FR3098241A1 - Tambour pour une turbomachine d’aeronef - Google Patents

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Abstract

Tambour (10) pour une turbomachine d’aéronef, ce tambour comportant un corps annulaire (20) s’étendant autour d’un axe A, ce corps portant des aubages disposés le long de l’axe et à l’intérieur dudit corps, et des revêtements annulaires (22) en matériau abradable intercalés entre les aubages à l’intérieur dudit corps, ce corps étant divisé en plusieurs tronçons annulaires (20a, 20b, 20c) disposés les uns derrière les autres le long de l’axe A et fixés les uns aux autres par des brides annulaires (30) s’étendant radialement vers l’extérieur, caractérisé en ce que les brides annulaires de fixation de deux tronçons adjacents sont appliquées l’une sur l’autre dans un plan P perpendiculaire à l’axe A et qui passe sensiblement par le milieu d’un des revêtements annulaires. Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

TAMBOUR POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un tambour pour une turbomachine d’aéronef.
Arrière-plan technique
Une turbomachine d’aéronef comprend classiquement un générateur de gaz associé à au moins une hélice appelée couramment soufflante lorsque cette hélice est carénée est disposée à l’amont du générateur de gaz.
Dans la présente demande, les termes amont et aval font référence à la direction générale de l’écoulement des gaz dans la turbomachine.
Le générateur de gaz comprend d’amont en aval au moins un compresseur, une chambre annulaire de combustion, et au moins une turbine. L’air qui pénètre dans la soufflante alimente en partie le générateur de gaz pour former un flux appelé flux primaire. Le reste de cet air s’écoule autour du générateur de gaz pour former un flux secondaire qui est destiné à être mélangé au flux primaire à la sortie de la turbine et à fournir la majeure partie de la poussée de la turbomachine en particulier lorsque cette dernière est du type à taux de dilution élevé.
Le flux primaire est comprimé dans le compresseur puis mélangé à du carburant et brûlé dans la chambre de combustion. Les gaz de combustion sont ensuite injectés et détendus dans la turbine.
Un compresseur ou une turbine comprend de manière connue un rotor et un stator. Le rotor de la turbine est relié par un arbre au rotor du compresseur pour former un corps tournant. Dans le cas d’un turboréacteur à double corps, respectivement basse pression (BP) et haute pression (HP), le turboréacteur comprend d’amont en aval un compresseur BP, un compresseur HP, la chambre de combustion, une turbine HP et une turbine BP. Les rotors du compresseur HP et de la turbine HP sont reliés entre eux par un arbre HP. Les rotors du compresseur BP et de la turbine BP sont reliés entre eux par un arbre BP qui entraîne la soufflante de la turbomachine.
Un compresseur ou une turbine comprend plusieurs étages, respectivement de compression ou de détente. Un étage comprend un premier aubage, appelé redresseur dans un compresseur et distributeur dans une turbine, et un second aubage, appelé classiquement roue mobile.
Les roues mobiles tournent à l’intérieur d’un carter qui porte des anneaux d’étanchéité entourant avec un faible jeu ces roues mobiles. Les anneaux d’étanchéité comportent chacun un revêtement annulaire interne en matériau abradable destiné à coopérer avec les sommets des aubes d’une roue mobile afin de limiter les fuites de gaz dans cette zone.
Les aubages de distributeur ou de redresseur ont leurs périphéries externes accrochés au carter et sont chacun intercalés entre les anneaux d’étanchéité.
Dans certaines turbomachines, les aubages de distributeur ou de redresseur sont des aubages de rotor car les carters qui les portent sont rotatifs. C’est en particulier le cas lorsque la turbomachine comprend deux rotors de turbine reliés entre eux par une boîte d’engrenage ou un réducteur mécanique.
Dans ce cas, le carter est appelé un tambour et la présente demande s’intéresse plus particulièrement à ce type de carter. Le tambour fait par exemple partie d’une turbine telle qu’une turbine libre.
Il existe deux technologies de tambour. Selon une première technologie, le tambour est monobloc et comprend un corps annulaire formé d’une seule pièce et portant plusieurs anneaux d’étanchéité et aubages.
Selon une autre technologie, le tambour est divisé en plusieurs tronçons axiaux qui sont fixés les uns aux autres par des brides annulaires radialement externes. La présente demande propose un perfectionnement à cette seconde technologie, qui est simple, efficace et économique.
