FR3111942A1 - Ensemble rotor d’une turbine basse pression d’une turbomachine - Google Patents

Ensemble rotor d’une turbine basse pression d’une turbomachine Download PDF

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FR3111942A1 FR2006637A FR2006637A FR3111942A1 FR 3111942 A1 FR3111942 A1 FR 3111942A1 FR 2006637 A FR2006637 A FR 2006637A FR 2006637 A FR2006637 A FR 2006637A FR 3111942 A1 FR3111942 A1 FR 3111942A1
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    • F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • F01D5/087—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor in the radial passages of the rotor disc

Abstract

L’invention concerne un ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression (100, 100’) caractérisé en ce qu’il comporte : des lunules amont (51) ménagées au niveau d’une bride annulaire (54) d’un anneau d’étanchéité (50) et configurées pour mettre en communication fluidique une cavité inter-disque (40) amont positionnée en amont d‘une virole de liaison (25, 125) avec une pluralité d’alésages (17) de la virole de liaison (25, 125) ; des lunules aval (241, 241’) ménagées au niveau d’une bride annulaire amont (24, 124’) d’un disque mobile aval (14c, 120’) et configurées pour mettre en communication fluidique la pluralité d’alésages (17) de la virole de liaison (25, 125) avec une cavité aval (41) positionnée en aval de ladite virole de liaison (25, 125). Figure de l’abrégé : Figure 1.

Description

ENSEMBLE ROTOR D’UNE TURBINE BASSE PRESSION D’UNE TURBOMACHINE
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
Le domaine de l’invention concerne une turbine qui équipe une turbomachine, et plus particulièrement la ventilation des étages d’un rotor de turbine basse pression.
L’invention concerne plus particulièrement un ensemble rotor d’une turbine basse pression présentant un aménagement particulier pour améliorer le refroidissement des parties de couplage entre les aubes et les disques mobiles de l’ensemble rotor, notamment au niveau des derniers étages de la turbine se trouvant en aval d’un cône tourillon ou d’un disque cône.
ARRIERE PLAN TECHNIQUE
Dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz (de l'amont vers l'aval) à travers une turbomachine.
On appelle également « axe de la turbomachine » ou « axe moteur », l'axe de rotation d’un rotor de la turbomachine. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la turbomachine et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe de la turbomachine et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe de la turbomachine, et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe.
Sauf précision contraire, les adjectifs « intérieur », « interne », « extérieur », « externe » sont utilisés dans la présente demande en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe de la turbomachine que la partie extérieure du même élément.
De façon classique, une turbomachine comporte d’amont en aval, c’est-à-dire dans le sens d’écoulement des flux de gaz, une soufflante, un ou plusieurs compresseurs, une chambre de combustion, une ou plusieurs turbines, et une tuyère d’éjection des gaz de combustion sortant de la ou des turbines.
Ainsi, une turbomachine comprend au moins une partie dédiée à la compression de l’air qu’elle admet en entrée. L’air comprimé par le ou les compresseurs pénètre dans la chambre de combustion où il est mélangé à un carburant avant que le mélange résultant ne soit brûlé et produise des gaz de combustion chauds. Ces derniers sont ensuite détendus dans un étage haute pression de la turbine, puis dans au moins un étage basse pression de cette même turbine.
Ainsi, durant le fonctionnement de la turbomachine, les différents étages de turbine basse pression sont traversés par des gaz de combustion dont la température est très élevée.
Classiquement, une turbine basse pression, ou haute pression, comporte un ou plusieurs étages, chaque étage étant formé par une série d’aubes fixes, formant un ensemble appelé distributeur, suivi d’une roue de turbine comportant un disque mobile sur lequel des aubes, dites mobiles, sont solidarisées dans des alvéoles. Le distributeur dévie le flux de gaz vers les aubes mobiles de la roue avec une angle et une vitesse appropriés afin d’entrainer en rotation les aubes mobiles et l’ensemble rotor de la turbine.
Chaque disque mobile comprend en fait une partie de couplage munie d’alvéoles dans chacune desquelles loge un pied d’une aube. Par ailleurs, les disques mobiles comprennent des brides annulaires permettant le couplage en rotation avec un disque mobile d’un autre étage positionné en amont et/ou aval, via des liaisons boulonnées.
Les alvéoles des disques mobiles qui reçoivent les pieds des aubes mobiles sont directement exposés aux gaz de combustion, il est donc nécessaire de les refroidir pour éviter tout endommagement des disques mobiles.
