FR3038654A1 - Assemblage d'une plateforme rapportee d'aube de soufflante sur un disque de soufflante - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un assemblage d'une plateforme (30) rapportée d'aube de soufflante sur un disque (22) de soufflante (2) de turbomachine aéronautique (1), l'assemblage comprenant un disque de soufflante ayant au moins une dent (25), et au moins une plateforme (30) montée sur la dent du disque de soufflante, ladite plateforme comprenant un caisson ayant une paroi de veine (31), une paroi de fond (32) et deux parois latérales s'étendant radialement entre la paroi de fond et la paroi de veine. Le caisson de la plateforme comprend une ouverture amont (34) au niveau d'une extrémité amont de la plateforme et une ouverture aval (36), et l'assemblage comprend en outre une clef de verrouillage (40) logée dans le caisson et traversant les ouvertures amont et aval du caisson, ladite clef de verrouillage étant bloquée à chacune de ses extrémités par des moyens de blocage (21, 22a). L'invention concerne aussi une soufflante de turbomachine comprenant un tel assemblage, ainsi qu'un procédé de montage d'un tel assemblage.

Description

Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines aéronautiques, et plus précisément au domaine des plateformes rapportées d'aubes de la soufflante d'une turbomachine aéronautique.
Dans une turbomachine, les plateformes rapportées d'aubes de la soufflante doivent assurer plusieurs fonctions. D'un point de vue aérodynamique, ces plateformes ont pour fonction première de définir la veine d'écoulement de l'air. En outre, elles doivent aussi être capables de résister à des efforts importants sans se déformer et en restant solidaires du disque qui les porte.
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 les solutions existantes, la plateforme peut prendre la forme d'un caisson avec une paroi de veine bidimensionnelle retenue à l'aval par un tambour et à l'amont par une virole, la rétention amont par la virole étant réalisée au-dessus de la dent du disque de soufflante (une bride de la virole venant bloquer axialement et radialement la plateforme à l'amont).
Une telle rétention amont effectuée au-dessus de la dent du disque avec une virole présente l'inconvénient d'imposer 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 l'axe de rotation et le point du bord d'attaque le plus externe.
Afin d'optimiser les performances de la soufflante, et plus généralement de la turbomachine, il est souhaitable de disposer d'un assemblage d'une plateforme rapportée d'aube de soufflante sur un disque de soufflante qui présente un rapport de moyeu le plus faible possible.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un assemblage d'une plateforme rapportée d'aube de soufflante sur un disque de soufflante de turbomachine aéronautique, l'assemblage comprenant un disque de soufflante ayant au moins une dent, et au moins une plateforme montée sur la dent du disque de soufflante, ladite plateforme comprenant un caisson ayant une paroi de veine, une paroi de fond et deux parois latérales s'étendant radialement entre la paroi de fond et la paroi de veine.
Conformément à l'invention, le caisson de la plateforme comprend une ouverture amont au niveau d'une extrémité amont de la plateforme et une ouverture aval, et l'assemblage comprend en outre une clef de verrouillage logée dans le caisson et traversant les ouvertures amont et aval du caisson, ladite clef de verrouillage étant bloquée à chacune de ses extrémités par des moyens de blocage.
Cet assemblage, applicable à tout type de plateforme rapportée pour soufflante de turbomachine dès lors qu'elle comprend un caisson, permet de réduire le rapport de moyeu en assurant une rétention radiale de la plateforme par le biais de la clef de verrouillage. Le dimensionnement de la clef de verrouillage permet de modifier le rapport de moyeu selon les besoins. Plus précisément, une réduction de l'épaisseur de la clef de verrouillage, notamment à l'amont, permet de réduire le rapport de moyeu.
En outre, l'utilisation de la clef de verrouillage permet de mettre à profit la structure du caisson de la plateforme, car la clef permet de répartir sur une surface plus importante les efforts sur la paroi de fond du caisson.