La présente invention concerne un tambour pour une turbomachine d’aéronef, ce tambour comportant un corps annulaire s’étendant autour d’un axe A, ce corps portant des aubages disposés le long de l’axe et à l’intérieur dudit corps, et des revêtements annulaires en matériau abradable intercalés entre les aubages et le corps, ce corps étant divisé en plusieurs tronçons annulaires disposés les uns à la suite des autres le long de l’axe A et fixés les uns aux autres par des brides annulaires s’étendant radialement vers l’extérieur, caractérisé en ce que les brides de fixation de deux tronçons adjacents sont appliquées l’une sur l’autre dans un plan P perpendiculaire à l’axe A et qui passe sensiblement par le milieu d’un des revêtements.
L’invention propose ainsi de positionner de manière précise les brides de fixation des tronçons du tambour. Ces brides s’étendent au droit du milieu des revêtements annulaires. Sachant que ces revêtements annulaires s’étendent autour de roues mobiles et sont centrés en général vis-à-vis de ces roues mobiles, cela signifie que les brides sont centrées par rapport aux roues. Cela est particulièrement avantageux pour la raison suivante. En fonctionnement, même si cet évènement est heureusement rare, il est possible qu’une aube d’une roue mobile se rompe et vienne impacter le tambour du fait des forces centrifuges appliquées aux aubes en rotation. La présence des brides au droit des roues et donc des aubes permet de rigidifier et renforcer de manière significative le tambour qui peut plus facilement résister à ce type d’impact en empêchant que l’aube le traverse. L’invention permet donc de garantir que les débris liés à une perte d’aube resteront contenus à l’intérieur du tambour.
Le tambour 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 :
- chacun des revêtements annulaires est porté par une paroi d’un anneau d’étanchéité qui est accrochée à l’intérieur dudit corps ;
- le ou chaque anneau d’étanchéité qui est situé dans un plan P comprend une extrémité amont accrochée à un tronçon amont et une extrémité aval accroché à un tronçon aval ;
- chacun des tronçons porte un unique aubage ; en variante, au moins certains des tronçons pourraient comprendre plusieurs aubages ;
- chacun des aubages a un plan médian D perpendiculaire à l’axe A, qui passe sensiblement par le milieu du tronçon portant cet aubage ;
- le nombre de tronçons est supérieur ou égal à deux voire trois ;- au moins certains des tronçons comprennent à une extrémité longitudinale un rebord cylindrique de centrage configuré pour coopérer par engagement avec une surface cylindrique interne de l’extrémité longitudinale d’un tronçon adjacent ; cela permet de rigidifier le tambour et facilite la mise en place des tronçons les uns par rapport aux autres ;
- chaque extrémité longitudinale de tronçon pourvue du rebord cylindrique ou de la surface cylindrique interne définit avec une bride respective une forme générale en L qui est imbriquée axialement dans une extrémité longitudinale complémentaire d’un tronçon adjacent.
La présente invention concerne également une turbomachine d’aéronef, comportant au moins un tambour tel que décrit ci-dessus. Le tambour fait avantageusement partie d’un rotor de la turbomachine.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine à réducteur et à turbine contrarotative,
la figure 2 est une demi vue schématique en coupe axiale d’un tambour de turbomachine, selon un mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 représente de manière très schématique une turbomachine 1 à turbine contrarotative et à réducteur pour un aéronef.
Cette turbomachine 1 comprend d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3a, un compresseur haute pression 3b, une chambre annulaire de combustion 4 une turbine haute pression 5a et une turbine contrarotative 5b.
Le rotor de la turbine haute pression 5a entraîne en rotation le rotor du compresseur haute pression 3b par un arbre haute pression 6 qui est centré et guidé en rotation par des paliers.
La turbine contrarotative 5b comprend un premier rotor 7 dont des roues sont configurées pour tourner dans un premier sens de rotation et sont reliées à un premier arbre de turbine 7a, et un second rotor 8 dont des roues sont configurées pour tourner dans un sens opposé de rotation et sont reliées à un second arbre de turbine 8a. Les roues du rotor 7 sont intercalées entre les roues du rotor 8 et sont entourées par un même carter.
Le premier arbre 7a s’étend axialement à l’intérieur de l’arbre 6 et entraine en rotation le rotor du compresseur basse pression 3a. Ce premier arbre 7a est en outre accouplé à un solaire ou planétaire d’un réducteur mécanique 9 à train épicycloïdal.
Le second arbre 8a s’étend axialement à l’intérieur de l’arbre 7a et entraine en rotation la soufflante 2. Cet arbre 8a est en outre accouplé à une couronne du réducteur 9.
Le réducteur 9 comprend en outre des satellites engrenés respectivement avec le solaire et la couronne et portés par un porte-satellites qui est fixé à un carter de la turbomachine.
