FR3049307A1 - Ensemble rotatif pour turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ensemble rotatif pour turbomachine, comprenant : - un disque (12) de rotor de la turbomachine, - des aubes comportant chacune une échasse (22) reliant un pied (23) à une plate-forme (24), les pieds (23) des aubes étant engagés axialement et retenus radialement dans des alvéoles (18) délimités par des nervures (14) de la périphérie externe du disque (12), - un flasque annulaire (54) appliqué sur les faces aval des pieds (23) des aubes et la face aval du disque (12). Selon l'invention, le flasque (54) porte sur sa face amont au moins un organe (56) en saillie vers l'amont, cet organe (56) étant agencé radialement en vis-à-vis d'une nervure (14) du disque (12) et circonférentiellement entre deux échasses (22) consécutives.

Description

ENSEMBLE ROTATIF POUR TURBOMACHINE

La présente invention se rapporte à un ensemble rotatif pour turbomachine, telle qu’en particulier un turboréacteur d’avion, ainsi qu’à une turbine et une turbomachine équipée d’un tel ensemble rotatif.

Classiquement, une turbine basse pression, agencée axialement entre une turbine haute pression recevant le flux de gaz chaud issus de la chambre de combustion et un carter d’échappement, comprend un ensemble rotatif formé de plusieurs roues mobiles reliées les unes aux autres. Des rangées annulaires d’aubes de stator sont intercalées axialement entre les roues mobiles et sont portées extérieurement par un carter de la turbine basse pression.

Les figures 1 et 2 représentent une roue mobile 10 de turbine basse pression selon la technique connue, comprenant un disque 12 comportant sur sa périphérie externe une pluralité de nervures 14 s’étendant axialement, c’est-à-dire entre une extrémité amont et une extrémité aval, et régulièrement espacées autour de l’axe 16 du disque 12. Ces nervures définissent entres elles des alvéoles 18 conformées de manière à permettre un engagement axial et une retenue radiale des aubes 20. Une aube 20 comprend une échasse 22 reliant un pied 23 d’aube engagé dans un alvéole 18 du disque 12 à une plate-forme interne 24 délimitant intérieurement la veine d’écoulement du flux d’air primaire. Une pale s’étendant 26 sensiblement radialement dans le flux d’air primaire relie la plate-forme interne 26 à une plate-forme radialement externe 28.

Chaque disque 12 comprend une paroi annulaire tronconique 30 à section se réduisant vers l’aval et qui porte à son extrémité aval une bride annulaire radiale 32 de fixation par boulonnage sur une bride annulaire radiale solidaire d’un disque aval. Pour éviter les circulations d’air entre l’extrémité radialement interne de chaque rangée d’aubes de stator et une zone de fixation de deux disques consécutifs, il est connu d’utiliser un anneau 34 de support de joints à labyrinthe coopérant avec un anneau de matériau abradable (non représenté) porté par l’extrémité radialement interne d’une rangée annulaire d’aubes fixes. Cet anneau de support 34 de joints à labyrinthe comprend une bride annulaire radiale 36 intercalée entre la bride annulaire radiale 32 du disque amont 12 et la bride annulaire radiale du disque aval. L’anneau 34 comprend une paroi 38 sensiblement cylindrique s’étendant vers l’amont depuis la bride annulaire radiale 36 et reliée à son extrémité amont à une paroi annulaire radiale 40 en appui sur un flasque annulaire aval 42 qui est lui-même appliqué sur la face aval du disque 12 amont et sur les extrémités aval des aubes 20. En fonctionnement, le flasque 42 assure le blocage vers l’aval des aubes 20 sur le disque 12.

La périphérie radialement externe 45 du flasque 42 est engagée dans une gorge annulaire 44 formée à l’extrémité aval des plates-formes internes 24 et sur leurs faces radialement internes (figure 2). Cette gorge annulaire 44 a une forme sensiblement en U ouverte radialement vers l’intérieur.

Il est important que l’extrémité radialement interne 46 du flasque 42 n’obture pas le fond des alvéoles 18. En effet, de l’air de refroidissement circule à cet endroit, de l’amont vers l’aval, puis s’écoule entre la paroi tronconique aval 30 du disque 12 et la paroi cylindrique 38 de l’anneau 34 et traverse ensuite des orifices 47 de la paroi cylindrique (flèche A).

