FR3091719A1 - secteur de flasque d’etancheite de disque de rotor - Google Patents
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Abstract
secteur de flasque d’etancheite de disque de rotor L’invention concerne un secteur de flasque (12) d’étanchéité pour un disque de rotor (1) de turbomachine qui porte des aubes (2), le secteur de flasque (12) comportant une partie radialement externe (13) qui est destinée à s’appliquer au moins en partie sur les aubes (2) pour assurer l’étanchéité entre les aubes et une partie radialement interne (14) destinée à être appui sur un jonc annulaire (10) monté sur une face (11) du disque de rotor, la partie radialement interne (14) comportant une première gorge (27) disposée radialement à l’extérieur d’une deuxième gorge (28). Selon l’invention, la première gorge (27) comprend au moins un élément de détrompage (34). Figure pour l’abrégé : figure 1
Description
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne le domaine des turbomachines aéronautiques. Elle vise plus particulièrement un secteur de flasque d'étanchéité pour un disque de rotor de turbomachine. Elle concerne également un flasque annulaire équipé d’un tel secteur de flasque d’étanchéité, un disque de rotor comprenant un tel flasque et une turbomachine comprenant un tel disque de rotor.
Arrière-plan technique
De manière générale certains disques de rotor de turbomachine portant des aubes, tels que des disques de compresseur ou de turbine, sont équipés d’un système d’étanchéité destiné à éviter des fuites de flux d’air au niveau des pieds des aubes. En particulier, les disques de rotor, centrés sur un axe longitudinal de la turbomachine, comprennent une pluralité d’alvéoles réparties régulièrement sur leurs périphéries. Les alvéoles présentent chacune une direction principale parallèle à l’axe de la turbomachine et les pieds des aubes sont logés chacun dans une alvéole. Cet agencement est connu sous l’expression « attache axiale » ou encore « attache brochée ». Le jeu nécessaire au montage entre les pieds des aubes et les alvéoles du disque, ainsi que les efforts axiaux du flux aérodynamique traversant le compresseur ou la turbine qui s’exercent sur les aubes, permettent le passage de flux d’air non désiré de part et d’autre du pied des aubes. Ces fuites entraînent des recirculations de flux d’air qui provoquent des pertes de débit et de performance de la turbine ou du compresseur non négligeables. Le système d’étanchéité est destiné à pallier ces fuites et recirculations de flux d’air.
Un exemple de système d’étanchéité, connu du document FR-B1-2913064, comprend plusieurs secteurs de flasque juxtaposés circonférentiellemement. Chaque secteur de flasque comprend une partie radialement externe et une partie radialement interne. Chaque secteur de flasque est mobile par effet centrifuge entre une position de repos dans laquelle sa partie radialement interne s’appuie sur un moyeu du disque et une position de fonctionnement dans laquelle sa partie radialement externe s’applique sur le disque (plus précisément les aubages) pour empêcher les fuites de flux d’air sous pression vers l'axe du disque et en amont de celui-ci. Par ailleurs, la partie radialement interne du flasque comprend une première gorge annulaire disposée radialement à l’extérieur d’une deuxième gorge annulaire. Un jonc annulaire d’étanchéité est destiné à être monté dans la deuxième gorge et à s’appuyer sur une face aval du moyeu du disque de rotor. Ce jonc annulaire d’étanchéité permet d’une part, de maintenir le flasque annulaire ou plusieurs secteurs de flasque à froid et d’autre part, de plaquer le flasque radialement en fonctionnement sous l’effet de la force centrifuge et de les faire basculer autour des crochets de disque ce qui assure une étanchéité complète.
