FR3049307B1 - 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 pourturbomachine, telle qu’en particulier un turboréacteur d’avion, ainsi qu’àune turbine et une turbomachine équipée d’un tel ensemble rotatif.

Classiquement, une turbine basse pression, agencée axialemententre une turbine haute pression recevant le flux de gaz chaud issus de lachambre de combustion et un carter d’échappement, comprend unensemble rotatif formé de plusieurs roues mobiles reliées les unes auxautres. Des rangées annulaires d’aubes de stator sont intercaléesaxialement entre les roues mobiles et sont portées extérieurement par uncarter de la turbine basse pression.

Les figures 1 et 2 représentent une roue mobile 10 de turbine bassepression selon la technique connue, comprenant un disque 12 comportantsur sa périphérie externe une pluralité de nervures 14 s’étendantaxialement, c’est-à-dire entre une extrémité amont et une extrémité aval, etrégulièrement espacées autour de l’axe 16 du disque 12. Ces nervuresdéfinissent entres elles des alvéoles 18 conformées de manière àpermettre un engagement axial et une retenue radiale des aubes 20. Uneaube 20 comprend une échasse 22 reliant un pied 23 d’aube engagé dansun alvéole 18 du disque 12 à une plate-forme interne 24 délimitantintérieurement la veine d’écoulement du flux d’air primaire. Une pales’étendant 26 sensiblement radialement dans le flux d’air primaire relie laplate-forme interne 26 à une plate-forme radialement externe 28.

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

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

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

Pour éviter que le flasque 42 ne vienne obturer le fond des alvéoles18, le flasque 42 comprend une butée annulaire 48 en saillie sur sa faceaval. Cette butée annulaire 48 entoure ainsi l’extrémité radialement externede la paroi 40 radiale amont de l’anneau 34. Pour garantir l’écoulementd’air dans le fond d’alvéole 18, l’espacement A entre le fond d’une alvéole18 et l’extrémité radialement interne 46 du flasque 42 doit être supérieur àl’espacement B entre l’extrémité radialement externe de la paroi radiale 40de l’anneau 34 et la butée annulaire 48.

Par ailleurs, le flasque 42 comprend également sur sa périphérieexterne 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 etl’extrémité radialement interne de la partie pleine 52 doit être supérieur àl’espacement B précité, pour garantir en toutes circonstances le blocagecirconférentiel du flasque 42 sur le disque 12.

Toutefois, en fonctionnement, l’anneau 34 de support de joints àlabyrinthe est soumis à d’importantes températures qui peuvent induire unfluage de celui-ci, ce qui peut conduire à une augmentation del’espacement B alors que les espacements A et C restent sensiblementconstants. Dès lors, le positionnement radial du flasque 42 sur la face avaldu disque 12 n’est plus assuré et il n’est plus possible de garantir la bonnecirculation d’air de refroidissement dans les alvéoles 18 ni le maintiencirconférentiel 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 pourturbomachine, comprenant : - un disque de rotor de la turbomachine, - des aubes comportant chacune une échasse reliant un pied à uneplate-forme, les pieds des aubes étant engagés axialement etretenus radialement dans des alvéoles délimités par des nervures dela périphérie externe du disque, - un flasque annulaire appliqué sur les faces aval des pieds des aubeset la face aval du disque, caractérisé en ce que le flasque porte sur sa face amont au moinsun organe en saillie vers l’amont, cet organe étant agencé radialement envis-à-vis d’une nervure du disque et circonférentiellement entre deuxéchasses consécutives.

Selon l’invention, la formation d’un organe en saillie sur la faceamont du flasque permet de, plus facilement, positionner radialement leflasque par rapport au disque puisque le disque est peu soumis au fluage en fonctionnement. Le flasque aval est ainsi bloqué sur le disque, àdéplacement radialement vers l’intérieur par rapport au disque. Laréduction de l’influence du fluage des pièces en rotation dans lepositionnement radial du flasque par rapport au disque permet de garantiren toutes circonstances un bon positionnement de l’extrémité radialementinterne du flasque par rapport au fond de l’alvéole. L’invention propose de bloquer en rotation le flasque sur le disque aumoyen de l’organe en saillie axial puisque ce dernier est agencé entre deuxéchasses circonférentiellement consécutives. Il en résulte ainsi uneréduction de la masse globale du flasque puisqu’un même organe assureles deux fonctions de blocage radial et circonférentiel. La réduction demasse est encore accentuée par le fait que l’organe en saillie est ponctuelet non plus annulaire comme dans la technique antérieure.

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

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

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

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

Selon l’invention, le flasque est formé de plusieurs secteursangulaires agencés circonférentiellement bout à bout et chaque secteurcomprend au moins un dit organe. Dans ce cas, il est préférable que le ou les organes en saillie de chaque secteur de flasque soient agencésangulairement au milieu du secteur de manière à limiter l’impact de ladilation thermique du flasque en fonctionnement sur le positionnementangulaire du ou des organes sur le flasque.

