FR3021694B1 - Plateforme pour roue aubagee - Google Patents

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Abstract

Roue aubagée pour turbomachine comprenant des plateformes légères et offrant un faible rapport de moyeu. Selon l'invention, la roue comprend un disque (22), une pluralité de pales, et au moins une plateforme (30) comportant une partie de veine (31), s'étendant d'amont en aval, et une partie de support (32) ; la partie de veine (31) possède à son extrémité amont une première portion d'assemblage (38) apte à coopérer avec un organe d'assemblage amont de la turbomachine, et à son extrémité aval une deuxième portion d'assemblage (39) apte à coopérer avec un organe d'assemblage aval de la turbomachine ; la partie de support (32) possède au moins une portion en Y comprenant un premier bras support (34) connecté par son extrémité à une première zone (34z) de la partie de veine (31), un deuxième bras support (35) connecté par son extrémité à une deuxième zone (35z) de la partie de veine (31), distincte de la première zone (34z), et une jambe d'appui (36) s'étendant radialement vers le disque (22) depuis la jonction (33j) entre les premier et deuxième bras support (34, 35) ; et l'extrémité (36b) de la jambe d'appui (36) est posée sur ladite dent (25) située en regard de la plateforme (30).

Description

DOMAINE DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne une roue aubagée, un module de soufflante et une turbomachine comprenant des plateformes légères et offrant un faible rapport de moyeu.
Une telle roue aubagée peut notamment être utilisée dans le domaine aéronautique, au sein de turboréacteurs d'avions ou de turbomoteurs d'hélicoptères pour ne citer que ces exemples.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Dans un turboréacteur d'avion, les plateformes des différentes roues aubagées, et notamment de la soufflante, doivent assurer de nombreuses fonctions. A titre principal, elles doivent définir la veine d'écoulement de l'air en minimisant les perturbations aérodynamiques au niveau de leur roue aubagée ainsi qu'au niveau des autres étages aubagés situés en aval : en particulier, elles doivent définir des interfaces cohérentes aux frontières avec les autres étages.
Elles doivent en outre être capables de résister à des efforts importants sans connaître de déformation importante et sans se détacher du disque qui les porte afin d'assurer la sécurité et la disponibilité du moteur pour un usage commercial.
Afin de satisfaire ces différentes exigences, certaines configurations ont été proposées dans lesquelles les plateformes possèdent une première partie, permettant de définir la veine d'écoulement de l'air et d'assurer la rétention de la plateforme lorsque le moteur est en rotation, et une deuxième partie, permettant de limiter les déformations de la première partie sous les effets des efforts centrifuges et de maintenir la plateforme en position lorsque le moteur est à l'arrêt.
Dans certaines de ces configurations, les plateformes prennent une forme de caisson avec une partie de veine bidimensionnelle retenue en amont et en aval et portée par une partie de support en U.
Toutefois, une telle configuration en caisson est volumineuse, ce qui pose des problèmes de masse et d'intégration, conduisant notamment à un rapport de moyeu élevé, le rapport de moyeu étant le rapport du rayon pris entre l'axe de rotation et le point du bord d'attaque de l'aube affleurant en surface de la plateforme, sur le rayon pris entre Taxe de rotation et le point du bord d'attaque le plus externe.
Dans d'autres configurations, la partie de veine est à la fois retenue en amont et en aval et supportée par deux bras munis à leurs extrémités distales de crochets s'engageant avec des crochets portés par le disque de la roue.
Ici encore, la complexité d'une telle fixation pose des problèmes de masse et d'intégration, conduisant également à un rapport de moyeu élevés.
Il existe donc un réel besoin pour une roue aubagée, un module de soufflante et une turbomachine qui soient dépourvus, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux configurations connues précitées.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne une roue aubagée pour turbomachine, comprenant un disque, apte à être accouplé à un arbre de la turbomachine, dont la circonférence présente une succession de rainures et de dents, une pluralité de pales montées dans des rainures du disque, et au moins une plateforme, prévue entre deux pales en regard d'une dent du disque, comportant une partie de veine, s'étendant d'amont en aval, et une partie de support ; la partie de veine possède à son extrémité amont une première portion d'assemblage apte à coopérer avec un organe d'assemblage amont de la turbomachine, et à son extrémité aval une deuxième portion d'assemblage apte à coopérer avec un organe d'assemblage aval de la turbomachine ; la partie de support possède au moins une portion en Y comprenant un premier bras support connecté par son extrémité à une première zone de la partie de veine, un deuxième bras support connecté par son extrémité à une deuxième zone de la partie de veine, distincte de la première zone, et une jambe d'appui s'étendant radialement vers le disque depuis la jonction entre les premier et deuxième bras support ; et l'extrémité de la jambe d'appui est posée sur ladite dent située en regard de la plateforme.