Pour éviter que le flasque 42 ne vienne obturer le fond des alvéoles 18, le flasque 42 comprend une butée annulaire 48 en saillie sur sa face aval. Cette butée annulaire 48 entoure ainsi l’extrémité radialement externe de la paroi 40 radiale amont de l’anneau 34. Pour garantir l’écoulement d’air dans le fond d’alvéole 18, l’espacement A entre le fond d’une alvéole 18 et l’extrémité radialement interne 46 du flasque 42 doit être supérieur à l’espacement B entre l’extrémité radialement externe de la paroi radiale 40 de l’anneau 34 et la butée annulaire 48.

Par ailleurs, le flasque 42 comprend également sur sa périphérie externe 45 un doigt 50 en saillie sur sa face amont qui coopère avec une partie pleine 52 de la face interne d’une plate-forme interne 24. L’espacement radial C entre l’extrémité radialement externe du doigt 50 et l’extrémité radialement interne de la partie pleine 52 doit être supérieur à l’espacement B précité, pour garantir en toutes circonstances le blocage circonférentiel du flasque 42 sur le disque 12.

Toutefois, en fonctionnement, l’anneau 34 de support de joints à labyrinthe est soumis à d’importantes températures qui peuvent induire un fluage de celui-ci, ce qui peut conduire à une augmentation de l’espacement B alors que les espacements A et C restent sensiblement constants. Dés lors, le positionnement radial du flasque 42 sur la face aval du disque 12 n’est plus assuré et il n’est plus possible de garantir la bonne circulation d’air de refroidissement dans les alvéoles 18 ni le maintien circonférentiel du flasque 42 sur le disque 12. L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes précités. A cette fin, l’invention propose un ensemble rotatif pour turbomachine, comprenant : - un disque de rotor de la turbomachine, - des aubes comportant chacune une échasse reliant un pied à une plate-forme, les pieds des aubes étant engagés axialement et retenus radialement dans des alvéoles délimités par des nervures de la périphérie externe du disque, - un flasque annulaire appliqué sur les faces aval des pieds des aubes et la face aval du disque, caractérisé en ce que le flasque porte sur sa face amont au moins un organe en saillie vers l’amont, cet organe étant agencé radialement en vis-à-vis d’une nervure du disque et circonférentiellement entre deux échasses consécutives.

Selon l’invention, la formation d’un organe en saillie sur la face amont du flasque permet de, plus facilement, positionner radialement le flasque par rapport au disque puisque le disque est peu soumis au fluage en fonctionnement. Le flasque aval est ainsi bloqué sur le disque, à déplacement radialement vers l’intérieur par rapport au disque. La réduction de l’influence du fluage des pièces en rotation dans le positionnement radial du flasque par rapport au disque permet de garantir en toutes circonstances un bon positionnement de l’extrémité radialement interne du flasque par rapport au fond de l’alvéole. L’invention propose de bloquer en rotation le flasque sur le disque au moyen de l’organe en saillie axial puisque ce dernier est agencé entre deux échasses circonférentiellement consécutives. Il en résulte ainsi une réduction de la masse globale du flasque puisqu’un même organe assure les deux fonctions de blocage radial et circonférentiel. La réduction de masse est encore accentuée par le fait que l’organe en saillie est ponctuel et non plus annulaire comme dans la technique antérieure.

Selon l’invention, la dimension radiale entre l’extrémité radialement interne dudit au moins un organe et l’extrémité radialement interne du flasque est inférieure à la profondeur en direction radiale d’une alvéole.

Un organe de retenue radiale ou de butée radiale du flasque sur le disque qui est ainsi positionné, permet de garantir en toutes circonstances que l’extrémité radialement interne du flasque ne viendra jamais obturer le fond d’un alvéole du disque.

Selon une autre caractéristique de l’invention, le flasque est appliqué sur la face aval du disque de manière à ce que l’organe soit agencé avec un jeu radial en vis-à-vis d’une nervure du disque.

Le positionnement de l’organe avec jeu vis-à-vis d’une nervure peut être assuré au moyen d’une pièce annulaire telle qu’un anneau de support de joint à labyrinthe, qui est appliquée sur la face aval du flasque. Selon l’invention, l’anneau n’assure qu’une fonction de blocage axial vers l’aval du flasque et ne sert plus de butée radialement vers l’intérieur pour le flasque.

Selon l’invention, le flasque est formé de plusieurs secteurs angulaires agencés circonférentiellement bout à bout et chaque secteur comprend au moins un dit organe. Dans ce cas, il est préférable que le ou les organes en saillie de chaque secteur de flasque soient agencés angulairement au milieu du secteur de manière à limiter l’impact de la dilation thermique du flasque en fonctionnement sur le positionnement angulaire du ou des organes sur le flasque.

