FR3073000A1 - Aube mobile d'une turbomachine - Google Patents

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Abstract

Aube (1) mobile d'une turbomachine (3) comprenant une pale (5) s'étendant suivant une direction radiale (R) et un talon (4) comprenant une plateforme (6), le talon (4) comprenant un crochet amont (7) au niveau d'une extrémité amont du talon (4) et un crochet aval (8) au niveau d'une extrémité aval du talon (4) définissant une enceinte (9) avec la plateforme (6), lesdits crochets amont et aval (7, 8) étant distants de manière à définir une ouverture (10), ledit talon (4) comprenant un élément d'étanchéité (11) comportant une base (12) et au moins une léchette (13) en saillie radialement vers l'extérieur, ledit élément d'étanchéité (11) étant rapporté dans ladite enceinte (9) de sorte qu'un bord amont (18) et un bord aval (19) de ladite base (12) soit respectivement en contact radial avec ledit crochet amont (7) et ledit crochet aval (8).

Description

AUBE MOBILE D’UNE TURBOMACHINE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne une aube mobile d’une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’aéronef, destinée à équiper en particulier une turbine, et par exemple une turbine basse pression.
ETAT DE L’ART
Une turbine de turbomachine (par exemple, une turbine basse pression) se compose d'une pluralité d'étages formés chacun d'une roue mobile et d'un distributeur. Le distributeur d’une turbine comporte une pluralité d'aubes fixes destinées à redresser le flux de gaz issu de la chambre de combustion. La roue mobile d’une turbine comporte une pluralité d'aubes mobiles.
Une aube mobile comprend un pied interne, un talon externe et une pale aérodynamique s’étendant radialement entre le pied et le talon. Plus précisément, la pale est délimitée radialement par une plateforme interne du pied et une plateforme externe du talon.
Le pied comporte généralement un bulbe relié par une échasse à la plateforme interne, le bulbe étant configuré pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d’un disque de la roue mobile.
Le talon comporte généralement plusieurs léchettes, par exemple deux, en saillie radialement vers l’extérieur depuis la plateforme externe. Les léchettes de l’aube sont destinées à coopérer par complémentarité de forme avec un bloc annulaire de matière abradable (par exemple une structure en nid d’abeille) fixé sur un carter externe entourant la roue mobile, pour former un joint d’étanchéité de type labyrinthe.
Les joints d’étanchéité de type labyrinthe ont pour but de limiter le passage de gaz entre la roue mobile et le carter externe, et autrement dit de maximiser la quantité de gaz agissant sur les pales de la roule mobile, de manière à optimiser le rendement de la turbine, et de manière plus générale de la turbomachine.
Traditionnellement, une telle aube mobile est fabriquée en une seule pièce via un procédé de moulage à cire perdue.
Selon cette technique de fabrication, un modèle en cire est moulé via un moule dans lequel est placé un noyau préalablement réalisé si l’aube présente une cavité interne de refroidissement. Le modèle en cire est ensuite recouvert, de façon alternée, par de la barbotine et une poudre réfractaire de manière à confectionner une carapace. Ultérieurement, la cire est évacuée de la carapace et la carapace est cuite à haute température. Le métal en fusion est ensuite coulé dans la carapace, le métal occupant ainsi plus précisément le vide entre le noyau et la face interne de la carapace. Après solidification du métal, l’aube est obtenue en décochant la carapace et le noyau.
Lors de la conception de l’aube, et plus précisément des léchettes, les concepteurs sont contraints de prendre en considération les contraintes associées à cette technique de fabrication. Ainsi, pour permettre au métal en fusion d’atteindre l’empreinte des léchettes sans recollement de matière lors de la coulée, les léchettes doivent présenter une géométrie simple, et en particulier s’étendre radialement, avoir une épaisseur décroissante depuis la plateforme externe et présenter des congés de raccordement avec la plateforme externe.
