FR3104195A1 - fixation améliorée d’aubages de turbine contrarotative - Google Patents

Abstract

F ixation améliorée d’aubages de turbine contrarotative Turbine contrarotative (C) de turbomachine (10) comprenant un rotor interne, un rotor externe comprenant un tambour externe (50) et une roue mobile aval comportant une pluralité d’aubages (600) mobiles avals, chaque aubage (600) comprenant au moins une aube mobile aval et s’étendant entre le tambour externe et un disque interne (25),une extrémité radialement interne des aubages (600) étant fixée au disque interne (25) par l’intermédiaire d’une liaison boulonnée, et une extrémité radialement externe des aubages (600) étant montée sur le tambour externe (50b) par l’intermédiaire d’un moyen de blocage axial (71, 72), l’extrémité radialement externe des aubages (600) comprenant une première ouverture allongée (622) configurée pour recevoir le moyen de blocage axial (71, 72), la première ouverture allongée (622) et le moyen de blocage axial (71, 72) étant configurés de manière à limiter un déplacement de l’extrémité radialement externe selon une direction axiale, et à permettre un déplacement de l’extrémité radialement externe selon une direction radiale. Figure pour l’abrégé : Fig. 4.

Description

fixation améliorée d’aubages de turbine contrarotative

Le présent exposé concerne le domaine des turbomachines. Plus précisément, le présent exposé concerne une turbine contrarotative de turbomachine, et une turbomachine comprenant une telle turbine.

Une turbomachine d’aéronef s’étend autour d’un axe et comprend généralement, d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz le long de cet axe, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Le rotor du compresseur basse pression est entraîné par le rotor de la turbine basse pression, et le rotor du compresseur haute pression est entraîné par le rotor de la turbine haute pression.

Afin d’améliorer le rendement du moteur, les turbomachines d’aéronef peuvent être équipées d’une turbine basse pression contrarotative. La turbine contrarotative comprend un rotor interne, dit rotor rapide, relié à un premier arbre de turbine, et configuré pour tourner dans un premier sens de rotation, et un rotor externe, dit rotor lent, relié à un second arbre de turbine, et configuré pour tourner coaxialement au rotor interne et dans un deuxième sens de rotation, opposé au premier sens de rotation. Les aubes du premier rotor sont alternées avec les aubes du deuxième rotor selon la direction axiale. Les aubes de chaque étage du rotor interne sont fixées à un tambour interne solidaire du premier arbre de turbine et tournant dans le premier sens de rotation, et les aubes de chaque étage du rotor externe sont fixées à un tambour externe solidaire du deuxième arbre de turbine et tournant dans le deuxième sens de rotation.

De manière connue, la liaison entre le tambour externe du rotor externe, et le deuxième arbre de turbine, est réalisée par l’intermédiaire d’une roue mobile aval, fixé au tambour externe en aval de celui-ci. Plus précisément, la roue mobile aval comprend une virole radiale externe fixée au tambour externe axialement en aval de celui-ci, et une virole radiale interne, ou disque interne, solidaire du deuxième arbre de turbine, notamment par l’intermédiaire d’un arbre de support aval s’étendant entre la virole interne et le deuxième arbre de turbine. Des aubes s’étendent radialement entre la virole interne et la virole externe, et permettent de maintenir ces dernières solidaires l’une de l’autre, la rotation de l’une entrainant la rotation de l’autre. Ainsi, lorsque les aubes du rotor externe sont entrainées en rotation dans le deuxième sens de rotation, la rotation du tambour externe entraine la rotation de la virole externe. Ce mouvement de rotation est transmis à la virole interne par l’intermédiaire des aubes de la roue mobile aval, permettant la rotation du deuxième arbre de turbine.

La virole externe, le disque interne, et les aubes s’étendant entre celles-ci, forment une seule et même pièce, le carter tournant étant ainsi fabriqué de manière monobloc. Cependant, bien que cette structure monobloc permette un centrage précis du rotor externe par rapport au rotor interne, elle favorise la propagation des fissures, ou criques, se formant sur les aubes du carter tournant dans la veine d’écoulement d’air chaud, jusqu’aux parties critiques du rotor externe, notamment le disque interne et la virole externe. De telles fissures peuvent être dues à l’ingestion d’objets dans le moteur, venant heurter une ou plusieurs aubes.

En outre, les dispositifs connus, ne permettent pas une libre dilatation des aubes mobiles du carter tournant. En effet, les aubes du carter tournant subissent les températures de la veine d’écoulement d’air chaud dans laquelle elles sont immergées. Ces aubes se dilatent donc plus que les viroles interne et externe, qui sont soumises à des températures moins importantes. La déformation des aubes due aux températures élevées de la veine génère par conséquent des contraintes importantes sur les viroles interne et externe, appelé phénomène de «poinçonnement». Les forces centrifuges accentuent par ailleurs ces contraintes. Ces différentes contraintes nuisent à la fiabilité et à la durée de vie des aubes du carter tournant, et par extension de la turbine.

Il existe donc un besoin pour une architecture de turbine contrarotative permettant de palier au moins en partie les inconvénients mentionnés ci-dessus.