Afin de réduire la contrainte de température et d’assurer une durée de vie suffisante des parties de couplages des aubes (pieds d’aube) et des disques (alvéoles), il est connu de les refroidir au moyen d’un air de refroidissement. Pour cela, il est connu de prélever une partie de l’air qui s’écoule en dehors de la veine d’écoulement de la turbine basse pression, généralement en amont au niveau d’un compartiment de compresseur, et d’acheminer cet air de refroidissement via un circuit de ventilation jusqu’aux alvéoles des différents disques mobiles en évitant de le mélanger aux gaz chauds circulant dans la veine de turbine, et également sous les distributeurs basse pression de la turbine. Un tel circuit de ventilation consiste notamment à usiner des lunules ou d’orifices traversants dans différentes pièces, notamment au niveau des brides annulaires des disques mobiles ou encore en ménageant des cavités entre les disques mobiles et des anneaux d’étanchéité fixés à la jonction entre deux disques mobiles.
Ces cavités et des usinages permettent ainsi d’acheminer un flux d’air de refroidissement injecté dans un espace inter-disque vers les alvéoles des disques mobiles pour leur refroidissement.
Toutefois, les circuits de ventilation connus de l’état de la technique ne permettent pas d’obtenir un refroidissement parfaitement homogène notamment au niveau des différents disques mobiles composant les différents étages de la turbine basse pression.
En effet, il existe une difficulté concernant l’acheminement du flux d’air de refroidissement et donc du refroidissement des alvéoles des disques mobiles situés en aval d’une pièce de liaison qui relie les différentes roues de turbine à un arbre de turbine.
Cette pièce de liaison, généralement appelée cône tourillon si c’est une pièce rapportée couplée entre deux disques mobiles, ou encore disque cône si elle est ménagée dans le prolongement du moyeu d’un disque mobile, s’étend radialement au travers de la cavité inter-disque empêchant ainsi toutes distributions d’air de refroidissement dans une partie de la cavité inter-disque située en aval de cette pièce de liaison.
Ainsi, les alvéoles du ou des disques mobiles positionnés en en aval de cette liaison à l’arbre de turbine ne sont pas refroidies par un air de refroidissement « frais », ce qui engendre des températures très importantes, par exemple supérieures à 650°C, ce qui augmente le risque d’endommagement des parties de couplage de ces disques mobiles.
Un but de l’invention est de proposer une solution permettant de refroidir les alvéoles d’un ou de plusieurs disques mobiles positionnés en aval d’une pièce de liaison reliant les disques mobiles à l’arbre d’une turbine de turbomachine de manière à augmenter la durée de vie des parties de couplage aube/alvéole de ces disques aval, et sans fragiliser structurellement cette pièce de liaison.
A cette fin, l’invention a pour objet un ensemble rotor d’une turbine basse pression de turbomachine, l’ensemble rotor comportant :
  • un premier disque mobile, dit disque mobile amont, comportant une bride annulaire aval ;
  • un deuxième disque mobile, dit disque mobile aval, positionné en aval dudit disque mobile amont par rapport au sens d’écoulement des fluides dans la turbomachine, ledit disque mobile aval comportant une bride annulaire amont ;
  • une virole de liaison solidaire d’un arbre de turbine basse pression, ladite virole de liaison étant couplée entre la bride annulaire aval du disque mobile amont et la bride annulaire amont du disque mobile aval, via une pluralité d’alésages, chaque alésage de ladite pluralité étant configuré pour recevoir une liaison boulonnée ;
  • un anneau d’étanchéité annulaire comportant une bride annulaire couplée entre la bride annulaire aval du disque mobile amont et la virole de liaison ;
l’ensemble rotor étant caractérisé en ce qu’il comporte :
  • des lunules amont ménagées au niveau de la bride annulaire de l’anneau d’étanchéité et configurées pour mettre en communication fluidique une cavité inter-disque amont positionnée en amont de ladite virole de liaison avec la pluralité d’alésages de la virole de liaison ;
  • des lunules aval ménagées au niveau de la bride annulaire amont du disque mobile aval et configurées pour mettre en communication fluidique la pluralité d’alésages de la virole de liaison avec une cavité aval positionnée en aval de ladite virole de liaison.
Ainsi, l’invention propose d’acheminer un flux d’air de refroidissement d’une cavité inter-disque amont vers une cavité aval en utilisant un jeu de montage calibré entre les liaisons boulonnées et les alésages de la virole de liaison, les lunules amont et aval permettant de mettre en communication fluidique ainsi des cavités situées de part et d’autre de la virole de liaison via les alésages et ainsi permettre la circulation d’un flux d’air de refroidissement pressurisé à l’intérieur des alésages de la virole de liaison. Ainsi, on facilite le refroidissement du disque mobile aval et notamment les alvéoles du disques mobile aval.
Avantageusement, la bride annulaire de l’anneau d’étanchéité présente une pluralité d’orifices d’axe de révolution Ox, chaque orifice de la bride annulaire de l’anneau d’étanchéité étant configuré pour permettre le passage d’une liaison boulonnée, les lunules amont s’étendant radialement par rapport à l’axe de révolution Ox.
