FR3106156A1 - Rotor de turbomachine pour un aéronef - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un rotor de turbomachine pour un aéronef, le rotor s’étendant selon un axe (X) et comprenant au moins un disque (14), des aubes (10) montées en périphérie radialement externe du disque (14), au moins une masselotte (22) d’équilibrage montée sur au moins une virole (29) annulaire du disque (14) faisant saillie vers l’amont, caractérisé en ce que la virole (29) annulaire est festonnée, c’est-à-dire présente une alternance de dents (32) en saillie vers l’amont et de creux (33), répartis sur la circonférence de la virole (29), la masselotte (22) d’équilibrage étant montée, au moins en partie, dans l’un des creux (33), ladite masselotte (22) d’équilibrage étant fixée par l’intermédiaire de moyens d’encliquetage sur la virole (29). Figure à publier avec l’abrégé : Figure numéro 4.

Description

Rotor de turbomachine pour un aéronef

Domaine technique de l’invention

L’invention concerne un rotor de turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur, pour un aéronef.

Etat de la technique antérieure

La figure 1 illustre une turbomachine 1 de l’art antérieur, en particulier un turboréacteur 1 à double flux d’axe X comprenant une soufflante 2 en aval de laquelle le flux d’air entrant F se scinde entre un flux primaire F1 qui passe au travers d’une veine primaire 3 de la turbomachine et un flux secondaire F2 qui passe au travers d’une veine secondaire 4 entourant la veine primaire 3.

Le flux de gaz circulant dans la veine primaire 3 traverse successivement, d’amont en aval le long de la veine primaire 3, au travers d’un compresseur basse pression 5, d’un compresseur haute pression 6, d’une chambre de combustion 7, d’une turbine haute pression 8 et d’une turbine basse pression 9. Chacun de ces compresseurs 5, 6 et turbines 8, 9 comprend plusieurs rangées d'aubes 10 de rotor intercalées axialement avec des rangées associées d'aubes 11 de stator (figure 2).

Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine 1. Les termes axial, radial et circonférentiel sont définis par rapport à l’axe X de la turbomachine 1.

Le rotor de la turbine haute pression 8 est couplé au rotor du compresseur haute pression 6 par l’intermédiaire d’un arbre haute pression 12, de façon à former un corps haute pression. De façon similaire, le rotor de la turbine basse pression 9 est couplé au rotor du compresseur basse pression 5 par l’intermédiaire d’un arbre basse pression, de façon à former un corps basse pression. La soufflante 2 peut être couplée directement, ou indirectement par l’intermédiaire d’un réducteur de vitesses, à l’arbre basse pression.

Le compresseur haute pression 6, illustré à la figure 2, comporte un rotor entraîné par l’arbre haute pression 12 et comporte une enveloppe composée d'anneaux 13 juxtaposés et séparés axialement par des disques 14 à partir desquelles des aubes 10 ou des pales s’étendant radialement. Les anneaux 13, le disque 14 et les aubes 10 sont réalisés de façon monobloc, l’ensemble étant appelé disque aubagé monobloc.

Le compresseur haute pression 6 comporte en outre un stator dont une partie 15 entoure le rotor et permet de délimiter la veine primaire 3 dans laquelle circule le flux primaire F1. Le stator comporte en outre des rangées d’aubes stationnaires 11 permettant de redresser l’écoulement du flux primaire F1, intercalés entre les rangées d’aubes mobiles 10 du rotor. Les aubes stationnaires 11 comportent notamment des plates-formes radialement internes 16.

Comme cela est visible à la figure 3, les aubes 10 des disques aubagés monoblocs ont chacune un bord d’attaque ou bord amont 17 dont l’extrémité radialement interne est raccordée à une partie amont d’une plate-forme radialement interne 18 de l’aube 10 correspondante. Cette plate-forme 10 est elle-même raccordée à une jante 19 du disque aubagé monobloc. La jante 19 comporte une partie radialement externe 20 et une partie radialement interne 21, de plus grande dimension axiale que la partie externe, formant un poireau d’équilibrage 21 (figure 2).

