FR3123681A1 - Roue de rotor pour une turbomachine d’aéronef - Google Patents

Roue de rotor pour une turbomachine d’aéronef Download PDF

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Abstract

Roue de rotor (10) pour une turbomachine d’aéronef, cette roue comportant : - un disque (12) ayant un axe principal (A) et présentant des alvéoles (14) à sa périphérie externe, ces alvéoles étant séparées les unes des autres par des dents (16) comportant chacune un taquet (20) orienté radialement vers l’extérieur, - des aubes (22) montées dans les alvéoles (14) du disque, chacune de ces aubes comportant une pale (24) reliée par une plateforme (26) à un pied (28) qui est monté dans une des alvéoles (14), la plateforme (26) de chacune des aubes (22) étant reliée au pied (28) par des nervures de raidissement (36) dont au moins une, appelée nervure principale (36a), est située au-dessus d’un sommet (18) d’une dent (16) et est apte à venir en appui axial sur le taquet (20) de cette dent, caractérisée en ce que ladite nervure principale (36a) de chacune des aubes (22) est en appui radial étanche sur le sommet (18) de la dent (16) correspondante. Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

ROUE DE ROTOR POUR UNE TURBOMACHINE D’AÉRONEF
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne une roue de rotor pour une turbomachine d’aéronef.
Arrière-plan technique
L’arrière-plan technique comprend notamment les documents FR-A1-2 951 224 et FR-A1-3 049 643.
Une roue de rotor 10, telle que celle illustrée partiellement à la , comprend un disque 12 qui a un axe principal A représentant l’axe de rotation de la roue, et qui comprend des alvéoles 14 à sa périphérie externe.
Les alvéoles 14 s’étendent le long de l’axe A et peuvent être parallèles à cet axe ou inclinées par rapport à l’axe A. Elles sont séparées les unes des autres par des dents 16 du disque, ces dents étant aussi appelées « interpales ». Les alvéoles 14 sont en général formées par brochage ou électroérosion et ont une forme générale en queue d’aronde ou en sapin (à un ou plusieurs lobes). Leurs axes le long de l’axe A sont appelés axes de brochage.
Chacune des dents 16 du disque comporte à son extrémité radialement externe un sommet 18 dont une extrémité axiale est reliée à un taquet 20 orienté radialement vers l’extérieur.
La roue de rotor 10 comprend également des aubes 22 qui sont montées dans les alvéoles 14 du disque 12. Chaque aube 22 comporte une pale 24 reliée par une plateforme 26 à un pied 28 qui est configuré pour être monté par complémentarité de formes dans une des alvéoles 14.
Le pied 28 de chaque aube 22 comporte à son extrémité radialement interne un lobe 30 dont une extrémité axiale comprend une encoche 32 circonférentielle.
La roue de rotor 10 comprend en outre un jonc annulaire 34 fendu engagé dans les encoches 32 des aubes et plaqué axialement contre le disque 12.
Les figures 2 à 7 sont des vues de détail d’une roue de rotor 10 de la technique antérieure.
Ces figures permettent de voir que la plateforme 26 de chaque aube 22 est reliée au pied 28 de cette aube par des nervures de raidissement 36, aussi appelées raidisseurs. Ces nervures sont au nombre de quatre. Deux nervures s’étendent entre la plateforme 26 et le pied 28, de chaque côté du pied, ces nervures étant à distance axiale l’une de l’autre. Les nervures 36 s’étendent sensiblement dans des plans perpendiculaires à l’axe A de la roue ou aux axes de brochage des alvéoles. Sur chaque côté du pied 28, il y a une nervure amont et une nervure aval par référence à l’écoulement axial des gaz à travers les pales de la roue en fonctionnement.
Les nervures 36 des aubes 22 sont en général destinées à être situées au-dessus des sommets 18 des dents 16.
Au moins une des nervures 36 de chaque aube 22, qu’on appelle nervure principale 36a dans le cadre de la présente invention, est située juste en regard du taquet 20 de la dent 16 correspondante, et est apte à venir en appui axial sur ce taquet 20 qui est en général situé à l’extrémité aval de la dent 18. En théorie, cet appui axial est assuré par la poussée des gaz de veine sur les pales 24 des aubes 22 en fonctionnement, qui sont donc maintenues en appui axial vers l’aval sur les taquets 20 du disque 12.
Chacune des aubes 22 est montée sur la périphérie externe du disque 12 par une liaison « glissière ». Une fois montées, les aubes 22 doivent être maintenues axialement sur le disque 12 et le jonc 34 assure cette immobilisation vers l’amont. Il est en outre important d’assurer une étanchéité de cette liaison en particulier pour éviter que des gaz de la veine du rotor s’écoulent à travers cette liaison.
