FR3113091A1 - Ensemble pour turbine de turbomachine d’aéronef, comprenant un anneau de retenue d’aubes maintenu par un distributeur de la turbine - Google Patents

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Abstract

L’invention se rapporte à un ensemble (100) pour turbine de turbomachine d’aéronef, comprenant une première roue mobile (15) ainsi qu’un distributeur (17) agencé de façon adjacente à la première roue mobile selon un premier sens axial (18) de la turbine, la première roue mobile comprenant un disque (19a), des aubes (24a) agencées à la périphérie du disque, ainsi qu’un anneau (40a) de retenue axiale des aubes par rapport au disque (19a), le distributeur (17) étant équipé de premiers moyens (50a) de maintien de l’anneau de retenue (40a) contre le disque (19a) de la première roue mobile (15). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Ensemble pour turbine de turbomachine d’aéronef, comprenant un anneau de retenue d’aubes maintenu par un distributeur de la turbine
L’invention se rapporte au domaine des turbines pour turbomachine d’aéronef, en particulier dans lesquelles le rotor comprend au moins une roue mobile dont les aubes sont maintenues en position axiale, par rapport au disque de cette roue, à l’aide d’au moins un anneau de retenue.
L’invention concerne plus spécifiquement le maintien d’un tel anneau de retenue.
État de la technique antérieure
Le document FR 3 019 584 A1 décrit une turbine conventionnelle comprenant une alternance de roues mobiles et de distributeurs, ces derniers correspondant aux roues fixes de la turbine. Les roues mobiles sont équipées d’un ou plusieurs anneaux de retenue axiale des aubes par rapport au disque.
Habituellement, ces anneaux de retenue axiale des aubes sont maintenus plaqués contre leur disque associé par des brides de maintien, également appelées anneaux mobiles. En étant intégrés au rotor de la turbine, ces anneaux mobiles mettent en centrifugation une masse importante. Ils participent par conséquent à la sollicitation mécanique des pièces environnantes sur lesquelles ils sont fixés, comme des brides de fixation, ou encore les viroles de fixation des disques des roues mobiles. De plus, puisque ces viroles de fixation sont fortement sollicitées thermiquement et soumises à rotation élevée, les efforts additionnels provoqués par les anneaux mobiles augmentent sensiblement le risque de fluage.
Il en découle une obligation de dimensionnement important pour ces pièces environnantes, telles que les viroles de fixation des disques. Ce dimensionnement, visant à améliorer la tenue mécanique des pièces et à leur conférer une durée de vie satisfaisante, induit inéluctablement des conséquences négatives sur la consommation en carburant.
Présentation de l’invention
Pour répondre au moins partiellement aux inconvénients exposés ci-dessus, l’invention a tout d’abord pour objet un ensemble pour turbine de turbomachine d’aéronef, comprenant une première roue mobile ainsi qu’un distributeur agencé de façon adjacente à la première roue mobile selon un premier sens axial de la turbine, la première roue mobile comprenant un disque, des aubes agencées à la périphérie du disque, ainsi qu’un anneau de retenue axiale des aubes par rapport au disque. Selon l’invention, le distributeur est équipé de premiers moyens de maintien de l’anneau de retenue contre le disque de la première roue mobile.
L’invention rompt ainsi drastiquement avec les conceptions conventionnelles, en faisant porter les moyens de maintien de l’anneau de retenue non plus par le rotor de la turbine, mais par le stator via le distributeur. Il en découle avantageusement une amélioration de la tenue mécanique des pièces, une réduction de leur masse, et donc une diminution de la consommation en carburant.
L’invention comporte de préférence au moins l’une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.
De préférence, les premiers moyens de maintien de l’anneau prennent la forme d’une virole de maintien, comprenant une extrémité radialement interne d’appui contre l’anneau de retenue équipant la première roue mobile, et de préférence contre une extrémité radialement interne de cet anneau de retenue.
De préférence, l’extrémité radialement interne d’appui de la virole de maintien comporte une surface antifriction, et il en est préférentiellement de même pour la partie correspondante du disque.
De préférence, la virole de maintien comporte une partie d’extrémité démontable, de préférence en étant montée par boulons sur une partie fixe de cette virole. Le caractère démontable facilite l’interchangeabilité de la partie d’extrémité de la virole de maintien, sujette à l’usure.
De préférence, l’extrémité radialement interne d’appui de la virole de maintien présente une forme générale convexe, préférentiellement pour favoriser un contact linéique annulaire entre l’anneau de retenue rotatif et sa virole de maintien fixe.
De préférence, la virole de maintien est percée d’au moins une ouverture de ventilation.