Le présent exposé concerne une turbine contrarotative de turbomachine s’étendant autour d’un axe de rotation et comprenant:
- un rotor interne configuré pour tourner autour de l’axe de rotation, et comprenant un tambour interne sur lequel est monté une pluralité de roues mobiles internes, comprenant chacune des aubes mobiles internes, et étant supportées en rotation par un premier arbre,
- un rotor externe configuré pour tourner autour de l’axe de rotation dans un sens opposé au sens de rotation du rotor interne, et comprenant un tambour externe sur lequel est monté une pluralité de roues mobiles externes comprenant chacune des aubes mobiles externes, et étant supportées en rotation par un deuxième arbre coaxial au premier arbre, le rotor externe comprenant une roue mobile aval comportant une pluralité d’aubages mobiles avals, chaque aubage comprenant au moins une aube mobile aval et s’étendant entre le tambour externe et un disque interne solidaire en rotation du deuxième arbre,
une extrémité radialement interne des aubages étant fixée au disque interne par l’intermédiaire d’une liaison boulonnée, et une extrémité radialement externe des aubages étant montée sur le tambour externe par l’intermédiaire d’au moins un moyen de blocage axial, chaque moyen de blocage axial étant inséré à l’extrémité radialement externe des aubages dans une première ouverture allongée configurée pour recevoir le moyen de blocage axial respectif, la première ouverture allongée et le moyen de blocage axial étant configurés de manière à limiter un déplacement de l’extrémité radialement externe selon une direction axiale, et à permettre un déplacement de l’extrémité radialement externe selon une direction radiale.

Dans le présent exposé, les termes «axial», «radial» et leurs dérivés sont considérés selon l’axe de rotation de la turbine, et les termes «interne» et «externe», et les termes «intérieur» et «extérieur» et leurs dérivés sont considérés selon la direction radiale de la turbine. De même, les termes «amont» et «aval» sont considérés selon le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, le long de l’axe de rotation.

Le premier et le deuxième arbre peuvent être tubulaires, et sont coaxiaux, en s’entendant le long de l’axe de rotation. Les roues mobiles internes du rotor interne sont alternées, selon la direction axiale, avec les roues mobiles externes du rotor externe. La roue mobile aval forme un carter tournant fixé au tambour externe en aval de ce dernier, et tournant en même temps que ce dernier. La roue mobile aval permet de faire la liaison entre le tambour externe et le deuxième arbre, permettant ainsi de transmettre le couple des roues mobiles externes au deuxième arbre.

On comprend en outre par «moyen de blocage axial» que le contact entre les extrémités de l’aubage et le tambour externe et le disque interne respectivement s’effectue selon une direction axiale, c’est-à-dire sensiblement parallèle à l’axe de rotation de la turbine. En d’autres termes, la surface de contact entre ces différentes pièces est sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation de la turbine. Ce moyen de blocage axial permet d’empêcher un mouvement relatif axial entre ces différentes pièces. Plus précisément, ce moyen de blocage axial, n’empêche pas un déplacement relatif entre ces différentes pièces dans les autres directions, en particulier selon la direction radiale.

Par ailleurs, selon cette configuration, le ou les aubage(s) mobiles avals ne forment pas une seule et même pièce avec le tambour externe de manière monobloc, mais sont des pièces distinctes, de sorte que lesdits aubages et le tambour externe sont fixés l’un à l’autre par l’intermédiaire du moyen de blocage axial. Ainsi, lors de l’apparition d’une fissure sur une ou plusieurs aubes de l’aubage mobile aval, les risques de propagation de cette fissure jusqu’aux parties critiques du rotor externe telles que le tambour externe sont limités, voire supprimés, par la présence du ou des moyen(s) de blocage axial, et des interfaces entre ces différentes pièces.

En outre, malgré le fait que l’extrémité de l’aubage soit fixée au tambour externe, les phénomènes de poinçonnements dus à la dilatation de l’aube peuvent être limités, voire supprimés. En effet, l’extrémité radialement externe de l’aubage comprend au moins une ouverture allongée dans laquelle est logé le moyen de blocage axial. Par «ouverture allongée», on comprend un orifice présentant une dimension plus importante selon une direction que selon d’autres directions

Le fait que l’ensemble ouverture allongée/moyen de blocage axial permette un déplacement de l’extrémité radialement externe de l’aubage, permet, en cas de dilatation des aubes, un déplacement relatif de ladite extrémité par rapport au moyen de blocage axial et par rapport au tambour externe, selon la direction radiale. Ainsi, en cas de dilatation des aubes due aux températures importantes de la veine d’écoulement d’air chaud dans laquelle elles sont immergées, les extrémités radiales de l’aube ou de l’aubage ne subissent pas les contraintes, au niveau de leur fixation, engendrées par cette dilatation, mais sont libres de se déplacer dans la direction radiale, correspondant à la direction de dilation. Cette configuration permet ainsi de limiter la propagation des fissures, tout en permettant une libre dilatation des aubes, augmentant par conséquent la fiabilité et la durée de vie des aubages mobiles de la roue mobile, et par extension de la turbine.

Dans certains modes de réalisation, la première ouverture allongée s’étend principalement radialement par rapport à l’axe de rotation.

En d’autres termes, l’ouverture allongée s’étend selon une direction principale, la direction principale étant orienté selon une direction sensiblement parallèle à la direction radiale de la turbine. L’ouverture allongéeest par exemple un orifice présentant une dimension plus importante selon une direction, la direction principale, que selon d’autres directions, par exemple une direction perpendiculaire à la direction principale.

Le fait que la direction principale soit orientée selon une direction sensiblement parallèle à la direction radiale de la turbine, permet, en cas de dilatation des aubes, un déplacement relatif du moyen de blocage par rapport à l’extrémité de l’aubage, le long de la direction principale de cette ouverture. L’ouverture étant allongée selon la direction principale, c’est-à-dire dans la direction radiale, offre donc un degré de liberté dans la direction radiale au moyen de blocage axial logé dans cette ouverture. Ainsi, en cas de dilatation des aubes due aux températures importantes de la veine d’écoulement d’air chaud dans laquelle elles sont immergées, les extrémités radiales de l’aube ou de l’aubage ne subissent pas les contraintes, au niveau de leur fixation, engendrées par cette dilatation, mais sont libres de se déplacer dans la direction radiale, correspondant à la direction de dilation. Cette configuration permet ainsi de limiter la propagation des fissures, tout en permettant une libre dilatation des aubes, augmentant par conséquent la fiabilité et la durée de vie des aubages mobiles de la roue mobile, et par extension de la turbine.