Dans le montage décrit plus haut, l’appui axial des aubes 22 sur les taquets 20 du disque 12 permet d’assurer une étanchéité dans cette zone entre les aubes 22 et les dents 16 du disque. Cette étanchéité est du type axiale dans la mesure où elle est assurée par un appui en direction axiale, c’est-à-dire parallèlement à l’axe A de la roue.
Cependant, en pratique, du fait des jeux de montage et des sollicitations thermomécaniques et vibratoires en fonctionnement, les aubes 22 peuvent se déplacer axialement (de l’ordre de quelques dixièmes de millimètre) et peuvent ne plus être en appui axial sur les taquets 20 du disque, même si elles sont sollicitées vers les taquets 20 par les gaz qui s’écoulent dans la veine.
L’étanchéité axiale dans la région du taquet 20 de chaque aube 22 n’est alors plus assurée et des fuites de gaz ont lieu de l’amont vers l’aval dans cette zone (voir flèches aux figures 5). Ce phénomène est accentué à cause des raccordements 38 des nervures 36 au pied de l’aube, et des raccordements 40 des plateaux principaux 42 des sommets des dents aux taquets 20, qui sont conçus pour assurer un bon appui axial de l’aube 22 contre le taquet 20.
La montre la décomposition d’une section de passage axial et donc d’étanchéité d’une liaison glissière (S2 et S4) autour d’une dent 16 du disque, ainsi que des appuis plans (S1 et S3) complémentaires à cette liaison glissière. La section S1 a une forme générale en L et comprend une première partie s’étendant entre la nervure principale 36a et le sommet 18 de la dent 16, et une seconde partie s’étendant entre le raccordement de cette nervure 36a au pied 28 et un côté de ce sommet 18. La section S2 se situe entre deux aubes 22 adjacentes au-dessus d’une dent 16, et plus spécifiquement entre les deux extrémités circonférentielles en regard des nervures de raidissement 36 de ces aubes. La section S3 se situe du côté de la dent 16, opposé à la seconde partie de la section S1. La section S4 se situe au niveau des deux flancs latéraux de la dent 16.
La variabilité d’étanchéité au niveau de ces sections est illustrée à la . On constate que les sections S1 et S3 induisent une variabilité de section de passage de 40% de la section totale. Sur la totalité de la section de passage, la somme des sections S1 et S3 contribue à 60% de la section totale. Le reste des deux autres sections contribue à hauteur de 40% de la section totale malgré des complexités de fabrication plus importante.
Les fuites dans les sections S1 et S3 des appuis plans introduisent un biais dans le modèle du système d’air initial, et elles induisent une baisse du rendement du rotor et un écart de la température en sommet du disque.
La présente invention propose une solution à ce problème, qui est simple, efficace et économique.
La présente invention a pour objet une roue de rotor pour une turbomachine d’aéronef, cette roue comportant :
- un disque ayant un axe principal et présentant des alvéoles à sa périphérie externe, les alvéoles s’étendant le long dudit axe et étant séparées les unes des autres par des dents, chacune des dents comportant à son extrémité radialement externe un sommet dont une extrémité axiale est reliée à un taquet orienté radialement vers l’extérieur, et
- des aubes montées dans les alvéoles du disque, chacune de ces aubes comportant une pale reliée par une plateforme à un pied qui est configuré pour être monté par complémentarité de formes dans une des alvéoles, le pied de chacune des aubes comportant à son extrémité radialement interne un lobe, la plateforme de chacune des aubes étant reliée au pied par des nervures de raidissement dont au moins une, appelée nervure principale, est située au-dessus d’un sommet d’une dent et est apte à venir en appui axial sur le taquet de cette dent,
caractérisée en ce que ladite nervure principale de chacune des aubes est en appui radial surfacique sur le sommet de la dent correspondante.
Selon l’invention, bien que la nervure principale soit apte à venir en appui axial sur le taquet et puisse fournir une étanchéité dans cette zone par cet appui axial, la nervure principale est également configurée pour être en appui radial sur le sommet de la dent afin de fournir une étanchéité dans cette zone par cet appui radial. En fonctionnement, quelle que soit la position axiale de l’aube sur le disque, et même si l’appui axial de la nervure principale sur le taquet disparait, cette nervure axiale reste en appui radial sur le sommet de la dent, ce qui maintient et garantit l’étanchéité dans cette zone.
