FR3083824A1 - PART FOR AN AIRCRAFT TURBOMACHINE ROTOR COMPRISING AN ELLIPTICALLY FULL OILING ORIFICE - Google Patents
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Abstract
Une pièce (50) pour rotor de turbomachine d'aéronef comprend une paroi annulaire (52) centrée sur un axe de rotation (54) de la pièce, ainsi qu'au moins un orifice de déshuilage (40) traversant la paroi annulaire (52) de part en part et présentant un bord (42) à section en forme d'ellipse définie par un grand axe parallèle à une direction circonférentielle (C) de la pièce et un petit axe inclus dans un plan comprenant l'axe de rotation (54) de la pièce, tels qu'un rapport d'une longueur du grand axe de l'ellipse divisée par une longueur du petit axe de l'ellipse est compris entre 1,45 et 1,75 inclus. Une telle forme de l'orifice de déshuilage permet de conférer une durée de vie accrue à la paroi annulaire (52) de la pièce.A part (50) for an aircraft turbomachine rotor comprises an annular wall (52) centered on an axis of rotation (54) of the part, as well as at least one deoiling orifice (40) passing through the annular wall (52 ) right through and having an edge (42) with an elliptical section defined by a major axis parallel to a circumferential direction (C) of the part and a minor axis included in a plane comprising the axis of rotation ( 54) of the part, such that a ratio of a length of the major axis of the ellipse divided by a length of the minor axis of the ellipse is between 1.45 and 1.75 inclusive. Such a shape of the deoiling orifice makes it possible to confer an increased service life on the annular wall (52) of the part.
Description
PIÈCE POUR ROTOR DE TURBOMACHINE D'AÉRONEF COMPRENANT UN ORIFICE DE DÉSHUILAGE DE FORME ELLIPTIQUEPART FOR AN AIRCRAFT TURBOMACHINE ROTOR COMPRISING AN ELLIPTICALLY DECOILED ORIFICE
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines destinées à équiper les aéronefs et concerne plus particulièrement une pièce destinée à faire partie d'un rotor d'une telle turbomachine, cette pièce comprenant une paroi annulaire centrée sur un axe de rotation de la pièce, la paroi annulaire comprenant un orifice de déshuilage.The present invention relates to the field of turbomachines intended to equip aircraft and relates more particularly to a part intended to form part of a rotor of such a turbomachine, this part comprising an annular wall centered on an axis of rotation of the part, the annular wall comprising a deoiling orifice.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREPRIOR STATE OF THE ART
Certains des disques formant les rotors des compresseurs et des turbines des turbomachines d'aéronef comportent une paroi annulaire et un ou plusieurs orifices dits de « déshuilage » ménagés au travers de la paroi annulaire. Une telle paroi annulaire délimite en effet une enceinte dans laquelle règne un brouillard d'huile provenant de la lubrification d'un ou plusieurs paliers agencés au sein de ladite enceinte. Chaque orifice de déshuilage permet la circulation de l'air chargé d'huile depuis ladite enceinte jusque dans un autre espace dans lequel cet air est récupéré par un dispositif prévu à cet effet.Some of the discs forming the rotors of the compressors and turbines of aircraft turbomachines comprise an annular wall and one or more orifices called "deoiling" formed through the annular wall. Such an annular wall indeed delimits an enclosure in which prevails an oil mist originating from the lubrication of one or more bearings arranged within said enclosure. Each deoiling orifice allows the air loaded with oil to circulate from said enclosure to another space in which this air is recovered by a device provided for this purpose.
Dans les turbomachines connues, les orifices de déshuilage sont des trous oblongs (également dénommés «slotted holes» dans la terminologie anglosaxonne). Un tel trou oblong est défini comme étant un trou présentant une forme allongée composée d'une partie médiane rectangulaire ou carrée et deux demi-disques agencés symétriquement l'un par rapport à l'autre, de part et d'autre de la partie médiane, aux extrémités du trou. Comme rappelé dans le document FR3028781 antérieur de la demanderesse, une telle forme est en effet considérée comme apte à procurer une bonne durée de vie à la paroi annulaire.In known turbomachinery, the oil removal orifices are oblong holes (also called “slotted holes” in English terminology). Such an oblong hole is defined as being a hole having an elongated shape composed of a rectangular or square median part and two half-discs arranged symmetrically with respect to each other, on either side of the median part. , at the ends of the hole. As recalled in the applicant's prior document FR3028781, such a shape is in fact considered to be capable of providing a good lifetime for the annular wall.