Ces contraintes géométriques liées à la technique de fabrication conditionnent la forme géométrique des léchettes, et ainsi limitent significativement les évolutions possibles afin d’accroître leur efficacité.
Il est également connu du document FR-A1 -3027622 au nom de la demanderesse, une aube comprenant un talon comportant au moins un élément de joint d’étanchéité lié avec une zone du talon par une liaison mécanique mobile entre une position repos et une position active, la liaison mécanique mobile comprenant une articulation. Toutefois, la technologie présentée dans ce document peut être encore améliorée pour de meilleures performances en modifiant la structure du joint d’étanchéité tout en garantissant un montage aisé de celui-ci.
La présente invention a donc pour objectif de proposer une aube mobile de turbomachine permettant de donner aux concepteurs davantage de liberté dans la conception des léchettes de manière à augmenter l’efficacité de ces dernières tout en proposant une structure qui facilite le montage de ces dernières.
EXPOSE DE L’INVENTION
L’invention propose à cet effet une aube mobile d’une turbomachine comprenant :
- une pale ayant un profil aérodynamique apte à être traversée par un flux de gaz F et s’étendant suivant une direction radiale R;
- un talon comprenant une plateforme délimitant extérieurement la pale ; caractérisée en ce que le talon comprend un crochet amont au niveau d’une extrémité amont du talon et un crochet aval au niveau d’une extrémité aval du talon s’étendant suivant une direction circonférentielle C, lesdits crochets amont et aval étant en saillie radialement vers l’extérieur depuis la plateforme et orientés respectivement de l’amont vers l’aval et de l’aval vers l’amont, lesdits crochets amont et aval définissant une enceinte avec ladite plateforme, lesdits crochets amont et aval étant distants l’un de l’autre de manière à définir une ouverture dans ladite enceinte, ledit talon comprenant en outre un élément d’étanchéité comportant une base et au moins une léchette en saillie radialement vers l’extérieur depuis la base, ledit élément d’étanchéité étant rapporté dans ladite enceinte de sorte qu’un bord amont et un bord aval de ladite base soit respectivement en contact radial avec ledit crochet amont et ledit crochet aval.
Une telle aube permet de dissocier la fabrication de l’élément d’étanchéité (et donc des léchettes) du reste de l’aube. Ainsi, pour concevoir l’élément d’étanchéité et plus particulièrement les léchettes, les concepteurs peuvent envisager des formes géométriques complexes (par exemple des léchettes fourchées) réalisables via divers procédés (tels que l’extrusion, le tournage ou l’impression 3D) de manière à accroître significativement leur efficacité, et de manière plus générale le rendement de la turbomachine.
L’aube selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- ledit talon est annulaire autour d’un axe A, une face externe amont du bord amont est en contact radial avec une surface interne amont du crochet amont, la face externe amont et la surface interne amont étant parallèles ou inclinées d’un angle a par rapport à l’axe A dans un plan P passant par l’axe A et coupant ledit talon ;
- une face externe aval du bord aval est en contact radial avec une surface interne aval du crochet aval, la face externe aval et la surface interne aval étant parallèles ou inclinées d’un angle β par rapport à l’axe A dans ledit plan P ;
- ledit crochet aval est radialement surélevé par rapport audit crochet amont ;
- le contact radial entre ladite face externe amont et ladite surface interne amont ainsi que le contact radial entre ladite face externe aval et ladite surface interne aval s’étendent chacun sur une distance comprise entre 1 et 20mm.
L’invention a pour deuxième objet une roue mobile d’une turbomachine comprenant un disque sur lequel sont montées une première aube mobile telle que décrite précédemment et une seconde aube mobile telle que décrite précédemment, ledit talon de ladite seconde aube étant circonférentiellement accolé au talon de ladite première aube.
