FR3107723A1 - Aube de rotor de turbomachine - Google Patents

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Abstract

Aube de rotor de turbomachine Un aspect de l’invention concerne une aube (100) de rotor de turbomachine, l’aube (100) présentant à son extrémité distale (103) un talon (105) présentant un bord intrados (106) et un bord extrados (108), l’aube (100) étant caractérisé en ce que : le bord intrados (106) ou le bord extrados (108) comporte une partie en saille (109) présentant une surface externe en forme d’oméga, l’autre bord intrados (106) ou bord extrados (108) comporte une encoche (107) présentant une surface externe complémentaire à la surface externe de la partie en saillie (109). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1

Description

AUBE DE ROTOR DE TURBOMACHINE
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
Le domaine technique de l’invention est celui des aubes de rotor de turbomachine, notamment des aubes de compresseur ou de turbine, par exemple une aube de roue mobile de turbine basse pression.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
On connait du document FR-B1-2970999 des aubes de turbine basse pression. Plus particulièrement, si on se réfère à la figure 1 de ce document, une aube 10 comprend habituellement une pale 20, un pied 30 formé par une partie de plus forte épaisseur, par exemple en forme de queue d’aronde, prolongée par une plateforme intérieure 40 située entre la queue d’aronde et la pale 20 et une plateforme extérieure ou talon 50 au voisinage de l'extrémité libre de la pale 20.
La pale 20 s'étend en direction longitudinale entre la plateforme 40 et le talon 50. A son extrémité radiale interne, la pale 20 se raccorde à la plateforme 40 sur une face externe (ou supérieure) 42 de la plateforme qui délimite, à l'intérieur, la veine d'écoulement de flux gazeux dans la turbine. A son extrémité radiale externe, la pale 20 se raccorde au talon 50 sur une face interne (inférieure) 52 du talon qui délimite, à l'extérieur, la veine d'écoulement du flux gazeux. Le talon 50 porte des léchettes 60 dont les extrémités peuvent pénétrer dans une couche de matériau abradable d'un anneau de turbine (non représenté) pour réduire le jeu entre le sommet d'aube et l'anneau de turbine. Dans l'exemple illustré, la face interne 52 du talon s'étend sensiblement perpendiculairement à la direction longitudinale de l'aube. Comme illustré à la figure 2 de ce document, une roue mobile de turbine basse pression 60 est formée en montant des aubes 10 sur un disque de turbine 62 par engagement des pieds 30 dans des logements de forme correspondante aménagés à la périphérie du disque 62. Comme les aubes 10 sont montées avec précontrainte en torsion, ou prétorsion, autour d'un axe s'étendant sensiblement dans leur direction longitudinale, c'est-à-dire un axe s'étendant radialement dans la roue 60, le maintien des aubes sous précontrainte en torsion est assuré par engagement mutuel des talons 50 d'aubes adjacentes au niveau de zones de contact qui se situent sur les côtés opposés 50a, 50b des talons. Dans l'exemple illustré, l'engagement mutuel des talons 50 est réalisé au moyen de reliefs complémentaires formés sur les côtés 50a, 50b, par exemple une encoche 52a et une partie en saillie 52b sensiblement en forme de V situées sensiblement dans la partie médiane des côtés 50a et 50b.
Cependant, il arrive que l’emboitement des parties en saillies 52b dans les encoches 52a en forme de V ne soient pas suffisant pour retenir les talons les uns par rapport aux autres et limiter leurs mouvements axiaux et tangentiels. Une telle insuffisance génère des cas de chevauchement des talons adjacents, voir des cas de déboitement des aubes entres-elles.
Lorsqu’un tel déboitement est détecté, il nécessite une dépose anticipée de la turbine pour repositionner ou remplacer les aubes.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant une aube présentant un talon permettant d’éviter des cas de déboitement et de chevauchement des aubes de rotor de turbomachine.
Un aspect de l’invention concerne une aube de rotor de turbomachine, l’aube présentant à son extrémité distale un talon présentantun bord intrados et un bord extrados, l’aube étant caractérisé en ce que:
  • le bord intrados ou le bord extrados comporte une partie en saillie présentant une surface externe en forme d’oméga,
  • l’autre des bords intrados ou extrados comporte une encoche présentant une surface externe complémentaire, autrement dit en forme d’oméga, à la surface externe de la partie en saillie.
