de guidage du flux d'air entrant à l'intérieur de la turbomachine. L'extrémité aval de la plate-forme peut comprendre une surépaisseur sur chacun de ses bords latéraux et les surfaces de la plate-forme situées de part et d'autre de l'échasse, en regard du pied d'aube et à son extrémité amont sont arrondies concaves. L'invention concerne également une roue de soufflante de turbomachine comprenant un disque portant des aubes du type décrit ci-dessus. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront 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 partielle en perspective d'une roue de soufflante selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique en perspective depuis l'aval de l'échasse d'une aube de la roue de la figure 1 ; la figure 3 est une vue schématique en perspective depuis l'aval de l'échasse d'une aube selon l'invention ; les figures 4 et 5 sont des représentations schématiques en perspective de variantes de réalisation d'une échasse à structure creuse selon l'invention. On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2, représentant une partie d'une roue de soufflante 10 et une échasse d'aube selon la technique antérieure. In an alternative embodiment of the invention, the top of the V-section is connected directly to the blade root. According to another characteristic of the invention, the hollow structure opens at the downstream end of the platform to which is connected the trailing edge of the blade of the blade. This configuration is particularly interesting when the platform is inclined obliquely with respect to the blade root and approaches it towards the upstream end of the platform. Indeed, it is possible to use the space available downstream of the blade, between the platform and the blade root to integrate the hollow box structure. This type of inclined platform mounting is commonly used to form with a cone, capping the upstream end of the turbomachine, a wall for guiding the airflow entering the turbomachine. The downstream end of the platform may comprise an extra thickness on each of its lateral edges and the platform surfaces located on either side of the stilt, opposite the blade root and at its end. upstream are concave rounded. The invention also relates to a turbomachine blower wheel comprising a disc carrying blades of the type described above. Other advantages and features of the invention will become apparent on reading the following description given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a partial perspective view of a fan wheel according to the prior art; Figure 2 is a schematic perspective view from downstream of the stilt of a blade of the wheel of Figure 1; Figure 3 is a schematic perspective view from downstream of the stilt of a blade according to the invention; FIGS. 4 and 5 are diagrammatic representations in perspective of alternative embodiments of a hollow structure stilt according to the invention. Referring first to Figures 1 and 2, showing a portion of a blower wheel 10 and a blade stilt according to the prior art.

La roue 10 de la figure 1 comprend un disque 12 comportant une pluralité de rainures ou alvéoles 14 sensiblement axiales régulièrement réparties à sa périphérie externe et dans lesquelles sont engagés des pieds d'aubes 16. Le pied 16 de chaque aube a une forme en queue d'aronde ou analogue et est monté axialement dans une rainure 14 de forme correspondante qui assure la retenue radiale de l'aube 18 sur le disque 12 de rotor. Chaque aube 18 comporte une plate-forme 20 raccordée au pied d'aube 16 par l'intermédiaire d'une échasse 22 et une pale 24 qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la plate-forme 20. L'échasse 22 de l'aube est une paroi plane radiale raccordée sensiblement au milieu de la plate-forme 20 laquelle est inclinée en oblique par rapport au pied d'aube 16 de manière à se rapprocher du pied d'aube 16 à son extrémité amont. L'inclinaison de la plate-forme 20 permet de former avec un cône amont (non représenté) une surface continue de guidage d'un flux d'air entrant dans la turbomachine, le cône coiffant l'extrémité amont de la roue et étant coaxial à la roue. La partie aval de la plate-forme comprend une surépaisseur 26 s'étendant en direction circonférentielle et reliée à l'échasse 22. The wheel 10 of FIG. 1 comprises a disc 12 comprising a plurality of substantially axial grooves or cavities 14 regularly distributed at its outer periphery and in which blade roots 16 are engaged. The root 16 of each blade has a tail shape. dovetail or the like and is mounted axially in a groove 14 of corresponding shape which ensures the radial retention of the blade 18 on the disk 12 of the rotor. Each blade 18 comprises a platform 20 connected to the blade root 16 via a stilt 22 and a blade 24 which extends radially outwardly from the platform 20. The stilt 22 of the blade is a radial plane wall connected substantially in the middle of the platform 20 which is inclined obliquely relative to the blade root 16 so as to approach the blade root 16 at its upstream end. The inclination of the platform 20 makes it possible to form with an upstream cone (not shown) a continuous surface for guiding a flow of air entering the turbomachine, the cone covering the upstream end of the wheel and being coaxial at the wheel. The downstream part of the platform comprises a thickening 26 extending circumferentially and connected to the stalk 22.