Les plates-formes 18, 16 des aubes 10 de rotor et des aubes 11 de stator définissent intérieurement la veine primaire 3.

Afin d’assurer l’équilibrage dynamique du rotor de la turbomachine 1, en particulier du rotor du compresseur haute pression 6, des masselottes 22 sont fixées sur des rebords 23 s’étendant radialement vers l’’intérieur depuis l’extrémité amont des plates-formes 18 des disques aubagés monoblocs. De telles masselottes 22 sont fixées aux moyens de boulons comportant des vis 24 et des écrous 25.

Une telle structure génère d’importantes contraintes mécaniques en fonctionnement au niveau de la zone de raccordement 26 entre la plate-forme 18 et la pale 10 correspondante, ce qui peut entraîner une dégradation prématurée de l’ensemble.

Par ailleurs, la mise en place de telles masselottes est relativement fastidieuse et nécessite par ailleurs d’utiliser des masselottes dont la masse est relativement importante puisque cette masse inclut la masse de la vis et de l’écrou nécessaires à la fixation de la masselotte.

Le document EP 1717481 divulgue également un rotor de turbomachine comportant un disque sur lequel des masselottes sont fixées par l’intermédiaire de boulons.

Présentation de l’invention

Le présent document vise à remédier aux inconvénients précités, de manière simple, fiable et peu onéreuse.

A cet effet, le présent document concerne un rotor de turbomachine pour un aéronef, le rotor s’étendant selon un axe et comprenant au moins un disque, des aubes montées en périphérie radialement externe du disque, au moins une masselotte d’équilibrage montée sur au moins une virole annulaire du disque faisant saillie vers l’amont, caractérisé en ce que la virole annulaire est festonnée, c’est-à-dire présente une alternance de dents en saillie vers l’amont et de creux, répartis sur la circonférence de la virole, la masselotte d’équilibrage étant montée, au moins en partie, dans l’un des creux, ladite masselotte d’équilibrage étant fixée par l’intermédiaire de moyens d’encliquetage sur la virole.

La masselotte étant fixée sur une virole s’étendant vers l’amont, il est possible de placer la masselotte dans une zone générant moins de contraintes mécaniques en fonctionnement, en particulier dans une zone éloignée radialement d’une zone de raccordement entre une pale et une plate-forme radialement interne d’une aube solidaire du disque.

C’est ainsi qu’il est notamment possible de limiter les contraintes en particulier dans la zone de raccordement entre les pales des aubes et les plates-formes correspondantes radialement internes des aubes, au niveau du bord d’attaque des aubes.

Par ailleurs, la fixation par encliquetage permet une fixation plus aisée de la masselotte sur le virole.

Enfin, une telle solution permet de réduire les dimensions et la masse des masselottes, en cas de besoin, de façon à pouvoir ajustement finement l’équilibrage du rotor.

Le disque peut être solidaire d’aubes comportant chacune une pale et une plate-forme radialement interne, le disque et les aubes étant formés de façon monobloc.

Les masselottes peuvent être montés dans des zones situées radialement à l’intérieur des plates-formes et écartées desdites plates-formes.

La virole peut être cylindrique.

La virole peut s’étendre vers l’amont depuis une face radiale amont du disque. Ladite face radiale amont peut être une face amont d’une jante du disque. La jante peut comporter un poireau d’équilibrage radialement interne.

Des anneaux peuvent s’étendre radialement vers l’amont et vers l’aval depuis la jante du disque. L’un au moins des anneaux peut comporter au moins une léchette d’étanchéité s’étendant radialement vers l’extérieur. L’un au moins des anneaux peut comporter au moins une bride destinée à la fixation à un autre élément du rotor.