La figure 2 représente de manière très schématique une partie d’un tambour 10 de turbomachine.
Il s’agit ici d’un tambour de turbine 10 et plus particulièrement de turbine contrarotative du type de celle de la figure 1. En variante, il pourrait s’agir d’un autre type de turbine ou d’un compresseur.
Le tambour fait partie d’un rotor de la turbomachine, c’est-à-dire qu’il est lui-même destiné à tourner autour d’un axe longitudinal A de la turbomachine. Il peut être relié par exemple à une hélice externe de la turbomachine.
Le tambour 10 a une forme générale annulaire dont le diamètre amont est plus petit que le diamètre aval dans l’exemple représenté.
Ce tambour 10 porte des aubages appelés distributeurs 12 et des anneaux d’étanchéité 14, ces anneaux d’étanchéité étant intercalés entre les distributeurs 12.
Un distributeur 12 comprend une rangée annulaire d’aubes qui s’étendent radialement, par rapport à l’axe A, entre des plateformes annulaires interne et externe 16. Seules les plateformes externes 16 des distributeurs 12 sont visibles dans le dessin. Le distributeur 12 du dernier étage est schématiquement représenté à la figure 2 et permet de visualiser la liaison en rotation de ce distributeur 12 et de l’ensemble des distributeurs 12 à l’arbre 8a de la figure 1.
Les plateformes 16 comprennent chacune à leur périphérie externe des crochets 18 de fixation à un corps annulaire 20 du tambour 10. Chaque plateforme 16 comprend deux crochets 18, respectivement amont et aval. Le distributeur 12 le plus aval ou à droite sur le dessin a une bride de fixation 19 à la place d’un crochet à son extrémité aval.
Les anneaux d’étanchéité 14 s’étendent autour de roues aubagées 21 qui sont partiellement représentées.
L’ensemble formé par un distributeur 12 et une roue forme un étage de détente de la turbine et le tambour 10 représenté dans le dessin entoure trois étages de détente.
Chaque roue 21 comprend un disque portant à sa périphérie une rangée annulaire d’aubes dont les sommets ou extrémités radialement externes sont reliées à un talon 21a comportant des léchettes annulaires externes 21b qui sont disposées en regard d’un revêtement annulaire radialement interne 22 de l’anneau d’étanchéité 14.
Ce revêtement 22 est réalisé en matériau abradable de façon à pouvoir s’user en cas de frottements. Ce revêtement 22 est porté par une paroi annulaire 24 qui comprend des crochets 26 ou analogues de fixation au corps 20. Chaque paroi 24 comprend deux crochets 26, respectivement amont et aval.
Selon l’invention, le corps 20 du tambour 10 est divisé en plusieurs tronçons annulaires 20a, 20b, 20c disposés les uns à la suite des autres le long de l’axe A et fixés les uns aux autres par des brides annulaires 30 s’étendant radialement vers l’extérieur. Les brides 30 de fixation de deux tronçons adjacents, respectivement 20a et 20b, d’une part, et 20b et 20c, d’autre part, sont appliquées l’une sur l’autre dans un plan P perpendiculaire à l’axe A et qui passe sensiblement par le milieu d’un des revêtements 22 et donc par le milieu d’une des roues mobiles 21.
Le tronçon amont 20a comprend une bride 30 à son extrémité aval et un crochet 31 ou similaire à son extrémité amont. Le tronçon intermédiaire 20b comprend une bride 30 à chacune de ses extrémités axiales. Le tronçon aval 20c comprend une bride 30 à son extrémité amont et une bride 33 à son extrémité aval, cette dernière bride 33 étant fixée à la bride 19 évoquée dans ce qui précède.
Au moins certains des tronçons peuvent comprendre à une extrémité longitudinale un rebord cylindrique 30a de centrage configuré pour coopérer par engagement avec une surface cylindrique interne 30b d’un tronçon adjacent. Comme on le voit dans le dessin, le rebord 30a est situé au voisinage de la bride 30 et forme avec celle-ci une portion en L qui reçoit une portion en L complémentaire d’un tronçon adjacent. Cette portion en L complémentaire est formée par la bride 30 et la surface 30b du tronçon adjacent. Les portions d’extrémité des tronçons sont ainsi engagées et imbriquées axialement les unes dans les autres. Dans l’exemple représenté, chaque anneau d’étanchéité 14 qui est situé dans un plan P comprend une extrémité amont accrochée à un tronçon amont et une extrémité aval accrochée à un tronçon aval. C’est le cas de l’anneau qui apparaît dans le milieu du dessin, qui est fixé aux tronçons 20a, 20b, et de l’anneau qui apparaît à droite du dessin, qui est fixé aux tronçons 20b, 20c.