Dans le présent exposé, les termes « longitudinal », « transversal », « inférieur », « supérieur » et leurs dérivés sont définis par rapport à la direction principale des aubes ; les termes « axial », « radial », « tangentiel », « intérieur », « extérieur » et leurs dérivés sont quant à eux définis par rapport à l'axe principal de la turbomachine ; enfin, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation de l'air dans la turbomachine.
Grâce à une telle configuration, il est possible de munir une roue aubagée de plateformes à la fois solides, légères et peu encombrantes. En particulier, la structure en Y de la partie de support assure une bonne tenue mécanique de la plateforme tout en restant légère : elle permet notamment de mieux résister face aux efforts centrifuges, ce qui limite les déformations de la partie de veine pendant la rotation de la roue.
En outre, les inventeurs ont constaté que l'assemblage de la plateforme par les seules extrémités amont et aval de sa partie de veine suffit à maintenir la plateforme à l'encontre de la force centrifuge lors de la rotation de la roue. En effet, puisque les déformations de la partie de veine sont limitées grâce à la partie de support en Y, le risque que la partie de veine ne se déforme suffisamment pour que ses portions d'assemblage se désengagent des organes d'assemblage amont et aval est extrêmement faible.
Les inventeurs ont de plus constaté que dans ce cas une simple jambe d'appui s'appuyant sur le sommet de la dent suffit maintenir la plateforme à l'encontre de la gravité lorsque le moteur est à l'arrêt. Il est ainsi possible de simplifier drastiquement la géométrie de la plateforme et d'obtenir ainsi d'importants gains de masse.
Une telle configuration apporte également des facilités de montage et de démontage puisque la plateforme peut être facilement insérée depuis l'extérieur de la roue sans devoir par exemple engager des crochets dans une direction déterminée.
De plus, du fait de cette configuration, l'encombrement de la plateforme au-dessus de la dent du disque est également réduit. Il est alors possible de rapprocher l'extrémité amont de la partie de veine de la dent du disque, révélant ainsi une longueur plus importante de pale et réduisant ainsi le rapport de moyeu, ce qui augmente les performances de la soufflante.
Dans certains modes de réalisation, la jambe d'appui est dépourvue de toute portion d'assemblage avec le disque. Les inventeurs ont en effet constaté que de telles portions d'assemblage sont rendues superflues par la fixation et la structure proposées dans le présent exposé : on simplifie donc la conception de la plateforme et de son environnement ; on gagne en outre de la masse.
Dans certains modes de réalisation, la jambe d'appui est rectiligne. Elle peut plus précisément être dépourvue d'excroissance latérale. Ceci simplifie la géométrie de la plateforme.
Dans certains modes de réalisation, la dent est dépourvue de portion d'assemblage faisant saillie sur la surface extérieure de la dent. En effet, comme il a été expliqué, la configuration proposée dans le présent exposé rend superflues de telles portions d'assemblage, prenant notamment la forme de crochets, utilisées dans les configurations connues : on simplifie donc la conception du disque et de son environnement ; on gagne ainsi encore de la masse et de la place pour abaisser la partie de veine.
Dans certains modes de réalisation, la partie de support possède une deuxième portion en Y comprenant un premier bras support connecté par son extrémité à une troisième zone de la partie de veine, un deuxième bras support connecté par son extrémité à une quatrième zone de la partie de veine distincte de la troisième zone, et une jambe d'appui s'étendant radialement vers le disque depuis la jonction entre les premier et deuxième bras support, et l'extrémité de la jambe d'appui de la deuxième portion en Y est posée sur la même dent. Dans certaines configurations, ce mode de réalisation comprenant deux portions en Y permet d'assurer une meilleure tenue mécanique. En outre, elle assure un meilleur équilibre de la plateforme sur le disque lorsque le moteur est à l'arrêt.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième zone de la partie de veine coïncide avec sa troisième zone et l'extrémité du deuxième bras support de la première portion en Y est également connecté à l'extrémité du premier bras support de la deuxième portion en Y. Ceci renforce encore la tenue mécanique de la plateforme.
Dans certains modes de réalisation, la première portion d'assemblage prend la forme d'une languette d'assemblage configurée de manière à être insérée dans un espace de coopération de l'organe d'assemblage amont.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième portion d'assemblage prend la forme d'une languette d'assemblage configurée de manière à être insérée dans un espace de coopération de l'organe d'assemblage aval.