Dans certains modes de réalisation, l’extrémité radialement externe des aubages mobiles avals comprend une première bride radiale montée sur le tambour externe en aval dudit tambour externe, et l’extrémité radialement interne des aubages mobiles avals comprend une deuxième bride radiale fixée au disque interne, la première bride radiale comprenant la première ouverture allongée.

Dans certains modes de réalisation, l’extrémité radialement externe de l’aubage comprend une plateforme externe, la première bride radiale s’étendant radialement vers l’extérieur de la turbine depuis la plateforme externe, et étant fixée au tambour externe par l’intermédiaire du moyen de blocage axial.

La plateforme externe est fixée à l’extrémité radialement externe de la ou des aubes mobiles avals de manière à ne former qu’une seule et même pièce avec celle(s)-ci. Les plateformes et les aubes peuvent notamment être fabriquées de manière monobloc. Les plateformes permettent de délimiter la veine d’écoulement d’air chaud. La première bride radiale s’étend depuis la plateforme externe vers l’extérieur de la turbine dans la direction radiale, perpendiculairement à l’axe de rotation de la turbine. Elle forme également une seule et même pièce avec la plateforme externe, et présente une forme axisymétrique. Elle comporte une face plane en contact avec une face plane d’une bride disposée à l’extrémité aval du tambour externe. La première bride radiale comprend au moins une première ouverture allongée à travers laquelle peut passer le moyen de blocage axial. Ce mode de liaison entre deux brides radiales par l’intermédiaire du moyen de blocage axial, par exemple par l’intermédiaire d’un boulon, présente l’avantage d’être simple à mettre en œuvre. La première bride radiale peut également comporter deux premières ouvertures allongées, ou davantage, un moyen de blocage axial étant inséré dans chacune d’elles.

Dans certains modes de réalisation, l’extrémité radialement interne de l’aubage comprend une plateforme interne, la deuxième bride radiale s’étendant radialement vers l’intérieur de la turbine depuis la plateforme interne, et étant fixée au disque interne par l’intermédiaire de la liaison boulonnée.

De préférence, chaque aubage s’étend entre deux plateformes respectives, une plateforme interne et une plateforme externe. Ces plateformes permettent de délimiter la veine d’écoulement d’air chaud. La plateforme interne est fixée à l’extrémité radialement interne de la ou des aubes mobiles avals de manière à ne former qu’une seule et même pièce avec celle(s)-ci, et avec la plateforme externe également. La deuxième bride radiale s’étend depuis la plateforme interne vers l’intérieur de la turbine dans la direction radiale, perpendiculairement à l’axe de rotation de la turbine. Elle forme de préférence également une seule et même pièce avec la plateforme interne. Elle comporte une face plane en contact avec une face plane d’une extrémité radialement externe du disque interne. La deuxième bride radiale comprend au moins un orifice permettant la fixation au disque interne par l’intermédiaire de la liaison boulonnée. Ce mode de liaison entre deux brides radiales par l’intermédiaire du moyen de blocage axial, notamment d’une liaison boulonnée, présente également l’avantage d’être simple à mettre en œuvre.

Dans certains modes de réalisation, selon la direction radiale, la longueur de la deuxième bride radiale est inférieure à la moitié de la distance entre la plateforme interne et la plateforme externe.

En d’autres termes, la deuxième bride radiale s’étend vers l’intérieur de la turbine, jusqu’à sa fixation au disque interne, sur une distance inférieure à la moitié de la longueur d’une aube mobile aval. Le fait de limiter la longueur de cette deuxième bride radiale permet de limiter davantage la propagation des fissures se formant sur une ou plusieurs aubes mobiles avals, dans la veine d’air chaud.

Dans certains modes de réalisation, la première ouverture allongée est agencée de telle sorte à permettre un déplacement relatif de l’axe du moyen de blocage par rapport à la première bride radiale dans la direction radiale.

Plus précisément, les dimensions de l’ouverture allongée sont configurées de telle sorte à limiter un déplacement relatif de l’axe du moyen de blocage par rapport à la première bride radiale dans une direction circonférentielle, et pour permettre un déplacement relatif de l’axe du moyen de blocage par rapport à la première bride radiale dans la direction radiale. En d’autres termes, il existe un jeu entre l’axe du moyen de blocage axial et les parois de l’ouverture allongée disposées de part et d’autre dudit axe dans la direction radiale. Ce jeu permet un déplacement relatif de la première bride radiale par rapport à l’axe du moyen de blocage axial, et donc une libre dilatation de l’aubage dans la direction radiale

Dans certains modes de réalisation, l’ouverture est un orifice oblong.

En particulier, l’orifice oblong peut comprendre un grand axe et un petit axe, le grand axe étant orienté selon une direction sensiblement parallèle à la direction radiale. L’ouverture peut par exemple présenter une forme ovoïde, dont le grand axe est orienté selon la direction radiale. La première bride radiale peut alors être libre de se déplacer relativement au moyen de blocage, selon la direction radiale.

Dans certains modes de réalisation, la première ouverture allongée débouche sur une extrémité radialement externe de la première bride radiale.