Lors du montage du système d’étanchéité par un opérateur, le jonc d’étanchéité est d’abord monté sur une face du disque de rotor, suivi des différents secteurs de flasque d’étanchéité par glissement et en faisant en sorte que le jonc annulaire s’insère dans la deuxième gorge de chaque secteur de flasque. Les aubes sont montées en dernier lieu sur le disque de rotor en logeant leurs pieds dans les alvéoles. Cependant, la géométrie des deux première et deuxième gorges est sensiblement identique et leur configuration, notamment suffisamment proche l’une de l’autre sur la partie radialement interne, font que l’opérateur peut monter par inadvertance le jonc annulaire sans difficulté dans la première gorge qui n’est pas prévue à cet effet. Une telle erreur de montage entraîne un défaut d’étanchéité des secteurs de flasque. En effet, le jonc annulaire désormais monté dans la première gorge, est localisé au niveau des fonds des alvéoles avec un espace radial entre le jonc annulaire et le fond des alvéoles. Le flux d’air peut donc ainsi circuler à travers cet espace radial, vers l’axe du disque et vers l’amont du disque de rotor en repassant sous les pieds des aubes. Une zone avec des léchettes peut être située de part et d’autre du disque de rotor, ces léchettes coopérant avec une couche de matériau abradable. Les fuites de flux d’air peuvent entraîner une augmentation de la température de cette zone de léchettes et une déformation plastique irréversible de celle-ci ce qui peut impliquer des fissures ou criques dans les léchettes à cause d’une forte pénétration des léchettes dans le matériau abradable en vis-à-vis dans celles-ci.
La présente invention a notamment pour objectif de fournir une solution simple et efficace permettant un montage d’un jonc annulaire coopérant avec au moins un secteur de flasque au bon endroit et pour que le secteur de flasque puisse assurer sa fonction d’étanchéité.
On parvient à cet objectif conformément à l’invention grâce à un secteur de flasque d’étanchéité pour un disque de rotor de turbomachine qui porte des aubes, le secteur de flasque annulaire comportant une partie radialement externe qui est destinée à s’appliquer au moins en partie sur les aubes pour assurer l’étanchéité entre les aubes et une partie radialement interne destinée à être appui sur un jonc annulaire monté sur une face du disque de rotor, la partie radialement interne comportant une première gorge disposée radialement à l’extérieur d’une deuxième gorge, la première gorge comprenant au moins un élément de détrompage.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, cet élément de détrompage dans la première gorge empêche que l’opérateur insère un organe de la turbomachine, tel qu’un jonc annulaire d’un système d’étanchéité dans cette première gorge qui n’est pas destinée à le recevoir et par conséquent les risques de fuite de flux aérodynamiques à travers le flasque sont limités. En d’autres termes, l’opérateur ne pourra pas introduire le jonc annulaire dans la première gorge à cause de cet élément de détrompage. Cette solution garantit le montage des secteurs de flasque sur le disque et est facile à mettre en œuvre.
Le secteur de flasque comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- la première gorge comprend deux extrémités opposées suivant une direction circonférentielle d’allongement de la première gorge, un élément de détrompage étant agencé à au moins une des deux extrémités circonférentielles de la première gorge ;
- un élément de détrompage est agencé respectivement à chaque extrémité de la première gorge ;
- chaque élément de détrompage est constitué d’une protubérance faisant saillie depuis un fond de la première gorge ;
- la protubérance est venue de matière avec le secteur de flasque;
- la partie radialement externe comprend une lèvre périphérique destinée à venir contre au moins un pied d’aube ;
- le secteur de flasque comprend une pluralité de pattes agencées radialement entre la partie radialement interne et la partie radialement externe, chaque patte s’étendant radialement vers l’extérieur ;
- le secteur de flasque est réalisé dans un matériau métallique ou un alliage métallique.
L’invention concerne également un flasque annulaire comprenant une pluralité de secteurs de flasque présentant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
L’invention concerne également un disque de rotor de turbomachine portant des aubes et équipé d’un flasque annulaire présentant l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées et d’un jonc annulaire d’étanchéité installé dans la deuxième gorge de chaque secteur de flasque.
L’invention concerne en outre une turbomachine comprenant un disque de rotor présentant l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées.