Avantageusement, les lunules amont débouchent dans les orifices de la bride annulaire.
Avantageusement, la bride annulaire amont du disque mobile aval comporte une pluralité d’orifices d’axe de révolution Ox, chaque orifice étant configuré pour permettre le passage d’une liaison boulonnée, les lunules aval s’étendant radialement par rapport à l’axe de révolution Ox.
Avantageusement, les lunules aval débouchent dans les orifices de la bride annulaire amont du disque mobile aval.
Avantageusement, les lunules amont sont ménagées au niveau d’une face aval de la bride annulaire de l’anneau d’étanchéité.
Avantageusement, les lunules aval sont ménagées au niveau d’une face amont de la bride annulaire amont du disque mobile aval.
Avantageusement, les lunules aval sont configurées pour mettre en communication fluidique la pluralité d’alésages de la virole de liaison avec une cavité inter-disque aval positionnée en aval de ladite virole de liaison et dans une région radialement interne par rapport à la bride annulaire amont du disque mobile aval, et/ou avec une cavité aval positionnée en aval de ladite virole de liaison et dans une région radialement externe par rapport à la bride annulaire amont du disque mobile aval.
Avantageusement, chaque alésage de ladite pluralité d’alésages de la virole de liaison est configuré pour avoir une section de fuite entre l’alésage et la liaison boulonnée compris entre 5mm2et 10mm2.
Avantageusement, ladite virole de liaison est un cône tourillon ou un disque cône
L’invention a également pour objet une turbine basse pression comportant un ensemble rotor selon l’invention.
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 ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
La représente, en coupe axiale selon l’axe de la turbomachine X, une portion d’un premier exemple de réalisation d’un ensemble rotor 10 de turbine basse pression de turbomachine, et plus particulièrement la partie radialement externe d’une virole de liaison ainsi que les deux portions de disques mobiles situés respectivement en amont et aval de cette virole de liaison.
La représente en perspective une portion de la zone de couplage entre le disque cône et les deux disques mobiles situés respectivement en amont et aval du disque cône du premier exemple de réalisation de l’ensemble rotor illustré à la .
La représente une variante de réalisation du premier exemple de réalisation de l’ensemble rotor selon l’invention, et plus particulièrement une variante de réalisation de la partie radialement externe de la virole de liaison ainsi que les deux portions de disques mobiles situés respectivement en amont et aval de cette virole de liaison.
La est une vue en perspective illustrant la bride annulaire amont du disque mobile situé en aval de la virole de liaison selon la variante de réalisation illustrée à la .
La représente, en coupe axiale selon l’axe de la turbomachine X, une portion d’un deuxième exemple de réalisation d’un ensemble rotor selon l’invention, et plus particulièrement la partie radialement externe de la virole de liaison ainsi que les deux portions de disques mobiles situés respectivement en amont et aval de cette virole de liaison.
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
DESCRIPTION DETAILLEE
L’invention va être décrite tout particulièrement en référence à une turbine basse pression d’une turbomachine comprenant une série de distributeurs alternés selon l’axe X de la turbomachine avec une série de disques mobiles. Ceci n’est toutefois pas limitatif dans la mesure où la turbine pourrait comprendre un nombre d’étage différent du nombre d’étage illustré à titre d’exemple. Par ailleurs, l’invention trouve aussi bien une application dans une turbine haute pression que dans une turbine basse pression.
L’invention sera particulièrement décrite au niveau du troisième étage d’une turbine basse pression. Toutefois, l’invention peut également trouver une application intéressante au niveau d’un autre étage de turbine basse pression que celui mentionné dans la présente demande.
La représente, en coupe axiale selon l’axe de la turbomachine X, une portion d’un premier exemple de réalisation d’un ensemble rotor 10 de turbine basse pression 100 de turbomachine, et plus particulièrement la partie radialement externe d’une virole de liaison ainsi que les deux portions de disques mobiles situés respectivement en amont et aval de cette virole de liaison
Une turbine basse pression comporte classiquement un ou plusieurs étages.
Chaque étage de turbine basse pression est constitué d’un distributeur fixe suivi, en aval, d’une roue mobile formée par une pluralité d’aubes mobiles montées à la périphérie d’un disque mobile 14b, 14c, 14d.
Chaque disque mobile 14b à 14d présente :
  • un moyeu 15 s’étendant radialement vers l’intérieur en direction de l’axe X de turbomachine,
  • une jante 13 formant la partie radialement externe du disque, et présentant une pluralité de rainures périphériques ménagées au niveau de sa surface radialement externe, telles que des alvéoles 18, réparties radialement de façon équidistante tout le long de la circonférence du disque mobile 14b à 14d et configurées pour recevoir un pied d’aube mobile 16 ;
  • une virole 11 formant la jonction entre le moyeu 15 et la jante 13.
