FR3125085A1 - Turbomachine blade - Google Patents

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Marc-Etienne Loisel Bruno
Pascal Jean COURTIN
Léon FRANCOIS Etienne
Daphné MOSCHONAS
Eric Cornil SOONEKINDT Antoine
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Abstract

L’invention concerne une aube (5) de turbomachine comportant une pale (8) s’étendant selon un axe dit radial, et un talon (9) situé à une extrémité radialement externe de l’aube, caractérisée en ce que le talon (9) comporte au moins deux zones planes (19) radiales distinctes, parallèles entre elles et séparées circonférentiellement l’une de l’autre. Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 4]The invention relates to a turbomachine blade (5) comprising a blade (8) extending along a so-called radial axis, and a heel (9) located at a radially outer end of the blade, characterized in that the heel ( 9) comprises at least two distinct radial planar zones (19), parallel to each other and separated circumferentially from one another. Figure to be published with abstract: [Fig. 4]

Description

Aube de turbomachineTurbomachine blade

Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention

L’invention concerne une aube de turbomachine, en particulier une aube de rotor d’une turbine basse pression. La turbomachine est par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur d’aéronef.The invention relates to a turbomachine blade, in particular a rotor blade of a low pressure turbine. The turbomachine is for example a turbojet or an aircraft turboprop.

Etat de la technique antérieureState of the prior art

Une turbomachine d’aéronef s’étend classiquement autour d’un axe et comprend généralement, d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz le long de cet axe, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Le rotor du compresseur basse pression est entraîné par le rotor de la turbine basse pression, et le rotor du compresseur haute pression est entraîné par le rotor de la turbine haute pression.An aircraft turbomachine conventionally extends around an axis and generally comprises, from upstream to downstream in the direction of gas flow along this axis, a fan, a low pressure compressor, a high pressure compressor, a combustion chamber, a high pressure turbine and a low pressure turbine. The low pressure compressor rotor is driven by the low pressure turbine rotor, and the high pressure compressor rotor is driven by the high pressure turbine rotor.

Les termes axial, radial et circonférentiel sont définis par rapport à l’axe de la turbomachine.The terms axial, radial and circumferential are defined with respect to the axis of the turbomachine.

La illustre une turbine haute pression 1 et une turbine basse pression 2 d’une turbomachine de l’art antérieur. La turbine basse pression 2 comporte plusieurs étages successifs, chaque étage comportant un distributeur 3 appartenant au stator et une roue 4d’aubes mobiles appartenant au rotor.There illustrates a high pressure turbine 1 and a low pressure turbine 2 of a turbomachine of the prior art. The low pressure turbine 2 comprises several successive stages, each stage comprising a distributor 3 belonging to the stator and a wheel 4d'moving blades belonging to the rotor.

Les figures 2 et 3 illustrent de telles aubes mobiles 5. Chaque aube 5 comporte radialement de l’intérieur vers l’extérieur, un pied 6, une plate-forme radialement interne 7, une pale 8 et un talon 9.Figures 2 and 3 illustrate such moving blades 5. Each blade 5 comprises radially from the inside outwards, a foot 6, a radially internal platform 7, a blade 8 and a heel 9.

Le talon 9 comporte une plate-forme radialement externe 10 comprenant deux bords latéraux 11, un becquet amont 12 et un becquet aval 13. Le talon 9 comporte en outre des léchettes 14 s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme externe 10 et s’étendant également dans la direction circonférentielle. Chaque bord latéral 11 du talon 9 comporte une zone en creux 15 ou en saillie 16, de forme générale triangulaire par exemple, destinée à coopérer avec une zone en saillie 16 ou en creux 15, respectivement, du talon 9 d’une aube 5 adjacente.The heel 9 comprises a radially outer platform 10 comprising two lateral edges 11, an upstream spoiler 12 and a downstream spoiler 13. The heel 9 further comprises wipers 14 extending radially outwards from the outer platform 10 and also extending in the circumferential direction. Each lateral edge 11 of the heel 9 comprises a hollow 15 or projecting 16 zone, of generally triangular shape for example, intended to cooperate with a projecting 16 or hollow 15 zone, respectively, of the heel 9 of an adjacent blade 5 .

Un raidisseur 17 peut s’étendre depuis la plate-forme externe 10, d’amont en aval, afin d’augmenter la résistance mécanique du talon 9.A stiffener 17 can extend from the external platform 10, from upstream to downstream, in order to increase the mechanical resistance of the heel 9.

