FR3127786A1 - Disque de rotor pour une turbomachine d’aeronef - Google Patents

Disque de rotor pour une turbomachine d’aeronef Download PDF

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Maxime JOUNIAUX
Florian CARRY
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

La présente invention concerne disque de rotor (1) pour une turbomachine d’aéronef, présentant un axe (A) et comportant à sa périphérie externe des alvéoles (5), chaque alvéole présentant un plan médian de symétrie (PA) passant par ledit axe (A) et étant à au moins deux portées, chaque alvéole comportant :- un logement principal (6) comportant deux surfaces d’appui (62, 62’) situées de part et d’autre du plan (PA),- au moins un logement intermédiaire (7) comportant deux surfaces d’appui (72, 72’) situées de part et d’autre du plan (PA) et deux flancs (76, 76’) situés en regard des surfaces (62, 62’), les flancs (76, 76’) sont inclinés par rapport à un plan (T7) perpendiculaire audit axe (A) de sorte que ces flancs s’éloignent de la périphérie externe du disque à mesure qu’ils s’écartent du plan (PA). La figure de l’abrégé : figure 3

Description

DISQUE DE ROTOR POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF
Domaine technique de l’invention
La présente demande concerne le domaine général des attaches d’aubes mobiles de disque rotor d’une turbomachine pour aéronef, et plus particulièrement, un profil optimisé d’alvéole recevant le pied de l’aube de rotor.
Arrière-plan technique
En référence à la , un rotor 10 d’une turbomachine d’aéronef 100 comprend classiquement un disque ou moyeu 1 ayant un axe de rotation (qui n’est pas visible sur les figures). Le disque 1 comprend une pluralité d’aubes 2 sur sa périphérie externe. Chaque aube 2 comprend une pale 20 ayant un profil aérodynamique. La pale 20 comprend un bord d’attaque 22, un bord de fuite 24, un intrados et un extrados. Chaque aube 2 s’étend suivant un axe B d’allongement et une extrémité axiale de la pale 20 est reliée par une plateforme 3 à un pied 4.
Le disque de rotor comprend à sa périphérie une série d’alvéoles de réception des pieds des aubes. Les pieds d’aube ont une forme générale en mono-lobe (ou dit autrement une forme en queue d’aronde) ou en multi-lobes. La forme des pieds d’aube est complémentaire de celle des alvéoles prévues à la périphérie externe du disque. Les pieds sont emmanchés dans les alvéoles, de façon à ce que les plateformes soient disposées circonférentiellement (par rapport à l’axe du disque) les unes à côté des autres et autour du disque, et définissent par leurs surfaces supérieures (ou radialement externes par rapport à l’axe du disque) la périphérie interne d’une veine annulaire d’écoulement d’un flux d’air dans la turbomachine.
La illustre schématiquement un exemple de disque de rotor 1 du type à deux portées pour se fixer à un pied 4 d’aube 2 de rotor à deux lobes. Le disque 1 présente à sa périphérie externe des alvéoles 5. Les pieds 4 d’aube sont montés dans les alvéoles 5. Chacune des alvéoles 5 comprend une ouverture 52 par laquelle le pied 4 d’aube est emmanché, et un fond 54 situé radialement à l’opposé de l’ouverture 52. Chacune des alvéoles 5 comprend un logement principal 6, dit inférieur, qui est situé radialement vers l’intérieur d’un axe A du disque 1, et un logement intermédiaire 7 qui est situé radialement vers l’extérieur de l’axe A. Le logement intermédiaire 7 peut être séparé en deux sous-logements ou demi-cavités 70, 70’ par rapport à un plan médian de symétrie PApassant par l’axe A. Les demi-cavités 70, 70’ sont donc situées de part et d’autre du plan PA. Ces demi-cavités 70, 70’ comprennent chacune une seconde surface latérale d’appui 72, 72’, un flanc 76, 76’ et un col 74, 74’ reliant la seconde surface latérale d’appui 72, 72’ au flanc 76, 76’. Typiquement, les secondes surfaces latérales d’appui 72, 72’ sont orientées en direction de l’ouverture 52 (ou de la plateforme 3 ou de la pale 2) et les flancs 76, 76’ sont orientées