La masselotte, ou respectivement la virole, peut comporter au moins un organe élastique de rappel et au moins un organe d’accrochage mobile entre une position déployée et une position rétractée, à l’encontre d’un effort de rappel exercé par l’organe élastique de rappel, la virole, ou respectivement la masselotte, comportant au moins une zone en creux apte à coopérer avec l’organe d’accrochage lorsque celui-ci est en position déployée.

Une telle forme de réalisation permet un accrochage et une fixation aisée de la masselotte sur la virole.

La zone en creux peut être une gorge.

L’organe d’accrochage peut être une bille.

L’organe élastique peut être un ressort hélicoïdal de compression.

L’organe élastique peut être une lame élastique.

L’organe élastique et l’organe d’accrochage peuvent être montés sur la masselotte.

L’organe élastique et l’organe d’accrochage peuvent être formés par des éléments distincts de la masselotte.

L’organe élastique et l’organe d’accrochage peuvent être montés dans un logement de la masselotte.

La masselotte peut comporter des moyens de butée, l’organe d’accrochage étant apte à venir en appui sur les moyens de butée en position déployée.

Le logement de la masselotte peut comporter une zone de restriction de section formant les moyens de butée.

L’organe d’accrochage peut être apte à se déplacer radialement.

L’organe d’accrochage peut être apte à se déplacer radialement vers l’extérieur en position déployée et radialement vers l’intérieur en position rétractée.

La virole et/ou la masselotte peut comporter une ouverture située en regard de l’organe d’accrochage.

Une telle ouverture permet le passage d’un outil en vue de déplacer l’organe d’accrochage vers sa position rétractée, à l’encontre de l’effort de rappel exercé par l’organe de rappel, de manière à permettre le retrait de la masselotte par rapport à la virole.

Au moins un creux de la virole festonnée peut comporter une extrémité amont débouchante et peut être délimitée par deux surfaces d’extrémités circonférentielles ou surfaces latérales et par une surface d’extrémité aval, les surfaces latérales comportant une zone d’accrochage et une extrémité amont, la distance circonférentielle maximale entre les surfaces latérales, dans la zone d’accrochage, étant supérieure à la distance circonférentielle entre les surfaces latérales, au niveau de l’extrémité amont desdites surfaces latérales.

La masselotte peut comporter au moins un bras d’encliquetage élastique mobile dans la direction circonférentielle entre une zone déployée dans laquelle le bras d’encliquetage coopère avec la zone d’accrochage de manière à retenir axialement la masselotte sur la virole et une zone rétractée dans laquelle le bras d’encliquetage autorise le retrait par translation axiale de la masselotte par rapport la virole.

La masselotte peut comporter au moins deux bras d’encliquetage latéraux, situées circonférentiellement de part et d’autre de la masselotte.

Chaque bras d’encliquetage peut comporter une partie de préhension destinée à coopérer avec un outil permettant de contraindre le bras d’encliquetage dans sa position rétractée afin de permettre le montage ou le démontage de la masselotte par rapport à la virole. La partie de préhension peut être formée par un logement.

La masselotte peut comporter au moins une branche radialement interne et au moins une branche radialement externe situées radialement de part et d’autre de la virole de manière à retenir ladite masselotte sur la virole.

Les branches peuvent être situées au niveau de l’extrémité aval de la masselotte.

Il est possible d’ajuster la masse de la masselotte en faisant varier les dimensions de la branche radialement interne et/ou de la branche radialement externe.

La masselotte peut comporter des zones de butée s’étendant circonférentiellement de part et d’autre de la masselotte et aptes à venir en appui sur une surface radialement interne de la virole.

De telles zones de butée permettent de maintenir la masselotte radialement en position en fonctionnement, c’est-à-dire lorsque celle-ci est soumise à des efforts radiaux centrifuges importants, dirigés radialement vers l’extérieur.

L’invention concerne également une turbomachine pour un aéronef comportant au moins un rotor du type précité.

L’invention concerne également un aéronef comportant au moins une turbomachine du type précité.