Le pied 6 de chaque aube 5 est inséré dans un alvéole d’un disque 17 de rotor, les aubes 5 étant montées de façon adjacente de sorte que les plates-formes radialement internes 7 et les plates-formes radialement externes 10 forment deux couronnes annulaires délimitant une partie de la veine de circulation des gaz au sein de la turbine basse pression.The root 6 of each blade 5 is inserted in a cell of a rotor disk 17, the blades 5 being mounted adjacently so that the radially internal platforms 7 and the radially external platforms 10 form two annular crowns delimiting part of the gas flow path within the low pressure turbine.

Les léchettes 14 coopèrent avec un anneau en matériau abradable, comme cela est connu en soi, pour assurer l’étanchéité dans cette zone en fonctionnement.The wipers 14 cooperate with a ring of abradable material, as is known per se, to provide sealing in this zone in operation.

Les aubes de rotor peuvent emmagasiner des contraintes résiduelles issues de leur procédé de fabrication (opérations de fonderie et/ou d’usinage), qui se libèrent à l’issue d’un traitement thermique des aubes et peuvent alors provoquer la rotation du talon autour de l’axe radial de l’aube. Ce phénomène est d’autant plus important que la tendance actuelle est à la réduction de la masse des aubes et leur dimensionnement au plus juste en fonction du besoin.Rotor blades can store residual stresses resulting from their manufacturing process (casting and/or machining operations), which are released following heat treatment of the blades and can then cause the heel to rotate around of the blade's radial axis. This phenomenon is all the more important as the current trend is to reduce the mass of the blades and their dimensioning as accurately as possible according to need.

Le vieillissement des aubes de rotor peut également causer des variations géométriques par dévrillage de la pale.The aging of the rotor blades can also cause geometric variations by untwisting of the blade.

Ces variations d’orientation du talon peuvent dépasser la centaine de minutes d’angle, ce qui peut être inacceptable et nécessiter le remplacement de certaines aubes. Afin de pouvoir assurer le bon déroulé des étapes de fabrication, de maintenance ou de réparation de telles aubes par exemple, il est nécessaire de disposer de repères géométriques permettant de quantifier la position et/ou l’orientation du talon, de façon fiable et à l’aide d’un procédé de mesure simple à mettre en œuvre par un opérateur.These heel orientation variations can exceed a hundred minutes of angle, which can be unacceptable and require the replacement of certain blades. In order to be able to ensure the smooth running of the manufacturing, maintenance or repair stages of such blades, for example, it is necessary to have geometric reference marks making it possible to quantify the position and/or the orientation of the heel, in a reliable manner and at using a measurement method that is simple to implement by an operator.

A l’heure actuelle, il n’existe par exemple pas de zones planes permettant une telle mesure au niveau du talon. En effet, les léchettes et le talon de manière générale, bien que présentant une forme globalement plane, présentent en réalité des courbures ou des formes complexes empêchant une telle mesure d’orientation de façon aisée et répétitive par un opérateur. En effet, la majorité des surfaces du talon sont issues d’un procédé de fonderie et comportent des dépouilles ou des zones courbes, avec des formes calculées au plus juste besoin fonctionnel (profil optimisé et épaisseurs fines en vue d’alléger l’aube).At present, for example, there are no flat areas allowing such a measurement at the heel. Indeed, the wipers and the heel in general, although having a generally planar shape, actually have curvatures or complex shapes preventing such an orientation measurement in an easy and repetitive manner by an operator. In fact, the majority of the surfaces of the heel come from a foundry process and include undercuts or curved areas, with shapes calculated to meet functional needs (optimized profile and thin thicknesses to lighten the blade) .

L’invention vise à faciliter une telle mesure de la position et/ou de l’orientation du talon d’une aube, de façon simple, efficace et peu onéreuse.The invention aims to facilitate such a measurement of the position and/or orientation of the heel of a blade, in a simple, efficient and inexpensive manner.

Présentation de l’inventionPresentation of the invention

A cet effet, l’invention concerne une aube de turbomachine comportant une pale s’étendant selon un axe dit radial, et un talon situé à une extrémité radialement externe de l’aube, caractérisée en ce que le talon comporte au moins deux zones planes radiales distinctes, parallèles entre elles et séparées circonférentiellement l’une de l’autre.To this end, the invention relates to a turbomachine blade comprising a blade extending along a so-called radial axis, and a heel located at a radially outer end of the blade, characterized in that the heel comprises at least two flat zones distinct radials, parallel to each other and circumferentially separated from each other.