On entend par partie en saille présentant une surface externe formant un oméga, autrement dit Ω, une partie en saillie formant une sorte de bulbe. Ainsi, la partie en saille en forme de Ω ou bulbe est destinée à être positionnée au sein d’une encoche de forme complémentaire du talon d’une aube avoisinante. Cet emboitement de deux talons assuré par deux formes complémentaires en forme de Ω, comparable à un emboitement de deux pièces de puzzle, permet de retenir les aubes les unes par rapport aux autres et permet de limiter leurs mouvements axiaux et tangentiels. Ce maintien permet d’éviter des cas de chevauchement et de déboitement des talons entre eux, et donc des aubes.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, l’aube de rotor de turbomachine selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Selon un aspect de l’invention, l’encoche présente une ouverture pour l’introduction d’une partie en saillie d’un talon d’une aube de rotor adjacente, l’ouverture présentant une distance d’ouverture inférieure ou égale à deux fois le rayon de la surface externe de la partie en saillie.
Selon un aspect de l’invention, l’encoche présente une ouverture pour l’introduction d’une partie en saillie d’un talon d’une aube de rotor adjacente, ladite ouverture présentant une distance d’ouverture inférieure ou égale à deux fois le rayon de la surface externe de la partie en saillie moins 0,5mm.
Selon un aspect de l’invention, le talon présente une épaisseur supérieure ou égale à 2 mm.
Selon un aspect de l’invention, une première surface de raccordement de la surface externe de l’encoche avec la surface du bord intrados ou la surface du bord extrados présente un premier rayon supérieur ou égal à 0,6mm.
Selon un aspect de l’invention, une deuxième surface de raccordement de la deuxième surface externe de la partie en saillie avec la surface du bord extrados ou la surface du bord intrados présente un deuxième rayon supérieur ou égal au premier rayon de raccordement plus 0,1 mm.
Selon un autre aspect, l’invention se rapporte à un rotor de turbomachine, ledit rotor comportant une pluralité d’aubes de rotor, chacune des aubes étant conforme à un des aspects de l’aube précités.
Selon un aspect de l’invention, le rotor comporte une première aube conforme à un des aspects de l’aube précités et une deuxième aube adjacente conforme à un des aspects de l’aube précités, la partie en saille de la deuxième aube adjacente étant emboitée dans la partie formant encoche de la première aube.
Selon un aspect de l’invention, un jeu est présent entre la surface externe de la partie en saillie de la deuxième aube et la surface externe de l’encoche de la première aube, le jeu respectant la relation suivante:
+0,05mm ≤ J = (R110– R111) ≤ +0,2mm, avec :
  • R111égal au rayon de la surface externe de l’encoche du talon de la première aube, et
  • R110égal au rayon de la surface externe de la partie en saillie du talon de la deuxième aube.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
illustre une représentation schématique d’une aube de rotor de turbomachine conforme à un exemple de réalisation selon un aspect de l’invention.
montre un talon d’une aube de rotor de turbomachine conforme à un aspect de l’invention.
illustre une représentation schématique en trois dimensions d’un talon d’une aube de rotor de turbomachine conforme à un aspect de l’invention.
illustre un roue mobile de turbomachine munie de plusieurs aubes conforme à un aspect de l’invention.
montre un agrandissement d’un emboitement de deux talons d’aube adjacents conforme à un aspect de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
La figure 1 illustre de façon schématique une aube 100 de rotor de turbomachine. L'aube 100 comporte une pale 101 qui s’étend entre une extrémité proximale 102 et une extrémité distale 103 de l’aube 100.
L’aube 100 comporte un pied 104 disposé au niveau de son extrémité proximale 102, par lequel elle est par exemple fixée à un disque de rotor de turbomachine (non représenté). Le disque permet d’entraîner l’aube 100 en rotation autour d’un axe longitudinal de la turbomachine.
L’aube 100 présente à son extrémité distale 103 un talon 105. Le talon 105 est réalisé de telle sorte que, lorsque plusieurs aubes mobiles 100 sont fixées sur un disque de rotor, leurs talons 105 sont disposés bord à bord de manière à former une couronne rotative. Cette couronne a, notamment, pour fonction de délimiter une surface extérieure d'une veine d'écoulement du gaz circulant entre les pales 100 et de limiter ainsi d'éventuelles fuites de gaz au niveau de l'extrémité distale 103 des aubes 100. Le talon 105 comporte un bord intrados 106 dans lequel est ménagée une encoche 107 destinée à recevoir une partie en saillie d’un talon d’une aube adjacente. Le talon 105 comporte en outre un bord extrados 108 muni d’une partie en saillie 109 destinée à coopérer avec une encoche d’un talon d’une aube adjacente. Les bords intrados 106 et extrados 108 sont des bords latéraux opposés. La coopération de l’ensemble des talons 105 d’un disque de rotor permet de délimiter extérieurement une veine d'écoulement du gaz circulant entre les pales100.