A leur extrémité amont, les surfaces internes 28 de la plate-forme en regard du pied d'aube, qui sont situées de part et d'autre de l'échasse, ont chacune une forme incurvée concave. Ces surfaces 28 assurent une meilleure tenue mécanique des aubes en cas de contacts entre deux plates-formes adjacentes. At their upstream end, the inner surfaces 28 of the platform facing the blade root, which are located on either side of the stilt, each have a concave curved shape. These surfaces 28 provide better mechanical strength of the blades in case of contact between two adjacent platforms.

Le prolongement aval du pied d'aube 16 peut être formé avec un crochet 30 comprenant une encoche radiale 32 sur chacune de ses faces latérales, ces encoches 32 étant destinées à coopérer avec un flasque annulaire 34 pour bloquer axialement le pied d'aube 16 dans la rainure 14 du disque 12. The downstream extension of the blade root 16 may be formed with a hook 30 comprising a radial notch 32 on each of its lateral faces, these notches 32 being intended to cooperate with an annular flange 34 for axially locking the blade root 16 in the groove 14 of the disc 12.

En fonctionnement, l'aube 22 présente un premier mode de flexion dont la fréquence est située dans la plage des fréquences de fonctionnement de la turbomachine, ce qui réduit la tenue mécanique de l'aube. L'invention apporte une solution en remplaçant l'échasse 22 à paroi radiale par une échasse 35 à structure en caisson qui s'étend sur une au moins une partie de la longueur de l'aube. La figure 3 représente une échasse 35 ayant une structure en caisson 36 de forme tétraédrique avec une section transverse en V formée par deux parois latérales 38, 40 triangulaires qui s'étendent sensiblement d'une extrémité à l'autre de la plate-forme 42. Les extrémités radialement externes des deux parois 38, 40 sont reliées directement à la surface interne de la plate-forme 42 et définissent entres elles et avec l'extrémité aval de la plate-forme 42 une surface triangulaire 44. Un tétraèdre est ainsi défini par les deux parois 38, 40, la surface 44 et le débouché aval à section triangulaire de la structure en caisson 36. In operation, the blade 22 has a first bending mode whose frequency is situated in the range of operating frequencies of the turbomachine, which reduces the mechanical strength of the blade. The invention provides a solution by replacing the stub hole 22 with radial wall by a stagger 35 having a box structure that extends over at least a portion of the length of the blade. FIG. 3 shows a stilt 35 having a box structure 36 of tetrahedral shape with a V-shaped cross section formed by two triangular side walls 38, 40 that extend substantially from one end to the other of the platform 42 The radially outer ends of the two walls 38, 40 are connected directly to the inner surface of the platform 42 and define between them and with the downstream end of the platform 42 a triangular surface 44. A tetrahedron is thus defined by the two walls 38, 40, the surface 44 and the downstream outlet with triangular section of the box structure 36.

Les extrémités radialement internes des parois 38 et 40 sont reliées directement au pied d'aube 46. La plate-forme 42 est inclinée en oblique et est raccordée au pied d'aube 46 à son extrémité amont. La structure creuse tétraédrique 36 est particulièrement bien adaptée au cas d'une plate-forme 42 inclinée puisqu'elle s'intègre parfaitement en lieu et place d'une échasse radiale 22 de la technique antérieure. De plus, la structure tétraédrique 36 est avantageuse par rapport à d'autres types de structures car elle n'empêche pas l'intégration des surfaces concaves 48 à l'extrémité amont de la plate-forme. The radially inner ends of the walls 38 and 40 are connected directly to the blade root 46. The platform 42 is inclined obliquely and is connected to the blade root 46 at its upstream end. The tetrahedral hollow structure 36 is particularly well suited to the case of an inclined platform 42 since it fits perfectly in place of a radial stilt 22 of the prior art. In addition, the tetrahedral structure 36 is advantageous over other types of structures because it does not prevent the integration of the concave surfaces 48 at the upstream end of the platform.