La roue selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- ledit élément d’étanchéité de ladite première aube comprend un ergot en appui circonférentiel contre une butée formée dans ledit talon de ladite seconde aube ;
- chaque élément d’étanchéité comprend un ergot en appui circonférentiel contre une butée formée dans ledit talon de ladite aube correspondante ;
- chaque élément d’étanchéité est bloqué circonférentiellement par rapport audit talon de ladite aube correspondante via un pion logé en partie dans ledit élément d’étanchéité et en partie dans ledit talon ;
- ledit élément d’étanchéité de ladite première aube mobile est venu de matière avec ledit élément d’étanchéité de ladite seconde aube mobile.
L’invention a pour troisième objet une turbomachine comprenant une roue mobile telle que décrite précédemment.
DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue de face d’une aube mobile d’une turbomachine selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 2 est une vue de face d’une aube mobile d’une turbomachine selon un second mode de réalisation ;
- la figure 3 est une vue de face d’une aube mobile d’une turbomachine selon un troisième mode de réalisation ;
- la figure 4 est une vue schématique illustrant le blocage circonférentiel d’un élément d’étanchéité ;
- la figure 5 est une vue en coupe de la figure 4 selon un plan de coupe AA.
DESCRIPTION DETAILLEE
Sur chacune des figures 1 à 3 est représentée partiellement une aube 1 mobile d’une roue 2 mobile d’une turbomachine 3, et plus précisément d’une turbine basse pression de la turbomachine 3.
Les exemples illustrés sur les figures ne sont pas limitatifs, l’aube 1 mobile (respectivement la roue 2 mobile) pourrait être notamment destinée à équiper une turbine haute pression ou un compresseur de la turbomachine.
La roue 2 mobile de la turbine basse pression est mobile en rotation autour d’un axe A et comprend une pluralité d’aubes 1 accolées les unes aux autres autour de l’axe A.
L’aube 1 mobile comprend un pied interne (non représenté), un talon 4 externe et une pale 5 ayant un profil aérodynamique (partiellement représentée) s’étendant entre le pied et le talon 4 suivant une direction radiale R. Plus précisément, la pale 5 est délimitée radialement par une plateforme interne du pied et une plateforme externe 6 du talon 4. La pale 5 est apte à être traversée par un flux de gaz d’échappement F circulant d’amont en aval dans une veine de la turbomachine 3.
Par convention, dans la présente demande, les termes « amont >> et « aval >> sont définis par rapport au sens de circulation des gaz d’échappement.
De même, par convention dans la présente demande, les termes « intérieur >> et « extérieur », et « interne >> et « externe >> sont définis radialement par rapport à l’axe A.
Traditionnellement, le pied comporte un bulbe relié par une échasse à la plateforme interne. Le bulbe est configuré pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d’un disque de la roue 2 mobile.
Les plateformes internes des aubes 1 s’étendent autour du disque et sont destinées à délimiter intérieurement la veine de gaz d’échappement.
De la même manière, les plateformes externes 6 sont conformées pour s’emboîter suivant une direction circonférentielle C les unes avec les autres de manière à délimiter extérieurement la veine de gaz d’échappement.
Les talons 4 sont ainsi accolées circonférentiellement (suivant la direction circonférentielle C) bord à bord. Chaque talon 4 est délimitée latéralement par un côté mâle apte à s’introduire dans un côté femelle d’une aube adjacente et un côté femelle apte à recevoir un côté mâle d’une aube adjacente.
Le talon 4 comprend un crochet amont 7 (ou rebord amont) au niveau d’une extrémité amont du talon 4 et un crochet aval 8 au niveau d’une extrémité aval du talon 4 s’étendant suivant la direction circonférentielle C.
Plus précisément, les crochets amont et aval 7, 8 sont en saillie radialement vers l’extérieur depuis la plateforme externe 6 et orientés respectivement de l’amont vers l’aval et de l’aval vers l’amont. Les crochets amont et aval 7, 8 définissent une enceinte 9 avec la plateforme externe 6. Les crochets amont et aval 7, 8 sont distants l’un de l’autre de manière à définir une ouverture 10 dans l’enceinte 9.