Selon une autre caractéristique de l’invention, une face de l’organe est complémentaire d’au moins une portion de surface de la nervure en vis-à-vis radial, ce qui permet d’éviter les contacts ponctuels entre l’organe et la nervure afin de limiter le matage de la nervure par l’organe de butée du flasque en cas de contact.

Dans une réalisation pratique de l’invention, un organe est agencé radialement en vis-à-vis de chaque nervure du disque.

Selon une autre caractéristique de l’invention, la périphérie radialement externe du flasque est logée dans une gorge annulaire formée radialement à l’intérieur des plates-formes. L’invention concerne également une turbomachine comprenant une turbine basse pression pourvue de l’ensemble rotatif telle que décrit ci-dessus. L’invention concerne encore un procédé d’assemblage de l’ensemble rotatif tel que décrit ci-dessus lorsque le flasque est formé de plusieurs secteurs et lorsque les faces internes des plates-formes internes comprennent une gorge annulaire, le procédé d’assemblage consistant à : a) positionner le disque de manière à ce que la gravité terrestre opère sur le disque de l’aval vers l’amont, b) engager partiellement, depuis l’aval du disque, les pieds des aubes dans les alvéoles du disque, c) appliquer le flasque sur les faces aval des pieds des aubes, et d) engager la périphérie radialement externe du disque dans la gorge annulaire des plates-formes.

Selon une réalisation, lorsque le flasque est sectorisé, l’étape d) consiste à déplacer radialement vers l’extérieur, par rapport à l’axe du disque, chacun des secteurs de flasque de manière à engager leurs extrémités radialement externes dans la gorge annulaire des plates formes.

Lorsque le flasque est monobloc sur 360°, le flasque comprend alors une fente et le procédé comprend une étape préalable à l’étape c) consistant à contracter radialement le flasque, l’étape d) consistant à relâcher la contrainte appliquée au flasque pour assurer la mise en place de sa périphérie dans la gorge annulaire. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite précédemment, est une vue schématique en coupe d’une roue de turbine basse pression selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle de la zone délimitée en pointillée sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective depuis l’amont d’un ensemble rotatif selon l’invention ; - la figure 4 est une vue schématique de l’ensemble rotatif selon l’invention et selon un plan de coupe contenant l’axe de rotation ; - la figure 5 est une vue schématique en coupe transverse de l’ensemble rotatif selon l’invention ; - la figure 6 est une schématique d’un secteur d’un flasque selon une réalisation particulière de l’invention ; - la figure 7 est une vue schématique des étapes de montage de l’ensemble rotatif selon l’invention.

Selon l’invention, le flasque aval 54 comprend au moins un organe 56 formé en saillie sur la face amont du flasque 54, cet organe 56 étant porté par le flasque 54 de manière à être positionné radialement en vis-à-vis d’une nervure 14 et circonférentiellement entre deux échasses 22 d’aubes 20 consécutives. Dans la présente description, le terme « échasse » désigne toute la partie reliant le pied d’aube 23 à la plate-forme interne 24.

Dans l’exemple représenté à la figure 3, le flasque aval 54 comprend une pluralité d’organes 56 en saillie sur la face amont du flasque 54. Dans une réalisation de l’invention, le flasque 54 peut comprendre autant d’organes 56 en saillie qu’il y a de nervures 14 sur le disque 12. Le flasque 54 selon l’invention permet de réaliser l’étanchéité aval des zones inter-échasses 22. Pour cela, son extrémité radialement externe 60 est logée dans une gorge annulaire 44 formée sur les faces internes des plates-formes internes 24. La gorge annulaire 44 présente comme dans la technique antérieure une section en U ouverte radialement vers l’intérieur.

Chacun des organes 56 en saillie à la forme de celle d’un pavé à section rectangulaire de plus grande longueur allongée selon la direction radiale. L’organe 56 présente une face amont 62 sensiblement plane ainsi que deux faces planes radialement interne 64 et externe 66 reliées par des faces latérales 68 planes. Dans une réalisation particulière, la face interne 64 de chaque organe 56 de butée pourrait avoir une forme complémentaire de celle de la portion de surface de la nervure 14 qui est en vis-à-vis radial, afin que le contact entre l’organe 56 en saillie et la nervure 14 s’effectue sur une surface assez importante, permettant ainsi, sinon d’éviter, du moins de réduire fortement le matage de la nervure 14 par le flasque 54. En variante, la face interne 64 de l’organe, complémentaire ou non d’une portion de surface d’une nervure 14, pourrait comprendre un revêtement visant à limiter l’usure de la nervure 14 du disque 12.