Les différents disques mobiles 14b à 14d sont solidaires les uns aux autres via des liaisons boulonnées 8 régulièrement reparties autour de l’axe X de turbomachine. Les différents disques mobiles 14b à 14d sont couplés à un arbre de turbine via une virole de liaison 25 de manière à former l’ensemble rotor 10.
La virole de liaison 25 est une pièce présentant globalement une forme conique, s’étendant au travers d’une cavité inter-disque située entre les moyeux 15 des disques rotors 14b à 14d et l’arbre de la turbine basse pression. Cette virole de liaison 25 sépare la cavité inter-disque en deux cavités, une première cavité inter-disque amont 40, positionnée en amont de la virole de liaison 25, et une deuxième cavité inter-disque aval 41, positionnée en aval de la virole de liaison 25.
Le disque mobile le plus en amont de l’ensemble rotor (non représenté) forme le disque mobile du premier étage de l’ensemble rotor 10 de la turbine basse pression. Il comporte sur son côté aval une bride annulaire aval solidarisée au disque mobile 14b du deuxième étage, et plus particulièrement au niveau d’une bride annulaire ménagée directement sur la virole 11 du disque mobile 14b.
Le disque mobile 14b du deuxième étage de l’ensemble rotor 10 de la turbine basse pression comporte également sur son côté aval une bride annulaire aval 22b solidarisée au disque mobile 14c du troisième étage, et plus particulièrement sur l’exemple de réalisation illustré au niveau d’une bride annulaire ménagée directement sur la virole 11 du disque mobile 14c.
Le disque mobile 14d, le plus en aval, forme le disque mobile du quatrième étage de l’ensemble rotor 10 de la turbine basse pression. Le disque mobile 14d présente une bride annulaire amont 24 solidarisée au disque mobile 14c positionné en amont, et constituant le disque mobile du troisième étage de l’ensemble rotor 10 de la turbine basse pression 100.
Dans l’exemple de réalisation de l’ensemble rotor 10 de la turbine basse pression illustré à la et , le disque mobile 14c du troisième étage intègre la virole de liaison 25, de sorte que le disque mobile 14c est directement couplé à une bride annulaire de l’arbre de turbine basse pression. Dans cet exemple de réalisation, la virole de liaison 25 et le disque mobile 14c forment donc une pièce monobloc, la virole de liaison 25 étant une extension du moyeu 15.
Ce disque mobile 14c particulier est appelé plus classiquement « disque cône ».
On verra dans un deuxième exemple de réalisation d’un ensemble rotor 110 de turbine basse pression illustré à la , le cas où la virole de liaison 125 est une pièce rapportée, appelée cône tourillon, et solidarisée entre une bride annulaire aval d’un disque mobile amont et une bride annulaire amont d’un disque mobile aval.
Comme illustré à la , la virole de liaison 25 forme ainsi une continuité du moyeu 15 du disque mobile 14c, qui s’étend radialement à l’intérieur des disques rotor en amont et qui présente au niveau de son extrémité radialement interne une bride annulaire solidaire de la bride annulaire de l’arbre de turbine basse pression.
La virole de liaison 25 qui s’étend au travers de la cavité inter-disque empêche toutes distributions d’air de refroidissement de la cavité inter-disque amont 40 vers la cavité inter-disque aval 41.
L’invention a pour but de fournir une solution pour alimenter facilement et efficacement en air frais les alvéoles 18 d’un disque mobile positionné en aval de la virole de liaison 25, et donc dans notre exemple de réalisation les alvéoles 18 du disque mobile 14d du quatrième étage de l’ensemble rotor 10 de la turbine basse pression 100, sans fragiliser la structure de la virole de liaison 25 par l’usinage d’ouvertures ou d’orifices dans la paroi de celle-ci.
Dans les paragraphes qui suivent on entendra par disque mobile amont le disque mobile situé en amont du disque cône 14c, i.e. le disque mobile 14b du deuxième étage, et par disque mobile aval le disque mobile situé en aval du disque cône 14c, i.e. le disque mobile 14d du quatrième étage.
La représente une vue en perspective d’une portion de la zone de couplage entre le disque cône 14c et les deux disques mobiles 14b, 14d situés respectivement en amont et aval du disque cône 14c, du premier exemple de réalisation de l’ensemble rotor 10 illustré à la . Sur cette , le disque cône 14c n’est pas représenté pour une meilleure visibilité de l’invention.
Au niveau de la jonction entre deux disques mobiles, et notamment entre le disque mobile 14b du deuxième étage et le disque cône 14c du troisième étage comme représenté sur la , il est connu de monter une virole annulaire tournante à léchettes, appelée également anneau d’étanchéité 50.
L’anneau d’étanchéité 50 est monté de manière à assurer la distribution et l’étanchéité d’un air de refroidissement acheminé depuis l’espace inter-disque 40 en évitant les échanges convectifs avec le flux d’air chaud circulant dans la veine de la turbine basse pression 100 ainsi que sous les distributeurs 12.