Brève description des figures

est une demie-vue schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine de l’art antérieur;

est une demie-vue schématique en coupe longitudinale d'un compresseur haute pression de la turbomachine de la figure 1;

est une vue de détail en coupe longitudinale illustrant une zone de montage d’une masselotte dans le cas de la turbomachine des figures 1 et 2 ;

est une vueen perspective d’une partie d’un rotor selon une première forme de réalisation du présent document ;

est une vueen perspective d’une partie d’un rotor selon la première forme de réalisation ;

est une vueen coupe longitudinale d’une partie d’un rotor selon la première forme de réalisation ;

est une vuede détail de la figure 6 ;

est une vueen perspective d’une partie d’un rotor selon une deuxième forme de réalisation du présent document ;

est une vueen perspective d’une partie d’un rotor selon la deuxième forme de réalisation ;

est une vueen perspective d’une partie d’un rotor selon une troisième forme de réalisation du présent document.

Description détaillée de l’invention

Les figures 4 à 7 illustrent une partie d’un rotor de turbomachine 1 pour un aéronef, en particulier un rotor de compresseur haute pression 6, selon une première forme de réalisation.

Celui-ci comporte, comme précédemment, un ou plusieurs disques 14 aubagés monobloc. L’un des disques 14 est illustré aux figures. Celui-ci comporte, radialement de l’extérieur vers l’intérieur, des pales 10 s’étendant radialement et régulièrement réparties sur la circonférence, une plate-forme radialement interne 18 communes aux différentes pales 10 et une jante 19. La jante 19 comporte une zone radialement externe 20 reliée aux pales 10 et à la plate-forme 18, et une zone radialement interne 21 de plus grande dimension axiale, formant un ou plusieurs poireaux d’équilibrage 21.

Le disque 14 comporte en outre un anneau cylindrique 13a s’étendant axialement vers l’amont et un anneau cylindrique 13b s’étendant axialement vers l’aval. L’anneau amont 13a comporte une zone d’extrémité axiale amont à partir de laquelle des léchettes 27 s’étendent radialement vers l’extérieur. Les léchettes 27 sont destinées à coopérer avec un bloc de matériau abradable du stator, comme cela est connu en soi.

L’extrémité aval de l’anneau aval 13b comporte une bride annuaire 28 s’étendant radialement vers l’intérieur, destinée à la fixation d’un autre élément du rotor, par exemple un autre disque aubagé monobloc 14.

Le diamètre de l’anneau cylindrique amont 13a est inférieur au diamètre de l’anneau cylindrique aval 13b.

Le disque 14 comporte de plus une virole cylindrique 29 s’étendant vers l’amont depuis une face radiale amont 30 de la jante 19, dans une zone écartée axialement de la plate-forme interne 18. La distance radiale entre la plate-forme 18 et la virole 29 peut être comprise entre 20 et 80 %, plus particulièrement entre 40 et 60 %, de la distance radiale entre la plate-forme 18 et l’extrémité radialement interne 31 de la jante 19.

La virole 29 est festonnée, c’est-à-dire qu’elle forme un ensemble de dents 32 faisant saillie vers l’aval et écartées circonférentiellement les unes des autres, les dents 32 définissants des creux entre elles. La virole 29 comprend ainsi une alternance de dents 32 et de creux 33 sur la circonférence.

La surface radialement interne de la virole 29 comporte une gorge annulaire 34.

Chaque creux 33 est délimité par deux surfaces latérales 35 ou surfaces d’extrémité circonférentielle, et par une surface de fond 36 ou surface aval.

Dans cette forme de réalisation, les deux surfaces latérales 35 sont parallèles entre elles.

Au moins une masselotte 22 est montée sur la virole 29 et s’étend au moins en partie dans l’un des creux 33 de la virole 29.