Chaque organe 56 est positionné radialement sur le flasque 54 afin d’éviter que sa périphérie radialement interne 70 ne vienne obturer l’espace entre le pied 23 d’une aube 20 et le fond 72 d’un alvéole 18 qui sert de passage de circulation d’air de refroidissement. Pour cela, la dimension radiale D entre l’extrémité radialement interne de l’organe 56 ; c’est-à-dire sa face interne 64 ; et l’extrémité radialement interne 70 du flasque 54 est inférieure à la profondeur en direction radiale d’un alvéole 18. On comprend que la profondeur radiale d’un alvéole 18 est déterminée selon une direction radiale, entre le fond 72 d’une alvéole 18 et l’intersection de cette direction radiale avec un cercle tangent aux faces supérieures/externes de deux nervures 14 adjacentes à l’alvéole 18 considéré (figure 4).

En position de montage du flasque 54 sur le disque 12, le flasque 54 est serré sur la face aval du disque 12 par la paroi radiale amont de l’anneau de support de joints à labyrinthe qui est fixé par boulonnage sur une bride du disque comme cela a été exposé en relation avec la figure 1 relative à la technique antérieure. De plus, le montage du flasque 54 sur le disque 12 est réalisé de manière à ce que les organes 56 en saillie soient agencés en vis-à-vis radial des nervures avec un jeu J non nul (figure 5).

La figure 5 représente plus particulièrement le blocage en rotation du flasque 54 par rapport au disque 12 du fait que les organes 56 sont intercalés circonférentiellement entre deux échasses 22 d’aubes consécutives.

Le flasque 54 est de préférence réalisé en plusieurs parties et comprend ainsi plusieurs secteurs angulaires 74 de flasque 54 qui sont agencés circonférentiellement bout à bout. Chaque secteur 74 comprend un ou plusieurs organes 56 en saillie sur sa face amont. De préférence, les organes 56 en saillie sont formés angulairement sur chaque secteur 74 au voisinage du milieu du secteur, afin de réduire l’impact de la dilatation de chaque secteur qui est plus importante au voisinage des extrémités circonférentielles 76 des secteurs (figure 6).

Dans le cas d’un flasque annulaire monobloc, celui-ci devrait comprendre au moins une fente autorisant une déformation élastique par contraction radiale induisant une diminution du diamètre du flasque pour son montage dans la gorge annulaire des plates-formes. La fente est nécessaire pour le montage et également pour permettre une dilatation circonférentielle en fonctionnement.

Préférentiellement, le ou les organes en saillie 56 sont formés d’une seule pièce avec le flasque 54, ce qui s’avère plus simple à réaliser. Bien évidemment, le ou les organes 56 en saillie pourraient encore être rapportés sur la face amont du flasque 54.

Le flasque sectorisé 54 selon l’invention, tel que par exemple celui représenté en figure 6, est engagé sur la face aval du disque de la manière représentée en figure 7. Tout d’abord, le disque 12 est positionné sur un support (non représenté) de manière à ce que la gravité terrestre opère sur le disque de l’aval vers l’amont. Ainsi, sur la figure 7, l’axe 16 du disque 12 est orienté sensiblement perpendiculairement de sorte que la gravité est orientée de la droite vers la gauche (flèche B sur la figure 7). Un opérateur engage les aubes 20 sur le disque 12 de sorte que les pieds 23 des aubes sont engagés seulement partiellement dans les alvéoles 18 du disque 12. Ainsi, les faces aval des aubes 20 sont en saillie vers l’aval par rapport à la face aval du disque 12. Dans une étape ultérieure, les secteurs 74 sont posés sur les faces aval de plusieurs aubes consécutives de manière à ce que les extrémités radialement externes des secteurs 74 de flasque 54 puissent être agencés en vis-à-vis radial de la gorge annulaire 44 des plates-formes des aubes. L’opérateur effectue ensuite une opération de translation radialement vers l’extérieur de chacun des secteurs 74 de flasque 54 de façon à ce que la périphérie externe 60 de chaque secteur 74 s’engage dans la gorge annulaire 44. Enfin, dans une étape finale, l’anneau de support de joints à labyrinthe est assemblé à l’ensemble disque / aubes / flasque sectorisé, la paroi annulaire radiale amont de l’anneau venant serrer le flasque 54 en position de montage et la bride annulaire de l’anneau étant serrée entre la bride du disque amont et la bride du disque immédiatement en aval comme décrit en relation avec la technique antérieure. Notons que la gorge annulaire 44 bien que n’étant en théorie pas indispensable, peut s’avérer en pratique nécessaire pour assurer un maintien axial du flasque 54 en cas de perte d’appui de l’anneau de support de joints à labyrinthe sur le flasque 54.

