FR3085992A1 - Aube de roue mobile de turbine comportant un pied de forme curviligne - Google Patents
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Abstract
L'objet principal de l'invention est une aube mobile (18) pour roue mobile de turbine de turbomachine d'aéronef, comportant, dans une direction radiale (23) en allant de l'intérieur vers l'extérieur, une racine de pied d'aube, une échasse, une plateforme et une pale (30), la racine étant reliée à l'échasse par un col (40), caractérisée en ce que le col (40) présente un profil curviligne définissant, en section dans un plan perpendiculaire à la direction radiale (23), une forme incurvée, et en ce que ladite section du col (40) recouvre ainsi au moins 75 % de la section de la pale (30), en projection des sections du col (40) et de la pale (30) dans un plan perpendiculaire à la direction radiale (23), au niveau de la jonction de la section de la pale (30) avec la plateforme.
Description
AUBE DE ROUE MOBILE DE TURBINE COMPORTANT UN PIED DE FORME CURVILIGNE DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines, et plus particulièrement au domaine des aubes mobiles de turbine pour turbomachine d'aéronef, et plus généralement les roues mobiles de turbine équipées de telles aubes, comme par exemple les roues décrites dans la demande de brevet EP 1 264 964 Al.
L'invention s'applique à tout type de turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La figure 1 représente une turbomachine 1 d'aéronef, par exemple ici un turboréacteur à double flux et à double corps, laquelle présente un axe central longitudinal 2 autour duquel s'étendent ses différents composants. Elle comprend, d'amont en aval selon une direction principale 5 d'écoulement des gaz à travers cette turbomachine, une soufflante 3, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 11, une turbine haute pression 7 et une turbine basse pression 8.
De manière conventionnelle, après avoir traversé la soufflante, l'air se divise en un flux primaire central 12a et un flux secondaire 12b qui entoure le flux primaire. Le flux primaire 12a s'écoule dans une veine principale 14a de circulation des gaz traversant les compresseurs 4, 6, la chambre de combustion 11 et les turbines 7, 8. Le flux secondaire 12b s'écoule quant à lui dans une veine secondaire 14b délimitée radialement vers l'extérieur par un carter moteur, entouré d'une nacelle 9.
De façon classique, la turbine basse pression 8 présente une alternance de roues mobiles et de distributeurs. Une roue mobile comporte un disque et une pluralité d'aubes 18 portées par le disque, réparties circonférentiellement autour du disque.
La figure 2 représente en perspective un exemple d'aube 18 de roue mobile de turbine basse pression 8 du turboréacteur 1 de la figure 1.
L'aube 18 comporte, dans une direction radiale 23 en rapport avec l'axe central 2, en allant de l'intérieur vers l'extérieur, une racine 24 de pied d'aube, un col 40, une échasse 26, une plateforme 28, une pale 30 constituant la partie aérodynamique de l'aube et un talon 31. La racine 24, le col 40 et Léchasse 26 forment le pied d'aube.
La racine 24 de pied d'aube présente une forme extérieure dite « en sapin » ou « en bulbe », permettant son insertion dans une rainure de logement d'aube prévue sur le disque de turbine. L'échasse 26 présente habituellement une épaisseur faible selon une direction circonférentielle 32, tandis que la plateforme 28 s'étend de part et d'autre de Léchasse 26 selon cette même direction circonférentielle 32.
Dans l'exemple de la figure 2, l'aube mobile 18 comporte une échasse 26 de forme droite, ce qu'illustre également la figure 3B. La figure 3B permet également d'illustrer la présence du col 40 entre la racine 24 et l'échasse 26.
Toutefois, certaines aubes mobiles 18 comportent des échasses 26 de forme curviligne ou encore dite « évolutive », comme illustré par la figure 3A, qui assure un meilleur recouvrement entre la pale 30 et l'échasse 26, et permet également d'améliorer la continuité du refroidissement du métal, en particulier pour éviter la formation d'une discontinuité entre les grains sur des métaux monocristallins ou des poly-cristaux orientés ou colonnaires.
Cependant, même si l'échasse 26 d'une telle aube mobile 18 présente une forme curviligne, la liaison de l'aube mobile 18 avec le disque de turbine est réalisée par le biais d'une racine 24 de forme rectiligne, comme visible sur la figure 2, autrement dit présentant en section, selon un plan perpendiculaire à la direction radiale 23, une forme de parallélogramme.
Les efforts centrifuges liés au mouvement de rotation du disque de turbine créent une concentration de contraintes dans le col 40 du pied d'aube. L'usinage du col 40 étant réalisé en même temps que le pied d'aube rectiligne, la section du col 40 a une forme de parallélogramme.
La figure 4 illustre partiellement, selon une vue de dessus, le recouvrement RI de la section en pied de la pale 30 par le col 40 du pied d'aube, sous la forme d'un parallélogramme, pour l'aube mobile 18 de la figure 2. Sur cette figure 4, seuls le col 40 et la pale 30 sont donc représentés en section et leur recouvrement RI est matérialisé par des hachures.