Toutefois, les inventeurs se sont fixés pour objectif d'optimiser la forme de tels orifices de déshuilage afin d'accroître encore la durée de vie de la paroi annulaire.However, the inventors have set themselves the objective of optimizing the shape of such deoiling orifices in order to further increase the life of the annular wall.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
L'invention propose à cet effet une pièce pour rotor de turbomachine d'aéronef, comprenant une paroi annulaire centrée sur un axe de rotation de la pièce, ainsi qu'au moins un orifice de déshuilage traversant la paroi annulaire de part en part, la pièce étant caractérisée en ce que l'orifice de déshuilage présente un bord à section en forme d'ellipse définie par un grand axe parallèle à une direction circonférentielle de la pièce et un petit axe inclus dans un plan comprenant l'axe de rotation de la pièce, et dans laquelle un rapport B/A, d'une longueur B du grand axe de l'ellipse divisée par une longueur A du petit axe de l'ellipse, est compris entre 1,45 et 1,75 inclus.To this end, the invention proposes a part for the rotor of an aircraft turbomachine, comprising an annular wall centered on an axis of rotation of the part, as well as at least one deoiling orifice passing right through the annular wall, the part being characterized in that the deoiling orifice has an edge with an elliptical section defined by a large axis parallel to a circumferential direction of the part and a small axis included in a plane comprising the axis of rotation of the piece, and in which a ratio B / A, of a length B of the major axis of the ellipse divided by a length A of the minor axis of the ellipse, is between 1.45 and 1.75 inclusive.
Les inventeurs ont en effet déterminé qu'une telle forme permet d'accroître considérablement la durée de vie de la paroi annulaire dans laquelle est formé l'orifice de déshuilage ou chaque orifice de déshuilage. Une telle amélioration se traduit notamment par une diminution de la contrainte de Von Mises, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit.The inventors have in fact determined that such a shape makes it possible to considerably increase the life of the annular wall in which the deoiling orifice or each deoiling orifice is formed. Such an improvement is reflected in particular by a reduction in the Von Mises constraint, as will appear more clearly in the following.
De préférence, le bord présente des angles chanfreinés.Preferably, the edge has chamfered angles.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, la pièce consiste en un disque pour compresseur de turbomachine d'aéronef, notamment un disque aubagé monobloc.In preferred embodiments of the invention, the part consists of a disc for an aircraft turbomachine compressor, in particular a one-piece bladed disc.
L'invention concerne également un compresseur pour turbomachine d'aéronef, comprenant au moins une pièce du type décrit ci-dessus.The invention also relates to a compressor for an aircraft turbomachine, comprising at least one part of the type described above.
L'invention concerne enfin une turbomachine pour aéronef, comprenant au moins une pièce du type décrit ci-dessus.Finally, the invention relates to a turbomachine for an aircraft, comprising at least one part of the type described above.
Dans des modes de réalisation préférés, la turbomachine pour aéronef comprend au moins un compresseur du type décrit ci-dessus.In preferred embodiments, the aircraft turbomachine comprises at least one compressor of the type described above.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la turbomachine est une turbomachine à double corps, et le compresseur est un compresseur haute pression.In a preferred embodiment of the invention, the turbomachine is a double-body turbomachine, and the compressor is a high pressure compressor.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood, and other details, advantages and characteristics thereof will appear on reading the following description given by way of non-limiting example and with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine ;- Figure 1 is a schematic view in axial section of a turbomachine;
- la figure 2 est une vue schématique en section axiale d'un disque aubagé d'un compresseur de la turbomachine de la figure 1, constituant une pièce selon un mode de réalisation préféré de l'invention ;- Figure 2 is a schematic view in axial section of a bladed disc of a compressor of the turbomachine of Figure 1, constituting a part according to a preferred embodiment of the invention;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'une partie d'un tourillon appartenant au disque aubagé de la figure 2 ;- Figure 3 is a schematic view in axial section of a portion of a pin belonging to the bladed disc of Figure 2;
- la figure 4 est une vue de dessus d'une partie du tourillon de la figure 3, illustrant un orifice de déshuilage formé dans le tourillon ;- Figure 4 is a top view of part of the pin of Figure 3, illustrating a deoiling orifice formed in the pin;
