FR3025563A1 - Aube a plateforme et excroissance creusee - Google Patents

Abstract

Est concernée une aube dont la plate-forme (14) présente au moins une excroissance (40) s'élevant, sur la face interne, depuis un raccordement à une zone intermédiaire de l'aube située, le long d'un axe longitudinal de l'aube, entre le pied d'aube et la face externe (143), vers un bord latéral (145) libre de la plate-forme. L'excroissance (40) de la plate-forme présente localement un amincissement situé à l'écart dudit bord latéral libre de la plate-forme. Une application se trouve dans les soufflantes de turbomoteurs.

Description

1 AUBE A PLATEFORME ET EXCROISSANCE CREUSEE L'invention se rapporte à une aube pour turbomachine, telle qu'en particulier un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, ainsi qu'à un rotor de soufflante et une turbomachine ainsi pourvus. Typiquement, un rotor de soufflante ou plus généralement de turbomachine comporte un disque portant à sa périphérie extérieure des aubes dont les pieds sont engagés dans des rainures de la périphérie extérieur du disque, ces rainures étant sensiblement axiales (c'est-à-dire sensiblement parallèles à l'axe de rotation du rotor). Les aubes sont typiquement maintenues radialement sur le disque par coopération de formes de leurs pieds avec les rainures du disque, les pieds des aubes étant par exemple du type en queue d'aronde. Une perte d'aube(s) peut survenir. Une partie au moins de l'aube se détache alors du disque de rotor. Typiquement, une aube de turbomachine comprend une pale, un pied d'aube et une plate-forme interposée entre la pale et le pied d'aube, le long d'un axe longitudinal de l'aube, la plate-forme présentant une face interne du côté du pied d'aube et une face externe du côté de la pale.

En particulier pour empêcher les chevauchements inter-plateformes particulièrement en cas de perte d'aube(s), (au moins) une excroissance de la plate-forme s'élève sur la face interne, depuis un raccordement à une zone intermédiaire de l'aube située, le long d'un axe longitudinal de l'aube, entre le pied d'aube et la face externe, vers un bord latéral libre de la plate- forme. Sur une aube donnée, de telles excroissances, appelées souvent « bumpers » en anglais, bloquent l'aube adjacente en prévenant donc les chevauchements. En outre, des efforts importants dus au choc sur l'aube adjacente de l'aube détachée ou désolidarisée sont alors typiquement directement repris par lesdites excroissances (qui travaillent alors en compression).

3025563 2 Par ailleurs, toujours en cas de perte d'aube, la plateforme de l'aube détachée doit se casser pour ne pas endommager l'aube adjacente. Les excroissances anti-chevauchements précitées de l'aube adjacente ne doivent toutefois pas casser pour éviter là encore un chevauchement de 5 plateformes et une rupture de l'aube adjacente lors du retour de flexion qui survient typiquement en réaction après que cette aube ait fléchie sous le choc. Il est ici proposé une solution visant à assurer à la fois: - une rupture facilitée et localisée de la plateforme, pour le cas où l'aube en 10 cause serait « l'aube détachée», - et, lors d'une reprise d'efforts, une résistance à la compression de l'excroissance, ou de chaque excroissance, anti-chevauchement, pour le cas où l'aube en cause serait « l'aube adjacente». A cette fin, il est proposé que l'excroissance ou chaque excroissance 15 de la plate-forme présente localement un amincissement situé à l'écart dudit bord latéral libre de cette plate-forme. Ainsi, en cas de choc latéral, avec une aube détachée arrivant donc de côté, l'aube pourvue de cet amincissement continuera à opposer une résistance élevée à la compression. Quant à l'aube détachée, son 20 amincissement ainsi situé formera, plus près de la zone précitée de raccordement de l'excroissance (et plus généralement de la plate-forme) avec le reste de l'aube, une zone affaiblie favorable à la rupture localisée de la plateforme, typiquement le long d'une ligne globalement orientée suivant une direction joignant les bords d'attaque et de fuite de la pale de 25 cette aube. A ce sujet, il est d'ailleurs conseillé que l'amincissement soit situé vers le raccordement de l'excroissance de la plate-forme à ladite zone intermédiaire de l'aube, c'est-à-dire à proximité immédiate de ce raccordement.

30 Pour une bonne compréhension, il est dès à présent précisé qu'ici cette « zone intermédiaire » de l'aube sera typiquement définie par la zone 3025563 3 d'échasse qui, sur une aube ainsi pourvue, s'étend entre la pale et le pied d'aube, le long de l'axe longitudinal de l'aube, la pale étant la partie essentielle qui interagit avec le flux d'air, le pied étant la partie qui fixe l'aube au disque qui la porte, comme ci-avant expliqué.