L’anneau d’étanchéité 50 est monté en amont d’un disque mobile, ici le disque cône 14c, de manière permettre le passage d’un flux d’air de refroidissement ainsi que le guidage du flux d’air de refroidissement jusque dans les alvéoles 18 du disque cône 14c, via une cavité de refroidissement 42.
L’anneau d’étanchéité 50 est monté entre la bride annulaire aval 22b du disque mobile 14b du deuxième étage (i.e. le disque en amont de l’anneau d’étanchéité) et la bride annulaire du disque cône 14c du troisième étage (i.e. le disque en aval de l’anneau d’étanchéité). Dans l’exemple de réalisation illustré aux figures 1 à 3, la bride annulaire du disque cône 14c est directement ménagée au niveau de la virole 11, c’est-à-dire entre la partie moyeu 15 et la partie jante 13.
L’anneau d’étanchéité 50 est fixé à l’aide d’une bride annulaire 54. La bride annulaire 54 de l’anneau d’étanchéité 50 est par exemple une bride dite festonnée, c’est-à-dire qu’elle comporte une alternance de parties pleines et de parties creuses, les parties pleines ayant une forme arrondie convexe et comportant des orifices traversants 53 pour le passage d’un organe traversant 9, tel qu’un boulon, d’une liaison boulonnée 8.
La bride annulaire du disque cône 14c comporte une face amont en contact avec la bride annulaire 54 de l’anneau d’étanchéité 54 et une face aval en contact avec la bride annulaire amont 24 du disque mobile aval 14d. La bride annulaire du disque cône 14c comporte une pluralité d’alésages 17 pour le passage de l’organe traversant 9 des liaisons boulonnées 8.
Pour permettre une amenée d’un flux d’air de refroidissement de la cavité inter-disque amont 40 jusqu’au niveau des alvéoles 18 du disque mobile 14c, l’anneau d’étanchéité 50 positionné en amont du disque en question comporte des conduits d’admission 52, appelés lunules, visibles sur la .
Ces lunules 52 sont des rainures, ou dépressions, ménagées sur la face aval de la bride annulaire 54 de l’anneau d’étanchéité 50. Ces lunules 52 s’étendent selon une direction radiale par rapport à l’axe X et elles sont réparties circonférentiellement sur la face aval de la bride annuaire 54 de l’anneau d’étanchéité 50. Ces lunules 52 sont classiquement positionnées en alternance avec les orifices traversants 53. Dans notre exemple de réalisation d’une bride annulaire 54 festonnée, les lunules 52 sont ménagées au niveau des parties creuses. Ces lunules 52 permettent ainsi d’acheminer un flux d’air de refroidissement de la cavité inter-disque amont 40 vers la cavité de refroidissement 42 délimitée entre l’anneau d’étanchéité 50 et le disque mobile positionné en aval de l’anneau, à savoir le disque cône 14c dans l’exemple de la et de la .
Outre ces premières lunules 52, la bride annulaire 54 de l’anneau d’étanchéité 50 comporte des deuxièmes lunules 51, ou conduits d’admission, ménagées également sur la face aval de la bride annulaire 54 de l’anneau d’étanchéité 50.
Ces deuxièmes lunules 51 sont également des rainures, ou dépressions, s’étendant selon une direction radiale par rapport à l’axe de révolution OX de l’orifice traversant 53, l’axe de révolution Ox étant sensiblement parallèle à l’axe de la turbomachine X. Ces lunules 51 sont agencées de manière à avoir une première extrémité radialement interne débouchant au niveau de la cavité inter-disque amont 40 et une deuxième extrémité radialement externe débouchant au niveau de l’orifice traversant 53.
Avantageusement, ces lunules 51 s’étendent radialement par rapport à l’axe X de la turbomachine.
Du coté aval du disque cône 14c, la bride annulaire amont 24 du disque mobile 14d aval (disque mobile du quatrième étage) est par exemple une bride dite festonnée, c’est-à-dire qu’elle comporte une alternance de parties pleines et de parties creuses, les parties pleines ayant une forme arrondie convexe et comportant des orifices traversants 23 pour le passage de l’organe traversant 9, des liaisons boulonnées 8.
De manière identique à la bride annulaire 54 de l’anneau d’étanchéité 50, la bride annulaire amont 24 du disque mobile 14d aval comporte des lunules 241, ou conduits d’admission, ménagées sur la face amont de la bride annulaire amont 24 du disque mobile 14d aval.
Ces lunules 241 sont également des rainures, ou dépressions, s’étendant selon une direction radiale par rapport à l’axe de révolution OX de l’orifice traversant 23, sensiblement parallèle à l’axe de la turbomachine X.