Dans la présente demande, on entend par « appui radial », le fait que deux éléments soient en appui radial l’un sur l’autre ou le fait que ces deux éléments soient ajustés l’un sur l’autre en direction radiale. On entend par « ajusté » ou « ajustement », l’absence de jeu en direction radiale entre ces éléments. En fonctionnement, les forces centrifuges sollicitent les aubes radialement vers l’extérieur qui peuvent ne plus être en appui radial sur les dents mais être montées de manière ajustée sur les dents.
Dans la présente demande, on entend par « appui surfacique » ou « appui étanche », le fait pour un élément ou une surface d’être en appui sur un autre élément ou une autre surface avec au moins trois points de contact, cet appui étant apte à conférer une étanchéité entre ces éléments ou ces surfaces.
La roue selon l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison les unes avec les autres :
  • ladite nervure principale de chacune des aubes comprend une surface inférieure d’appui surfacique, qui a une forme allongée et s’étend depuis le pied jusqu’à une extrémité de la nervure principale opposée au pied ;
-- ladite surface inférieure est plane, concave ou convexe ;
  • ladite surface inférieure est reliée au pied par une surface incurvée concave dont l’axe de révolution est sensiblement parallèle à l’axe du disque ou à l’axe de brochage de l’alvéole correspondante ;
  • le sommet de chacune des dents comprend un plateau principal s’étendant sur une majeure partie de la dimension axiale de la dent, et un plateau secondaire de liaison du plateau principal audit taquet ;
-- ledit plateau secondaire est plan, concave ou convexe ;
  • ledit plateau secondaire s’étend parallèlement au plateau principal et étant configuré pour coopérer par appui surfacique avec ladite nervure principale ;
  • ledit plateau secondaire de chacune des dents est reliée à un flanc de la dent par une surface incurvée convexe dont l’axe de révolution est sensiblement parallèle à l’axe du disque ou à l’axe de brochage de l’alvéole correspondante ;
  • ledit plateau secondaire de chacune des dents forme une marche sur le sommet de cette dent ;
  • la surface incurvée concave de chacune des aubes est configurée pour venir en appui surfacique sur la surface incurvée convexe de la dent correspondante ;
  • l’appui radial surfacique à une longueur ou dimension circonférentielle Létanchéitételle que :
dans laquelle :
D = diamètre d’une circonférence centrée sur l’axe du disque et passant par les sommets des dents, et
Npales: nombre d’aubes de la roue ;
- le lobe du pied de chacune des aubes a une extrémité axiale comprenant une encoche circonférentielle, la roue comportant en outre un jonc annulaire fendu engagé dans les encoches des aubes et plaqué axialement contre le disque ; et
-- la pale de chaque aube comprend un talon.
La présente invention concerne également une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins une roue de rotor telle que décrit précédemment.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
la est une vue schématique partielle en perspective d’une roue de rotor d’une turbomachine d’aéronef ;
la est une vue à plus grande échelle d’une partie de la ;
la est une vue schématique partielle en perspective d’une aube de rotor ;
la est une vue schématique partielle en perspective d’une roue de rotor, et montre des liaisons glissières entre des pieds d’aubes et des alvéoles du disque ;
la est une vue schématique partielle en perspective d’une section de passage entre une nervure principale de raidissement d’une aube et un taquet d’une dent du disque ;
la est une vue schématique partielle en coupe d’une roue de rotor, et montre les sections de passage entre les aubes et une dent du disque, au niveau du taquet de ce disque ;
la est une vue schématique partielle en perspective d’une roue de rotor, et montre les sections de passage autour d’une dent du disque ;
la est une vue schématique partielle en perspective d’une roue de rotor, et montre les dents et les alvéoles de ce disque ;
la est un graphe illustrant la dispersion des sections de passage, en mm², dans les quatre sections repérées à la ;
la est une vue schématique en perspective d’une aube pour une roue de rotor selon l’invention ;
la est une vue schématique en perspective d’un disque pour une roue de rotor selon l’invention ;
la est une vue schématique partielle en perspective d’une roue de rotor selon l’invention, et montre la liaison glissière entre un pied d’aube et une alvéole d’un disque ; et
la est un graphe illustrant la dispersion des sections de passage, en mm², dans les quatre sections repérées à la , sans l’invention comme à la , et avec l’invention.