5 Et pour favoriser un détachement de plate-forme qui évite de conserver sur l'aube concernée une excroissance propice à un endommagement de l'aube adjacente, tout en assurant un maximum de tenue en choc latéral, il est même recommandé que l'amincissement s'étende jusqu'au raccordement à ladite zone intermédiaire de l'aube.

10 De préférence, sur la longueur de l'excroissance considérée, entre donc le raccordement à ladite zone intermédiaire de l'aube et le bord latéral libre en regard de la plate-forme, le long de l'extrémité libre de l'excroissance (y compris l'amincissement), jusqu'à laquelle celle-ci s'élève sur la plate-forme, depuis la face interne, la longueur de l'amincissement 15 sera de préférence compris entre 1/3 et 2/3 de celle de l'excroissance. Ainsi, la rupture de la plate-forme interviendra même si la ligne de rupture dévie un peu latéralement, l'intervalle permettant de préserver l'aspect anti-chevauchement et résistance à la compression en latéral. Egalement pour favoriser une ligne optimale de rupture de la plate- 20 forme, en prédéfinissant une partie de son chemin, il est conseillé: - que la pale présente un bord d'attaque et un bord de fuite, - que l'excroissance de la plate-forme s'étende en travers d'une direction joignant lesdits bords d'attaque et de fuite, en présentant une face amont orientée vers le bord d'attaque et une face aval orientée vers le bord de 25 fuite, - que l'amincissement définisse un creux dans l'une desdites faces, et, - que le creux présente une surface concave dans plusieurs directions. De fait, l'épaisseur minimum de l'amincissement sera alors située à l'endroit du fond de cette surface concave dans plusieurs directions, dès 30 lors que favorablement les différentes directions de concavité se rejoindront dans ce fond, au minimum de l'épaisseur.

3025563 4 Compte tenu de l'orientation de chaque aube montée sur le disque et de son déplacement si elle se détache, on recommande par ailleurs que, l'excroissance de la plate-forme s'étendant en travers d'une direction joignant les bord d'attaque et bord de fuite de la pale, en présentant une 5 face amont orientée vers le bord d'attaque (typiquement plus épais que le bord de fuite) et une face aval orientée vers le bord de fuite (plus effilé), l'amincissement définisse un creux dans la face amont. Ainsi, c'est le creux, avant la face aval, que rencontra d'abord la ligne de rupture lors de sa progression le long de la plate-forme.

10 En suivant des considérations similaires, il est recommandé: - que sur la face interne et parallèlement à ladite direction joignant les bords d'attaque et de fuite de la pale, l'amincissement présente une épaisseur minimale (el ), - qu'entre les faces interne et externe, la plate-forme présente une 15 épaisseur minimale (e2), et, - que le rapport de l'épaisseur minimale e2 de la plate-forme sur l'épaisseur minimale el de l'amincissement soit compris entre 0.5 et 1.5. Et il est aussi recommandé : - qu'à un endroit situé entre le raccordement à ladite zone intermédiaire de 20 l'aube et le bord latéral libre en regard de la plate-forme, l'amincissement et le reste de l'excroissance (à l'écart de l'amincissement) présentent respectivement une première et une seconde épaisseurs maximales (e3,e4), ceci parallèlement à ladite direction qui joint les bords d'attaque et de fuite, 25 - et que ladite épaisseur maximale (e3) de l'amincissement soit, à l'extrémité libre de l'excroissance, comprise entre 0.15 et 0.4 fois l'épaisseur maximale (e4) de cette excroissance. Et encore pour des considérations similaires, il est conseillé que, sensiblement transversalement à la direction suivant laquelle s'étend 30 l'excroissance de la plate-forme depuis le raccordement à ladite zone intermédiaire de l'aube jusque vers le bord libre en regard de la plate- 3025563 5 forme, l'amincissement présente une épaisseur qui diminue depuis la face interne jusqu'à une extrémité libre de l'excroissance. Outre l'aube en elle-même, l'invention concerne aussi une soufflante de turbomachine comprenant une série d'aubes, dont certaines au moins 5 présentent tout ou partie des caractéristiques qui précèdent, ainsi qu'une turbomachine pourvue de cette soufflante ou d'un rotor dont toutes les aubes sont chacune comme indiqué ci-avant. Si nécessaire, l'invention sera encore mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront encore plus 10 clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma partiel en perspective, avec arrachement local, d'une turbomachine, en particulier de sa soufflante, pouvant convenir à l'invention, 15 - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une soufflante pouvant être celle de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique de côté d'une partie de l'aube de rotor montrée sur la partie de soufflante illustrée figure 2, - la figure 4 est une vue schématique à plus grande échelle également 20 d'une partie d'aube de rotor, vue de trois quart par-dessous depuis son pied en direction du bord de fuite, et - la figure 5 schématise localement un détail de la zone de l'excroissance interne de la même aube retournée (pied en haut), suivant une coupe le long de la ligne V-V de la figure 4.