Le talon 4 comprend en outre un élément d’étanchéité 11 comportant une base 12 et au moins une léchette 13-16 (trois sur la figure 1 et deux sur les figures 2 et 3) en saillie radialement vers l’extérieur depuis la base 12.
L’élément d’étanchéité 11 est rapporté dans l’enceinte 9 de sorte qu’un bord amont 18 et un bord aval 19 de la base 12 soit respectivement en contact radial avec le crochet amont 7 et le crochet aval 8 et que les léchettes 13-16 traversent l’ouverture 10.
Les léchettes 13-16 de l’aube 1 sont destinées à coopérer par complémentarité de forme avec un bloc annulaire de matière abradable (par exemple une structure en nid d’abeille) (non représenté) fixé sur un carter externe entourant la roue 2 mobile, pour former un joint d’étanchéité de type labyrinthe.
L’aube 1 est ainsi formée de deux pièces assemblées, à savoir une première pièce comportant le pied, la pale 5, la plateforme externe 6 et les crochets 7, 8, et une seconde pièce correspondant à l’élément d’étanchéité
11.
La première pièce est avantageusement réalisée en moulage à cire perdue. L’élément d’étanchéité 11 est par exemple fabriqué par extrusion, par tournage ou via un procédé d’impression 3D.
Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 3, le talon 4 et l’élément d’étanchéité 11 sont annulaires d’axe A.
La plateforme externe 6 comporte plus précisément d’amont en aval un becquet amont 20 s’étendant en amont du crochet amont 7, un plateau 21 central s’étendant entre le crochet amont 7 et le crochet aval 8, ainsi qu’un becquet aval 22 s’étendant en aval du crochet aval 8.
La plateforme externe 6 s’évase de l’amont vers l’aval, le crochet aval 8 étant ainsi radialement surélevé par rapport au crochet amont 7.
La base 12 de l’élément de d’étanchéité 11 comporte plus précisément d’amont en aval le bord amont 18, une semelle 23 centrale et le bord aval 19. Le bord amont 18 est sensiblement parallèle à la semelle 23 et le bord aval 19 est rabattu par rapport à la semelle 23 du côté opposé aux léchettes 13-16.
Plus précisément, le bord amont 18 présente une face externe amont 24 en contact radial avec une surface interne amont 25 du crochet amont 7, la face externe amont 24 et la surface interne amont 25 étant inclinées d’un angle a par rapport à l’axe A dans un plan P passant par l’axe A et coupant le talon 4. Autrement dit, la face externe amont 24 et la surface interne amont 25 sont tronconiques. En variante, la face interne amont 24 et la surface interne amont 25 pourraient être parallèles à l’axe A dans le plan P, ces dernières seraient alors cylindriques.
De la même manière, le bord aval 19 présente une face externe aval 26 en contact radial avec une surface interne aval 27 du crochet aval 8, la face externe aval 26 et la surface interne aval 27 étant inclinées d’un angle β par rapport à l’axe A dans le plan P. Autrement dit, la face externe aval 26 et la surface interne aval 27 sont tronconiques. En variante, la face externe aval 26 et la surface interne aval 27 pourraient être parallèles à l’axe A dans le plan P, ces dernières seraient alors cylindriques.
Avantageusement, le contact radial entre la face externe amont 24 et la surface interne amont 25 ainsi que le contact radial entre la face externe aval 26 et la surface interne aval 27 s’étendent chacun sur une distance comprise entre 1 et 20mm pour favoriser le blocage de l’élément d’étanchéité 11.
Les léchettes 13-16 sont en saillie radialement vers l’extérieur depuis la semelle 23. Les léchettes 13-16 traversent l’ouverture 10 délimitée par les extrémités libres des crochets 7, 8.