De préférence, la virole de maintien délimite en partie, conjointement avec une virole de fixation du disque de la première roue mobile, un espace annulaire de ventilation / refroidissement.
De préférence, l’ensemble comprend une seconde roue mobile agencée de façon adjacente au distributeur selon le premier sens axial de la turbine, la seconde roue mobile comprenant un disque, des aubes agencées à la périphérie du disque, ainsi qu’un anneau de retenue axiale des aubes par rapport au disque, et le distributeur est équipé de seconds moyens de maintien de l’anneau de retenue contre le disque de la seconde roue mobile. Ces seconds moyens de retenue peuvent présenter tout ou partie des caractéristiques décrites ci-dessus en rapport avec les premiers moyens de retenue.
L’invention a également pour objet une turbine de turbomachine d’aéronef, comprenant au moins un ensemble tel que celui décrit ci-dessus, la turbine étant de préférence une turbine basse pression.
Enfin, l’invention a pour objet une turbomachine d’aéronef comprenant au moins une telle turbine, ou au moins un ensemble tel que décrit ci-dessus. La turbomachine est préférentiellement un turboréacteur, comme un turboréacteur à double flux et à double corps.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.
La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :
est une vue schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine d’aéronef ;
est une demi-vue schématique en coupe longitudinale d’un ensemble pour une turbine de la turbomachine de la figure 1, l’ensemble se présentant sous la forme d’un mode de réalisation préféré de l’invention ;
est une vue agrandie en coupe d’une partie des premiers moyens de maintien d’un anneau de retenue équipant l’ensemble montrée sur la figure précédente ; et
une vue agrandie en coupe d’une autre partie des premiers moyens de maintien de l’anneau de retenue.
Description détaillée des modes de réalisation
Les figures comprennent un référentiel L, R et C définissant respectivement des directions longitudinale (ou axiale), radiale et circonférentielle orthogonales entre elles.
Il est représenté sur la figure 1 une turbomachine 2 carénée par une nacelle 3, ces deux éléments 2, 3 formant un ensemble propulsif 1. Dans cet exemple, la turbomachine 2 est un turboréacteur à double corps et à double flux.
Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à un sens D1 d’écoulement général des gaz à travers l’ensemble propulsif 1, lorsque celui-ci est propulsé.
Le turboréacteur 2 présente un axe central longitudinal A1 autour duquel s’étendent ses différents composants, en l’occurrence, de l’amont vers l’aval, une soufflante 4, un compresseur basse pression 5, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9.
Lors du fonctionnement du turboréacteur 2, un écoulement d’air 10 pénètre dans l’ensemble propulsif 1 par une entrée d’air en amont de la nacelle 3, traverse la soufflante 4 puis se divise en un flux primaire 10A central et un flux secondaire 10B. Le flux primaire 10A s’écoule dans une veine principale 11A de circulation des gaz traversant le générateur de gaz. Le flux secondaire 10B s’écoule quant à lui dans une veine secondaire 11B entourant le générateur de gaz et délimitée radialement vers l’extérieur par la nacelle 3.
La figure 2 représente de manière plus détaillée un ensemble 100 de la turbine basse pression 9, selon un plan passant par l’axe central longitudinal A1 qui constitue l’axe de rotation du rotor de cette turbine 9. L’application de l’invention n’est toutefois pas limitée à la turbine basse pression 9, mais elle peut aussi concerner la turbine haute pression 8.
De manière connue, la turbine 9 est configurée pour récupérer une partie de l’énergie de combustion, de manière à entraîner en rotation autour de l’axe A1 des roues mobiles formant un rotor de la turbine 9. Entre chaque paire de roues mobiles adjacentes, la turbine 9 comprend des aubes statoriques formant des distributeurs. En d’autres termes, la turbine 9 est formée par l’alternance, selon la direction L, de roues mobiles et de distributeurs.
La partie gauche de la figure 2 montre l’ensemble 100 formé par deux roues mobiles 15 et 16, entre lesquelles est agencé un distributeur 17. Cet ensemble 100 forme préférentiellement une partie amont de la turbine 9. Plus précisément, le distributeur 17 est agencé de manière adjacente à la première roue mobile 15, selon un premier sens axial 18 de la turbine orienté selon la direction L, et allant vers l’aval. De manière analogue, la seconde roue mobile 16 est agencée de manière adjacente au distributeur 17, dans ce même premier sens axial 18.