25 Les figures 1 et 2 représentent donc partiellement une soufflante 1 d'une turbomachine 5 qui peut recevoir une série d'aubes 10 conformes à celles de la présente invention. Cette soufflante comprend ainsi une roue à aubes 10 portées par un disque 12 et entre lesquelles sont intercalées des plates-formes 14 inter- 30 aubes. Le disque 12, agencé autour de l'axe longitudinal A de la 3025563 6 turbomachine, est fixé vers l'extrémité amont d'un arbre 13 de cette turbomachine. Chaque aube 10 de soufflante présente une partie formant pale 16 raccordée (de façon monobloc) à son extrémité radialement interne à un 5 pied 18 qui est engagé dans une rainure 20 sensiblement axiale de forme complémentaire du disque 12, formée typiquement entre deux nervures 23 du disque 12. Une cale 24 est intercalée entre le pied 18 de chaque aube 10 et le fond de la rainure 20 correspondante du disque 12 pour immobiliser radialement l'aube 10 sur le disque.

10 Les plates-formes 14 inter-aubes sont très schématisées figures 1 et 2. En particulier, on n'y voit aucune excroissance anti-chevauchement, telles celles 40 citées ci-après et représentées plus en détails figures 3 et 4. De telles excroissances seront de préférence formées sur les deux côtés, respectivement extrados et intrados, 14a et 14b, de la plateforme, 15 c'est-à-dire respectivement du côté extrados 10a et du côté intrados 10b de l'aube 10 considérée. Sensiblement transversalement à l'axe longitudinal 11 d'une aube, les plates-formes 14 forment, latéralement de part et d'autre d'une pale, et donc entre deux aubes consécutives, une paroi qui délimite intérieurement 20 (suivant une succession de directions radiales à l'axe longitudinal A de la turbomachine) la veine 26 du flux d'air qui entre dans la turbomachine. Les plates-formes peuvent comprendre des moyens qui coopèrent avec des moyens correspondants prévus sur le disque 12, entre les rainures 20, pour fixer les plates-formes sur le disque. Elles peuvent aussi être 25 individuellement monoblocs avec l'aube que chacune équipe. Les aubes 10 de soufflante sont retenues axialement dans les rainures 20 du disque 12 par l'intermédiaire de moyens appropriés montés sur le disque 12, typiquement en amont et en aval des aubes 10. Les moyens de retenue situés à l'amont comprennent un flasque 30 annulaire 28 fixé coaxialement sur l'extrémité amont du disque 12. Le flasque 28 est immobilisé en rotation au moyen d'un anneau 30 en partie 3025563 7 en appui axial contre une bride 32 du disque. La bride 32 comporte des trous axiaux de passage de vis 34. Le flasque est immobilisé en rotation par butée de ses parties pleines contre des saillies de l'anneau. Un capot 36 qui peut être conique est fixé sur le disque. A l'aval, des crochets 5 peuvent être prévus. Suivant l'axe 11, chacune des aubes 10 comprend de préférence, comme illustré ici, une zone d'échasse 38, intermédiaire, s'étendant entre la pale 16 et le pied 18, et plus précisément entre la plate-forme 14 et le pied 18.

10 Quant à la plate-forme 14, elle présente une face interne 141 du côté du pied d'aube, et donc ici de la zone d'échasse, et une face externe 143 du côté opposé, côté pale 16. Figure 3, on voit sur le côté latéral d'extrados montré, deux excroissances 40 situées l'une derrière l'autre, le long de l'axe 42. Par côté 15 latéral et le long de la direction générale 42 qui croise les bords d'attaque 161 et bord de fuite 163 de la pale, il pourra ainsi y avoir plusieurs excroissances 40, notamment deux du côté intrados et deux du côté extrados. Chaque excroissance s'élève sur la face interne 141, sensiblement 20 parallèlement à l'axe 11. En travers des axes 11 et 42, elle s'étend en outre : - depuis un raccordement 44 à une zone 46 intermédiaire de l'aube située, le long de l'axe 11, entre le pied 18 et la face interne 141, - vers le bord latéral libre 145 en regard de la plate-forme (figures 4,5).