L’élément d’étanchéité 11 de l’aube 1 comprend un ergot en appui circonférentiel (appui suivant la direction circonférentielle C) contre une butée formée dans le talon 4. Cet appui entre l’ergot et la butée permet de bloquer circonférentiellement l’élément d’étanchéité 11 par rapport au talon
4.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5, l’ergot 40 est placé à une extrémité libre (suivant la direction circonférentielle C) et se présente sous la forme d’une languette en saillie radialement vers l’intérieur depuis la base 12 de l’élément d’étanchéité 11. A la suite du montage de l’élément d’étanchéité 11 dans l’enceinte 9 suivant le sens de montage indiqué par une flèche sur la figure 4, l’ergot 40 est en appui circonférentiel contre la plateforme externe 6 de l’aube 1 correspondante. Ce blocage circonférentiel peut bien évidemment être appliqué à chacun des modes de réalisation représentés sur les figures 1 à 3.
Selon une première variante (non représentée), la butée est formée dans le talon 4 d’une aube 1 circonférentiellement accolée (ou aube adjacente).
Selon une seconde variante (non représentée), l’élément d’étanchéité 11 est bloqué circonférentiellement (suivant la direction circonférentielle C) par rapport au talon 4 de l’aube 1 via un pion logé en partie dans l’élément d’étanchéité 11 et en partie dans le talon 4.
Selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, plus précisément, la face externe amont 24 et la surface interne amont 25 sont inclinées de 0 à 60° (degrés) par rapport à l’axe A dans le plan P. La face externe aval 26 et la surface interne aval 27 sont inclinées d’un angle de 0 à 60° par rapport à l’axe A dans le plan P. L’élément d’étanchéité 11 comprend trois léchettes 13 sensiblement parallèles entre elles et régulièrement réparties. Les léchettes 13 présentent des caractéristiques géométriques et dimensionnelles analogues. Les léchettes 13 sont orientées de l’aval vers l’amont.
Selon une variante représentée sur les figures 4 et 5, l’élément d’étanchéité 11 comprend deux léchettes 13 sensiblement parallèles entre elles et régulièrement réparties. Les léchettes 13 présentent des caractéristiques géométriques et dimensionnelles analogues. Les léchettes sont orientées de l’aval vers l’amont.
Selon le second mode de réalisation illustré sur la figure 2, la face externe amont 24 et la surface interne amont 25 sont inclinées de 0 à 60° par rapport à l’axe A dans le plan P. La face externe aval 26 et la surface interne 27 aval sont inclinées d’un angle de 0 à 60° par rapport à l’axe A dans le plan P. L’élément d’étanchéité 11 comprend deux léchettes 14 fourchées sensiblement parallèles entre elles. Les léchettes 14 présentent des caractéristiques géométriques et dimensionnelles analogues. Les léchettes 14 sont orientées de l’aval vers l’amont. Chacune des léchettes comporte un tronc 30 et une fourche 31 divisant le tronc 30 en une branche amont 32 et une branche aval 33. La branche amont 32 est orientée de l’aval vers l’amont et la branche aval 33 est parallèle au tronc 30.
Selon le troisième mode de réalisation illustré sur la figure 3, la face externe amont 24 et la surface interne amont 25 sont inclinées de 0 à 60° par rapport à l’axe A dans le plan P. La face externe aval 26 et la surface interne aval 27 sont inclinées d’un angle de 0 à 60° par rapport à l’axe A dans le plan P. L’élément d’étanchéité 11 comprend deux léchettes à savoir une léchette amont 15 et une léchette aval 16 fourchée. La léchette amont est coïncidente avec l’axe R dans le plan P. La léchette aval 16 comporte un tronc 36 et une fourche 37 divisant le tronc 36 en une branche amont 38 et une branche aval 39 respectivement orientées de l’aval vers l’amont et de l’amont vers l’aval.