La figure 2 illustre une représentation schématique du talon 105 d’une aube de rotor de turbomachine. Le talon 105 est disposé à l’extrémité distale de l’aube (non illustrée) et participe à délimiter, à l'extérieur, la veine d'écoulement du flux gazeux.
Le talon 105 comporte un bord intrados 106 et un bord extrados 108. Dans cet exemple de réalisation, le bord extrados 108 comporte une partie en saillie 109 présentant une surface externe 110 en forme d’oméga. Plus particulièrement, la surface externe 110 (ou surface périphérique) de la partie en saillie 109 forme un Ω.
Le bord intrados 106 comporte quant à lui une encoche 107 présentant une surface externe 111 complémentaire à la surface externe 110 de la partie en saillie 109.
Afin de faciliter la fabrication de tels talons 105, deux premières surfaces de raccordement S106de la surface externe 111 de l’encoche 107 avec la surface 112 du bord intrados 106 sont réalisées. Chacune des premières surfaces de raccordement S106présente un premier rayon R106de raccordement supérieur ou égal à 0,6 mm.
Afin que la partie en saille 109 d’une aube adjacente puisse être introduite au sein de l’encoche 107, l’encoche 107 présente une ouverture 113 pour l’introduction d’une partie en saillie d’un talon d’une aube de rotor adjacente. Cette ouverture 113 présente une distance D d’ouverture inférieure ou égale à deux fois le rayon R1 10de la surface externe 110 de la partie en saillie 109.
Dans cet exemple, cette distance D d’ouverture est mesurée entre une première tangente T d’une première surface de raccordement S106de la surface externe 111 de l’encoche 107 avec la surface 112 du bord intrados 106 et une deuxième tangente T de l’autre première surface de raccordement S106de la surface externe 111 de l’encoche 107 avec la surface 112 du bord intrados 106.
Afin d’augmenter la retenue des aubes entre elles, il est possible de limiter la distance D d’ouverture maximale. Cette distance D peut être inférieure ou égale à deux fois le rayon R110de la surface externe 110 de la partie en saillie 109 moins 0,5 mm. La relation s’écrit donc D ≤ 2R110-0,5mm.
Dans cet exemple de réalisation, deux deuxièmes surfaces de raccordement S109de la surface externe 110 de la partie en saillie 109 et la surface 114 du bord extrados 108 sont réalisées. Chacune des deuxièmes surfaces de raccordement S109présente un deuxième rayon R109supérieur ou égal au premier rayon R106plus 0,1 mm. Autrement dit, le deuxième rayon R109maximal de la deuxième surface de raccordement S109suit la relation suivante: R109= R106+ 0,1 mm.
La figure 3 illustre une représentation schématique d’un talon 105 selon un exemple de réalisation de l’invention. Plus particulièrement, le talon 105 est illustré en trois dimensions. L’épaisseur E de ce talon 105 est avantageusement supérieure ou égale à 2 mm. Cette épaisseur E minimale de 2 mm permet, en utilisation, d’éviter des cas de chevauchements entre talons 105 adjacents.
La figure 4 illustre un rotor 200 de turbomachine selon un aspect de l’invention. Ce rotor comporte une pluralité d’aube 100, notamment une première aube 100a et une deuxième aube 100b. La partie en saillie 109 de la deuxième aube 100b est emboitée dans la partie formant encoche 107 de la première aube 100a.
La figure 5 montre un agrandissement de cet emboitement. Plus particulièrement, la partie en saillie du talon 105 de la deuxième aube 100b est emboitée dans l’encoche ménagée dans le talon 105 de la première aube 100a. Un jeu J prédéterminé est présent entre la surface externe 110 de la partie en saillie 109 et la surface externe 111 de l’encoche 107.
Le jeu J suit de préférence la relation suivante:
  • +0,05mm ≤ J = (R110– R111) ≤ +0,2mm, avec :
  • R111égal au rayon de la surface externe 111 de l’encoche 107 du talon 105 de la première aube 100a, et
  • R110égal au rayon de la surface externe 110 de la partie en saillie 109 du talon 105 de la deuxième aube 100b.