Aussi, dans le cas où le caisson comprend un matériau composite à matrice organique réalisé à partir d'un renfort fibreux densifié par une matrice, ces efforts (majoritairement en traction) sont transférés dans les parois latérales du caisson, le long des fibres du renfort, ce qui offre encore une meilleure tenue mécanique de la plateforme.
Enfin, le nombre de pièces nécessaires pour monter un tel assemblage est réduit considérablement grâce à l'utilisation de la clef de verrouillage.
De préférence, l'élément de blocage assurant le blocage de la clef de verrouillage à son extrémité aval est un crochet faisant saillie sur la dent du disque de soufflante.
De préférence également, l'assemblage comprend en outre une virole amont, le blocage de la clef de verrouillage à son extrémité amont étant assuré par ladite virole amont.
Dans ce cas, la clef de verrouillage peut présenter à son extrémité amont une portion repliée s'étendant radialement le long d'une face amont de la dent du disque de soufflante, ladite portion repliée étant traversée par un élément de fixation assurant le montage de la virole amont sur le disque de soufflante. En outre, dans certains modes de réalisation de l'invention, la portion repliée de la clef de verrouillage est prolongée par une portion axiale positionnée sous la dent du disque de soufflante.
Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, l'extrémité amont de la clef de verrouillage est bloquée dans un logement pratiqué dans la virole amont.
Avantageusement, la paroi de fond du caisson est percée d'une ouverture traversée par un crochet faisant saillie sur la dent du disque de soufflante, ledit crochet étant configuré pour être traversé par la clef de verrouillage logée dans le caisson.
La clef de verrouillage peut comprendre un matériau composite à matrice organique réalisé à partir d'un renfort fibreux densifié par une matrice, ou, en variante, être réalisée à partir d'un métal ou d'un alliage métallique.
La clef de verrouillage peut être une barre plane ou une tige cylindrique. L'invention vise aussi une soufflante de turbomachine aéronautique comprenant un assemblage d'une plateforme sur un disque de soufflante tel que celui présenté précédemment, dans laquelle le disque de soufflante présente au moins deux dents délimitant entre elles une rainure, et au moins une aube munie d'un pied monté dans la rainure du disque de soufflante.
Enfin, l'invention vise encore un procédé de montage d'un assemblage tel que celui présenté ci-dessus, le procédé comprenant : l'approche selon une direction sensiblement radiale de la plateforme sur la dent du disque de soufflante, l'insertion de la clef de verrouillage dans le caisson de la plateforme par l'ouverture amont du caisson, et le blocage de la clef de verrouillage à ses extrémités par des moyens de blocage.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une turbomachine selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique selon la direction II de la soufflante de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une plateforme destinée à être utilisée dans un assemblage selon l'invention, et - les figures 4 à 7 sont des vues en coupe longitudinale d'assemblages de plateformes rapportées d'aubes de soufflante sur un disque de soufflante, selon différents modes de réalisation de l'invention.
Description détaillée de l'invention
Dans le présent exposé, les termes « longitudinal », « transversal », « inférieur », « supérieur » et leurs dérivés sont définis par rapport à la direction principale de la plateforme considérée ; les termes « transversal », « 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 au sens d'écoulement du fluide traversant la turbomachine. Aussi, sauf indication contraire, les mêmes signes de référence sur différentes figures désignent les mêmes caractéristiques.
La figure 1 montre une vue schématique en coupe longitudinale d'un turboréacteur à double flux 1 centré sur l'axe A-A selon l'invention. Il comporte, d'amont en aval : une 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.
La figure 2 montre une vue schématique de la soufflante 2 de la figure 1 selon la direction II. La soufflante 2, objet de la présente invention, comprend un disque de soufflante 22 dans lequel une pluralité de rainures 24 sont pratiquées au niveau de sa périphérie extérieure. 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-A du disque 22. De cette manière, chaque rainure 24 définit avec sa voisine une dent 25 qui s'étend également axialement d'amont en aval tout le long du disque 22. De façon équivalente, une rainure 24 est délimitée entre deux dents 25 voisines.