En d’autres termes, l’ouverture allongée est une gorge radiale formée sur une extrémité radialement externe de la première bride radiale. La gorge radiale peut être une découpe radiale réalisée dans la bride radiale. Les parois de la gorge radiale présentant de préférence la forme d’un U, avec deux parois latérales et une paroi de fond, les parois latérales étant orientées selon la direction principale de la gorge radiale, c’est-à-dire selon la direction radiale. Le moyen de blocage axial, par exemple un boulon, est logé dans la gorge radiale. Les dimensions de cette gorge peuvent être telles qu’un jeu faible existe entre les parois latérales de la gorges (ou de la forme en U) et le moyen de blocage axial, limitant les déplacements relatifs de la bride radiale dans la direction circonférentielle. A l’inverse, un jeu plus important existe entre le moyen de blocage axial et le fond de la gorge (ou de la forme en U), permettant un déplacement relatif de la bride radiale vers l’extérieur de la turbine, dans la direction radiale. En d’autres termes, la gorge radiale forme une rainure dans laquelle le moyen de blocage axial est disposé, le moyen de blocage axial et la rainure pouvant coulisser relativement l’un par rapport à l’autre. Plus précisément, dans le référentiel de la première bride radiale, le moyen de blocage axial coulisse dans la gorge et le long de celle-ci dans la direction radiale. Une telle configuration présente l’avantage d’être simple à mettre en œuvre, en réalisant simplement des découpes dans l’arête externe de la première bride radiale.

Dans certains modes de réalisation, au moins un moyen de blocage axial comprend une rondelle disposée entre la tête d’un boulon dudit moyen de blocage axial, et une face de la première bride radiale.

La présence de la rondelle permet de diffuser sur une plus grande surface de la première bride radiale la contrainte exercée par le boulon, pour assurer le blocage selon la direction axiale de ladite première bride contre la bride du tambour externe. En particulier, il est possible de réaliser un serrage de la rondelle contre la paroi de la première bride radiale suffisant pour assurer un maintien et un blocage axial de ladite bride radiale contre la bride radiale du tambour externe, tout en évitant un serrage excessif, autorisant un déplacement relatif dans la direction radiale de la bride radiale de l’aubage par rapport à la bride radiale du tambour externe en cas de dilatation de l’aubage. En d’autres termes, la contrainte exercée contre la première bride radiale de l’aubage par le moyen de blocage axial dans la direction axiale, par l’intermédiaire de la rondelle, est de préférence inférieure à la contrainte engendrée par la dilation de l’aubage, provoquant le déplacement de la bride radiale dans la direction radiale. Par ailleurs, en cas de déplacement relatif dans la direction radiale de la bride radiale de l’aubage par rapport à la bride radiale du tambour externe, les frottements entre la bride radiale de l’aubage et la rondelle s’effectuent sur une surface plus grande qu’en l’absence de rondelle.

Dans certains modes de réalisation, un moyen de centrage circonférentiel est disposé dans une deuxième ouverture allongée, le moyen de centrage circonférentiel étant configuré de manière à venir en contact avec une extrémité radialement externe d’un aubage selon une direction circonférentielle de sorte à permettre un blocage de l’extrémité radialement externe de l’aubage selon une direction circonférentielle.

La deuxième ouverture allongé est disposée sur la première bride radiale, et est de préférence identique à la première ouverture allongée. Elle peut par exemple être disposée circonférentiellement entre deux premières ouvertures allongées. Le moyen de centrage circonférentiel permet de limiter les mouvements des aubages mobiles avals dans la direction circonférentielle, autour de l’axe de rotation de la turbine.

Dans certains modes de réalisation, le moyen de centrage circonférentiel comprend une came disposée dans la deuxième ouverture allongée, une extrémité de la came étant en contact avec une paroi de l’ouverture allongée.

En particulier, l’extrémité de la came est en contact avec une paroi latérale de l’ouverture allongée, par exemple de la gorge radiale. Ainsi, une rotation de quelques degrés de la came entraine un déplacement de la paroi de la gorge sur laquelle la came prend appui, et donc un déplacement de la bride radiale dans la direction circonférentielle, autour de l’axe de rotation de la turbine. Cette came permet ainsi un centrage réglable de l’aubage mobile aval. Il est ainsi possible de régler aisément le centrage de l’aubage mobile aval. Par ailleurs, un jeu suffisant existe entre la came et le fond de la gorge radiale, pour permettre une libre dilatation radiale de l’aubage, de la même manière que pour le moyen de blocage axial décrit ci-dessus. En outre, l’extrémité de la came étant en butée contre une paroi latérale de l’ouverture allongée, la came permet ainsi également un blocage circonférentiel de l’aubage, limitant davantage le risque de décentrage du tambour externe par rapport au disque interne, au cours du fonctionnement de la turbine. Le contact entre l’extrémité de la came la paroi latérale de l’ouverture allongée permet également la transmission du couple.

Dans certains modes de réalisation, le moyen de centrage circonférentiel comprend un pion cylindrique disposé dans la deuxième ouverture allongée.

Les dimensions du pion cylindrique sont de préférence configurées de manière à ce que le pion soit sensiblement en butée contre les parois latérales de la gorge radiale, limitant ainsi les jeux existants entre les parois latérales de la gorge et le pion cylindrique. Ce pion cylindrique, ou pion de centrage, permet ainsi un centrage ajusté de l’aubage mobile aval. L’utilisation d’un pion cylindrique présente un faible coût et présente l’avantage d’être robuste.

Dans certains modes de réalisation, le pion cylindrique comprend un axe central et une bague extérieure montée en rotation autour de l’axe central, la bague extérieure étant en contact avec une paroi de l’ouverture allongée.

La liaison entre la bague extérieure du pion cylindrique et son axe central peut-être lisse, par l’intermédiaire d’un palier lisse par exemple, ou peut être réalisée par l’intermédiaire d’un roulement à billes ou à aiguilles, comme par exemple un galet à aiguilles. La présence de cette bague permet d’assurer un roulement sans frottement entre le pion et les parois de la gorge, facilitant davantage le déplacement de l’extrémité de l’aubage sous l’effet de la dilatation des aubes.