Les zones planes sont dites radiales en ce qu’elles sont chacune parallèle à la direction ou axe radial, également appelé axe d’empilement de l’aube. Lesdites zones planes sont en particulier strictement radiales, c’est-à-dire s’étendent uniquement dans la direction radiale et ne forment donc pas un angle avec ladite direction radiale.The flat zones are said to be radial in that they are each parallel to the radial direction or axis, also called the blade stacking axis. Said flat zones are in particular strictly radial, that is to say extend only in the radial direction and therefore do not form an angle with said radial direction.

Les deux zones planes forment deux zones de contrôle permettant l’utilisation d’outillages de mesure lors d’opération de fabrication, de maintenance ou de réparation, en vue de contrôler de manière simple et fiable la position et/ou l’orientation du talon par rapport à au moins une autre zone de référence de l’aube. Une telle mesure peut être réalisée par différents procédés, tels par exemple qu’une mesure par points à l’aide d’une machine de mesure tridimensionnelle ou MMT, ou qu’une mesure de surface par exemple sans contact à l’aide d’un laser.The two flat zones form two control zones allowing the use of measuring tools during manufacturing, maintenance or repair operations, with a view to simply and reliably controlling the position and/or orientation of the heel with respect to at least one other reference zone of the blade. Such a measurement can be carried out by various methods, such as, for example, a point measurement using a three-dimensional measuring machine or CMM, or a surface measurement, for example without contact, using a laser.

Une méthode de contrôle peut alors consister à mesurer l’écart entre chaque zone plane avec une valeur nominale de référence afin de calculer un écart de position réel qui peut être directement causé par la rotation du talon. Cet écart peut ensuite être comparé à des tolérances qui peuvent être fonction notamment du procédé choisi pour la réalisation des zones planes.A control method can then consist of measuring the deviation between each flat zone with a nominal reference value in order to calculate a real position deviation which can be directly caused by the rotation of the heel. This difference can then be compared with tolerances which can depend in particular on the method chosen for producing the flat zones.

Les deux zones planes sont de préférence issues d’une même opération de fabrication, par exemple réalisées lors d’une même opération de fonderie, de forge ou d’usinage. En variante, les deux zones planes peuvent être issues d’une même séquence de fabrication lors d’une opération de fabrication additive. Les zones planes ne subissent alors pas d’intervention ultérieure pouvant dégrader leur état. Le procédé de fabrication peut également être adapté de façon à ce que ces zones subissent le moins possible de variations au fur et à mesure des outillages de fabrication. On privilégiera par exemple les parties fixes d’un moule en cire lors d’une étape de fonderie, plutôt que d’éventuelles parties mobiles dont l’usure des assemblages peut engendrer des variations de mesure qui affectent la géométrie recherchée.The two flat zones are preferably from the same manufacturing operation, for example produced during the same foundry, forge or machining operation. As a variant, the two flat zones can come from the same manufacturing sequence during an additive manufacturing operation. The flat areas do not then undergo any subsequent intervention that could degrade their condition. The manufacturing process can also be adapted so that these zones undergo as few variations as possible as the manufacturing tools are used. For example, preference will be given to the fixed parts of a wax mold during a foundry stage, rather than any moving parts whose assembly wear can cause measurement variations that affect the desired geometry.

Les deux zones planes peuvent ne pas être coplanaires, un décalage pouvant alors exister entre les deux zones planes.The two flat areas may not be coplanar, an offset then possibly existing between the two flat areas.

L’invention peut être appliquée à une aube de turbine, par exemple une turbine basse pression, ou à une aube de compresseur, par exemple une aube de soufflante ou de compresseur basse pression. De façon plus générale, l’invention est applicable à tout type d’aube déformable, susceptible de se déformer, ou difficilement contrôlable, par exemple une aube dont aucune surface n’est plane, et dont l’élaboration ou la transformation risque de déformer la pièce, par exemple par vrillage à l’issue de traitements thermiques libérant des contraintes résiduelles (de fonderie ou d’usinage par exemple).The invention can be applied to a turbine blade, for example a low pressure turbine, or to a compressor blade, for example a fan or low pressure compressor blade. More generally, the invention is applicable to any type of deformable blade, capable of deforming, or difficult to control, for example a blade of which no surface is flat, and the production or transformation of which risks deforming the part, for example by twisting at the end of heat treatments releasing residual stresses (from foundry or machining for example).

Le talon peut comporter une plate-forme à partir de laquelle au moins une léchette s’étend radialement vers l’extérieur et s’étend dans une direction circonférentielle perpendiculaire à la direction radiale, les zones planes étant formées sur ladite léchette.The heel may include a platform from which at least one wiper extends radially outwards and extends in a circumferential direction perpendicular to the radial direction, the flat areas being formed on said wiper.