Selon un mode de réalisation non représentée, les éléments d’étanchéité 11 d’au moins deux aubes 1 circonférentiellement accolées sont venus de matière. Un tel mode de réalisation permet de limiter les fuites de gaz inter-aubages.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Aube (1 ) mobile d’une turbomachine (3) comprenant :
    - une pale (5) ayant un profil aérodynamique apte à être traversée par un flux de gaz (F) et s’étendant suivant une direction radiale (R);
    - un talon (4) comprenant une plateforme (6) délimitant extérieurement la pale (5) ;
    caractérisée en ce que le talon (4) comprend un crochet amont (7) au niveau d’une extrémité amont du talon (4) et un crochet aval (8) au niveau d’une extrémité avale du talon (4) s’étendant suivant une direction circonférentielle (C), lesdits crochets amont et aval (7, 8) étant en saillie radialement vers l’extérieur depuis la plateforme (6) et orientés respectivement de l’amont vers l’aval et de l’aval vers l’amont, lesdits crochets amont et aval (7, 8) définissant une enceinte (9) avec ladite plateforme (6), lesdits crochets amont et aval (7, 8) étant distants l’un de l’autre de manière à définir une ouverture (10) dans ladite enceinte (9), ledit talon (4) comprenant en outre un élément d’étanchéité (11) comportant une base (12) et au moins une léchette (13-16) en saillie radialement vers l’extérieur depuis la base (12), ledit élément d’étanchéité (11) étant rapporté dans ladite enceinte (9) de sorte qu’un bord amont (18) et un bord aval (19) de ladite base (12) soit respectivement en contact radial avec ledit crochet amont (7) et ledit crochet aval (8).
  2. 2. Aube (1) mobile selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit talon (4) est annulaire autour d’un axe (A), une face externe amont (24) du bord amont (18) est en contact radial avec une surface interne amont (25) du crochet amont (7), la face externe amont (24) et la surface interne amont (25) étant parallèles ou inclinées d’un angle (a) par rapport à l’axe (A) dans un plan (P) passant par l’axe (A) et coupant ledit talon (4).
  3. 3. Aube (1) mobile selon la revendication 2, caractérisée en ce qu’une face externe aval (26) du bord aval (19) est en contact radial avec une surface interne aval (27) du crochet aval (8), la face externe aval (26) et la surface interne aval (27) étant parallèles ou inclinées d’un angle (β) par rapport à l’axe (A) dans ledit plan (P).
  4. 4. Aube (1) mobile selon la revendication 3, caractérisée en ce que le contact radial entre ladite face externe amont (24) et ladite surface interne amont (25) ainsi que le contact radial entre ladite face externe aval (26) et ladite surface interne aval (27) s’étendent chacun sur une distance comprise entre 1 et 20mm.
  5. 5. Aube (1) mobile selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit crochet aval (8) est radialement surélevé par rapport audit crochet amont (7).
  6. 6. Roue (2) mobile d’une turbomachine (3) comprenant un disque sur lequel sont montées une première aube (1) mobile selon l’une des revendications 1 à 5 et une seconde aube (1) mobile selon l’une des revendications 1 à 5, ledit talon (4) de ladite seconde aube (1) étant circonférentiellement accolé au talon (4) de ladite première aube (1).
  7. 7. Roue (2) mobile selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit élément d’étanchéité (11) de ladite première aube (1) comprend un ergot en appui circonférentiel contre une butée formée dans ledit talon (4) de ladite seconde aube (1).
  8. 8. Roue (2) mobile selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque élément d’étanchéité (11) comprend un ergot (40) en appui circonférentiel contre une butée formée dans ledit talon (4) de ladite aube (1) correspondante.
  9. 9. Roue (2) mobile selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque élément d’étanchéité (11) est bloqué circonférentiellement par rapport audit talon (4) de ladite aube (1) correspondante via un pion logé en
    5 partie dans ledit élément d’étanchéité (11 ) et en partie dans ledit talon (4).
  10. 10. Roue (2) mobile selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit élément d’étanchéité (11) de ladite première aube (1) mobile est venu de matière avec ledit élément d’étanchéité (11) de ladite seconde aube (1)
    10 mobile.
  11. 11. Turbomachine (3) comprenant une roue (2) mobile selon l’une des revendications 6 à 10.
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