- la figure 5 est un graphe montrant l'évolution de la contrainte de Von Mises oVM (en ordonnée) en fonction d'un rapport B/A de dimensions de l'orifice de déshuilage ;- Figure 5 is a graph showing the evolution of the Von Mises o VM stress (on the ordinate) as a function of a B / A ratio of dimensions of the oil removal orifice;
- la figure 6 est un tableau consignant des paramètres d'essais ayant permis l'obtention du graphe de la figure 5.FIG. 6 is a table recording the test parameters which made it possible to obtain the graph of FIG. 5.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.Throughout these figures, identical references may designate identical or analogous elements.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉSDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
La figure 1 illustre une turbomachine 10 pour aéronef, comportant de manière générale une soufflante 12 destinée à l'aspiration d'un flux d'air se divisant en aval de la soufflante en un flux primaire circulant dans un canal d'écoulement de flux primaire, ci-après dénommé veine primaire PF, au sein d'un cœur de la turbomachine, et un flux secondaire contournant ce cœur dans un canal d'écoulement de flux secondaire, ci-après dénommé veine secondaire SF.FIG. 1 illustrates a turbomachine 10 for aircraft, generally comprising a fan 12 intended for the suction of an air flow dividing downstream of the fan into a primary flow circulating in a primary flow flow channel , hereinafter called the primary vein PF, within a core of the turbomachine, and a secondary flow bypassing this core in a secondary flow flow channel, hereinafter called the secondary vein SF.
La turbomachine est par exemple du type à double flux et à double corps. Le cœur de la turbomachine comporte ainsi, de manière générale, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22.The turbomachine is for example of the double flow and double body type. The heart of the turbomachine thus generally comprises a low pressure compressor 14, a high pressure compressor 16, a combustion chamber 18, a high pressure turbine 20 and a low pressure turbine 22.
Les rotors respectifs du compresseur haute pression et de la turbine haute pression sont reliés par un arbre dit « arbre haute pression », tandis que les rotors respectifs du compresseur basse pression et de la turbine basse pression sont reliés par un arbre dit « arbre basse pression », d'une manière bien connue.The respective rotors of the high pressure compressor and the high pressure turbine are connected by a shaft called "high pressure shaft", while the respective rotors of the low pressure compressor and the low pressure turbine are connected by a shaft called "low pressure shaft" In a well-known manner.
La turbomachine est carénée par une nacelle 24 entourant la veine secondaire SF. Par ailleurs, les rotors de la turbomachine sont montés rotatifs autour d'un axe longitudinal 28 de la turbomachine.The turbomachine is faired by a nacelle 24 surrounding the secondary stream SF. Furthermore, the rotors of the turbomachine are rotatably mounted about a longitudinal axis 28 of the turbomachine.
Dans l'ensemble de cette description, la direction axiale X est la direction de l'axe longitudinal 28. La direction radiale R est en tout point une direction orthogonale à l'axe longitudinal 28 et passant par ce dernier, et la direction circonférentielle ou tangentielle C est en tout point une direction orthogonale à la direction radiale R et à l'axe longitudinal 28. Les termes « interne » et « externe » font respectivement référence à une relative proximité, et un relatif éloignement, d'un élément par rapport à l'axe 28. Enfin, les directions « amont » et « aval » sont définies par référence à la direction générale de l'écoulement des gaz dans les veines primaire PF et secondaire SF de la turbomachine, selon la direction axiale X.Throughout this description, the axial direction X is the direction of the longitudinal axis 28. The radial direction R is at all points a direction orthogonal to the longitudinal axis 28 and passing through the latter, and the circumferential direction or tangential C is at any point a direction orthogonal to the radial direction R and to the longitudinal axis 28. The terms "internal" and "external" refer respectively to a relative proximity, and a relative distance, of an element relative to to axis 28. Finally, the “upstream” and “downstream” directions are defined by reference to the general direction of the flow of gases in the primary PF and secondary SF streams of the turbomachine, in the axial direction X.
Le compresseur haute pression 16 comprend typiquement plusieurs étages successifs, comprenant chacun un aubage fixe, appelé redresseur, appartenant à un stator de la turbomachine, et un disque aubagé relié à l'arbre haute pression et appartenant donc au rotor du compresseur haute pression 16.The high pressure compressor 16 typically comprises several successive stages, each comprising a fixed blade, called a rectifier, belonging to a stator of the turbomachine, and a bladed disc connected to the high pressure shaft and therefore belonging to the rotor of the high pressure compressor 16.