Dans certains modes de réalisation, l’axe central du pion cylindrique et l’axe de la bague sont excentrés l’un par rapport à l’autre. Cela permet de régler le centrage de l’aubage mobile aval.

Dans certains modes de réalisation, les aubages mobiles avals comprennent chacun une unique aube mobile aval.

Ainsi, lorsqu’une seule aube mobile aval présente une fissure, seule cette aube nécessitera d’être remplacée, en la libérant de son premier et de son deuxième moyen de blocage axial au tambour externe et au disque interne respectivement. Ainsi, la propagation de la fissure se limitera à cette seule aube, et n’atteindra pas le tambour externe, le disque interne ou une autre aube mobile aval. De même, chaque aube est libre de se dilater radialement sous l’effet de la chaleur, indépendamment des autres. Cela permet de limiter davantage le phénomène de poinçonnement dû à d’éventuelles dilations différentielles d’une aube à l’autre.

Dans certains modes de réalisation, la première bride radiale est fixée au tambour externe par l’intermédiaire d’au moins deux moyens de blocage axial.

Cela permet d’améliorer le blocage entre la première bride radiale et le tambour externe, et de résister de manière plus efficace aux contraintes de cisaillement.

Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant une turbine contrarotative selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents.

L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles:

La figure 1 représente une vue générale illustrant le principe de fonctionnement d'une turbomachine à soufflantes contrarotatives,

La figure 2 représente une vue en perspective d’un aubage mobile aval comprenant une unique aube, selon le présent exposé,

La figure 3 représente une vue latérale de l’aubage de la figure 2, fixé à un tambour externe et à un disque interne,

La figure 4 représente une vue en perspective de l’aubage de la figure 2, fixé au tambour externe et au disque interne,

La figure 5 représente une vue détaillée de la plateforme externe de l’aubage de la figure 4,

La figure 6A représente la plateforme externe de la figure 5 dans une vue selon la direction axiale, et selon un premier mode de réalisation du présent exposé, et la figure 6B représente une vue détaillée du moyen de centrage selon ce premier mode de réalisation,

La figure 7A représente la plateforme externe de la figure 5 dans une vue selon la direction axiale selon un deuxième mode de réalisation du présent exposé, et la figure 7B représente une vue détaillée du moyen de centrage selon ce deuxième mode de réalisation.

En référence à la figure 1, une turbomachine 10 à soufflantes contrarotatives comporte un axe longitudinal X-X. D'amont en aval selon le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine (représenté par la flèche noire), la turbomachine 10 comprend essentiellement trois parties: un module amont A (ou section de soufflante), un module intermédiaire B (ou corps haute-pression) et un module aval C (ou section de turbine basse pression). Par ailleurs, les termes «interne» ou «externe» et leurs dérivés font référence à la direction radiale de la turbomachine, la direction radiale étant perpendiculaire à l’axe X-X.

Les trois parties A, B et C de la turbomachine sont modulaires, c'est-à-dire qu'elles forment chacune un seul ensemble et peuvent être remplacées chacune en étant séparées des autres parties de la turbomachine.

De façon bien connue en soi, le corps haute-pression B comprend un générateur de gaz pour produire des gaz de combustion. Ce générateur de gaz comprend un compresseur 12, une chambre de combustion 14 et une turbine haute-pression 16.

L'air comprimé par le compresseur 12 est mélangé au carburant dans la chambre de combustion 14 avant d'y être brûlé. Les gaz de combustion ainsi produits entraînent les aubes mobiles de la turbine haute-pression 16 qui elle-même entraîne le compresseur 12 par l'intermédiaire d'un arbre haute-pression 18. La circulation des gaz de combustion dans la turbomachine 10 se fait axialement d'amont en aval.

La section de soufflante A est située à l'amont de la turbomachine 10. Un capot 28 entoure de façon annulaire cette section de soufflante A. Le capot 28 est supporté par des entretoises 30 qui s'étendent radialement vers l'intérieur de la turbomachine.

La section de soufflante A comporte une première rangée d'aubes de soufflante 32 montées sur un arbre de soufflante amont 34 qui est relié à une extrémité amont du deuxième arbre basse-pression 24.

La section de soufflante A comporte également une seconde rangée d'aubes de soufflante 36 qui sont espacées axialement vers l'aval de la première rangée d'aubes de soufflante 32 et montées sur un arbre de soufflante aval 38 relié à une extrémité amont du premier arbre basse-pression 26.

Les première et seconde rangées d'aubes de soufflante 32, 36 tournent ainsi dans des directions opposées qui sont représentées, à titre d'exemple, par les flèches respectives F1 et F2. Cette configuration à soufflantes contrarotatives confère ainsi à la turbomachine un rendement élevé pour une consommation spécifique relativement faible.

Les aubes de soufflante 32, 36 s'étendent radialement depuis les arbres de soufflante amont 34 et aval 38 pratiquement jusqu'au capot 28. Elles sont disposées dans le passage de circulation de l'air alimentant à la fois la veine primaire 40 conduisant au compresseur 12 du corps haute pression B et la veine secondaire 42 de contournement.

Au niveau de son extrémité amont, le deuxième arbre basse-pression 24 supporte en rotation le premier arbre basse-pression 26 par l'intermédiaire d'un premier palier à roulement 44 et d'un second palier à roulement 46 disposé en aval du premier.

Le premier palier à roulement 44 est du type à billes pour tenir aux charges axiales, tandis que le second palier à roulement 46 est du type à rouleaux pour tenir aux charges radiales de la turbomachine.

La section de turbine basse-pression C comprend un premier rotor annulaire, ou rotor externe. Ce premier rotor comprend une rangée de roues mobiles internes comprenant des aubes mobiles externes de turbine 20 qui s'étendent radialement vers l'intérieur et qui sont espacées axialement les unes des autres.

