FR3120389A1 - Ensemble pour un rotor pour une turbomachine - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un ensemble pour un rotor apte à être mobile en rotation autour d’un axe (X), comportant un disque (17) comprenant des alvéoles (16) débouchant en périphérie radialement externe du disque (17), des aubes (12) comprenant des pieds (13) montés avec jeu dans lesdits alvéoles (16), caractérisé en ce qu’un matériau de comblement comportant une mousse polymère (24) remplit au moins en partie le volume (30) délimité par le jeu entre la partie radialement interne d’au moins un pied d’aube (13) et la surface (19) du disque (17) délimitant l’alvéole (16). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 7]
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un ensemble pour un rotor pour une turbomachine, par exemple un rotor de soufflante ou de compresseur, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d’aéronef.
Etat de la technique antérieure
La illustre une turbomachine 1 de l’art antérieur, en particulier un turboréacteur 1 à double flux, destinée à équiper un aéronef, en particulier un avion. La turbomachine 1 s’étend selon un axe X et comporte, d’amont en aval dans le sens de circulation des gaz, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. Les compresseurs basse et haute pression 3, 4, la chambre de combustion 5 et les turbines haute et basse pression 6, 7 sont situées dans une veine dite primaire 8.
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.
Une veine 9 dite secondaire s’étend autour de la veine primaire 8, en aval de la soufflante 2. Une rangée annulaire d’aubes directrices 10 est située au niveau de la veine secondaire 9, ces aubes directrices 10 formant un aubage directeur de sortie ou O.G.V. (Outlet Guide Vane, en anglais). La veine secondaire 9 est délimitée radialement à l’extérieur par une nacelle 11.
Comme illustré aux figures 2 et 3, un rotor de soufflante 2 comporte classiquement des aubes 12 de soufflante comportant chacune, radialement de l’intérieur vers l’extérieur, un pied 13, une plate-forme 14 et une pale 15. Le pied 13 de chaque aube 12 est monté avec jeu dans un alvéole 16 d’un disque 17 de soufflante et est maintenu en position par l’intermédiaire d’une cale 18 montée entre le pied 13 et la surface 19 du disque 17 délimitant l’alvéole 16.
La cale 18 permet le maintien de l’aube 12 lorsque celle-ci n’est pas soumise aux efforts centrifuges, par exemple en cas d’arrêt de la turbomachine 1. La cale 18 peut également présenter une fonction d’amortissement, en particulier en vue d’absorber un choc dû à une ingestion d’un corps étranger dans la turbomachine, de façon à éviter la rupture de l’aube de soufflante.
L’utilisation de telles cales est notamment connue des documents FR 2 746 456, EP 1 693 551, FR 2 918 129, FR 2 978 796.
Comme illustré à la , le pied d’aube 13 et la cale 18 sont maintenus dans l’alvéole 16 du disque 17, à l’amont, par l’intermédiaire d’une virole amont 20 située axialement entre un cône 21 de la soufflante 2 et le pied d’aube 13, et par l’intermédiaire d’un verrou amont 22 situé entre la virole amont 20, d’une part, et le pied d’aube 13 et la cale 18, d’autre part. Par ailleurs, le pied d’aube 13 et la cale 18 sont maintenus dans l’alvéole 16 du disque 17, à l’aval, par l’intermédiaire d’une virole aval 23 et d’un tambour 24 du compresseur basse pression.
La surface radialement interne de la veine d’écoulement 25 du flux d’air entrant dans la turbomachine 1 est définie, de l’amont vers l’aval, par le cône 21, la virole amont 20, les plates-formes 14 des aubes 12 et la virole aval 23.
L’utilisation de cales 18 est un bon compromis entre la facilité de montage sur le disque 17 de soufflante 2 lors de l’assemblage de la turbomachine 1 et la force de maintien exercé sur l’aube 12. Ces cales 18 représentent cependant un coût supplémentaire lié au temps de conception, de production, et à la nécessité de gérer des références additionnelles de pièces à approvisionner.
Par ailleurs, l’insertion d’une telle cale 18 ne permet pas nécessairement de combler l’ensemble du jeu entre le pied d’aube 13 et la surface du disque 17 délimitant l’alvéole 16, et la rigidité d’une telle cale 18 peut rendre complexe son montage dans le volume délimité par le jeu entre l’extrémité radialement interne du pied d’aube 13 et la surface du disque 17 délimitant l’alvéole 16.
Présentation de l’invention
Afin de remédier à cet inconvénient, l’invention propose un ensemble pour un rotor apte à être mobile en rotation autour d’un axe, comportant un disque comprenant des alvéoles débouchant en périphérie radialement externe du disque, des aubes comprenant des pieds montés avec jeu dans lesdits alvéoles, caractérisé en ce qu’un matériau de comblement comportant une mousse polymère remplit au moins en partie le volume délimité par le jeu entre la partie radialement interne d’au moins un pied d’aube et la surface du disque délimitant l’alvéole.