Le disque aubagé d'au moins un étage du compresseur haute pression 16 est de préférence un disque aubagé monobloc, également dénommé « DAM », ou encore « blisk » dans la terminologie anglo-saxonne.The bladed disc of at least one stage of the high pressure compressor 16 is preferably a one-piece bladed disc, also called "DAM", or even "blisk" in English terminology.
La figure 2 montre une partie radialement interne d'un tel disque aubagé 30, et permet en particulier d'apercevoir un tourillon 32, c'est-à-dire une paroi annulaire s'étendant vers l'aval à partir d'un flanc aval 34 du disque aubagé 30, également visible en partie sur les figures 3 et 4.FIG. 2 shows a radially internal part of such a bladed disc 30, and in particular makes it possible to see a pin 32, that is to say an annular wall extending downstream from a side downstream 34 of the bladed disc 30, also partially visible in FIGS. 3 and 4.
Le tourillon 32 comporte par exemple une portion cylindrique 36 dont une extrémité amont est reliée au flanc aval 34 du disque aubagé 30, et dont une extrémité aval est pourvue d'un rebord formant une bride annulaire 38.The journal 32 comprises for example a cylindrical portion 36, one upstream end of which is connected to the downstream side 34 of the bladed disc 30, and one downstream end of which is provided with a flange forming an annular flange 38.
La bride annulaire 38 comporte par exemple des orifices traversants 39 (figure 3) destinés au passage d'organes de fixation prévus pour relier la bride annulaire 38 à une autre partie du rotor du compresseur haute pression.The annular flange 38 comprises for example through orifices 39 (FIG. 3) intended for the passage of fixing members intended to connect the annular flange 38 to another part of the rotor of the high pressure compressor.
Le tourillon 32 comporte, dans sa portion cylindrique 36, au moins un orifice de déshuilage 40 (figures 2-4).The pin 32 has, in its cylindrical portion 36, at least one oil removal orifice 40 (Figures 2-4).
Dans la terminologie plus générale de l'invention, le disque aubagé 30 constitue une pièce 50 pour rotor de turbomachine d'aéronef, et la portion cylindrique 36 du tourillon 32 constitue une paroi annulaire 52, centrée sur un axe de rotation 54 de la pièce, qui correspond à l'axe longitudinal 28 de la turbomachine. Les directions axiale X, radiale R, et circonférentielle C, de la turbomachine, constituent donc respectivement des directions axiale, radiale, et circonférentielle, de la pièce 50.In the more general terminology of the invention, the bladed disc 30 constitutes a part 50 for the rotor of an aircraft turbomachine, and the cylindrical portion 36 of the journal 32 constitutes an annular wall 52, centered on an axis of rotation 54 of the part , which corresponds to the longitudinal axis 28 of the turbomachine. The axial X, radial R, and circumferential C directions of the turbomachine therefore constitute respectively axial, radial, and circumferential directions of the part 50.
La pièce 50 peut néanmoins être un autre type de pièce de rotor de turbomachine, sans sortir du cadre de l'invention.The part 50 may nevertheless be another type of part of a turbomachine rotor, without departing from the scope of the invention.
Selon l'invention, l'orifice de déshuilage 40 présente un bord 42 à section en forme d'ellipse (figure 4) définie par un grand axe 44 parallèle à la direction circonférentielle C, et un petit axe 46 inclus dans un plan P comprenant l'axe de rotation 54 de la pièce.According to the invention, the oil removal orifice 40 has an edge 42 with an elliptical section (FIG. 4) defined by a major axis 44 parallel to the circumferential direction C, and a minor axis 46 included in a plane P comprising the axis of rotation 54 of the part.
La section considérée est bien entendu dans un plan orthogonal à un axe central 48 de l'orifice de déshuilage 40 (figures 2 et 4).The section considered is of course in a plane orthogonal to a central axis 48 of the oil removal orifice 40 (Figures 2 and 4).
De plus, un rapport B/A, dans lequel B est la longueur du grand axe 44 de l'ellipse et A est la longueur du petit axe 46 de l'ellipse, est compris entre 1,45 et 1,75 inclus (figure 4).In addition, a ratio B / A, in which B is the length of the major axis 44 of the ellipse and A is the length of the minor axis 46 of the ellipse, is between 1.45 and 1.75 inclusive (figure 4).