La masselotte 22 comporte une zone amont 37 à partir de laquelle une branche radialement interne 38 et une branche radialement externe 39 s’étendent axialement vers l’amont. La zone amont 38 est logée dans le creux 33 de la virole 29. La distance radiale entre la branche interne 38 et la branche externe 39 est sensiblement égale, à un jeu de montage près, à l’épaisseur ou dimension radiale de la virole 29. La dimension axiale de la branche interne 38 est supérieure à la dimension axiale de la branche externe 39.

La branche interne 38 est apte à venir en appui sur la surface radialement interne de la virole 29. La branche externe 39 est apte à venir en appui sur la surface radialement externe de la virole 29.

Un logement 40 est ménagé dans la branche interne, ledit logement 40 présentant ici une forme cylindrique (figure 7). L’extrémité radialement externe 41 du logement 40 est rétrécie. En d’autres termes, le diamètre de l’extrémité radialement externe 41 du logement 40 est inférieur au diamètre de la partie radialement interne du logement 40.

Un organe élastique, formé ici par un ressort hélicoïdal de compression 42, est monté dans le logement. L’extrémité radialement interne du ressort 42 prend appui sur le fond du logement 40. Par ailleurs, une bille 43 est montée radialement entre l’extrémité radialement externe du ressort 42 et l’extrémité radialement externe 41 du logement 40. La bille 43 est ainsi mobile en translation dans la direction radiale, entre une position rétractée dans laquelle elle est logée entièrement ou quasiment entièrement dans le logement 40, en comprimant le ressort 42, et une position déployée dans laquelle elle est apte à venir en appui sur l’extrémité externe rétrécie 41 du logement 40. En d’autres termes, le diamètre de la bille 43 est supérieur au diamètre de l’extrémité rétrécie 41 du logement 40.

La forme et les dimensions de la bille 43 et de la gorge 34 sont adaptées de façon à ce que, en position déployée, la bille 43 soit insérée partiellement dans la gorge 34 et permettent de maintenir par encliquetage la masselotte 22 sur la virole 29, comme cela est visible sur les figures 6 et 7.

Une ou plusieurs ouvertures radiales ou axiales non représentées peuvent être ménagées dans l’une ou l’autre des branches 38, 39, de manière à pouvoir actionner le déplacement de la bille 43 vers sa position rétractée à l’encontre du ressort 42, par exemple à l’aide d’un outil, au travers de la ou des ouvertures et pouvoir ainsi retirer et/ou mettre en place la masselotte 22 sur la virole 29.

Par ailleurs, les dimensions et la forme des branches 38, 39 notamment, en particulier de la branche radialement interne 38, peuvent être adaptés de manière à faire varier la masse de la masselotte 22 en fonction des besoins.

Les figures 8 et 9 illustrent une deuxième forme de réalisation, qui diffère de celle exposée précédemment en ce que chaque creux 33 comporte deux parois latérales 35 obliques par rapport à un plan médian longitudinal. Les deux parois latérales 35 sont inclinées de telle manière à se rapprocher l’une de l’autre de l’aval vers l’amont.

Dans cette forme de réalisation, deux bras élastiques 44 s’étendent latéralement de part et d’autre de la zone amont 37 de la masselotte 22. Chaque bras élastique 44 s’étend vers l’aval et est relié à l’extrémité amont de la zone amont 22 par une zone élastiquement déformable 46 permettant la déformation ou rotation du bras 44 entre une position rétractée et une position déployée. Les bras 44 viennent de matière avec le reste de la masselotte 22.

En position rétractée, chaque bras 44 peut s’étendre sensiblement axialement. En d’autres termes, en position rétractée, les deux bras 44 peuvent s’étendre sensiblement parallèlement l’un par rapport à l’autre. Une telle position autorise la mise en place ou le retrait de la masselotte 22 par rapport à la virole 29.