Dans certains modes de réalisation, la languette d'assemblage est dépourvue de moyens de fixations tels que des alésages ou des filetages.
Dans d'autres modes de réalisation, la languette d'assemblage est configurée pour être fixée rigidement à l'organe d'assemblage amont ou aval.
Dans certains modes de réalisation, la roue aubagée est une soufflante.
Dans certains modes de réalisation, les pales possèdent un profil curviligne.
Dans certains modes de réalisation, les rainures du disque sont rectilignes et de préférence axiales.
Dans certains modes de réalisation, les dents du disque sont rectilignes et de préférence axiales.
Dans certains modes de réalisation, la partie de veine s'étend d'amont en aval et de l'intérieur vers l'extérieur.
Dans certains modes de réalisation, la plateforme est une pièce monobloc.
Dans d'autres modes de réalisation, la partie de support est rapportée sur la partie de veine.
Dans certains modes de réalisation, la plateforme est en matériau composite. Un tel matériau permet en effet des gains de masse. Toutefois, la plateforme pourrait également être en matériau métallique.
Le présent exposé concerne également un module de soufflante pour turbomachine, comprenant, d'amont en aval, une virole amont, une roue aubagée selon l'un quelconque des modes de réalisations précédents, et un tambour aval.
Le présent exposé concerne également un module de soufflante pour turbomachine, comprenant, d'amont en aval, une virole amont, une roue aubagée selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, et un tambour aval.
Dans certains modes de réalisation, la première portion d'assemblage de la partie de veine d'au moins une plateforme de la roue aubagée prend la forme d'une languette d'assemblage et coopère avec une bride de retenue de la virole amont.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième portion d'assemblage de la partie de veine d'au moins une plateforme de la roue aubagée prend la forme d'une languette d'assemblage et coopère avec une bride de retenue du tambour aval.
Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant une roue aubagée selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents ou un module de soufflante selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents.
Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du dispositif et du procédé proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l'invention.
Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. En outre, des éléments (ou parties d'élément) appartenant à des exemples de réalisation différents mais ayant une fonction analogue sont repérés sur les figures par des références numériques incrémentées de 100, 200, etc.
La FIG 1 est un plan en coupe d'une turbomachine selon l'invention.
La FIG 2 est une vue en coupe d'un module de soufflante.
La FIG 3 est une vue de face d'un disque de soufflante.
La FIG 4 est une vue en coupe d'un premier exemple de plateforme et de disque.
La FIG 5 est une vue en coupe d'un deuxième exemple de plateforme et de disque.
DESCRIPTION DETAILLEE D’EXEMPLE(S) DE REALISATION
Afin de rendre plus concrète l'invention, des exemples de réalisation de l'invention sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l’invention ne se limite pas à ces exemples.
La FIG 1 représente, en coupe selon un plan vertical passant par son axe principal A, un turboréacteur à double flux 1 selon l'invention. Il comporte, d'amont en aval selon la circulation du flux d'air, un module de soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, et une turbine basse pression 7.
Le module de soufflante 2 est représenté plus en détail sur la FIG 2. Il comprend une virole amont 21, un disque de soufflante 22 et un tambour aval 23 également appelé « tambour booster ». La virole amont 21 présente à son extrémité aval une bride de retenue 21a. Le tambour aval 23 présente quant à lui à son extrémité amont une bride de retenue 23a.
Comme cela est visible sur la FIG 3, une pluralité de rainures 24 sont pratiquées dans la surface extérieure du disque de soufflante 22 : ces rainures 24 sont rectilignes et s'étendent axialement d'amont en aval tout le long du disque 22. Elles sont en outre régulièrement réparties tout autour de l'axe A du disque 22. De cette manière, chaque rainure 24 définit avec sa voisine une dent 25 qui s'étend ainsi également axialement d'amont en aval tout le long du disque 22.
Le module de soufflante 2 comprend en outre une pluralité de pales 26, chaque pale 26, de profil curviligne, étant montée dans une rainure 24 respective du disque de soufflante 22. A cette fin, le pied des pales 26 peut posséder une forme en sapin ou en queue d'aronde adaptée à la géométrie des rainures 24.
Le module de soufflante 2 comprend enfin une pluralité de plateformes 30, une plateforme 30 étant prévue entre chaque pale 26, donc en regard de chaque dent 25 du disque de soufflante 22.
La virole amont 21 et le tambour aval 23 sont connectés au disque 22, ce dernier étant accouplé avec l'arbre basse pression du turboréacteur 1. Ainsi, lors du fonctionnement du turboréacteur, la virole amont 21, le disque de soufflante 22, les pales 26, et le tambour aval 23 sont entraînés solidairement en rotation par la turbine basse pression 7. Les plateformes 30, montées entre la virole amont 21 et le tambour aval 23, sont ainsi également entraînées solidairement.