Le matériau de comblement assure ainsi la fonction de maintien du pied d’aube dans l’alvéole par comblement du jeu, en lieu et place de la cale de l’art antérieur. L’utilisation d’un tel matériau de comblement est plus aisé à mettre en œuvre qu’une cale et autorise une certaine souplesse lors du montage du pied d’aube dans l’alvéole. Le coût et la facilité d’approvisionnement d’un tel matériau de comblement sont également des avantages de l’invention.
Le matériau de comblement peut remplir au moins 50%, en particulier au moins 80%, par exemple au moins 90% du volume délimité par ledit jeu.
La majeure partie, voire la totalité ou la quasi-totalité du volume précité peut ainsi être rempli par le matériau de comblement, de façon à assurer un maintien précis et efficace du pied d’aube dans l’alvéole.
Le matériau de comblement peut être une mousse expansée.
Le matériau de comblement est par exemple une mousse polyuréthane.
Un tel matériau forme une mousse dense, qui est couramment utilisée dans l’industrie pour d’autres applications.
Une telle mousse présente également une certaine élasticité pouvant assurer au besoin une fonctionnement d’amortissement, notamment en cas d’ingestion d’un corps étranger dans la turbomachine.
Le matériau de comblement peut être logé dans une enveloppe.
Ladite enveloppe peut être souple et former une vessie apte à se déformer et à se conformer à la géométrie du volume à remplir.
Ladite enveloppe peut être étanche.
L’utilisation d’une enveloppe, qui peut être souple et contenant le matériau de comblement, est facultative, la fonction de maintien étant assurée par le matériau de comblement et non par l’enveloppe. Cette enveloppe a pour but de contenir le matériau de comblement à la cavité à remplir, par exemple lors de la phase d’expansion dans le cas d’une mousse expansée, et éviter les fuites.
L’enveloppe permet également de simplifier les opérations de maintenance sur la turbomachine tout au long de sa vie en service, en permettant de retirer et supprimer facilement et proprement le matériau de comblement et en laissant les surfaces de l’aube et du disque sans trace de matériau de comblement.
Dans le cas de la présente invention, certains paramètres peuvent être considérés lors de la sélection du matériau de comblement, en particulier dans le cas d’une mousse expansée, dont au moins l’un des paramètres ci-dessous :
- propriétés mécaniques de la mousse après expansion (densité, résistance en compression, élasticité), afin de garantir le bon maintien de l’aube par rapport au disque ;
- paramètres de mise en œuvre (temps d’expansion, température d’expansion) afin de ne pas complexifier le montage de l’aube sur le disque ;
- caractéristiques propres du polymère (compatibilité avec les matériaux de l’enveloppe de l’aube et du disque, risques liés à la sécurité et à l’environnement).
- propriétés mécaniques de la mousse après expansion (densité, résistance en compression, élasticité), afin de garantir le bon maintien de l’aube par rapport au disque ;
- paramètres de mise en œuvre (temps d’expansion, température d’expansion) afin de ne pas complexifier le montage de l’aube sur le disque ;
- caractéristiques propres du polymère (compatibilité avec les matériaux de l’enveloppe de l’aube et du disque, risques liés à la sécurité et à l’environnement).
L’invention concerne également un procédé de montage d’un ensemble du type précité, comportant les étapes suivantes :
- monter au moins une aube sur le disque par insertion du pied de l’aube dans l’alvéole correspondante du disque,
- monter l’enveloppe dans le volume délimité par le jeu entre la partie radialement interne d’au moins un pied d’aube et la surface du disque délimitant l’alvéole,
- insérer une pâte polymère dans ladite enveloppe,
- déclencher une réaction d’expansion de la pâte polymère sous forme de mousse remplissant le volume de l’enveloppe et le volume précité.
- monter au moins une aube sur le disque par insertion du pied de l’aube dans l’alvéole correspondante du disque,
- monter l’enveloppe dans le volume délimité par le jeu entre la partie radialement interne d’au moins un pied d’aube et la surface du disque délimitant l’alvéole,
- insérer une pâte polymère dans ladite enveloppe,
- déclencher une réaction d’expansion de la pâte polymère sous forme de mousse remplissant le volume de l’enveloppe et le volume précité.
L’insertion de la pâte polymère dans l’enveloppe peut être réalisée avant ou après le montage de l’enveloppe dans le volume précité. L’enveloppe peut être scellée de façon réversible ou non après insertion de la pâte polymère, par exemple par soudure thermique. L’enveloppe peut être réalisée en polymère.