Les inventeurs ont en effet déterminé qu'une telle forme permet d'accroître considérablement la durée de vie de la paroi annulaire 52 dans laquelle est formé l'orifice de déshuilage 40.The inventors have in fact determined that such a shape makes it possible to considerably increase the life of the annular wall 52 in which the deoiling orifice 40 is formed.
Une telle amélioration se traduit notamment par une réduction de la contrainte de Von Mises, comme le montre la figure 5.Such an improvement is reflected in particular by a reduction in the Von Mises stress, as shown in FIG. 5.
La figure 5 est un graphe montrant, pour une application particulière, l'évolution de la contrainte de Von Mises oVM en mégapascal (en ordonnée) en fonction du rapport B/A pour une série de onze essais pour différentes formes de l'orifice de déshuilage (courbe 60), dont les paramètres principaux sont consignés dans le tableau de la figure 6, et pour une pièce de l'art antérieur comportant un orifice de déshuilage oblong (droite 62). Le tableau de la figure 6 comporte en outre une colonne dans laquelle sont consignées les valeurs de la différence I (en pourcents) entre le rapport B/A pour chacun des onze essais et le rapport B/A pour la pièce de l'art antérieur.FIG. 5 is a graph showing, for a particular application, the evolution of the Von Mises o VM constraint in megapascal (on the ordinate) as a function of the B / A ratio for a series of eleven tests for different shapes of the orifice deoiling (curve 60), the main parameters of which are recorded in the table in FIG. 6, and for a part of the prior art comprising an oblong deoiling orifice (right 62). The table in FIG. 6 also includes a column in which the values of the difference I (in percent) are recorded between the B / A ratio for each of the eleven tests and the B / A ratio for the piece of the prior art .
Dans un mode de réalisation préféré, l'orifice de déshuilage 40 présente une forme telle que le rapport B/A est égal à 1,58.In a preferred embodiment, the deoiling orifice 40 has a shape such that the B / A ratio is equal to 1.58.
À cet effet, l'orifice de déshuilage 40 présente avantageusement une forme telle que la longueur A du petit axe 46 est égale à 3 mm et la longueur B du grand axe 44 est égale à 4,75 mm, dans le cas d'une paroi annulaire présentant un diamètre extérieur de 310,3 mm et une épaisseur de 3 mm environ à proximité de l'orifice de déshuilage 40.For this purpose, the deoiling orifice 40 advantageously has a shape such that the length A of the minor axis 46 is equal to 3 mm and the length B of the major axis 44 is equal to 4.75 mm, in the case of a annular wall having an outside diameter of 310.3 mm and a thickness of approximately 3 mm near the deoiling orifice 40.
Dans ce cas, l'axe central 48 de l'orifice de déshuilage 40 est de préférence espace de la bride annulaire 38, d'une distance E égale à 12,45 mm (figure 3).In this case, the central axis 48 of the oil removal orifice 40 is preferably the space of the annular flange 38, with a distance E equal to 12.45 mm (FIG. 3).
Par ailleurs, chaque orifice de déshuilage 40 fait en général l'objet d'un procédé dit « de cassage d'angle », consistant à usiner les arrêtes situées à l'intersection de l'orifice et, respectivement, des surfaces interne 52A et externe 52B (figure 2) de la paroi annulaire 52 dans laquelle est formé l'orifice. Un tel procédé a notamment pour but de limiter les phénomènes de concentration de contraintes aux bords de l'orifice de déshuilage 40, et d'améliorer les caractéristiques aérodynamiques de l'écoulement d'air au travers de l'orifice et le long de la paroi annulaire 52.Furthermore, each deoiling orifice 40 is generally the subject of a process known as “angle breaking”, consisting of machining the edges situated at the intersection of the orifice and, respectively, of the internal surfaces 52A and external 52B (FIG. 2) of the annular wall 52 in which the orifice is formed. The purpose of such a method is in particular to limit the stress concentration phenomena at the edges of the deoiling orifice 40, and to improve the aerodynamic characteristics of the air flow through the orifice and along the annular wall 52.
L'usinage consiste de préférence à former un chanfrein incliné par rapport à l'axe central 48 de l'orifice de déshuilage 40, par exemple selon un angle de 45 degrés environ.The machining preferably consists in forming a chamfer inclined relative to the central axis 48 of the deoiling orifice 40, for example at an angle of approximately 45 degrees.
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