On constate que le recouvrement RI n'est pas satisfaisant. La pale 30 est loin d'être entièrement recouverte par la section du col 40. En conséquence, le champ de répartition des contraintes sur la section du col 40 n'est pas uniforme.
Il existe donc un besoin d'amélioration de la conception des aubes mobiles de turbine, et notamment un besoin pour limiter les zones de fortes concentrations de contraintes sur de telles aubes.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une aube mobile pour roue mobile de turbine de turbomachine d'aéronef, comportant, dans une direction radiale en allant de l'intérieur vers l'extérieur, une racine de pied d'aube, une échasse, une plateforme et une pale, la racine étant reliée à Léchasse par un col, caractérisée en ce que le col, et notamment le pied de l'aube mobile comprenant la racine, le col et Léchasse, présente un profil curviligne définissant, en section dans un plan perpendiculaire à la direction radiale, une forme incurvée, s'étendant notamment selon un axe curviligne, et en ce que ladite section du col recouvre ainsi au moins 75 %, notamment au moins 80 %, de la section de la pale, en projection des sections du col et de la pale dans un plan perpendiculaire à la direction radiale, au niveau de la jonction de la section de la pale avec la plateforme.
Grâce à l'invention, il peut être possible d'optimiser la répartition des contraintes dans le col d'une aube mobile de turbine, ce qui impacte positivement la durée de vie de la pièce. De plus, l'invention peut permettre un meilleur alignement de la pale de l'aube sur son pied, ce qui favorise la continuité des grains du pied dans la pale pour des poly-cristaux orientés ou colonnaires et limite la formation de grains parasites sur des monocristaux.
L'aube mobile de turbine selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
Préférentiellement, le col et la pale peuvent présenter une forme incurvée selon une même orientation.
L'axe curviligne du col peut définir un arc de cercle.
Le profil curviligne du col peut plus particulièrement définir, en section dans un plan perpendiculaire à la direction radiale, une forme de parallélogramme incurvé selon l'axe curviligne.
L'axe curviligne peut avantageusement comporter une première portion d'axe configurée pour s'étendre sensiblement parallèlement à l'axe de rotation de la roue mobile de turbine, définissant ainsi un angle sensiblement nul entre ladite première portion d'axe et l'axe de rotation. Ladite première portion d'axe peut être configurée pour être située au niveau de la partie amont du col.
Par ailleurs, l'axe curviligne peut avantageusement comporter encore une deuxième portion d'axe configurée pour s'étendre selon un angle inférieur ou égal à 45° par rapport à l'axe de rotation de la roue mobile de turbine. Ladite deuxième portion d'axe peut être configurée pour être située au niveau de la partie aval du col.
Par ailleurs, l'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une roue mobile de turbine pour turbomachine d'aéronef, caractérisé en ce qu'elle comporte un disque de turbine et une pluralité d'aubes mobiles telles que définies précédemment, portées par le disque et réparties circonférentiellement autour du disque.
De plus, l'invention a aussi pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbine pour turbomachine d'aéronef, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une roue mobile telle que définie précédemment, la turbine étant préférentiellement une turbine basse pression.
En outre, l'invention a pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbomachine d'aéronef, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une turbine telle que définie précédemment, la turbomachine étant préférentiellement une turbomachine à double corps.
L'aube mobile, la roue mobile, la turbine et la turbomachine d'aéronef selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un exemple de turboréacteur à double flux convenant à la mise en œuvre de l'invention,
- la figure 2 représente en perspective un exemple d'aube de roue de turbine du turboréacteur de la figure 1,
- les figures 3A et 3B illustrent, en coupe partielle, des exemples de forme d'échasses de pieds d'aubes de roue de turbine, respectivement une échasse évolutive et une échasse droite,
- la figure 4 illustre partiellement, selon une vue de dessus, le recouvrement de la section en pied de la pale par le col du pied pour une aube de roue de turbine telle que celle de la figure 2,
- la figure 5 illustre partiellement, selon une vue de dessus, le recouvrement de la section en pied de la pale par le col curviligne du pied pour une aube de roue de turbine conforme à l'invention, et
- la figure 6 représente partiellement, selon une vue de dessous, une aube mobile de turbine basse pression conforme à l'invention, telle que celle associée à la figure 5.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER
Dans toute la description, il est noté que l'on appelle axe 2 de la turbomachine 1, l'axe de symétrie radiale de celle-ci (voir figure 1). La direction axiale de la turbomachine 1 correspond à l'axe de rotation 2 de la turbomachine 1. Une direction radiale de la turbomachine 1 est une direction perpendiculaire à l'axe 2 de la turbomachine 1. En outre, sauf précision contraire, les adjectifs et adverbes axial, radial, axialement et radialement sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale précitées, et les termes intérieur (ou interne) et extérieur (ou externe) sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est plus proche de l'axe 2 de la turbomachine 1 que la partie extérieure du même élément.
Les figures 1 à 4 ont été décrites précédemment dans la partie relative à l'état de la technique antérieure et au contexte technique de l'invention.