L’invention concerne également un rotor pour une turbomachine, par exemple un rotor de soufflante de compresseur, comportant un ensemble du type précité.
L’invention concerne également une turbomachine comportant un rotor du type précité.
La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur.
L’invention concerne également un aéronef comportant au moins une turbomachine du type précité. L’aéronef peut être un avion.
Brève description des figures
Description détaillée de l’invention
Les figures 4 à 7 illustrent une partie d’un rotor de soufflante 2 destiné à une turbomachine 1 d’aéronef, selon une forme de réalisation de l’invention.
Le rotor de soufflante 2 est destiné à être mobile autour d’un axe qui est confondu avec l’axe X de la turbomachine 1. Le rotor de soufflante 2 comporte des aubes 12 de soufflante 2 comportant chacune, radialement de l’intérieur vers l’extérieur, un pied 13, une plate-forme 14 et une pale 15. Le pied 13 de chaque aube 12 est tout d’abord monté avec jeu dans un alvéole 16 d’un disque 17 de soufflante 2 ( ). Le jeu délimite un volume 30 dit interne, entre la partie radialement interne du pied 13 et la surface 19 du disque 17 délimitant l’alvéole. Le volume 30 est fermé, radialement à l’extérieur, par les zones de contact de surfaces planes complémentaires, appelées portées 21, entre le pied 13 de l’aube 12 et le disque 17.
Une enveloppe 22 souple en polymère, appelée également vessie, est ensuite insérée dans le volume 30 interne précité ( ).
Une pâte 23 polymère expansible, par exemple de polyuréthane est ensuite insérée dans l’enveloppe 22 ( ). L’enveloppe 22 peut alors être scellée de façon étanche après insertion de la pâte polymère, par exemple par soudure thermique dans le cas d’une enveloppe 22 en polymère.
La réaction d’expansion de la pâte 23 se produit ensuite avec dégagement gazeux, par exemple du CO2, de sorte que la pâte 23 se transforme en une mousse 24 remplissant et comblant intégralement ou quasi intégralement le volume 30 interne, par déformation et conformation de l’enveloppe 22 souple audit volume 30. Ceci permet de plaquer et maintenir le contact entre les portées 21 du pied 13 d’aube 12 et du disque 17, assurant un maintien efficace et dans une bonne position de l’aube 12 par rapport au disque 17.
Un tel procédé est simple à mettre en œuvre et permet de s’adapter à différentes formes de volume 30 interne à remplir. L’utilisation d’une telle mousse 24 expansée permet également de réduire les coûts d’un tel procédé de montage.
L’enveloppe 22 permet également de contenir la mousse 24 dans le volume 30 à remplir, par exemple lors de la phase d’expansion dans le cas d’une mousse 24 expansée, et éviter les fuites. Cette enveloppe 22 permet également de simplifier les opérations de maintenance sur la turbomachine tout au long de sa vie en service, en permettant de retirer et supprimer facilement et proprement la mousse 24 et en laissant les surfaces de l’aube 12 et du disque 17 sans trace.
Claims (6)
- Ensemble pour un rotor apte à être mobile en rotation autour d’un axe (X), comportant un disque (17) comprenant des alvéoles (16) débouchant en périphérie radialement externe du disque (17), des aubes (12) comprenant des pieds (13) montés avec jeu dans lesdits alvéoles (16), caractérisé en ce qu’un matériau de comblement comportant une mousse polymère (24) remplit au moins en partie le volume (30) délimité par le jeu entre la partie radialement interne d’au moins un pied d’aube (13) et la surface (19) du disque (17) délimitant l’alvéole (16).
- Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le matériau de comblement (24) remplit au moins 50%, en particulier au moins 80%, par exemple au moins 90% du volume (30) délimité par ledit jeu.
- Ensemble selon l’une au moins des revendications précédentes, dans lequel le matériau de comblement (24) est une mousse expansée.
- Procédé de montage d’un ensemble selon la revendication 3 comportant les étapes suivantes :
monter au moins une aube (12) sur le disque (17) par insertion du pied (13) de l’aube (12) dans l’alvéole (16) correspondante du disque (17),
- monter l’enveloppe (22) dans le volume (30) délimité par le jeu entre la partie radialement interne d’au moins un pied d’aube (13) et la surface (19) du disque (17) délimitant l’alvéole (16),
- insérer une pâte polymère (23) dans ladite enveloppe (22),
- déclencher une réaction d’expansion de la pâte polymère (23) sous forme de mousse (24) remplissant l’enveloppe (22) et le volume précité (30). - Rotor (2) pour une turbomachine (1), comportant un ensemble selon l’une des revendications 1 à 3.
- Turbomachine (1) comportant un rotor de soufflante (2) selon la revendication précédente.
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