La structure de ces plateformes va maintenant être décrit en détail en référence à la FIG 4.
Chaque plateforme 30 comprend une partie de veine 31, prolongeant la virole amont 21 vers l'aval et le tambour aval 23 vers l'amont, de manière à définir la veine d'écoulement de l'air dans le module de soufflante 2. La partie de veine 31 comprend une languette d'assemblage amont 38 à son extrémité amont et une languette d'assemblage aval 39 à son extrémité aval.
Chaque plateforme 30 comprend en outre une partie de support 32, en forme de Y, supportant la partie de veine 31 et lui permettant de s'appuyer sur le disque 22. La partie de support 32 comprend ainsi un premier bras support 34, dont l'extrémité distale est directement connectée à la partie de veine 31 au niveau d'une première zone 34z, et un deuxième bras support 35, dont l'extrémité distale est directement connectée à la partie de veine 31 au niveau d'une deuxième zone 35z. Les premier et deuxième bras se rejoignent au niveau d'une jonction 33j.
De préférence, la première zone 34z est située dans le tiers amont de la partie de veine 31 tandis que la deuxième zone 35z est située dans son tiers aval. De préférence encore, la première zone 34z est située dans le quart amont de la partie de veine 31 tandis que la deuxième zone 35z est située dans son quart aval.
La partie de support 32 comprend en outre une jambe d'appui 36 s'étendant radialement depuis la jonction 33j vers la dent 25 du disque 22. Cette jambe d'appui 36 est une simple plaque rectiligne, lisse, sans excroissance latérale, présentant à son extrémité distale une surface d'appui 36b. L'assemblage de ces plateformes 30 dans le module de soufflante 2 va maintenant être décrit en référence aux FIG 3 et 4.
Pour son assemblage, la plateforme 30 est amenée dans l'espace délimité par la virole amont 21, le tambour aval 23 et la dent 25. Une première languette d'assemblage de la partie de veine 31, par exemple la languette amont 38, est d'abord glissée sous la bride de retenue correspondante, ici la bride 21a de la virole amont 21, puis l'autre languette 39 est glissée sous l'autre bride de retenue, ici la bride 23a du tambour aval 23. La surface d'appui 36b de la jambe d'appui 36 de la plateforme 30 est alors en appui contre le sommet de la dent 25 du disque 22.
Pour faciliter l'insertion de la deuxième languette, l'extrémité amont ou aval de la partie de veine 31 peut être légèrement fléchie et/ou la plateforme peut être légèrement décalée de sa position nominale vers l'amont ou vers l'aval. Chaque languette 38, 39 peut alors comprendre des épaulements 38a, 39a permettant de placer axialement la plateforme dans la position correcte entre la virole amont 21 et le tambour aval 23 et de maintenir cette position en fonctionnement.
Une fois assemblée, la plateforme 30 est donc retenue bloquée entre la bride de retenue 21a de la virole amont 21, via sa languette amont 38, la bride de retenue 23a du tambour aval 23, via sa languette aval 39, et la dent 25 du disque 22, via sa jambe d'appui 36.
Un deuxième exemple de réalisation va être décrit en référence à la FIG 5. Ce deuxième exemple de réalisation est analogue au précédent si ce n'est que la portion de support 132 de la plateforme 130 comprend deux structures en Y 133 et 133' au lieu d'une seule.
Ainsi, dans cet exemple, la première portion en Y 133 comprend un premier bras support 134, dont l'extrémité distale est directement connectée à la partie de veine 131 au niveau d'une première zone 134z, et un deuxième bras support 135, dont l'extrémité distale est directement connectée à la partie de veine 131 au niveau d'une deuxième zone 135z. Les premier et deuxième bras 134, 135 se rejoignent au niveau d'une jonction 133j. La première portion en Y 133 comprend une jambe d'appui 136 s'étendant radialement depuis la jonction 133j vers la dent 125 du disque 122 et présentant à son extrémité distale une surface d'appui 136b.
La deuxième portion en Y 133' comprend un premier bras support 134', dont l'extrémité distale est directement connectée à la partie de veine 131 au niveau de la deuxième zone 135z, et un deuxième bras support 135', dont l'extrémité distale est directement connectée à la partie de veine 131 au niveau d'une troisième zone 136z. Les premier et deuxième bras 134', 135' se rejoignent au niveau d'une jonction 133j'. La deuxième portion en Y 133 comprend une jambe d'appui 136' s'étendant radialement depuis la jonction 133j' vers la dent 125 du disque 122 et présentant à son extrémité distale une surface d'appui 136b.