La figure 5 illustre partiellement, selon une vue de dessus, le recouvrement de la section en pied de la pale 30 par le col 40 curviligne du pied pour une aube de roue mobile 18 de turbine 8 conforme à l'invention, et la figure 6 représente partiellement, selon une vue de dessous, une aube mobile 18 de turbine basse pression 8 conforme à l'invention associée à la figure 5.
L'invention permet avantageusement d'optimiser la section du col 40 du pied d'aube afin que son recouvrement R2 avec la section de la pale 30 en pied soit le plus performant.
En particulier, comme visible sur la figure 5, le col 40 présente un profil curviligne qui définit, en section dans un plan perpendiculaire à la direction radiale 23, une forme incurvée s'étendant selon un axe curviligne 42.
Cette section du col 40 recouvre avantageusement au moins 75 % de la section de la pale 30, en projection des sections du col 40 et de la pale 30 dans un plan perpendiculaire à la direction radiale 23, au niveau de sa jonction avec la plateforme 28. Dans cet exemple de la figure 5, le recouvrement R2, symbolisé par des hachures, est même supérieur à 80 % de la section de la pale 30 en pied.
De façon avantageuse, le champ de contraintes est ainsi mieux réparti sur la surface du col 40. De plus, ce meilleur alignement favorise la poussée des grains dans la pale 30 ainsi que la diminution des concentrations de contraintes dues aux accidents de géométrie.
Plus précisément, le col 40 et la racine 24 de pied d'aube sont ici usinés de façon curviligne pour présenter une forme d'arc de cercle selon une même orientation que celle de la pale 30.
Afin de faciliter le montage des pièces, l'axe curviligne 42 comporte une première portion d'axe 42a configurée pour s'étendre sensiblement parallèlement à l'axe de rotation 2 de la roue mobile de turbine, et une deuxième portion d'axe 42b formant un angle non nul avec l'axe de rotation 2.
Plus précisément, l'angle d'entrée a, visible sur la figure 6, situé du côté amont de la racine 24 de pied d'aube, est choisi pour être sensiblement nul par rapport à l'axe moteur 2. De même, toujours afin de faciliter le montage, l'angle de sortie β, situé du côté aval de la racine 24, formé entre la deuxième portion d'axe 42b et l'axe moteur 2, est choisi pour être inférieur ou égal à 45°.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Aube mobile (18) pour roue mobile de turbine (8) de turbomachine d'aéronef (1), comportant, dans une direction radiale (23) en allant de l'intérieur vers l'extérieur, une racine (24) de pied d'aube, une échasse (26), une plateforme (28) et une pale (30), la racine (24) étant reliée à l'échasse (26) par un col (40), caractérisée en ce que le col (40) présente un profil curviligne définissant, en section dans un plan perpendiculaire à la direction radiale (23), une forme incurvée, et en ce que ladite section du col (40) recouvre ainsi au moins 75 % de la section de la pale (30), en projection des sections du col (40) et de la pale (30) dans un plan perpendiculaire à la direction radiale (23), au niveau de la jonction de la section de la pale (30) avec la plateforme (28).
- 2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pied de l'aube mobile (18), comprenant la racine (24), le col (40) et l'échasse (26), présente un profil curviligne définissant, en section dans un plan perpendiculaire à la direction radiale (23), une forme incurvée.
- 3. Aube selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le col (40) et la pale (30) présentent une forme incurvée selon une même orientation.
- 4. Aube selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le profil curviligne du col (40) définit, en section dans un plan perpendiculaire à la direction radiale (23), une forme de parallélogramme incurvé selon un axe curviligne (42).
- 5. Aube selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'axe curviligne (42) comporte une première portion d'axe (42a) configurée pour s'étendre sensiblement parallèlement à l'axe de rotation (2) de la roue mobile de turbine, définissant ainsi un angle (a) sensiblement nul entre ladite première portion d'axe (42a) et l'axe de rotation (2), ladite première portion d'axe (42a) étant notamment configurée pour être située au niveau de la partie amont du col (40).
- 6. Aube selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que l'axe curviligne (42) comporte une deuxième portion d'axe (42b) configurée pour s'étendre selon un angle (β) inférieur ou égal à 45° par rapport à l'axe de rotation (2) de la roue mobile de turbine.
- 7. Aube selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite deuxième portion d'axe (42b) est configurée pour être située au niveau de la partie aval du col (40).
- 8. Roue mobile de turbine pour turbomachine d'aéronef, caractérisé en ce qu'elle comporte un disque de turbine et une pluralité d'aubes mobiles (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, portées par le disque et réparties circonférentiellement autour du disque.
- 9. Turbine (8) pour turbomachine d'aéronef, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une roue mobile selon la revendication 8, la turbine étant préférentiellement une turbine basse pression.
- 10. Turbomachine d'aéronef (1), caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une turbine selon la revendication 9, la turbomachine étant préférentiellement une turbomachine à double corps.
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2019
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Patent Citations (8)
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