La partie aval de la plate-forme comprend également une surépaisseur 50 s'étendant en direction circonférentielle et reliée à la structure 36. Dans deux variantes de réalisation de l'invention représentées schématiquement aux figures 4 et 5, l'échasse 52, 54 est reliée directement à la plate-forme et est raccordée au pied d'aube par une paroi radiale 56, 58. The downstream part of the platform also comprises a thickening 50 extending circumferentially and connected to the structure 36. In two embodiments of the invention shown diagrammatically in FIGS. 4 and 5, the stilt 52, 54 is connected directly to the platform and is connected to the blade root by a radial wall 56, 58.

En figure 4, la paroi radiale 56 a une forme trapézoïdale et son extrémité radialement externe est reliée au sommet de la structure creuse 60 à section en V qui s'étend sur une partie seulement de la longueur axiale de la plate-forme depuis son extrémité aval. In FIG. 4, the radial wall 56 has a trapezoidal shape and its radially outer end is connected to the top of the V-shaped hollow structure 60 which extends over only a portion of the axial length of the platform from its end. downstream.

En figure 5, la paroi radiale 58 a une forme triangulaire et son extrémité radialement externe est reliée au sommet de la structure creuse 62 à section en V qui s'étend toute la longueur axiale de la plate-forme. La structure creuse en caisson de l'échasse permet d'augmenter la rigidité de l'échasse et par suite la fréquence propre de vibration en flexion de l'aube tout en conservant une masse identique à celle d'une échasse de la technique antérieure. Si l'invention est particulièrement bien adaptée lorsque le pied d'aube est rectiligne, elle s'applique aussi à une échasse d'aube ayant un pied curviligne adapté au montage par translation dans une rainure incurvée d'un disque de rotor. La structure creuse en caisson peut être réalisée par une opération de forgeage suivie d'une opération d'usinage de finition. Elle peut également être réalisée seulement par des opérations d'usinage. In Figure 5, the radial wall 58 has a triangular shape and its radially outer end is connected to the top of the hollow structure 62 V-section which extends the entire axial length of the platform. The hollow box structure of the stilt makes it possible to increase the stiffness of the stilt and consequently the natural frequency of vibration in flexion of the blade while maintaining a mass identical to that of a stilt of the prior art. While the invention is particularly well suited when the blade root is straight, it also applies to a blade stilt having a curvilinear foot adapted to mount by translation in a curved groove of a rotor disc. The box-like hollow structure can be made by a forging operation followed by a finishing machining operation. It can also be performed only by machining operations.

Claims

REVENDICATIONS1. A turbomachine fan blade, comprising a stilt (35, 52, 54) connecting a dovetail root (46) to a platform (42), characterized in that the stilt (35, 52 , 54) comprises a box structure (36, 60, 62) extending over at least a portion of the axial length of the platform (42) to increase the stiffness of the stilt and the natural bending frequency of dawn.

2. blade according to claim 1, characterized in that the box structure (36, 60, 62) is hollow and opens at one end of the platform.

3. blade according to claim 1, characterized in that the box structure (36, 60, 62) is tetrahedral in shape and has a V-shaped cross section whose top is connected to the blade root (46) and the ends 15 V are connected to the platform (42).

4. blade according to claim 3, characterized in that the stilt (52, 54) comprises a radial wall (56, 58) joining the foot of the blade at the top of the V-shaped structure.

5. A blade according to claim 3, characterized in that the apex of the V-section is connected directly to the blade root (46).

6. blade according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hollow structure (36, 60, 62) opens at the downstream end of the platform (42) to which is connected the trailing edge of the blade of dawn.

7. blade according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hollow structure (36, 60, 62) extends substantially over the entire length of the platform.

8. blade according to one of the preceding claims, characterized in that the platform (42) is inclined obliquely relative to the blade root (46) so as to approach it in the direction of the upstream end of the platform (42).

9. blade according to one of the preceding claims, characterized in that the downstream end of the platform (42) comprises an extra thickness (50) on each of its lateral edges and in that the surfaces (48) of the platform (42) located on either side of the stilt (35), facing the blade root and at its upstream end are concave rounded.

10. Turbomachine blower wheel, comprising a disc (12) carrying blades according to one of the preceding claims.