En position déployée (illustrée aux figures 8 et 9), chaque bras 44 peut s’étendre de façon oblique par rapport au plan médian longitudinal, chaque bras 44 pouvant alors venir en appui sur les surfaces latérales 35 du creux 33 correspondant de la virole 29, empêchant ainsi le retrait vers l’aval de la masselotte 22 par rapport à la virole 29.

La zone élastique 46 de chaque bras 44 tend à rappeler le bras correspondant vers sa position déployée.

Chaque bras 44 peut comporter un logement ou un orifice 47 permettant l’engagement d’un outil permettant de contraindre les bras 44 dans leur position rétractée.

La figure 10 illustre une troisième forme de réalisation, qui diffère de la forme de réalisation décrite en référence aux figures 8 et 9 en ce que la zone amont 37 de la masselotte 22 comporte des rebords 48 formant des épaulements ou des butées aptes à venir en appui sur la surface radialement interne de la virole 29, de façon améliorer encore le maintien radial de la masselotte 22.

Claims (9)

1. Rotor de turbomachine (1) pour un aéronef, le rotor s’étendant selon un axe (X) et comprenant au moins un disque (14), des aubes (10) montées en périphérie radialement externe du disque (14), au moins une masselotte (22) d’équilibrage montée sur au moins une virole (29) annulaire du disque (14) faisant saillie vers l’amont, caractérisé en ce que la virole (29) annulaire est festonnée, c’est-à-dire présenteune alternance de dents (32) en saillie vers l’amont et de creux (33), répartis sur la circonférence de la virole (29), la masselotte (22) d’équilibrage étant montée, au moins en partie, dans l’un des creux (33), ladite masselotte (22) d’équilibrage étant fixée par l’intermédiaire de moyens d’encliquetage (42, 43, 44) sur la virole (29).
2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masselotte (22), ou respectivement la virole (29), comporte au moins un organe élastique de rappel (42, 46) et au moins un organe d’accrochage (43, 44) mobile entre une position déployée et une position rétractée, à l’encontre d’un effort de rappel exercé par l’organe élastique de rappel (42, 46), la virole (29), ou respectivement la masselotte (22), comportant au moins une zone en creux (33) apte à coopérer avec l’organe d’accrochage (43, 44) lorsque celui-ci est en position déployée.
3. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la virole (29) et/ou la masselotte (22) comporte une ouverture située en regard de l’organe d’accrochage (42, 46).
4. Rotor selon l’une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que au moins un creux (33) de la virole (29) festonnée comporte une extrémité amont débouchante et est délimitée par deux surfaces d’extrémités circonférentielles ou surfaces latérales (35) et par une surface d’extrémité aval (36), les surfaces latérales (35) comportant une zone d’accrochage et une extrémité amont, la distance circonférentielle maximale entre les surfaces latérales (35), dans la zone d’accrochage, étant supérieure à la distance circonférentielle entre les surfaces latérales (35), au niveau de l’extrémité amont desdites surfaces latérales (35).
5. Rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que la masselotte (22) comporte au moins un bras d’encliquetage élastique (44) mobile dans la direction circonférentielle entre une zone déployée dans laquelle le bras d’encliquetage (44) coopère avec la zone d’accrochage (35) de manière à retenir axialement la masselotte (22) sur la virole (29) et une zone rétractée dans laquelle le bras d’encliquetage (44) autorise le retrait par translation axiale de la masselotte (22) par rapport la virole (29).
6. Rotor selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la masselotte (22) comporte au moins une branche radialement interne (38) et au moins une branche radialement externe (39) situées radialement de part et d’autre de la virole (29) de manière à retenir ladite masselotte (22) sur la virole (29).
7. Rotor selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la masselotte (22) comporte des zones de butée (48) s’étendant circonférentiellement de part et d’autre de la masselotte (22) et aptes à venir en appui sur une surface radialement interne de la virole (29).
8. Turbomachine (1) pour un aéronef comportant au moins un rotor selon l’une des revendications 1 à 7.
9. Aéronef comportant au moins une turbomachine (1) selon la revendication 8.