La surface de chaque zone plane peut être au moins égale à 3 mm².The surface of each flat zone can be at least equal to 3 mm².

On garantit ainsi que chaque zone plane est suffisamment grande pour mettre une mesure précise de sa position avec les procédés de mesure utilisés actuellement.It is thus guaranteed that each flat zone is large enough to take an accurate measurement of its position with the measurement methods currently used.

Chaque zone plane peut présenter une exigence de planéité (issue d’une norme ISO représentant la distance entre les deux plans dans laquelle doit se situer la totalité de la surface réelle de chaque zone plane) inférieure à 0,02mm. La distance entre les deux zones planes peut être au moins égale à 10 mm.Each flat area may have a flatness requirement (from an ISO standard representing the distance between the two planes in which the entire real surface of each flat area must lie) of less than 0.02mm. The distance between the two flat areas can be at least equal to 10 mm.

La distance est par exemple mesurée hors des zones planes, c’est-à-dire non pas entre les centres des zones mais entre les extrémités circonférentielles correspondantes des zones planes.The distance is for example measured outside the flat zones, that is to say not between the centers of the zones but between the corresponding circumferential ends of the flat zones.

Une distance suffisante permet de calculer de façon fiable la rotation ou le défaut de rotation du talon, à partir des mesures de position des zones planes.A sufficient distance makes it possible to reliably calculate the rotation or the lack of rotation of the heel, from the position measurements of the flat zones.

L’une au moins des zones planes peut être réalisée au niveau d’une zone en saillie du talon, en particulier de la léchette.At least one of the flat zones can be made at the level of a projecting zone of the heel, in particular of the seal.

La zone en saillie peut s’étendre axialement vers l’amont ou vers l’aval de la léchette correspondante. Une telle forme de réalisation permet de faciliter la fabrication des zones planes.The protruding zone can extend axially upstream or downstream of the corresponding wiper. Such an embodiment facilitates the manufacture of flat areas.

Chaque zone plane peut être réalisée au niveau d’une zone en saillie du talon, en particulier de la léchette.Each flat zone can be made at the level of a protruding zone of the heel, in particular of the seal.

L’une au moins des zones planes peut être réalisée au niveau d’une zone en creux de la léchette.At least one of the flat areas can be made at the level of a recessed area of the wiper.

Bien entendu, la zone en creux est dimensionnée et positionnée de façon à ne pas affecter les caractéristiques mécaniques de l’aube. Chaque zone plane peut être réalisée au niveau d’une zone en creux du talon, en particulier de la léchette.Of course, the recessed area is sized and positioned so as not to affect the mechanical characteristics of the blade. Each flat zone can be made at the level of a hollow zone of the heel, in particular of the wiper.

Chaque surface plane peut s’étendre dans un plan radial.Each planar surface can extend in a radial plane.

En variante, les deux surfaces planes peuvent s’étendre dans un même plan oblique par rapport au plan radial.As a variant, the two flat surfaces can extend in the same plane oblique with respect to the radial plane.

Le talon peut comporter au moins deux léchettes s’étendant chacune radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme du talon et dans une direction circonférentielle perpendiculaire à la direction radiale. L’une desdites léchettes peut comporter lesdites zones planes.The heel may include at least two wipers each extending radially outward from the platform of the heel and in a circumferential direction perpendicular to the radial direction. One of said wipers may include said flat areas.

Au moins un raidisseur peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme du talon et axialement entre les deux léchettes.At least one stiffener may extend radially outward from the heel platform and axially between the two lips.

Le raidisseur peut également s’étendre en amont et en aval des léchettes correspondantes.The stiffener can also extend upstream and downstream of the corresponding lips.

Un tel raidisseur permet d’améliorer la résistance mécanique de l’aube au niveau du talon.Such a stiffener makes it possible to improve the mechanical strength of the blade at the heel.

L’invention concerne également une turbomachine comportant au moins une aube du type précité.The invention also relates to a turbomachine comprising at least one blade of the aforementioned type.

L’aube est par exemple une aube de rotor. La turbomachine est par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur d’aéronef. L’aéronef peut être un avion.The blade is for example a rotor blade. The turbomachine is for example a turbojet or an aircraft turboprop. The aircraft may be an airplane.