La section de turbine basse-pression C comprend également un second rotor annulaire, ou rotor interne. Ce second rotor comprend une rangée de roues mobiles internes comprenant des aubes mobiles internes de turbine 22 qui s'étendent radialement vers l'extérieur et qui sont espacées axialement les unes des autres. Les aubes de turbine 20, 22 des premier et second rotors sont disposées en alternance les unes par rapport aux autres de sorte que le premier et le second rotors sont imbriqués l'un dans l'autre.

Les roues mobiles externes du rotor externe sont supportées en rotation par le deuxième arbre basse-pression 24. De même, les roues mobiles internes du rotor interne sont supportées en rotation par le premier arbre basse-pression 26 disposé de façon coaxiale autour du deuxième arbre 24. Les arbres basse-pression 24, 26 s'étendent axialement de l'amont vers l'aval de la turbomachine.

La section de turbine basse-pression C est traversée par les gaz de combustion provenant du corps haute-pression B. Ces gaz de combustion entraînent donc en rotation les aubes de turbine 20, 22 des premier et second rotors dans des sens opposés. Ainsi, les premier et second arbres basse-pression 24, 26 tournent également de façon contrarotative.

Par ailleurs, les aubes mobiles internes 22 comprennent un pied fixé à un tambour interne 50a axisymétrique, et s’étendent radialement vers l'extérieur depuis ce pied jusqu’à une extrémité radialement externe. Les aubes mobiles externes 20 comprennent une portion externe fixée à un tambour externe 50b axisymétrique, et s’étendent radialement vers l'intérieur depuis cette base jusqu’à une extrémité radialement interne.

La suite de la description décrit un mode de fixation d’aubes mobiles avals, en référence à la turbine basse pression C de la turbomachine 10. Néanmoins, ce mode de fixation ne se limite pas à cette turbine basse pression, et peut s’adapter à d’autres éléments de la turbomachine, par exemple la turbine haute pression.

La liaison entre le tambour externe 50b du rotor externe, et le deuxième arbre de turbine 24, est réalisée par l’intermédiaire d’un carter tournant, ou roue mobile aval 60, fixé au tambour externe 50b en aval de celui-ci. Plus précisément, cette roue mobile aval 60 est la roue mobile disposée la plus en aval dans le rotor externe. Il peut s’agir notamment, de manière connue, de l’étage numéro six de la turbine contrarotative. Cette roue mobile aval 60 comprend une virole radialement externe 62 fixée au tambour externe 50b axialement en aval de celui-ci, et une virole radialement interne 63 solidaire du deuxième arbre de turbine 24, par l’intermédiaire d’un disque interne 25 axisymétrique s’étendant entre la virole interne 63 et le deuxième arbre de turbine 24.

Les viroles interne 63 et externe 62 sont concentriques et axisymétriques autour de l’axe X. Des bras radiaux, dits aubes mobiles avals 61, s’étendent radialement entre la virole interne 63 et la virole externe 62, et permettent de maintenir ces dernières solidaires l’une de l’autre, la rotation de l’une entrainant la rotation de l’autre. Ainsi, lorsque les aubes 20 du rotor externe sont entrainées en rotation dans le deuxième sens de rotation, la rotation du tambour externe 50b entraine la rotation de la virole externe 62. Ce mouvement de rotation est transmis à la virole interne 63 et au disque interne 25 par l’intermédiaire des aubes 61 du carter tournant, permettant la rotation du deuxième arbre de turbine 24.

Plus précisément, la roue mobile aval 60 comprend une pluralité d’aubages 600 mobiles avals assemblés les uns aux autres circonférentiellement pour former la roue mobile aval 60 annulaire. Chaque aubage 600 mobile aval comprend entre une et six aubes mobiles avals 61. Dans l’exemple décrit ci-dessous en référence aux figures 2 à 6, les aubages 600 comprennent une aube 61 unitaire. Cet exemple n’est pas limitatif, l’invention étant applicable à des aubages comprenant davantage d’aubes mobiles avals 61. De plus, afin de simplifier la description, un seul aubage 600 est représenté.

Dans cet exemple donc, chaque aubage 600 comprend une aube mobile aval 61 s’étendant entre une plateforme radialement externe 620 et une plateforme radialement interne 630. L’assemblage circonférentiel des aubages, et donc de ces plateformes 620, 630 les unes aux autres, forme les viroles externe 62 et interne 63, dont les faces délimitent la veine d’écoulement d’air chaud dans laquelle se trouvent les aubes mobiles avals 61.

L’aubage 600 comprend une première bride radiale 621 s’étendant radialement vers l’extérieur de la turbine depuis l’extrémité amont de la plateforme externe 620. La première bride radiale 621 peut comprendre entre une et dix ouvertures 622. Dans l’exemple illustré, la première bride radiale 621 comprend trois ouvertures 622.

Dans cet exemple, les ouvertures 622 sont des gorges réalisées dans la première bride radiale 621, le long de l’arête externe de la première bride radiale 621, à une extrémité radialement externe de celle-ci. L’invention n’est cependant pas limitée à ces gorges, des orifices oblongs pouvant également être présents dans la première bride radiale 621, ces orifices oblongs présentant un grand axe disposé verticalement, c’est-à-dire selon la direction radiale.

Par ailleurs, l’aubage 600 comprend une deuxième bride radiale 631 s’étendant radialement vers l’intérieur de la turbine depuis une région centrale, par exemple, de la plateforme interne 630. La deuxième bride radiale 631 peut comprendre entre un et dix orifices axiaux. Dans l’exemple illustré sur la figure 2, la deuxième bride radiale 631 comprend un unique orifice axial 632. De plus, la longueur de la deuxième bride radiale 631 est de préférence inférieure à la moitié de la longueur de l’aube 61. La deuxième bride radiale 631 peut également comporter, à la place de l’orifice axial 632, une gorge réalisée le long de l’arête interne de la deuxième bride radiale 631, à une extrémité radialement interne de celle-ci.