L’invention concerne également un procédé d’installation d’un système d’étanchéité sur un disque de rotor présentant l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées, le système d’étanchéité comprenant un jonc annulaire d’étanchéité et un flasque annulaire d’étanchéité et le procédé comprenant les étapes suivante :
- installation du jonc annulaire d’étanchéité sur la face du disque de rotor,
- mise en place des secteurs de flasque d’étanchéité formant le flasque annulaire,
- positionnement du jonc annulaire dans la deuxième gorge du flasque,
- installation des aubes sur le disque de rotor en insérant leurs pieds dans des alvéoles du disque de rotor.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
Description détaillée de l'invention
La figure 1 illustre partiellement un disque de rotor 1 de turbomachine, par exemple un disque de rotor de compresseur ou de turbine. La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur pour aéronef. Le disque de rotor 1 est centré sur un axe longitudinal X de la turbomachine et plusieurs aubes 2 s’étendent chacune suivant un axe radial Z depuis la périphérie 3 du disque de rotor 1. Les aubes 2 sont régulièrement réparties sur la périphérie du disque de rotor. Chaque aube 2 comprend un pied 4 et une pale 5 qui s’étend suivant un axe radial depuis le pied 4. Chaque pale 4 est baignée dans un flux aérodynamique traversant la turbomachine.
Le disque de rotor 1 comporte une pluralité d'alvéoles 6 qui s’étendent chacune sensiblement suivant l’axe longitudinale X et qui sont réparties régulièrement à la périphérie 3 du disque de rotor 1. De manière alternatives, les alvéoles peuvent présenter une direction ayant un angle non nul avec l’axe longitudinal (angle de brochage).
Les alvéoles 6 sont chacune destinées à recevoir un pied 4 d'aube. Les alvéoles 6 sont délimitées chacune circonférentiellement par deux dents 7 comme cela est visible sur la figure 1. Les pieds 4 ont chacun une forme correspondante à celle d’une alvéole 6, telle qu’une forme en sapin ou en queue d’aronde.
En référence aux figures 1 et 2, au moins un système d’étanchéité 8 est monté sur le disque de rotor de manière à empêcher la circulation du flux aérodynamique vers l’amont du disque de rotor. Le système d’étanchéité 8 comprend un flasque annulaire 9 d’étanchéité et un jonc annulaire d’étanchéité 10. Le jonc annulaire 10 comme nous le verrons dans la suite de la description est monté sur le flasque annulaire 9 de manière à empêcher un passage d’air sous le flasque annulaire.
Le flasque annulaire 9 est monté contre une face 11 du disque de rotor 1, qui s’étend suivant l’axe radial Z, de manière à immobiliser axialement les aubes 2 portées par le disque de rotor 1, et notamment les pieds 4 dans les alvéoles 6. Le flasque annulaire 9 permet également, grâce au jonc annulaire, d’éviter la circulation d'air du flux aérodynamique dans les alvéoles 6 et sous les pieds 4 des aubes en formant une barrière d'étanchéité.
La face 11 peut être une face amont ou une face aval du disque de rotor suivant l’étage sur lequel est monté le flasque annulaire 9.
En effet, chaque turbine (comme chaque compresseur) comprend un ou plusieurs étages. Dans le cas d’une pluralité d’étages, ceux-ci sont disposés successivement selon l’axe longitudinal X. Chaque étage comprend une roue mobile à aubes formant un rotor et une roue fixe formant un stator. Les aubes de ce stator sont désignées par le terme d’aube de distributeur. Chaque roue mobile est agencée en amont d’une roue de distributeur. Dans le cas d’un compresseur, les aubes de stator sont désignées par le terme de redresseur et chacun de ceux-ci est respectivement en aval d’une roue mobile également. Chaque roue mobile comprend un disque de rotor tel qu’illustré sur la figure 1.
De manière alternative, des flasques annulaires peuvent être montés en amont et en aval du disque de rotor.
Dans la présente invention, et de manière générale, les termes « amont » et «aval» sont définis par rapport à la circulation des gaz dans la turbomachine qui est sensiblement parallèle à l’axe longitudinal X. Les termes « axial » et « axialement » sont définis par rapport à l’axe longitudinal. Un axe transversal T représenté sur la figure 1 est également perpendiculaire aux axes longitudinal et radial.