La première roue mobile 15 comprend un disque 19a formé par un moyeu 20a, une virole de fixation aval 21a prolongée radialement vers l’intérieur par une bride de fixation 23a, et, radialement vers l’extérieur, une portion périphérique formant une rangée annulaire des dents 22a délimitant circonférentiellement entre elles des rainures de logement d’aubes. La première roue mobile 15 comprend d’autre part une pluralité d’aubes 24a réparties circonférentiellement autour du disque 19a, et chacune reliée à celui-ci par un pied logé dans l’une des rainures de logement d’aubes du disque 19a.
De manière analogue, la seconde roue mobile 16 comprend un disque 19b formé par un moyeu 20b, une virole de fixation amont 21b prolongée radialement vers l’intérieur par une bride de fixation 23b, et, radialement vers l’extérieur, une portion périphérique formant une rangée annulaire des dents 22b délimitant circonférentiellement entre elles des rainures de logement d’aubes. La seconde roue mobile 16 comprend d’autre part une pluralité d’aubes 24b réparties circonférentiellement autour du disque 19b, et chacune reliée à celui-ci par un pied logé dans l’une des rainures de logement d’aubes du disque 19b.
Les brides de fixation 23a, 23b sont plaquées axialement l’une contre l’autre, en étant assemblées par des boulons 27 assurant notamment leur solidarité en rotation autour de l’axe A1. Les deux viroles de fixation 21a, 21b, assemblées l’une à l’autre via les brides précitées 23a, 23b, délimitent radialement vers l’intérieur un espace annulaire 30 de ventilation et/ou de refroidissement. Comme cela est montré schématiquement par la flèche 32 de la figure 2, cet espace de refroidissement 30 est alimenté en amont par de l’air transitant entre les dents 22a, sous les pied d’aubes. Cet air peut être prélevé sur l’un des compresseurs, ou sur le flux secondaire. Il est dédié en particulier au refroidissement des viroles de fixation 21a, 21b. En aval, l’air s’échappe de l’espace de refroidissement 30 par les rainures de logement d’aubes du disque 19b, entre les dents 22b sous les pied d’aubes.
Pour éviter que les aubes 24a de la première roue mobile 15 ne se déplacent axialement vers l’aval relativement au disque 19a, cette roue 15 comprend un premier anneau de retenue axiale 40a, en appui contre une face aval des dents 22a du disque 19a. Ce premier anneau de retenue axiale 40a, de forme annulaire, s’étend radialement et circonférentiellement dans un plan transversal de l’ensemble de turbine 100, de manière à former une butée aval pour les pieds des aubes 24a. Dans ce mode de réalisation, l’anneau de retenue 40a comprend une extrémité radialement externe logée dans une gorge 41a ménagée dans les aubes 24a, sous leur plateforme. En une extrémité radialement interne, l’anneau de retenue 40a est maintenu en position axiale par des moyens propres à l’invention, qui seront décrits ci-après.
En outre, pour éviter que les aubes 24b de la seconde roue mobile 16 ne se déplacent axialement vers l’amont relativement au disque 19b, cette roue 16 comprend un second anneau de retenue axiale 40b, en appui contre une face amont des dents 22b du disque 19b. Ce second anneau de retenue axiale 40b, de forme annulaire, s’étend radialement et circonférentiellement dans un plan transversal de l’ensemble de turbine 100, de manière à former une butée amont pour les pieds des aubes 24b. Dans ce mode de réalisation, l’anneau de retenue 40b comprend une extrémité radialement externe logée dans une gorge ménagée dans les aubes 24a, ou par des crochets 41b portés par le disque 19b. En une extrémité radialement interne, l’anneau de retenue 40b est également maintenu en position axiale par des moyens propres à l’invention, qui seront décrits ci-après.
En effet, l’une des particularités de l’invention consiste à supprimer l’anneau mobile conventionnellement mis en œuvre dans les réalisations de l’art antérieur, notamment pour assurer le maintien en position d’un ou plusieurs anneaux de retenue d’aubes. A la place de cet anneau mobile néfaste en termes de centrifugation, l’invention prévoit d’implanter des moyens de maintien d’un ou des deux anneaux de retenue 40a, 40b sur le distributeur 17, en tant que partie de stator de la turbine.
Ainsi, sous les plateformes radialement internes 44 du distributeur 17, ce dernier comporte une échasse annulaire 46 prolongée radialement vers l’intérieur par des premiers moyens de maintien de l’anneau de retenue 40a, visant à plaquer ce dernier contre la face aval des dents 22a du disque 19a.
Dans ce mode de réalisation, les premiers moyens de maintien prennent la forme d’une virole de maintien 50a, de forme annulaire centrée sur l’axe A1. Cette virole de maintien 50a comporte tout d’abord une portion axiale fixe 52a, en saillie vers l’amont à partir de l’échasse 46. La partie fixe 52a porte une partie d’extrémité démontable 54a, montée sur la partie fixe 52a à l’aide de moyens de fixation réversibles, tels que des boulons 56a représentés de manière agrandie sur la figure 3.