Chaque aubage 600 est fixé à la fois au tambour externe 50b et au disque interne 25. En d’autres termes, chaque aubage 600 est une pièce individuelle distincte du tambour externe 50b et du disque interne 25, et rapportée au tambour externe 50b et au disque interne 25.

Plus précisément, la première bride radiale 621 est fixée à une bride radiale 501b du tambour externe 50b, à une extrémité aval de ce dernier, par l’intermédiaire de moyens de blocage axial. Ces premiers moyens de blocage axial sont des liaisons boulonnées 71. Chaque liaison boulonnée 71 comprend une vis filetée 710 et un écrou 712. La vis filetée 710 est insérée dans des orifices de la bride radiale 501b du tambour externe 50b et dans les ouvertures 622 correspondant de la première bride radiale 621, depuis le côté du tambour externe 50b. L’écrou 712 est vissé sur la vis 710 du côté de la première bride radiale 621, de manière à bloquer axialement la première bride radiale 621 contre la bride radiale 501b du tambour externe 50b.

En outre, la deuxième bride radiale 631 est fixée sur une bride radiale externe 251 du disque interne 25, par l’intermédiaire d’un moyen de fixation axiale. Ce moyen de fixation axiale est une liaison boulonnée 72. Chaque liaison boulonnée 72 comprend une vis filetée 720 et un écrou 722. La vis filetée 720 est insérée dans un orifice de la bride radiale externe 251 du disque interne 25, et dans un orifice 632 correspondant de la deuxième bride radiale 631, depuis le côté du disque interne 25. L’écrou 722 est vissé sur la vis 720, du côté de la deuxième bride radiale 631, de manière à serrer la deuxième bride radiale 631 contre la bride radiale externe 251 du disque interne 25. Chaque aubage 600 est donc fixé, à son extrémité interne, au disque interne 25 par une liaison boulonnée 72.

Selon cette configuration, lorsqu’une aube 61 présente une crique, ou fissure, provoqué par un objet ingéré dans la veine d’écoulement d’air chaud, la propagation de cette fissure sera limitée au seul aubage 600 comprenant cette aube 61. La propagation de cette fissure sera en effet stoppée, au maximum, au niveau des liaisons boulonnées 71, 72, et ne se propagera pas au tambour externe 50b et au disque interne 25.

Un mode de fixation entre la première bride radiale 621 et le tambour externe 50b va être décrit plus en détail en référence aux figures 4 à 6. Bien que la suite de la description fasse référence uniquement à la première bride radiale 621, l’invention n’est pas limitée à cette dernière, et le même dispositif de fixation étant également applicable à la deuxième bride radiale 631.

Les gorges 622 s’étendent radialement dans la première bride radiale 621 vers l’intérieur de la turbine, sur une distance au moins égale à 50%, par exemple, de la hauteur de la première bride radiale 621 selon cette direction. Ainsi, dans une configuration dite «au repos», la vis 710 logée dans une gorge 622 est éloignée du fond de la gorge 622. On entend par «au repos» une situation dans laquelle l’aube 61 ne subit aucune déformation, en particulier aucune dilatation. Une telle situation peut se produire lorsque la température dans la veine d’écoulement d’air chaud n’est pas excessive, par exemple proche de la température ambiante, notamment lorsque le moteur n’est pas en fonctionnement. Dans cette configuration «au repos», il existe donc un jeu entre la vis 61 logée dans la gorge 622, et le fond de cette gorge 622. Ce jeu est de préférence supérieur à l’amplitude de déplacement de la plateforme externe 620, lorsque celle-ci est poussée vers l’extérieur dans la direction radiale par l’aube 61 sous l’effet de la dilatation de celle-ci, lorsque les températures dans la veine d’écoulement d’air chaud sont caractéristiques d’une situation dans laquelle le moteur est en fonctionnement. Ainsi, lorsqu’une telle dilatation de l’aube 61 se produit, la plateforme externe 620 est libre de se déplacer radialement sur quelques millimètres, grâce à la présence des gorges 622, en particulier au jeu existant entre les vis 710 et le fond de ces gorges 622. Un déplacement relatif de la vis 71 le long de la gorge 622 dans la direction radiale est ainsi possible.

En outre, les liaisons boulonnées 71 peuvent comprendre une rondelle 714, disposée entre l’écrou 712 et la paroi de la première bride radiale 621. Le blocage de la rondelle 714 contre la paroi de la première bride radiale 621, par l’intermédiaire de l’écrou 712, et suffisant pour assurer un maintien et un blocage axial de la première bride radiale 621 contre la bride radiale 501b du tambour externe 50b. Le blocage de la rondelle 714 contre la paroi de la première bride radiale 621 permet également un déplacement relatif de la première bride radiale 621 par rapport à la bride radiale 501b du tambour externe 50b, en cas de dilatation de l’aube 61. Dans l’exemple illustré, deux liaisons boulonnées 71 comprennent une rondelle 714.

En particulier, la liaison boulonnée 71 disposée au centre des trois liaisons boulonnées que comprend l’aubage 600 illustré dans cet exemple, ne comporte pas de rondelle 714. Un moyen de centrage est disposé dans la gorge 622 disposée au centre, ce moyen de centrage étant serré contre la bride radiale 501b du tambour externe 50b par un écrou 713, plus petit que les écrous 712.