La soufflante 2 comprend en outre une pluralité d'aubes 26 de profil curviligne (seules quatre aubes 26 ont été représentées sur la figure 2). Chaque aube 26 possède un pied 26a qui est monté dans une rainure 24 respective du disque de soufflante 22. A cette fin, le pied 26a d'une aube 26 peut posséder une forme en sapin ou en queue d'aronde adaptée à la géométrie des rainures 24.
Enfin, la soufflante 2 comprend une pluralité de plateformes 30 rapportées, chaque plateforme 30 étant montée dans l'intervalle entre deux aubes de soufflante 26 voisines, au voisinage des pieds 26a de celles-ci, afin de délimiter, du côté intérieur, une veine annulaire d'entrée d'air dans ia soufflante 2, la veine étant délimitée du côté extérieur par un carter de soufflante.
Les figures 1 et 2 montrent également un rayon interne RI et un rayon externe RE. Le rayon interne RI correspond au rayon pris entre l'axe de rotation A-A et le point du bord d'attaque d'une aube 26 affleurant en surface d'une plateforme 30. Le rayon externe RE correspond quant à lui au rayon pris entre l'axe de rotation A-A et le point du bord d'attaque d'une aube 26 le plus externe. Ces deux rayons RI, RE sont ceux utilisés dans le calcul du rapport de moyeu RI/RE que l'assemblage selon l'invention se propose de diminuer (en réduisant notamment le rayon interne RI). En d'autres termes, la diminution du rapport de moyeu, en agissant notamment sur le rayon interne RI, revient à rapprocher la veine aérodynamique d'entrée d'air au plus près du disque de soufflante.
Une plateforme 30 destinée à être utilisée dans un assemblage selon un mode de réalisation de l'invention est représentée en perspective sur la figure 3. La plateforme 30 prend la forme d'un caisson avec une paroi de veine 31, formant la face supérieure ou extérieure de la plateforme 30 et ayant un profil incliné, une paroi de fond 32 qui permet à la plateforme de reposer sur la dent 25 du disque 22 quand la turbomachine est à l'arrêt, et deux parois latérales 33 (une seule des deux parois est visible figure 3) s'étendant radialement entre la paroi de fond 32 et la paroi de veine 31. La paroi de fond 32 de la plateforme 30 comprend une partie horizontale 32a et une partie inclinée 32b, dans le but de réduire la masse globale de la plateforme 30. En variante, une plateforme 30' à caisson également conforme à l'invention peut présenter une paroi de fond 32' (figure 5) qui est plane.
Les plateformes 30, 30' peuvent être réalisées, de façon connue en soi, en matériau composite à matrice organique comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice.
La plateforme 30 présente à son extrémité amont une ouverture amont 34 qui peut être par exemple percée dans le caisson. En outre, la plateforme 30 présente également à la jonction entre la partie horizontale 32a et la partie inclinée 32b de la paroi de fond 32 une ouverture aval 36. L'ouverture aval 36 peut être percée directement dans la paroi de fond 32. En variante, l'ouverture aval 36' de la plateforme 30' (figure 5) peut être constituée par la partie ajourée 36' déjà présente à l'aval du caisson de la plateforme 30', sans nécessiter de perçage supplémentaire.
Un assemblage mettant en oeuvre la plateforme 30 présentée précédemment en référence à la figure 3 va maintenant être décrit en référence à la figure 4. Cette figure illustre de façon plus détaillée une soufflante 2 selon un mode de réalisation de l'invention.
Sur la figure 4 on peut voir notamment une soufflante 2 comprenant : une virole amont 21, le disque de soufflante 22 et un tambour aval 23 (aussi appelé tambour « booster » ou virole « booster ») muni d'une bride de retenue 23a destinée à coopérer avec une marche d'assemblage 31a de la plateforme 30 à l'aval. Le tambour aval 23 est fixé sur le disque de soufflante 22 par le biais de fixations 23b. La virole 21 est fixée sur le disque de soufflante 22 par le biais de fixations 21a.