Dans une première variante illustrée à la et à la , ces lunules 241 sont agencées de manière à avoir une première extrémité radialement interne débouchant au niveau de la cavité inter-disque aval 41 et une deuxième extrémité radialement externe débouchant au niveau de l’orifice traversant 23.
Avantageusement, ces lunules 241 s’étendent radialement par rapport à l’axe X.
Ainsi, l’invention propose d’acheminer un flux d’air de refroidissement de la cavité inter-disque amont 40 vers la cavité inter-disque aval 41 en utilisant un jeu de montage entre les organes traversants 9 des liaisons boulonnées 8 et les alésages 17 de la bride annulaire du disque cône 14c, les lunules 51, 241 permettant de mettre en communication fluidique les cavités inter-disque amont 40 et aval 41 via les alésages 17 et ainsi permettre la circulation d’un flux d’air de refroidissement pressurisé à l’intérieur des alésages 17 de la bride annulaire du disque cône 14c.
A cet effet, les alésages 17 de la bride annulaire du disque cône 14c présentent un diamètre légèrement supérieur au diamètre des organes traversants 9 des liaisons boulonnées 8, de manière à obtenir une section de fuite de l’ordre de quelques millimètres carré, par exemple entre 5mm2et 10mm2.
A titre d’exemple, le diamètre de l’alésage 17 peut être de 4,25mm et l’organe traversant 9 peut présenter un diamètre de 3,95mm.
Bien entendu, la forme et les dimensions des lunules 51, 241 en amont et en aval des alésages 17 sont déterminées de manière à calibrer une section de fuite en fonction du jeu entre les organes traversants 9 des liaisons boulonnées 8 et les alésages 17 de la bride annulaire du disque cône 14c.
Ainsi, la différence de pression entre la cavité inter-disque amont 40 et la cavité inter-disque aval 41 permet l’acheminement d’un flux d’air de refroidissement dans la cavité inter-disque aval 41 au travers des alésages 17 de la bride annulaire du disque cône 14c. Ainsi la ventilation et le refroidissement des alvéoles 18 du disque mobile 14d du quatrième étage sont facilités.
La solution de l’invention permet ainsi de préserver l’intégrité de la structure de la virole de liaison conique 25 ainsi que ses caractéristiques mécaniques. Le flux d’air de refroidissement acheminé dans la cavité inter-disque aval 41 peut ensuite transiter par des orifices 32 déjà présents au niveau de la bride annulaire amont 24 du disque mobile aval 14d, ayant une fonction de déshuilage, pour refroidir les alvéoles 18 du disque mobile aval 14d.
L’invention a également pour avantage de refroidir les liaisons boulonnées 8, et notamment les organes traversants 9 qui sont souvent dans des conditions de température proche des limites des matériaux utilisés.
La représente une variante de réalisation de l’ensemble rotor 10 du premier exemple de réalisation décrit précédemment. La représente, de manière identique à la , une coupe axiale selon l’axe de la turbomachine X, de l’ensemble rotor 10’ et plus particulièrement de la partie radialement externe de la virole de liaison 25 ainsi que la portion de couplage du disque cône 14c avec les deux disques mobiles 14b, 14d’ situés respectivement en amont et aval de cette virole de liaison 25 du disque cône 14c.
La est une vue en perspective illustrant la bride annulaire amont 24 du disque mobile 14d’ situé en aval de la virole de liaison 25 selon cette deuxième variante de réalisation de l’invention.
Dans cette variante de réalisation les lunules 241’ ménagées sur la bride annulaire 24 du disque mobile aval 14d présentent les mêmes caractéristiques que celles décrites précédemment en référence aux figures 1 à 2 à l’exception de leur orientation par rapport aux orifices traversants 23.
Dans une deuxième variante illustrée à la et à la , les lunules 241’ sont agencées de manière à avoir une première extrémité radialement interne débouchant au niveau de l’orifice traversant 23 et une deuxième extrémité radialement externe débouchant dans la veine de la turbine basse pression 100 ou dans une cavité d’étanchéité agencée entre la paroi radialement externe de la bride annulaire amont 24 du disque mobile 14d aval et un anneau d’étanchéité (non représenté).
Ainsi, dans cette deuxième variante de réalisation de l’invention, l’orientation différente des lunules 241’ permet d’acheminer un flux d’air de refroidissement directement à l’extérieur de la bride annulaire amont 24 du disque mobile aval 14d, pour permettre un refroidissement des alvéoles 18 du disque mobile 14c aval sans passer par la cavité inter-disque aval 41.
Une telle variante permet également de purger l’air de veine de la turbine basse pression.