En référence plus spécifiquement à la figure 4, l’extrémité libre de la partie d’extrémité démontable 54a forme une extrémité radialement interne d’appui 58a contre l’anneau de retenue 40a, et de préférence contre une extrémité radialement interne de cet anneau 40a. Cette extrémité radialement interne d’appui 58a comporte une surface antifriction 60a, destinée à contacter une surface antifriction 62a correspondante de l’anneau de retenue 40a. Ces surfaces 60a, 62a, destinées à limiter les frottements entre la pièce tournante 40a et la pièce fixe 50a, sont réalisées de manière conventionnelle, par exemple à base de carbure.
Pour favoriser un contact 64 de forme linéique annulaire entre les deux pièces 40a, 50a, centré sur l’axe A1, l’extrémité radialement interne d’appui 58a présente une forme générale convexe, en étant bombée axialement vers l’amont.
Le distributeur 17 comporte également des seconds moyens de maintien de l’anneau de retenue 40b, visant à plaquer ce dernier contre la face amont des dents 22b du disque 19b. Ces seconds moyens de retenue sont aussi en saillie à partir de l’échasse annulaire 46 du distributeur. Ils prennent de préférence la forme d’une virole de maintien 50b, de conception identique ou analogue à celle de la virole de maintien 50a, tout en étant bombée axialement vers l’aval pour venir en appui contre une extrémité radialement interne de l’anneau de retenue 40b. Ainsi, toutes les caractéristiques décrites en référence à la virole de maintien 50a sont également applicables à la virole de maintien 50b.
Les deux viroles de maintien 50a, 50b du distributeur 17 forment une paroi de délimitation radialement externe de l’espace de refroidissement 30. A ce titre, elles peuvent être percées d’une ou de plusieurs ouvertures de ventilation 66, comme celle montrée schématiquement sur la virole de maintien 50a des figures 2 et 3.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite, uniquement à titre d’exemples non limitatifs et dont la portée est délimitée par les revendications annexées.

Claims (10)

  1. Ensemble (100) pour turbine de turbomachine d’aéronef, comprenant une première roue mobile (15) ainsi qu’un distributeur (17) agencé de façon adjacente à la première roue mobile selon un premier sens axial (18) de la turbine, la première roue mobile comprenant un disque (19a), des aubes (24a) agencées à la périphérie du disque, ainsi qu’un anneau (40a) de retenue axiale des aubes par rapport au disque (19a), caractérisé en ce que le distributeur (17) est équipé de premiers moyens (50a) de maintien de l’anneau de retenue (40a) contre le disque (19a) de la première roue mobile (15).
  2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens de maintien de l’anneau prennent la forme d’une virole de maintien (50a), comprenant une extrémité radialement interne (58a) d’appui contre l’anneau de retenue (40a) équipant la première roue mobile (15), et de préférence contre une extrémité radialement interne de cet anneau de retenue (40a).
  3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’extrémité radialement interne d’appui (58a) de la virole de maintien (50a) comporte une surface antifriction (60a).
  4. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la virole de maintien (50a) comporte une partie d’extrémité démontable (54a), de préférence en étant montée par boulons (56a) sur une partie fixe (52a) de cette virole (50a).
  5. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l’extrémité radialement interne d’appui (58a) de la virole de maintien (50a) présente une forme générale convexe.
  6. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la virole de maintien (50a) est percée d’au moins une ouverture de ventilation (66).
  7. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la virole de maintien (50a) délimite en partie, conjointement avec une virole de fixation (21a) du disque (19a) de la première roue mobile (15), un espace annulaire de ventilation / refroidissement (30).
  8. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une seconde roue mobile (16) agencée de façon adjacente au distributeur (17) selon le premier sens axial (18) de la turbine, la seconde roue mobile (16) comprenant un disque (19b), des aubes (24b) agencées à la périphérie du disque, ainsi qu’un anneau de retenue axiale (40b) des aubes par rapport au disque, et en ce que le distributeur (17) est équipé de seconds moyens (50b) de maintien de l’anneau de retenue (40b) contre le disque (19b) de la seconde roue mobile (16).
  9. Turbine (9) de turbomachine d’aéronef, comprenant au moins un ensemble (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la turbine étant de préférence une turbine basse pression.
  10. Turbomachine (2) d’aéronef comprenant au moins une turbine (9) selon la revendication 9, ou au moins un ensemble (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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