Dans cet exemple de réalisation où le flasque est situé sur la face aval du disque, le flasque annulaire 9 comprend plusieurs secteurs de flasque 12 tels que celui qui est représenté sur la figure 2. Chaque secteur de flasque 12 s’étend suivant une direction circonférentielle autour d’une direction axiale A. Cette direction axiale A est centrée sur l’axe longitudinal X du disque de rotor et de la turbomachine en situation d’installation.
Chaque secteur de flasque comprend une partie radialement externe 13 et une partie radialement interne 14 qui s’étendent chacune respectivement suivant une direction radiale R. Les termes « interne », « externe », « radial » et « radialement » sont définis par rapport à la direction radiale R perpendiculaire à la direction axiale A et au regard de l’éloignement par rapport à la direction axiale A. De même, en situation d’installation du flasque sur le disque de turbomachine, la direction radiale R est parallèle à l’axe radial Z.
Chaque secteur de flasque 12 comprend également une face amont 15 et une face aval 16 qui sont opposées suivant la direction axiale ( et suivant l’axe longitudinal X en situation d’installation sur le disque de rotor).
En référence aux figures 2 et 3, la partie radialement externe 13 est destinée à s’appliquer sur les pieds d’aube pour assurer l’étanchéité. En particulier, la partie radialement externe 13 comprend une première paroi 17 comportant une première surface 18 qui est définie dans un plan qui est sensiblement perpendiculaire à la direction axiale A. La première surface 18 est en regard d’au moins une surface d’appui 19 (sensiblement plane) d’un crochet 20. Ce dernier est porté par chaque dent 7 du disque de rotor. En d’autres termes, il y a une pluralité de crochets 20 qui sont répartis autour de l’axe longitudinal. Les crochets 20 s’étendent radialement vers l’axe longitudinal (soit vers l’intérieur). Les crochets sont espacés axialement de la face du disque en formant une gorge annulaire 21.
La partie radialement externe 13 comprend également une lèvre périphérique 22 qui s’étend radialement depuis la première paroi 17 du secteur de flasque 12. La lèvre périphérique 22 présente une deuxième surface 23 qui est destinée à venir en appui contre au moins un pied 4 d’aube 2, et notamment contre une surface d’appui 24 de chaque pied d’aube. La deuxième surface 23 est définie dans un plan sensiblement parallèle à celui de la première surface 18 de la première paroi 17 du secteur de flaque 12. Les première et deuxièmes surfaces sont situées du côté de la face amont 15 du secteur de flasque 12. En particulier, comme cela est visible sur la figure 3, la deuxième surface 23 est en amont de la première surface 18 ce qui permet le contact entre la deuxième surface 23 et la surface d’appui 24.
En référence aux figures 2 et 3, la partie radialement interne 14 comprend un bord périphérique 26 formé à l’extrémité radialement interne du secteur de flasque et en regard d’un moyeu 25 du disque de rotor. La partie radialement interne comprend une première gorge 27 destinée à être agencée en regard de la face 11 disque de rotor. La première gorge est allongée suivant une direction circonférentielle. Cette première gorge 27 permet d’alléger le poids du secteur de flasque 12 pour améliorer les performances du compresseur ou de la turbine ainsi que la durée de vie de la turbine (ou du compresseur).
La partie radialement interne 14 est complétée par une deuxième gorge 28 destinée à être agencée également en regard de la face 11 du disque de rotor. La deuxième gorge s’étend également suivant une direction circonférentielle. La première gorge 27 est disposée radialement à l’extérieur de la deuxième gorge 28.
En particulier, la deuxième gorge 28 est destinée à recevoir au moins en partie le jonc annulaire 10 d’étanchéité (ou anneau). Le jonc annulaire 10 est fendu radialement. Plus précisément encore, le jonc annulaire permet d’empêcher que le flux aérodynamique remonte vers les alvéoles 6 du disque. Celui-ci présente dans cet exemple de réalisation une section de forme trapézoïdale. Toutefois, le jonc annulaire 10 peut présenter une section de forme sensiblement triangulaire.