25 Chaque excroissance présentera en outre une face amont 411 orientée vers le bord d'attaque 161 et une face aval orientée vers le bord de fuite 163. On aura compris que la zone intermédiaire 46 correspondra typiquement à une partie de l'échasse 38 à laquelle l'excroissance 40 30 considérée sera donc raccordée.

3025563 8 A priori chaque raccordement 44 sera une liaison monobloc, l'aube pouvant être réalisée par forgeage, voire moulage, (y compris donc l'excroissance 40 considérée), avec reprise via un outillage si nécessaire. Afin par ailleurs d'assurer, en cas de perte d'aube 10, à la fois: 5 - une rupture facilitée et localisée de la plateforme, pour le cas où l'aube en cause serait « l'aube détachée», - et une résistance à la compression de l'excroissance, ou de chaque excroissance, anti-chevauchement, pour le cas où l'aube en cause serait « l'aube adjacente», voire une autre aube de la roue, 10 il est ici prévu qu'au moins certaines des excroissances 40 des plateformes 14 soit amincies, à l'image de celle schématisée figures 4,5. Cet amincissement 47 de l'excroissance 40 considérée sera situé latéralement à l'écart dudit bord latéral libre 145, comme on le voit figure 4. Et ceci sera en pratique réalisé au moins, et de préférence 15 uniquement, pour le côté latéral d'extrados 14a de la plate-forme concernée, dès lors c'est le côté d'extrados qui vient impacter l'aube adjacente, en cas de perte d'aube. Comparer les figures 1 et 4 permettra de constater que le côté 10a d'extrados de l'aube est inversé entre les deux figures, ceci pour marquer 20 que des aubes à excroissance(s) de plate-forme amincie(s) en 47 pourraient être installées sur des moteurs tant à rotation horaire qu'antihoraire. En particulier, la figure 4 montre que l'amincissement 47 sera favorablement situé vers le raccordement 44 de l'excroissance de la plate- 25 forme à ladite zone 38/46 de l'aube. En d'autres termes, pour favoriser les effets ci-dessus et donc notamment une déchirure du côté de la plate-forme 14 illustrée figure 4, le long du chemin 48, l'amincissement 47 sera latéralement plus près du raccordement 44 que du bord libre 145. Les figures 4 et 5 montrent même que l'effet le meilleur quant au 30 compromis rupture/résistance à la compression sera obtenu si 3025563 9 l'amincissement 47 s'étend jusqu'au raccordement à ladite zone intermédiaire 46/38, et la jouxte donc. Dans le même but, il est en outre recommandé que l'amincissement 47 définisse un creux dans l'une desdites faces amont 411 et aval, et que 5 ce creux présente une surface concave dans plusieurs directions, comme illustré figures 4,5 où les courbes du creux 47 montrent une possible géométrie à cet égard. Egalement pour favoriser le compromis recherché, il est conseillé que, sensiblement transversalement à la direction suivant laquelle s'étend 10 l'excroissance 40, l'amincissement 47 présente une épaisseur qui diminue depuis la face interne jusqu'à une extrémité libre 410 de l'excroissance (épaisseur el figure 5) correspondant à la surface, ici plane, jusqu'à laquelle se dresse l'excroissance 40 sur la face interne 141. Quant à l'extrémité latérale libre de l'excroissance 40, elle sera de 15 préférence située à l'endroit du bord 145, pour supporter d'emblée l'effort latéral, en cas de choc avec une aube détachée. Et l'amincissement sera favorablement défini par le creux 47 dans la face amont 411, de façon à ce que la ligne 48 bénéficie d'une pente plus douce et d'une diminution de résistance frontale à mesure qu'on s'élève sur 20 cette partie amincie de l'excroissance. En termes dimensionnels, on recommande par ailleurs ce qui suit, comme illustré : - sur la face interne 141 et parallèlement à la direction 48, l'amincissement présente une épaisseur minimale, ici el, 25 - entre les faces interne et externe, la plate-forme 14 présente localement une épaisseur minimale, e2 (figure 5), - et le rapport d'épaisseur minimale e2 entre la plate-forme et l'épaisseur minimale el de l'amincissement est compris entre 0.5 et 1.5, de sorte que le compromis recherché soit à nouveau optimisé.

30 Solution complémentaire ou de substitution : 3025563 10 - à l'endroit le plus fin de l'amincissement (c'est-à-dire dans la réalisation privilégiée à l'extrémité libre 410 de l'excroissance) et localement entre le raccordement 44 et le bord latéral 145, l'amincissement et l'excroissance de la plate-forme (à l'écart de cet amincissement) présentent chacun une 5 épaisseur maximale (respectivement e3 et e4), parallèlement à ladite direction et, - l'épaisseur maximale e3 de l'amincissement 47 est comprise entre 0.15 et 0.4 fois l'épaisseur maximale e4 de l'excroissance (à l'écart de cet amincissement).