Ainsi, un tel emboitement permet de retenir les deux aubes 100a et 100b l’une par rapport à l’autre et permet en outre de limiter leurs mouvements axiaux et tangentiels. Un tel agencement permet d’éviter des situations au cours desquelles la liaison mécanique entre les deux talons viendrait à se rompre entrainant un déboitement de l’un par rapport à l’autre.
Une diminution du nombre de cas de déboitement des talons entre eux permet ainsi de diminuer les opérations de maintenance sur les aubes et par conséquent de maximiser et optimiser l’utilisation du moteur, tout en garantissant un fonctionnement sain des aubages.
Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en œuvre. Bien que la forme de la partie en saillie et la forme de l’encoche aient été décrites en forme d’oméga, il est évident que des formes d’oméga sensiblement similaires sont également couvertes par l’invention. En outre, dans les exemples susmentionnés, la partie en saillie est disposée du côté extrados et l’encoche est disposée du côté intrados. Il est entendu que la partie en saillie peut être disposée du côté intrados. Dans ce cas, l’encoche est disposée du côté extrados.

Claims (9)

  1. Aube (100) de rotor de turbomachine, ladite aube (100) présentant à son extrémité distale (103) un talon (105) présentantun bord intrados (106) et un bord extrados (108), ladite aube (100) étant caractérisé en ce que:
    • ledit bord intrados (106) ou ledit bord extrados (108) comporte une partie en saillie (109) présentant une surface externe (110) en forme d’oméga,
    • l’autre desdits bord intrados (106) ou bord extrados (108) comporte une encoche (107) présentant une surface externe (111) complémentaire à ladite surface externe (110) de ladite partie en saillie (109).
  2. Aube (100) de rotor de turbomachine selon la revendication 1 caractérisée en ce que l’encoche (107) présente une ouverture (113) pour l’introduction d’une partie en saillie (109) d’un talon d’une aube de rotor adjacente, ladite ouverture (113) présentant une distance (D) d’ouverture inférieure ou égale à deux fois le rayon (R110) de la surface externe (110) de la partie en saillie(109).
  3. Aube (100) de rotor de turbomachine selon la revendication 1 caractérisée en ce que l’encoche (107) présente une ouverture (113) pour l’introduction d’une partie en saillie (109) d’un talon d’une aube de rotor adjacente, ladite ouverture (113) présentant une distance (D) d’ouverture inférieure ou égale à deux fois le rayon (R110) de la surface externe (110) de la partie en saillie (109) moins 0,5mm.
  4. Aube (100) de rotor de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le talon (105) présente une épaisseur (E) supérieure ou égale à 2 mm.
  5. Aube (100) de rotor de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu’une première surface de raccordement (S106) de la surface externe (111) de l’encoche (107) avec la surface (112) du bord intrados (106) ou la surface (114) du bord extrados (108) présente un premier rayon (R106) supérieur ou égal à 0,6mm.
  6. Aube (100) de rotor de turbomachine selon la revendication précédente caractérisée en ce qu’une deuxième surface de raccordement (S109) de la surface externe (110) de la partie en saillie (109) avec la surface (114) du bord extrados (108) ou la surface (112) du bord intrados (106) présente un deuxième rayon (R109) supérieur ou égal au premier rayon (R106) de raccordement plus 0,1 mm.
  7. Rotor (200) de turbomachine caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité d’aube (100) de rotor, chacune des aubes (100) de rotor étant conforme à une aube (100) de rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. Rotor (200) de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’il comporte une première aube (100a) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 et une deuxième aube (100b) adjacente selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, la partie en saille (109) de la deuxième aube (100b) ajacente étant emboitée dans la partie formant encoche (107) de la première aube (100a).
  9. Rotor (200) de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’un jeu (J) est présent entre la surface externe (110) de la partie en saillie (109) de la deuxième aube (100b) et la surface externe (111) de l’encoche (107) de la première aube (100a), ledit jeu (J) respectant la relation suivante:
    • +0,05mm ≤ J = (R110– R111) ≤ +0,2mm, avec :
    • R111égal au rayon de la surface externe (111) de l’encoche (107) du talon (105) de la première aube (100a), et
    • R110égal au rayon de la surface externe (110) de la partie en saillie (109) du talon (105) de la deuxième aube (100b).
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