Selon une autre caractéristique de l’invention, une face de l’organeest 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 etla nervure afin de limiter le matage de la nervure par l’organe de butée duflasque en cas de contact.

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

Selon une autre caractéristique de l’invention, la périphérieradialement externe du flasque est logée dans une gorge annulaire forméeradialement à l’intérieur des plates-formes. L’invention concerne également une turbomachine comprenant uneturbine basse pression pourvue de l’ensemble rotatif telle que décrit ci-dessus. L’invention concerne encore un procédé d’assemblage del’ensemble rotatif tel que décrit ci-dessus lorsque le flasque est formé deplusieurs secteurs et lorsque les faces internes des plates-formes internescomprennent une gorge annulaire, le procédé d’assemblage consistant à : a) positionner le disque de manière à ce que la gravité terrestreopère sur le disque de l’aval vers l’amont, b) engager partiellement, depuis l’aval du disque, les pieds desaubes 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 lagorge 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 leursextrémités radialement externes dans la gorge annulaire des plates formes.

Lorsque le flasque est monobloc sur 360°, le flasque comprend alorsune fente et le procédé comprend une étape préalable à l’étape c)consistant à contracter radialement le flasque, l’étape d) consistant àrelâcher la contrainte appliquée au flasque pour assurer la mise en placede sa périphérie dans la gorge annulaire. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, avantages etcaractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la descriptionsuivante faite à titre d’exemple non limitatif, en référence aux dessinsannexés dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite précédemment, est une vue schématique encoupe d’une roue de turbine basse pression selon la techniqueantérieure ; - la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle de la zonedélimitée en pointillée sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective depuis l’amont d’unensemble rotatif selon l’invention ; - la figure 4 est une vue schématique de l’ensemble rotatif selonl’invention et selon un plan de coupe contenant l’axe de rotation ; - la figure 5 est une vue schématique en coupe transverse de l’ensemblerotatif selon l’invention ; - la figure 6 est une schématique d’un secteur d’un flasque selon uneréalisation particulière de l’invention ; - la figure 7 est une vue schématique des étapes de montage del’ensemble rotatif selon l’invention.

Selon l’invention, le flasque aval 54 comprend au moins un organe56 formé en saillie sur la face amont du flasque 54, cet organe 56 étantporté par le flasque 54 de manière à être positionné radialement en vis-à-vis d’une nervure 14 et circonférentiellement entre deux échasses 22d’aubes 20 consécutives. Dans la présente description, le terme « échasse » désigne toute la partie reliant le pied d’aube 23 à laplate-forme interne 24.

Dans l’exemple représenté à la figure 3, le flasque aval 54 comprendune pluralité d’organes 56 en saillie sur la face amont du flasque 54. Dansune réalisation de l’invention, le flasque 54 peut comprendre autantd’organes 56 en saillie qu’il y a de nervures 14 sur le disque 12. Le flasque54 selon l’invention permet de réaliser l’étanchéité aval des zones inter-échasses 22. Pour cela, son extrémité radialement externe 60 est logéedans une gorge annulaire 44 formée sur les faces internes desplates-formes internes 24. La gorge annulaire 44 présente comme dans latechnique antérieure une section en U ouverte radialement vers l’intérieur.

Chacun des organes 56 en saillie à la forme de celle d’un pavé àsection rectangulaire de plus grande longueur allongée selon la directionradiale. L’organe 56 présente une face amont 62 sensiblement plane ainsique deux faces planes radialement interne 64 et externe 66 reliées par desfaces latérales 68 planes. Dans une réalisation particulière, la face interne64 de chaque organe 56 de butée pourrait avoir une forme complémentairede 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 surune surface assez importante, permettant ainsi, sinon d’éviter, du moins deréduire 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 desurface d’une nervure 14, pourrait comprendre un revêtement visant àlimiter l’usure de la nervure 14 du disque 12.

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

En position de montage du flasque 54 sur le disque 12, le flasque 54est serré sur la face aval du disque 12 par la paroi radiale amont del’anneau de support de joints à labyrinthe qui est fixé par boulonnage surune bride du disque comme cela a été exposé en relation avec la figure 1relative à la technique antérieure. De plus, le montage du flasque 54 sur ledisque 12 est réalisé de manière à ce que les organes 56 en saillie soientagencés 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 duflasque 54 par rapport au disque 12 du fait que les organes 56 sontintercalés circonférentiellement entre deux échasses 22 d’aubesconsécutives.

Le flasque 54 est de préférence réalisé en plusieurs parties etcomprend ainsi plusieurs secteurs angulaires 74 de flasque 54 qui sontagencés circonférentiellement bout à bout. Chaque secteur 74 comprendun ou plusieurs organes 56 en saillie sur sa face amont. De préférence, lesorganes 56 en saillie sont formés angulairement sur chaque secteur 74 auvoisinage du milieu du secteur, afin de réduire l’impact de la dilatation dechaque secteur qui est plus importante au voisinage des extrémitéscirconférentielles 76 des secteurs (figure 6).