La première et la deuxième gorges 27, 28 s’étendent chacune circonférentiellement sur toute la surface du secteur de flasque. Chaque première et deuxième gorge présente une section axiale en forme de U avec un fond et deux branches sensiblement axiales s’étendant depuis le fond. De même, chaque première gorge et deuxième gorge s’étend entre une première extrémité et une deuxième extrémité opposées suivant la direction circonférentiellement d’allongement.
Comme cela est visible sur les figures 1 et 3, les première et deuxième gorges sont séparées radialement par une saillie annulaire 29 s’étendant axialement depuis la face amont 15 du secteur de flasque. La saillie annulaire 29 s’étend également sur toute la surface du secteur de flasque suivant la direction circonférentielle. Le bord périphérique 26 comprend en outre un ergot 30 qui permet de former une des branches du U de la deuxième gorge 28.
Chaque secteur de flasque 12 comprend également dans le présent exemple une pluralité de pattes 31 (ou crochet de flasque) qui sont réparties régulièrement sur la face amont 15 du secteur de flasque suivant une direction circonférentielle. Ces pattes 31 font saillies depuis la face amont et s’étendent radialement vers l’extérieur. Celles-ci sont destinées à coopérer avec les crochets 20 du disque de rotor portés par les dents de manière à former une retenue axiale et radiale du secteur de flasque par rapport au disque de rotor. En particulier, les pattes 31 présentent des formes et dimensions sensiblement complémentaires de la gorge annulaire 21 dans laquelle celles-ci sont destinées à être logées. Dans le présent exemple, les pattes 31 sont agencées radialement entre la partie radialement externe 13 et la partie radialement interne 14. Les pattes 31 sont espacées axialement de la face amont de sorte à former une troisième gorge 32 dans laquelle sont reçues les crochets 20.
Comme nous pouvons le voir sur les figures 2, 3 et 4, la première gorge 27 comprend au moins un élément de détrompage 34 de sorte à empêcher le montage du jonc annulaire 10 dans celle-ci.
Dans le présent exemple, un élément de détrompage 34 est agencé à chaque extrémité circonférentielle de la première gorge.
Avantageusement, mais non limitativement, au moins un élément de détrompage 34 est constitué d’une protubérance 35 faisant saillie depuis le fond de la première gorge 27. Dans cet exemple de réalisation, la protubérance 35 est venue de matière avec le flasque 9, 12. Cette configuration est simple à mettre en œuvre car il suffit d’interrompre l’opération d’usinage de la première gorge à la position souhaitée pour l’élément de détrompage. Lorsque les protubérances 35 sont situées aux extrémités de la première gorge 27, il suffit d’arrêter l’usinage plus tôt. Une telle solution n’impacte que très faiblement la masse du flasque. D’autre part, cette solution est simple puisque celle-ci intervient lors de l’étape d’usinage du flasque.
Suivant une autre caractéristique avantageuse, chaque protubérance 35 présente une faible épaisseur de manière à contrôler la masse du flasque. Chaque protubérance 35 présente par exemple une épaisseur (suivant la direction circonférentielle) comprise entre 0.5 et 2 mm.
Chaque protubérance présente une hauteur inférieure ou égale à celle de la première gorge 27 sensiblement suivant la direction axiale A. Cela garantit l’étanchéité du flasque.
Comme cela est visible sur la figure 4, la protubérance comprend une face 39 qui est affleurante avec une face latérale 40 du secteur de flasque.
Chaque secteur de flasque est réalisé dans un matériau métallique ou un alliage métallique. Avantageusement, le matériau métallique ou l’alliage métallique comprend une base de nickel, de chrome, de fer et/ou de molybdène.