Ainsi, le deuxième bras 135 de la première portion en Y 133 et le premier bras 134' de la deuxième portion en Y 133' se rejoignent et sont connectés dans la même zone 135z de la partie de veine 131.
De préférence, la première zone 134z est située dans le tiers amont de la partie de veine 131, la deuxième zone 135z est située dans son tiers médian, et la troisième zone 136z est située dans son tiers aval. De préférence encore, la première zone 134z est située dans le quart amont de la partie de veine 131 et la troisième zone 136z est située dans son quart aval.
Le montage de la plateforme 130 sur le disque 122 est alors analogue à celui du premier exemple.
Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention.
De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemples de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Roue aubagée pour turbomachine, comprenant un disque (22), apte à être accouplé à un arbre de la turbomachine, dont la circonférence présente une succession de rainures (24) et de dents (25), une pluralité de pales (26) montées dans des rainures (24) du disque (22), et au moins une plateforme (30), prévue entre deux pales (26) en regard d'une dent (25) du disque (22), comportant une partie de veine (31), s'étendant d'amont en aval, et une partie de support (32), caractérisé en ce que la partie de veine (31) possède à son extrémité amont une première portion d'assemblage (38) apte à coopérer avec un organe d'assemblage amont (21a) de la turbomachine (1), et à son extrémité aval une deuxième portion d'assemblage (39) apte à coopérer avec un organe d'assemblage aval (23a) de la turbomachine (1), en ce que la partie de support (32) possède au moins une portion en Y comprenant un premier bras support (34) connecté par son extrémité à une première zone (34z) de la partie de veine (31), un deuxième bras support (35) connecté par son extrémité à une deuxième zone (35z) de la partie de veine (31), distincte de la première zone (34z), et une jambe d'appui (36) s'étendant radialement vers le disque (22) depuis la jonction (33j) entre les premier et deuxième bras support (34, 35), et en ce que l'extrémité (36b) de la jambe d'appui (36) est posée sur ladite dent (25) située en regard de la plateforme (30), la jambe d'appui (36) étant dépourvue de toute portion d'assemblage avec le disque (22).
  2. 2. Roue aubagée selon la revendication 1, dans laquelle la jambe d'appui (36) est rectiligne et dépourvue d'excroissance latérale.
  3. 3. Roue aubagée selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la dent (25) est dépourvue de portion d'assemblage faisant saillie sur la surface extérieure de la dent (25).
  4. 4. Roue aubagée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la partie de support (132) possède une deuxième portion en Y (1339 comprenant un premier bras support (1349 connecté par son extrémité à une troisième zone (135z) de la partie de veine (131), un deuxième bras support (1359 connecté par son extrémité à une quatrième zone (136z) de la partie de veine (131) distincte de la troisième zone (135z), et une jambe d'appui (1369 s'étendant radialement vers ie disque (122) depuis la jonction (133J9 entre les premier et deuxième bras support (134', 1359, et dans laquelle l'extrémité (136b9 de la jambe d'appui de la deuxième portion en Y (1339 est posée sur la même dent (125).
  5. 5. Roue aubagée selon la revendication 4, dans laquelle la deuxième zone (135z) de la partie de veine (131) est confondue avec la troisième zone (135z) et dans laquelle l'extrémité du deuxième bras support (135) de la première portion en Y (133) est également connecté à l'extrémité du premier bras support (1349 de la deuxième portion en Y (1339-
  6. 6. Roue aubagée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la première portion d'assemblage prend la forme d'une languette d'assemblage (38) configurée de manière à être insérée dans un espace de coopération de l'organe d'assemblage amont (21a), et dans laquelle la deuxième portion d'assemblage prend la forme d'une languette d'assemblage (39) configurée de manière à être insérée dans un espace de coopération de l'organe d'assemblage aval (23a).
  7. 7. Module de soufflante pour turbomachine, comprenant, d'amont en aval, une virole amont (21), une roue aubagée (22, 26, 30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et un tambour aval (23).
  8. 8. Module selon la revendication 7, dans lequel la première portion d'assemblage de la partie de veine (31) d'au moins une plateforme (30) de la roue aubagée prend la forme d'une languette d'assemblage (38) et coopère avec une bride de retenue (21a) de la virole amont (21), et dans lequel sa deuxième portion d'assemblage de la partie de veine (31) prend la forme d'une languette d'assemblage (39) et coopère avec une bride de retenue (23a) du tambour aval (23).
  9. 9. Turbomachine comprenant une roue aubagée (22, 26, 30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou un module de soufflante (2) selon la revendication 7 ou 8.
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