Claims (10)

  1. Roue de rotor (10) pour une turbomachine d’aéronef, cette roue comportant :
    - un disque (12) ayant un axe principal (A) et présentant des alvéoles (14) à sa périphérie externe, les alvéoles s’étendant le long dudit axe et étant séparées les unes des autres par des dents (16), chacune des dents comportant à son extrémité radialement externe un sommet (18) dont une extrémité axiale est reliée à un taquet (20) orienté radialement vers l’extérieur, et
    - des aubes (22) montées dans les alvéoles (14) du disque, chacune de ces aubes comportant une pale (24) reliée par une plateforme (26) à un pied (28) qui est configuré pour être monté par complémentarité de formes dans une des alvéoles (14), le pied (28) de chacune des aubes (22) comportant à son extrémité radialement interne un lobe (30), la plateforme (26) de chacune des aubes (22) étant reliée au pied (28) par des nervures de raidissement (36) dont au moins une, appelée nervure principale (36a), est située au-dessus d’un sommet (18) d’une dent (16) et est apte à venir en appui axial sur le taquet (20) de cette dent,
    caractérisée en ce que ladite nervure principale (36a) de chacune des aubes (22) est en appui radial surfacique sur le sommet (18) de la dent (16) correspondante.
  2. Roue (10) selon la revendication 1, dans laquelle ladite nervure principale (36a) de chacune des aubes (22) comprend une surface inférieure (60) d’appui surfacique, qui a une forme allongée et s’étend depuis le pied (28) jusqu’à une extrémité de la nervure principale (36a) opposée au pied (28).
  3. Roue (10) selon la revendication 2, dans laquelle ladite surface inférieure (60) est reliée au pied (28) par une surface incurvée concave (62) dont l’axe de révolution est sensiblement parallèle à l’axe (A) du disque (12).
  4. Roue (10) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le sommet (18) de chacune des dents (16) comprend un plateau principal (50) s’étendant sur une majeure partie de la dimension axiale de la dent (16), et un plateau secondaire (52) de liaison du plateau principal (50) audit taquet (20), ce plateau secondaire (52) s’étendant parallèlement au plateau principal (50) et étant configuré pour coopérer par appui surfacique avec ladite nervure principale (36a).
  5. Roue (10) selon la revendication 4, dans laquelle ledit plateau secondaire (52) de chacune des dents (16) forme une marche sur le sommet de cette dent.
  6. Roue (10) selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle ledit plateau secondaire (52) de chacune des dents (16) est reliée à un flanc (54, 56) de la dent par une surface incurvée convexe (58) dont l’axe de révolution est sensiblement parallèle à l’axe (A) du disque (12).
  7. Roue (10) selon l’ensemble des revendications 3 et 6, dans laquelle la surface incurvée concave (62) de chacune des aubes (22) est configurée pour venir en appui surfacique sur la surface incurvée convexe (58) de la dent (16) correspondante.
  8. Roue (10) selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle l’appui radial surfacique à une longueur ou dimension circonférentielle Létanchéitételle que :

    dans laquelle :
    D = diamètre d’une circonférence centrée sur l’axe (A) du disque (12) et passant par les sommets (18) des dents (16), et
    Npales: nombre d’aubes de la roue.
  9. Roue (10) selon l’ensemble des revendications 1 à 8, dans laquelle le lobe (30) du pied (28) de chacune des aubes (22) a une extrémité axiale comprenant une encoche circonférentielle (32), la roue (10) comportant en outre un jonc annulaire (34) fendu engagé dans les encoches (32) des aubes (22) et plaqué axialement contre le disque (12).
  10. Turbomachine pour un aéronef, dans laquelle elle comprend au moins une roue (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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