Nous allons maintenant décrire un exemple de procédé de montage d’un système d’étanchéité 8 sur un disque de rotor 1 tel que décrit ci-dessus. Le système d’étanchéité comprend un flasque annulaire 9 d’étanchéité et aussi un jonc annulaire 10 d’étanchéité. Dans ce procédé de montage, l’opérateur installe tout d’abord le jonc annulaire d’étanchéité sur la face 11 du disque de rotor. Les secteurs de flasque 12 sont ensuite mises en place sur le disque de rotor de manière à former le flasque 9. Il est bien entendu possible que le flasque 9 soit formé d’un seul tenant en formant un anneau fermé.
Lors de cette étape, les pattes 31 de chaque secteur 12 sont glissées à l’intérieur de la gorge annulaire 21 formée par les crochets 20 du disque de rotor. Chaque crochet 20 est également logé dans la troisième gorge 32 du secteur de flasque.
De même, lors de cette étape, le jonc annulaire 10 est positionné à une hauteur souhaitée suivant la direction radiale pour que celui-ci puisse s’insérer dans la deuxième gorge 28. L’opérateur ne peut pas se tromper de gorge puisque la première gorge 27 comprend au moins un élément de détrompage pour empêcher l’insertion du jonc 10. Enfin, les aubes 2 sont montées sur le disque en insérant les pieds des aubes dans les alvéoles.
Lors de la rotation du disque de rotor, les secteurs de flasque 12 se déplacent radialement à l’extérieur sous l’effet de la force centrifuge de sorte que la lèvre périphérique 22 de chaque secteur de flasque 12 est en contact avec le pied d’aube 4. Les extrémités libres des crochets 20 peuvent venir en butée contre le fond de la troisième gorge 32 et/ou les extrémités libres des pattes 31 en butée contre le fond de la gorge annulaire 21. La deuxième surface 23 de la lèvre périphérique vient également en appui contre la surface d’appui 24 du pied des aubes par effet de basculement autour d’un point d’un contact avec les crochets 20 de disque. Ceci permet dont un blocage axial et radial du flasque annulaire 9 et aussi de l’aube. L’étanchéité complète du système (disque de rotor – jonc annulaire – flasque annulaire – aube) est ainsi assurée.
Lorsque le disque de rotor est à l’arrêt, le flasque 9 n’est plus soumis à l’effort centrifuge et est retenu par le jonc annulaire 10 (du fait de la rigidité propre de ce dernier) sur le disque de rotor 1.
Claims (9)
- Secteur de flasque (12) d’étanchéité pour un disque de rotor (1) de turbomachine qui porte des aubes (2), le secteur de flasque (12) comportant une partie radialement externe (13) qui est destinée à s’appliquer au moins en partie sur les aubes (2) pour assurer l’étanchéité entre les aubes et une partie radialement interne (14) destinée à être en appui sur un jonc annulaire (10) monté sur une face (11) du disque de rotor, la partie radialement interne (14) comportant une première gorge (27) disposée radialement à l’extérieur d’une deuxième gorge (28), caractérisé en ce que la première gorge (27) comprend au moins un élément de détrompage (34).
- Secteur de flasque (12) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première gorge (17) comprend deux extrémités opposées suivant une direction circonférentielle d’allongement de la première gorge, un élément de détrompage (34) étant agencé à au moins une des deux extrémités circonférentielles de la première gorge (27).
- Secteur de flasque (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément de détrompage (34) est constitué d’une protubérance (35) faisant saillie depuis un fond de la première gorge (27).
- Secteur de flasque (12) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la protubérance (35) est venue de matière avec le secteur de flasque (12).
- Secteur de flasque (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie radialement externe (13) comprend une lèvre périphérique (22) destinée à venir contre un pied (4) d’aube.
- Secteur de flasque (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de pattes (31) agencées radialement entre la partie radialement interne (14) et la partie radialement externe (13), chaque patte (31) s’étendant radialement vers l’extérieur.
- Flasque annulaire (9) caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de secteurs de flasque (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- Disque de rotor (1) de turbomachine portant des aubes (2) et équipé d’un flasque annulaire (9) selon la revendication précédente et d’un jonc annulaire (10) d’étanchéité installé dans la deuxième gorge (28) de chaque secteur de flasque (12).
- Turbomachine comprenant un disque de rotor (1) selon la revendication précédente.
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