Le disque de soufflante 22 est accouplé avec l'arbre d'entrainement de la turbine basse pression 7 de la turbomachine, de sorte qu'en fonctionnement, la virole amont 21, le disque de soufflante 22, les aubes 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, et bloquées axialement par ces deux éléments, sont ainsi également entraînées solidairement en rotation.
Conformément à l'invention, l'assemblage comprend également une clef de verrouillage 40 prenant ici la forme d'une barre plane 40 logée dans le caisson de la plateforme 30 et traversant l'ouverture amont 34 et l'ouverture aval 36 du caisson, en dépassant légèrement de chaque côté du caisson. Cette barre 40 assure une rétention homogène de la plateforme 30 le long de la partie horizontale de la paroi de fond 32a longeant la dent 25 du disque 22.
La barre 40 peut être réalisée en matériau composite à matrice organique, comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice. En variante, la barre 40 peut comprendre un métal ou un alliage métallique.
La barre 40 est bloquée à son extrémité aval par un élément de blocage prenant ici la forme d'un crochet 22a faisant saillie à l'aval de la dent du disque. A l'amont, la barre 40 est bloquée par la virole amont 21 qui peut par ailleurs comprendre un logement 21b destiné à accueillir l'extrémité amont de la barre 40.
Dans le cas où la paroi de fond du caisson de la plateforme 30' est une simple paroi horizontale 32' (figure 5), la barre 40 traverse le caisson par l'ouverture amont 34 et par l'ouverture aval 36' déjà présente dans le caisson, sans nécessiter de perçage de la paroi de fond comme dans l'exemple de la figure 4.
Dans l'exemple d'assemblage présenté sur la figure 5, la paroi de fond du caisson 32' est percée d'une ouverture 32a' traversée par un crochet 22b faisant saillie sur la dent 25 du disque 22. Le crochet 22b est configuré pour être traversé par la barre 40 et la bloquer radialement. De la sorte, une rétention supplémentaire de la barre 40 sur la dent du disque est obtenue grâce au crochet 22b. Le crochet 22b assure encore une meilleure rétention de la plateforme 30' et permet de limiter la flexion de la barre 40 due aux efforts centrifuges lorsque la turbomachine est en fonctionnement. Ainsi, la présence de ce crochet 22b intermédiaire permet de réduire l'épaisseur de la barre 40. L'exemple d'assemblage de la figure 6 diffère des exemples présentés précédemment en ce que la barre 40' faisant office de clef de verrouillage présente à son extrémité amont une portion repliée 40a' s'étendant radialement le long d'une face amont 25a de la dent 25 du disque 22. La portion repliée 40a' est percée afin d'être traversée par l'élément de fixation 21a de la virole amont 21 sur le disque 22 de soufflante.
Sur la figure 7, la barre 40" présente également une portion repliée 40a" similaire à la portion 40a' de la barre 40' de la figure 6, qui est prolongée par une portion axiale 40b" positionnée sous la dent 25 du disque 22. Cette configuration améliore encore la rétention radiale de la barre 40" et de la plateforme 30 sur le disque.
Enfin, pour monter un assemblage selon l'invention, on approche tout d'abord la plateforme 30, 30' selon une direction sensiblement radiale vers la dent du disque jusqu'à ce que la paroi de fond 32', ou du moins sa partie horizontale 32a, soit au contact de la dent 25 du disque 22 (on veillera aussi à ce que la bride 23a du tambour aval 23 vienne se placer sur la marche d'assemblage 31a de la plateforme 30, 30') ; puis on insère la clef de verrouillage 40, 40', 40" dans l'ouverture amont 34 jusqu'à ce qu'elle traverse également l'ouverture aval 36, 36' et vienne buter contre le crochet 22a présent sur la dent 25 (ou un élément de blocage présent sur le tambour aval 23) ; et on bloque enfin la clef de verrouillage 40, 40', 40" à l'amont en venant fixer la virole amont 21 sur la dent 25.