10 Aussi de cette manière, le compromis recherché sera optimisé.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Aube de turbomachine, comprenant une pale (16), un pied d'aube et une plate-forme (14) interposée entre la pale et le pied d'aube, le long d'un axe longitudinal (11) de l'aube, la plate-forme (14) présentant une face interne du côté du pied d'aube et une face externe du côté de la pale (16), au moins une excroissance (40) de la plate-forme s'élevant, sur la face interne, depuis un raccordement (44) à une zone (46) intermédiaire de l'aube située, le long d'un axe longitudinal (11) de l'aube, entre le pied d'aube (18) et la face interne (141), vers un bord latéral (145) libre de la plate-forme, caractérisée en ce que l'excroissance, ou l'une au moins des excroissances (40) de la plate-forme présente localement un amincissement (47) situé à l'écart dudit bord latéral libre (145) de la plate-forme.
2. 2. Aube selon la revendication 1, dans laquelle l'amincissement est situé vers le raccordement (44) de l'excroissance (40) de la plate-forme à ladite zone intermédiaire (46) de l'aube.
3. 3. Aube selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'amincissement (47) s'étend jusqu'au raccordement (44) à ladite zone intermédiaire (46) de 20 l'aube.
4. 4. Aube selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite zone intermédiaire (46) de l'aube définit une zone d'échasse (38) pour l'aube, entre la pale (16) et le pied (18) d'aube.
5. 5. Aube selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle : 25 - la pale présente un bord d'attaque (161) et un bord de fuite (163), l'excroissance (40) de la plate-forme s'étendant en travers d'une direction (42) joignant lesdits bord d'attaque et bord de fuite, en présentant une face amont (411) orientée vers le bord d'attaque et une face aval (413) orientée vers le bord de fuite, 30 - l'amincissement (47) définit un creux dans l'une desdites faces, et, - le creux présente une surface concave dans plusieurs directions. 3025563 12
6. 6. Aube selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle la pale présente un bord d'attaque (161) et un bord de fuite (163), l'excroissance (40) de la plate-forme s'étendant en travers d'une direction (42) joignant 5 lesdits bord d'attaque et bord de fuite, en présentant une face amont orientée vers le bord d'attaque et une face aval orientée vers le bord de fuite, l'amincissement (47) définissant un creux dans la face amont (411).
7. 7. Aube selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle : - la pale présente un bord d'attaque (161) et un bord de fuite (163), 10 - l'excroissance (40) de la plate-forme s'étend en travers d'une direction (42) joignant lesdits bords d'attaque et de fuite, - sur la face interne et parallèlement à ladite direction (42), l'amincissement présente une épaisseur minimale (el ), - entre les faces interne et externe la plate-forme présente une épaisseur 15 minimale (e2), et, - le rapport (e2/e1) d'épaisseur minimale de la plate-forme (13) sur l'épaisseur minimale de l'amincissement est compris entre 0.5 et 1.5.
8. 8. Aube selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle : - à un endroit situé entre le raccordement à ladite zone intermédiaire de l'aube et un bord latéral libre (145) de la plate-forme, et à une extrémité libre (410) de l'excroissance de la plate-forme, l'amincissement et le reste de l'excroissance (40) de la plate-forme présentent respectivement une première et une seconde épaisseurs maximales (e3,e4), parallèlement à ladite direction (42) et, - ladite épaisseur maximale (e3) de l'amincissement est comprise entre 0.15 et 0.4 fois l'épaisseur maximale (e4) de l'excroissance de la plate-forme (14).
9. 9. Aube selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle, sur la face interne, l'amincissement s'élève depuis la face interne jusqu'à une extrémité libre (410) de l'excroissance de la plate-forme. 3025563 13
10. 10. Aube selon l'une des revendications 1 à 9, dans laquelle, sensiblement transversalement à la direction suivant laquelle s'étend l'excroissance de la plate-forme (14) depuis le raccordement (44) à ladite zone intermédiaire (46) de l'aube vers un bord libre de la plate-forme (13), l'amincissement 5 présente une épaisseur qui diminue depuis la face interne (141) jusqu'à l'extrémité libre de l'excroissance.
11. 11. Soufflante (1) de turbomachine comprenant une série d'aubes (10), dont certaines au moins selon l'une des revendications 1 à 10. 10 15 20