Le nombre de tronçons, ici trois, est égal au nombre d’étages et donc au nombre d’anneaux 14 ou de distributeurs 12 dans l’exemple représenté.
Chacun des tronçons 20a, 20b, 20c porte un unique distributeur 12.
Chacun des distributeurs 12 a un plan médian D perpendiculaire à l’axe A, qui passe sensiblement par le milieu du tronçon portant ce distributeur.
Bien que cela ne soit pas représenté, l’invention s’applique également à un tambour de compresseur dans lequel les aubages portés par ce tambour ne seraient pas des distributeurs mais des redresseurs.
L’avantage premier de l’invention réside dans la résistance mécanique en cas de perte d’aube du rotor interne forme par les roues 21. Les brides 30 entre les tronçons 20a, 20b, 20c de tambour se situant au-dessus des roues 21, des zones de raideur tangentielle supplémentaire sont créées au niveau des zones d’impact.
La zone de centrage de chacune des brides 30 apporte une fonction d’absorption du choc permettant d’augmenter la résistance de l’assemblage. Cela permet aussi de limiter la propagation d’une éventuelle fissure. De plus, les brides 30 créées des zones de raideur tangentielle supplémentaires permettant d’augmenter les fréquences de certains modes propres. Les tronçons 20a, 20b, 20c créés sont aussi beaucoup plus simples à fabriquer qu’un tambour entier (couts réduits, usinages moins nombreux et facilités, tenue des cotes facilitée, etc.).
Un autre avantage est obtenu au montage car les distributeurs 12 peuvent être directement montés sur les tronçons 20a, 20b, 20c. Il suffit ensuite d’assembler les tronçons 20a, 20b, 20c équipés à ceux déjà présents sur la structure.

Claims (10)

  1. Tambour (10) pour une turbomachine d’aéronef, ce tambour comportant un corps (20) annulaire s’étendant autour d’un axe A, ce corps (20) portant des aubages disposés le long de l’axe et à l’intérieur dudit corps (20), et des revêtements (22) annulaires en matériau abradable intercalés entre les aubages et le corps (20), ce corps (20) étant divisé en plusieurs tronçons annulaires (20a, 20b, 20c) disposés les uns à la suite des autres le long de l’axe A et fixés les uns aux autres par des brides (30) annulaires s’étendant radialement vers l’extérieur, caractérisé en ce que les brides (30) de fixation de deux tronçons adjacents sont appliquées l’une sur l’autre dans un plan P perpendiculaire à l’axe A et qui passe sensiblement par le milieu d’un des revêtements (22).
  2. Tambour (10) selon la revendication 1, dans lequel chacun des revêtements annulaires (22) est porté par une paroi (24) d’un anneau d’étanchéité (14) qui est accroché à l’intérieur dudit corps (20).
  3. Tambour (10) selon la revendication 2, dans lequel le ou chaque anneau d’étanchéité (14) qui est situé dans un plan P comprend une extrémité amont accrochée à un tronçon amont (20a, 20b) et une extrémité aval accrochée à un tronçon aval (20b, 20c).
  4. Tambour (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacun des tronçons (20a, 20b, 20c) porte un unique aubage.
  5. Tambour (10) selon la revendication 4, dans lequel chacun des aubages a un plan médian D perpendiculaire à l’axe A, qui passe sensiblement par le milieu du tronçon (20a, 20b, 20c) portant cet aubage.
  6. Tambour (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le nombre de tronçons (20a, 20b, 20c) est supérieur ou égal à trois.
  7. Tambour (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins certains des tronçons (20a, 20b, 20c) comprennent à une extrémité longitudinale un rebord cylindrique (30a) de centrage configuré pour coopérer par engagement avec une surface cylindrique interne (30b) de l’extrémité longitudinale d’un tronçon adjacent.
  8. Tambour (10) selon la revendication précédente, dans lequel chaque extrémité longitudinale de tronçon pourvue du rebord cylindrique (30a) ou de la surface cylindrique interne (30b) définit avec une bride respective une forme générale en L qui est imbriquée axialement dans une extrémité longitudinale complémentaire d’un tronçon adjacent.
  9. Turbomachine d’aéronef, comportant au moins un tambour (10) selon l’une des revendications précédentes.
  10. Turbomachine selon la revendication 9, dans laquelle le tambour (10) fait partie d’un rotor de la turbomachine.
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