On notera que la forme de la clef de verrouillage 40, 40', 40" ne se limite pas à une barre plane comme dans les exemples précédents, mais peut prendre des formes variées, par exemple une tige cylindrique, ou encore une tige prenant la forme d'un demi-cylindre. Une barre plane permet notamment de réduire le rapport de moyeu, alors qu'une tige cylindrique permet de mieux répartir les efforts en fond de caisson et d'assurer une transition plus homogène des efforts. Une tige prenant la forme d'un demi-cylindre est un compromis entre ces deux formes de clefs de verrouillage.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Assemblage d'une plateforme (30, 300 rapportée d'aube de soufflante sur un disque (22) de soufflante (2) de turbomachine aéronautique (1), l'assemblage comprenant un disque de soufflante ayant au moins une dent (25), et au moins une plateforme (30, 300 montée sur la dent du disque de soufflante, ladite plateforme comprenant un caisson ayant une paroi de veine (31), une paroi de fond (32, 320 et deux parois latérales (33) s'étendant radialement entre la paroi de fond et la paroi de veine, caractérisé en ce que le caisson de la plateforme comprend une ouverture amont (34) au niveau d'une extrémité amont de la plateforme et une ouverture aval (36, 360, et en ce qu'il comprend en outre une clef de verrouillage (40, 40', 40'0 logée dans le caisson et traversant les ouvertures amont et aval du caisson, ladite clef de verrouillage étant bloquée à chacune de ses extrémités par des moyens de blocage (21, 22a).
  2. 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de blocage assurant le blocage de la clef de verrouillage à son extrémité aval est un crochet (22a) faisant saillie sur la dent du disque de soufflante.
  3. 3. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une virole amont (21), le blocage de la clef de verrouillage (40, 40', 40") à son extrémité amont étant assuré par ladite virole amont.
  4. 4. Assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la clef de verrouillage présente à son extrémité amont une portion repliée (40a', 40a") s'étendant radialement le long d'une face amont (25a) de la dent (25) du disque (22) de soufflante, ladite portion repliée étant traversée par un élément de fixation (21a) assurant le montage de la virole amont (21) sur le disque de soufflante.
  5. 5. Assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la portion repliée (40a") de la clef de verrouillage est prolongée par une portion axiale (40b") positionnée sous la dent (25) du disque (22) de soufflante.
  6. 6. Assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité amont de la clef de verrouillage est bloquée dans un logement (21b) pratiqué dans la virole amont (21).
  7. 7. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la paroi de fond (320 du caisson est percée d'une ouverture (32a') traversée par un crochet (22b) faisant saillie sur la dent (25) du disque (22) de soufflante, ledit crochet étant configuré pour être traversé par la clef de verrouillage (40) logée dans le caisson.
  8. 8. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la clef de verrouillage (40, 40', 40") est une barre plane ou une tige cylindrique.
  9. 9. Soufflante de turbomachine aéronautique comprenant un assemblage d'une plateforme (30, 300 sur un disque (22) de soufflante (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le disque de soufflante présente au moins deux dents (25) délimitant entre elles une rainure (24), et au moins une aube (26) munie d'un pied (26a) monté dans la rainure du disque de soufflante.
  10. 10. Procédé de montage d'un assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, le procédé comprenant : l'approche selon une direction sensiblement radiale de la plateforme (30, 30') sur la dent (25) du disque (22) de soufflante, l'insertion de la clef de verrouillage (40,40', 40") dans le caisson de la plateforme par l'ouverture amont (34) du caisson, et le blocage de la clef de verrouillage à ses extrémités par les moyens de blocage (21, 22a).
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