Brève description des figuresBrief description of figures

est une vue en coupe axiale d’une turbine de turbomachine de l’art antérieur, is an axial sectional view of a turbine engine of the prior art,

est une vue en perspective d’une aube de l’art antérieur, is a perspective view of a prior art blade,

est une vue en perspective, d’une partie d’une roue aubagée de rotor de l’art antérieur, is a perspective view of a portion of a prior art rotor bladed wheel,

est une vue en de dessus d’une aube selon une forme de réalisation de l’invention, is a top view of a blade according to one embodiment of the invention,

est une vue en perspective du talon et de l’extrémité radialement externe de la pale de l’aube selon l’invention, is a perspective view of the heel and of the radially outer end of the blade of the blade according to the invention,

est une vue en perspective du talon et de l’extrémité radialement externe de la pale de l’aube selon une autre forme de réalisation de l’invention, is a perspective view of the heel and of the radially outer end of the blade of the blade according to another embodiment of the invention,

est une vue en perspective du talon et de l’extrémité radialement externe de la pale de l’aube selon une encore autre forme de réalisation de l’invention. is a perspective view of the heel and the radially outer end of the vane blade according to yet another embodiment of the invention.

Claims (10)

Aube (5) de turbomachine comportant une pale (8) s’étendant selon un axe dit radial, et un talon (9) situé à une extrémité radialement externe de l’aube, caractérisée en ce que le talon (9) comporte au moins deux zones planes (19) radiales distinctes, parallèles entre elles et séparées circonférentiellement l’une de l’autre.Turbomachine blade (5) comprising a blade (8) extending along a so-called radial axis, and a heel (9) located at a radially outer end of the blade, characterized in that the heel (9) comprises at least two distinct radial plane zones (19), parallel to each other and circumferentially separated from each other. Aube (5) selon la revendication précédente, dans laquelle le talon (9) comporte une plate-forme (10) à partir de laquelle au moins une léchette (14) s’étend radialement vers l’extérieur et s’étend dans une direction circonférentielle perpendiculaire à la direction radiale, les zones planes (19) étant formées sur ladite léchette (14).Blade (5) according to the preceding claim, in which the heel (9) comprises a platform (10) from which at least one wiper (14) extends radially outwards and extends in a direction circumferential perpendicular to the radial direction, the flat areas (19) being formed on said wiper (14). Aube (5) selon la revendication précédente, dans laquelle la surface de chaque zone plane (19) est au moins égale à 3 mm².Blade (5) according to the preceding claim, in which the surface of each plane zone (19) is at least equal to 3 mm². Aube (5) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque zone plane (19) présente exigence de planéité, représentant la distance entre les deux plans dans laquelle doit se situer la totalité de la surface réelle de chaque zone plane, inférieure à 0,02mm.Blade (5) according to one of the preceding claims, in which each planar zone (19) has a flatness requirement, representing the distance between the two planes in which the entire real surface of each planar zone must be located, less than 0.02mm. Aube (5) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la distance (d) entre les deux zones planes (19) est au moins égale à 10 mm.Blade (5) according to one of the preceding claims, in which the distance (d) between the two flat zones (19) is at least equal to 10 mm. Aube (5) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’une au moins des zones planes (19) peut être réalisée au niveau d’une zone en saillie (20) du talon (9).Blade (5) according to one of the preceding claims, in which at least one of the flat zones (19) can be produced at the level of a projecting zone (20) of the heel (9). Aube (5) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’une au moins des zones planes (19) peut être réalisée au niveau d’une zone en creux (21) du talon (9).Blade (5) according to one of the preceding claims, in which at least one of the flat zones (19) can be produced at the level of a recessed zone (21) of the heel (9). Aube (5) selon la revendication 2 et selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le talon (9) comporte au moins deux léchettes (14) s’étendant chacune radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme (10) du talon (9) et dans une direction circonférentielle perpendiculaire à la direction radiale, l’une desdites léchettes (14) comportant lesdites zones planes (19).Blade (5) according to claim 2 and according to one of the preceding claims, in which the heel (9) comprises at least two wipers (14) each extending radially outwards from the platform (10) of the heel (9) and in a circumferential direction perpendicular to the radial direction, one of said wipers (14) comprising said flat areas (19). Aube (5) selon la revendication précédente, dans laquelle au moins un raidisseur (17) s’étend radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme (10) du talon (9) et axialement entre les deux léchettes (14).Blade (5) according to the preceding claim, in which at least one stiffener (17) extends radially outwards from the platform (10) of the heel (9) and axially between the two wipers (14). Turbomachine comportant au moins une aube (5) selon l’une des revendications précédentes.
Turbomachine comprising at least one blade (5) according to one of the preceding claims.
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