Dans le cas d’un flasque annulaire monobloc, celui-ci devraitcomprendre au moins une fente autorisant une déformation élastique parcontraction radiale induisant une diminution du diamètre du flasque pourson montage dans la gorge annulaire des plates-formes. La fente estnécessaire pour le montage et également pour permettre une dilatationcirconférentielle en fonctionnement.

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

Le flasque sectorisé 54 selon l’invention, tel que par exemple celuireprésenté en figure 6, est engagé sur la face aval du disque de la manièrereprésentée en figure 7. Tout d’abord, le disque 12 est positionné sur unsupport (non représenté) de manière à ce que la gravité terrestre opère surle disque de l’aval vers l’amont. Ainsi, sur la figure 7, l’axe 16 du disque 12est orienté sensiblement perpendiculairement de sorte que la gravité estorientée de la droite vers la gauche (flèche B sur la figure 7). Un opérateurengage les aubes 20 sur le disque 12 de sorte que les pieds 23 des aubessont 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 laface aval du disque 12. Dans une étape ultérieure, les secteurs 74 sontposés sur les faces aval de plusieurs aubes consécutives de manière à ceque les extrémités radialement externes des secteurs 74 de flasque 54puissent être agencés en vis-à-vis radial de la gorge annulaire 44 desplates-formes des aubes. L’opérateur effectue ensuite une opération detranslation radialement vers l’extérieur de chacun des secteurs 74 deflasque 54 de façon à ce que la périphérie externe 60 de chaque secteur 74s’engage dans la gorge annulaire 44. Enfin, dans une étape finale, l’anneaude support de joints à labyrinthe est assemblé à l’ensemble disque / aubes/ flasque sectorisé, la paroi annulaire radiale amont de l’anneau venantserrer le flasque 54 en position de montage et la bride annulaire del’anneau étant serrée entre la bride du disque amont et la bride du disqueimmédiatement en aval comme décrit en relation avec la techniqueantérieure. Notons que la gorge annulaire 44 bien que n’étant en théoriepas indispensable, peut s’avérer en pratique nécessaire pour assurer unmaintien axial du flasque 54 en cas de perte d’appui de l’anneau de supportde joints à labyrinthe sur le flasque 54.

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

Habituellement, les alvéoles 18 du disque 12 sont inclinées d’unangle compris entre environ 1° et environ 15°.

Claims (3)

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 unpied (23) à une plate-forme (24), les pieds (23) des aubes (20) étantengagés 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 moinsun organe (56) en saillie vers l’amont, cet organe (56) étant agencéradialement en vis-à-vis d’une nervure (14) du disque (12) etcirconférentiellement entre deux échasses (22) consécutives et en ceque la dimension radiale (D) entre l’extrémité radialement interne (70)dudit au moins un organe (56) et l’extrémité radialement interne duflasque (54) est inférieure à la profondeur en direction radiale d’unealvéole (18).
2. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flasque(54) est appliqué sur la face aval du disque de manière à ce quel’organe (56) soit agencé avec un jeu radial en vis-à-vis d’une nervure(14) du disque (12). 3. Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractériséen ce que l’extrémité amont d’une pièce annulaire (34), tel qu’unanneau de support de joint à labyrinthe, est appliquée sur la face avaldu flasque (54). 4. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce quele flasque (54) est formé de plusieurs secteurs angulaires (74)agencés circonférentiellement bout à bout et en ce que chaquesecteur (74) comprend au moins un dit organe. 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit aumoins un organe de chaque secteur (74) de flasque (54) est agencéangulairement au milieu du secteur (74). 6. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé ence qu’une face de l’organe (56) est complémentaire d’au moins uneportion de surface de la nervure (14) en vis-à-vis radial. 7. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé ence qu’un organe (56) est agencé radialement en vis-à-vis de chaquenervure (14) du disque (12). 8. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé ence que la périphérie radialement externe du flasque (54) est logéedans une gorge annulaire (44) formée radialement à l’intérieur desplates-formes. 9. Turbomachine comprenant une turbine basse pression pourvue del’ensemble rotatif selon l’une des revendications précédentes. 10. Procédé d’assemblage de l’ensemble rotatif selon la revendication 8,caractérisé en ce qu’il consiste à : a) positionner le disque (12) de manière à ce que la gravité terrestreopère 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) desaubes, et d) engager la périphérie radialement externe du disque (12) dans lagorge annulaire (44) des plates-formes (24).
3. 11. Procédé selon la revendication 10, d’assemblage d’un ensemblerotatif selon la revendication 4, 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 àengager leurs extrémités radialement externes (60) dans la gorgeannulaire (44) des plates-formes (24). 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le flasquecomprend une fente et en ce qu’il comprend une étape préalable àl’étape c) consistant à contracter radialement le flasque, l’étape d)consistant à relâcher la contrainte appliquée au flasque.