Les deux variantes de réalisation présentées permettent ainsi de pouvoir refroidir les fonds des alvéoles 18 d’un ou de plusieurs disques mobiles 14d positionnés en aval d’une virole de liaison 25, et notamment les alvéoles du disque mobile de quatrième étage d’une turbine basse pression, sans avoir besoin de faire passer un flux de refroidissement par le fonds des alvéoles 18 du disque mobile 14c situé en amont et sans fragiliser la tenue mécanique de la virole de liaison 25 reliant les différents disques mobiles à l’arbre de turbine.
Comme illustré à la , la partie radialement externe de la bride annulaire amont 24 peut présenter des cavités d’échappement 242 alignés avec les lunules 241’ de manière à favoriser la circulation du flux d’air de refroidissement en sortie des lunules 241’.
La illustre un deuxième exemple de réalisation d’une turbine basse pression selon l’invention. La représente plus précisément, en coupe axiale selon l’axe de la turbomachine X, la virole de liaison 125 ainsi que les deux disques mobiles 120, 120’ situés respectivement en amont et aval de cette virole de liaison 125.
Dans ce second exemple de réalisation, les disques mobiles 120, 120’ de l’ensemble rotor de la turbine basse pression comporte une bride annulaire amont 124, 124’ et une bride annulaire aval 122, 122’.
Un disque mobile amont 124 est solidarisé via sa bride annulaire aval 122, à un disque mobile aval 120’, via sa bride annulaire amont 124’. Les différents disques mobiles 120, 120’ sont fixés les uns aux autres par des liaisons boulonnées 8 régulièrement reparties autour de l’axe X de turbomachine.
Dans ce deuxième exemple de réalisation, les disques mobiles 120, 120’ sont solidarisés à l’arbre de turbine via une virole de liaison 125 rapportées (c’est-à-dire que la virole n’est pas monobloc avec un moyeu d’un disque mobile), cette virole de liaison 125 est également appelée communément « cône tourillon ».
Dans ce deuxième exemple de réalisation, le cône tourillon 125 remplace le disque cône 14c décrit précédemment. On notera que l’architecture de l’ensemble rotor 110 de la turbine est globalement identique à l’architecture de l’ensemble rotor 10 de la turbine , et que l’invention reste applicable aux pièces situées de part et d’autre du cône tourillon 125 de manière à permettre un passage de flux d’air de refroidissement de la cavité inter-disque amont 40 vers la cavité inter-disque aval 41.
Ce cône tourillon 125 est solidarisé entre deux disques mobiles 120, 120’. De manière classique le cône tourillon 125 est fixé entre la bride annulaire aval 122 du disque mobile 120 amont (par exemple du deuxième étage de la turbine basse pression 100’) et la bride annulaire amont 124’ du disque mobile 120’ aval (par exemple du troisième étage de la turbine basse pression).
Ce cône tourillon 125 présente une bride annulaire 126 au niveau de son extrémité radialement externe configurée pour être couplée entre la bride annulaire aval 122 du disque mobile 120 amont et la bride annulaire amont 124’ du disque mobile 120’ aval. A cet effet, la bride annulaire 126 présente une pluralité d’alésages 117 configurés pour permettre le passage des organes traversants 9 des liaisons boulonnées 8.
Les alésages 117 du cône tourillon 125 de ce deuxième exemple de réalisation présentent les mêmes caractéristiques dimensionnelles que les alésages 17 du disque cône 14c mentionné en référence aux figures 1 à 3.
. A titre d’exemple, le diamètre de l’alésage 117 peut être de 4,25mm et l’organe traversant 9 peut présenter un diamètre de 3,95mm.
En amont de la bride annulaire 126 du cône tourillon 125, un anneau d’étanchéité 50 est positionné et couplé entre la bride annulaire aval 122 du disque mobile amont 120 et le cône tourillon 125 de manière identique au premier exemple de réalisation. Ainsi, de manière identique au premier exemple de réalisation, l’anneau d’étanchéité 50 comporte des lunules 51, ou conduits d’admission, ménagées sur la face aval de la bride annulaire 54 de l’anneau d’étanchéité 50.
De manière identique au premier exemple de réalisation, ces lunules 51 sont agencées de manière à avoir une première extrémité radialement interne débouchant au niveau de la cavité inter-disque amont 40 et une deuxième extrémité radialement externe débouchant au niveau d’un orifice traversant 53.
La bride annulaire amont 124’ du disque mobile 120’ aval de ce deuxième exemple de réalisation présente les mêmes aménagements que la bride annulaire 24 décrite précédemment en référence aux figures 1 à 3, quelle que soit la variante de réalisation.
Ainsi, la bride annulaire amont 124’ du disque mobile 120’ aval comporte également des lunules 241 s’étendant selon une direction radiale par rapport à l’axe de révolution OX de l’orifice traversant, sensiblement parallèle à l’axe de la turbomachine X.