Le moyen de centrage est une came 73, permettant un centrage tangentiel réglable de l’aubage 600. Plus précisément, une extrémité de la came 73 est en contact avec la paroi de la gorge 622. Ainsi, en fonction de l’angle de rotation de la came 73, l’extrémité de celle-ci, en poussant contre la paroi de la gorge 622, peut décaler sensiblement l’aubage 600 dans la direction tangentielle, c’est à dire circonférentielle. Il est ainsi possible d’ajuster la position circonférentielle de chaque aubage 600, et par conséquent d’ajuster le centrage radial du tambour externe 50b par rapport au disque interne 25.

Selon une solution alternative représentée sur la figure 7, le moyen de centrage peut être un pion cylindrique 74, permettant un centrage ajusté de l’aubage 600. Le pion cylindrique 74 peut notamment avoir un diamètre sensiblement inférieur à l’écartement entre les deux parois latérales de la gorge 622, afin de permettre l’insertion du pion 74 dans la gorge, tout en limitant les déplacements de l’aubage selon la direction circonférentielle. Le pion 74 est inséré dans la gorge 622 et l’orifice correspondant de la bride 501b du tambour externe 50b, permettant d’ajuster la position circonférentielle de l’aubage 600, et ainsi son centrage. De manière alternative (non illustrée), le pion 74 peut comprendre une bague extérieure montée en rotation autour de l’axe central du pion 74, la bague extérieure étant en contact avec les parois latérales de la gorge 622. Ainsi, en cas de dilatation d’une aube 61, entraînant un déplacement dans la direction radiale de l’extrémité de l’aube 61, et donc un déplacement de la première bride radial 621 dans la direction radiale, les parois de la gorge 622 en contact avec la bague externe du pion 74 de centrage ne glisseront pas contre le pion 74 de centrage, mais entraineront en rotation ladite bague autour de l’axe central du pion 74 de centrage. Cette configuration permet de limiter les frottements entre le moyen de centrage et les parois de la gorge 622 en cas de déplacement de la bride radiale 621.

Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (12)

1. Turbine contrarotative (C) de turbomachine (10) s’étendant autour d’un axe de rotation (X) et comprenant:
   - un rotor interne configuré pour tourner autour de l’axe de rotation (X), et comprenant un tambour interne sur lequel est monté une pluralité de roues mobiles internes (22), comprenant chacune des aubes mobiles internes, et étant supportées en rotation par un premier arbre (26),
   - un rotor externe configuré pour tourner autour de l’axe de rotation (X) dans un sens opposé au sens de rotation du rotor interne, et comprenant un tambour externe (50b) sur lequel est monté une pluralité de roues mobiles externes (20) comprenant chacune des aubes mobiles externes, et étant supportées en rotation par un deuxième arbre (24) coaxial au premier arbre (26), le rotor externe comprenant une roue mobile aval comportant une pluralité d’aubages (600) mobiles avals, chaque aubage (600) comprenant au moins une aube mobile aval et s’étendant entre le tambour externe et un disque interne (25) solidaire en rotation du deuxième arbre (24),
   une extrémité radialement interne des aubages (600) étant fixée au disque interne (25) par l’intermédiaire d’une liaison boulonnée, et une extrémité radialement externe des aubages (600) étant montée sur le tambour externe (50b) par l’intermédiaire d’au moins un moyen de blocage axial (71, 72), chaque moyen de blocage axial (71, 72) étant inséré à l’extrémité radialement externe des aubages (600) dans une première ouverture allongée (622) configurée pour recevoir le moyen de blocage axial (71, 72) respectif, la première ouverture allongée (622) et le moyen de blocage axial (71, 72) étant configurés de manière à limiter un déplacement de l’extrémité radialement externe selon une direction axiale, et à permettre un déplacement de l’extrémité radialement externe selon une direction radiale.
   
2. Turbine selon la revendication 1, dans laquelle la première ouverture allongée (622) s’étend principalement radialement par rapport à l’axe de rotation.
3. Turbine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’extrémité radialement externe des aubages (600) mobiles avals comprend une première bride radiale (621) montée sur le tambour externe (50b) en aval dudit tambour externe, et l’extrémité radialement interne aubages (600) comprend une deuxième bride radiale (631) fixée au disque interne (25), la première bride radiale comprenant la première ouverture allongée (622).
4. Turbine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la première ouverture allongée (622) est agencée de telle sorte à permettre un déplacement relatif de l’axe du moyen de blocage axial (71, 72) par rapport à la première bride radiale (621) dans la direction radiale.
5. Turbine selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la première ouverture allongée (622) est un orifice oblong.
6. Turbine selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la première ouverture allongée (622) débouche sur une extrémité radialement externe de la première bride radiale (621).
7. Turbine selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle l’au moins un moyen de blocage axial (71, 72) comprend une rondelle (714) disposée entre la tête d’un boulon (712) dudit moyen de blocage axial, et une face de la première bride radiale (621).
8. Turbine selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le tambour externe (50) comprend un moyen de centrage circonférentiel disposé dans une deuxième ouverture allongée (622), le moyen de centrage circonférentiel étant configuré de manière à venir en contact avec une extrémité radialement externe d’un aubage (600) selon une direction circonférentielle de sorte à permettre un blocage de l’extrémité radialement externe de l’aubage (600) selon une direction circonférentielle.
9. Turbine selon la revendication 8, dans laquelle le moyen de centrage circonférentiel comprend une came (73) disposée dans la deuxième ouverture allongée (622), une extrémité de la came (73) étant en contact avec une paroi de l’ouverture allongée (622).
10. Turbine selon la revendication 8, dans laquelle le moyen de centrage circonférentiel comprend un pion cylindrique (74) disposé dans la deuxième ouverture allongée.
11. Turbine selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle les aubages (600) mobiles avals comprennent chacun une unique aube mobile aval (61).
12. Turbomachine (10) comprenant une turbine contrarotative (C) selon l’une quelconque des revendications précédentes.