Enfin, on notera que les alvéoles 18 du disque 12 sont généralement inclinées par rapport à l’axe 16 du disque 12. Cet angle est communément appelé « angle de brochage ». Dès lors, on comprend que la réalisation d’organes de butée 56 s’étendant uniquement selon la direction axiale imposera de réduire leur dimension circonférentielle par rapport au cas d’un disque avec un angle de brochage nul, c’est-à-dire sans brochage.

Habituellement, les alvéoles 18 du disque 12 sont inclinées d’un angle compris entre environ 1° et environ ^5°.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   1. Ensemble rotatif pour turbomachine, comprenant : - un disque (12) de rotor de la turbomachine, - des aubes (20) comportant chacune une échasse (22) reliant un pied (23) à une plate-forme (24), les pieds (23) des aubes (20) étant engagés axialement et retenus radialement dans des alvéoles (18) délimités par des nervures (14) de la périphérie externe du disque (12). - un flasque annulaire (54) appliqué sur les faces aval des pieds (23) des aubes (20) et la face aval du disque (12), caractérisé en ce que le flasque (54) porte sur sa face amont au moins un organe (56) en saillie vers l’amont, cet organe (56) étant agencé radialement en vis-à-vis d’une nervure (14) du disque (12) et circonférentiellement entre deux échasses (22) consécutives.
2. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension radiale (D) entre l’extrémité radialement interne (70) dudit au moins un organe (56) et l’extrémité radialement interne du flasque (54) est inférieure à la profondeur en direction radiale d’une alvéole (18).
3. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le flasque (54) est appliqué sur la face aval du disque de manière à ce que l’organe (56) soit agencé avec un jeu radial en vis-à-vis d’une nervure (14) du disque (12).
4. 4. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’extrémité amont d’une pièce annulaire (34), tel qu’un anneau de support de joint à labyrinthe, est appliquée sur la face aval du flasque (54).
5. 5. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le flasque (54) est formé de plusieurs secteurs angulaires (74) agencés circonférentiellement bout à bout et en ce que chaque secteur (74) comprend au moins un dit organe.
6. 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit au moins un organe de chaque secteur (74) de flasque (54) est agencé angulairement au milieu du secteur (74).
7. 7. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une face de l’organe (56) est complémentaire d’au moins une portion de surface de la nervure (14) en vis-à-vis radial.
8. 8. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un organe (56) est agencé radialement en vis-à-vis de chaque nervure (14) du disque (12).
9. 9. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la périphérie radialement externe du flasque (54) est logée dans une gorge annulaire (44) formée radialement à l’intérieur des plates-formes.
10. 10. Turbomachine comprenant une turbine basse pression pourvue de l’ensemble rotatif selon l’une des revendications précédentes.
11. 11. Procédé d’assemblage de l’ensemble rotatif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il consiste à : a) positionner le disque (12) de manière à ce que la gravité terrestre opère sur le disque de l’aval vers l’amont, b) engager partiellement, depuis l’aval du disque (12), les pieds (23) des aubes (20) dans les alvéoles (18) du disque, c) appliquer le flasque (54) sur les faces aval des pieds (23) des aubes, et d) engager la périphérie radialement externe du disque (12) dans la gorge annulaire (44) des plates-formes (24).
12. 12. Procédé selon la revendication 11, d’assemblage d’un ensemble rotatif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’étape d) consiste à déplacer radialement vers l’extérieur, par rapport à l’axe (16) du disque (12), chacun des secteurs de flasque de manière à engager leurs extrémités radialement externes (60) dans la gorge annulaire (44) des plates-formes (24).
13. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le flasque comprend une fente et en ce qu’il comprend une étape préalable à l’étape c) consistant à contracter radialement le flasque, l’étape d) consistant à relâcher la contrainte appliquée au flasque.