Les lunules 241 ménagées sur la bride annulaire amont 124’ du disque mobile 120’ aval sont agencées de manière à avoir une première extrémité radialement interne débouchant au niveau de la cavité inter-disque aval 41 et une deuxième extrémité radialement externe débouchant au niveau de l’orifice traversant de la bride 124’ comme représente à la ou encore de manière à avoir une première extrémité radialement interne débouchant au niveau de l’orifice traversant de la bride 124’ et une deuxième extrémité radialement externe débouchant dans la veine de la turbine basse pression ou dans une cavité d’étanchéité 42 agencée entre la paroi radialement externe de la bride annulaire amont 124’ du disque mobile 120’ et l’anneau d’étanchéité 50.

Claims (11)

  1. Ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression de turbomachine, l’ensemble rotor comportant :
    • un premier disque mobile (14b, 120), dit disque mobile amont, comportant une bride annulaire aval (22b, 122) ;
    • un deuxième disque mobile (14d, 120’), dit disque mobile aval, positionné en aval dudit disque mobile amont (14b, 120) par rapport au sens d’écoulement des fluides dans la turbomachine, ledit disque mobile aval comportant une bride annulaire amont (24, 124’) ;
    • une virole de liaison (25, 125) solidaire d’un arbre de turbine basse pression, ladite virole de liaison (25, 125) étant couplée entre la bride annulaire aval (22b, 122) du disque mobile amont et la bride annulaire amont (24, 124’) du disque mobile aval, via une pluralité d’alésages (17), chaque alésage (17) de ladite pluralité étant configuré pour recevoir une liaison boulonnée (8) ;
    • un anneau d’étanchéité annulaire (50) comportant une bride annulaire (54) couplée entre la bride annulaire aval (22b, 122) du disque mobile amont et la virole de liaison (25, 125) ;
    l’ensemble rotor étant caractérisé en ce qu’il comporte :
    • des lunules amont (51) ménagées au niveau de la bride annulaire (54) de l’anneau d’étanchéité (50) et configurées pour mettre en communication fluidique une cavité inter-disque (40) amont positionnée en amont de ladite virole de liaison (25, 125) avec la pluralité d’alésages (17) de la virole de liaison (25, 125) ;
    • des lunules aval (241, 241’) ménagées au niveau de la bride annulaire amont (24, 124’) du disque mobile aval (14c, 120’) et configurées pour mettre en communication fluidique la pluralité d’alésages (17) de la virole de liaison (25, 125) avec une cavité aval (41) positionnée en aval de ladite virole de liaison (25, 125).
  2. Ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite bride annulaire (54) de l’anneau d’étanchéité (50) présente une pluralité d’orifices (53) d’axe de révolution (Ox), chaque orifice (53) de la bride annulaire (54) de l’anneau d’étanchéité (50) étant configuré pour permettre le passage d’une liaison boulonnée (8), les lunules amont (51) s’étendant radialement par rapport à l’axe de révolution (Ox).
  3. Ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce que les lunules amont (51) débouchent dans les orifices (53) de la bride annulaire (54).
  4. Ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bride annulaire amont (24, 124’) du disque mobile aval (14d, 120’) comporte une pluralité d’orifices (23) d’axe de révolution (Ox), chaque orifice (23) étant configuré pour permettre le passage d’une liaison boulonnée (8), les lunules aval (241, 241’) s’étendant radialement par rapport à l’axe de révolution (Ox).
  5. Ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce que les lunules aval (241, 241’) débouchent dans les orifices (23) de la bride annulaire amont (24, 124’) du disque mobile aval (14d, 120’).
  6. Ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lunules amont (51) sont ménagées au niveau d’une face aval de la bride annulaire (54) de l’anneau d’étanchéité (50).
  7. Ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lunules aval (241, 241’) sont ménagées au niveau d’une face amont de la bride annulaire amont (24, 124’) du disque mobile aval (14c, 120’).
  8. Ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lunules aval (241, 241’) sont configurées pour mettre en communication fluidique la pluralité d’alésages (17) de la virole de liaison (25, 125) avec une cavité inter-disque aval (41) positionnée en aval de ladite virole de liaison (25, 125) et dans une région radialement interne par rapport à la bride annulaire amont (24, 124’) du disque mobile aval (14d, 120’) et/ou avec une cavité aval positionnée en aval de ladite virole de liaison (25, 125) et dans une région radialement externe par rapport à la bride annulaire amont (24, 124’) du disque mobile aval (14d, 120’).
  9. Ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque alésage (17) de ladite pluralité d’alésages de la virole de liaison (25, 125) est configuré pour avoir une section de fuite entre l’alésage (17) et la liaison boulonnée (8) compris entre 5mm2et 10mm2.
  10. Ensemble rotor (10, 10’, 110) d’une turbine basse pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite virole de liaison est un cône tourillon (125) ou un disque cône (25).
  11. Turbine basse pression de turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte un ensemble rotor (10, 10’, 110) selon l’une des revendications précédentes.
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