en direction du fond 54 de l’alvéole. Le lobe principal 6 comprend également des premières surfaces latérales d’appui 62, 62’ s’étendant radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe A et donc orientées en direction de la pale 2. Les flancs 76, 76’ sont inclinés chacun d’un angle d’inclinaison α0, α0‘, dit positif, avec un plan T qui est sensiblement perpendiculaire à l’axe A. Les surfaces latérales d’appui 62, 62’, 72, 72’ présentent chacun un angle d’inclinaison, dit négatif, avec le plan T. On entend par « angle positif » par rapport à un plan ou axe horizontal, un angle qui tourne dans le sens antihoraire en partant du plan horizontal (à savoir du plan T horizontal vers la pale de l’aube), alors qu’un « angle négatif » par rapport au même plan horizontal est un angle qui tourne dans le sens horaire en partant du plan horizontal (à savoir du plan T horizontal vers le pied puis de l’aube). Les premières surfaces latérales d’appui 62, 62’ forment une première portée et les secondes surfaces latérales d’appui, 72, 72’ forment une seconde portée de chacune des alvéoles 5. On entend par « portée », les zones d’interface et de contact entre le pied de l’aube mobile et le disque de rotor.
Lors de la rotation des aubes 2 dans le rotor 10, les aubes 2 sont mobiles par rapport au disque 1. Les aubes 2 sont sollicitées radialement vers l’extérieur du fait des forces centrifuges. Plus particulièrement, les surfaces latérales d’appui 62, 62’, 72, 72’ des alvéoles 5 du disque de rotor viennent en contact avec des faces d’appui complémentaires des lobes du pied d’aube de rotor. Les pieds d’aube coopèrent donc par appui avec les alvéoles du disque pour maintenir l’attache entre l’aube et le disque de rotor.
Même si les alvéoles du disque de rotor en multi-lobes permettent de retenir l’aube de rotor mobile, ils posent toutefois quelques problèmes. En particulier, les alvéoles du disque de rotor selon la configuration de l’art antérieur peut présenter des contraintes thermomécaniques subies par la pièce en fonctionnement normal (tel qu’en mission avionneur) ou en cas de défaillance (telle qu’un départ en survitesse) de la turbomachine. Par exemple, le contact et frottement des pieds d’aube sur le disque de rotor peuvent provoquer des usures, voire une rupture prématurée des pièces en contact. En effet, en fonctionnement, la force centrifuge exercée par l’aube sur le disque génère des contraintes principalement en traction (notamment des forces/charges radiales à l’axe de rotation de l’aube) sur les cols du lobe intermédiaire des alvéoles du disque de rotor. Pour une alvéole à deux portées (c’est-à-dire avec deux logements), la charge radiale est répartie finement sur les deux cols du logement intermédiaire. En cas de rupture du col du logement intermédiaire (notamment par des fissures amorcées et se propageant à partir de ce col jusqu’à perte du logement intermédiaire), la charge radiale est alors subi uniquement par le col du logement inférieur. Ce qui peut engendrer une rupture prématurée du disque de rotor.
Ainsi, il existe un besoin pour optimiser le disque de rotor pourvu d’alvéoles de logement des pieds d’aube d’une turbomachine d’aéronef, notamment en réduisant les contraintes mécaniques auxquelles les alvéoles en contact des pieds d’aube sont soumises lors du fonctionnement du rotor.
La présente invention a pour but de pallier un ou plusieurs inconvénients précités en proposant une solution qui est simple, efficace et économique.
L’invention propose ainsi un disque de rotor pour une turbomachine d’aéronef, le disque présentant un axe d’allongement A et comprenant à sa périphérie externe des alvéoles destinées chacune pour une insertion d’un pied d’un aube de rotor, chacune des alvéoles présentant un plan médian de symétrie PApassant par ledit axe A et étant du type à au moins deux portées, chacune des alvéoles comportant :
- un logement principal inférieur comportant deux premières surfaces latérales d’appui qui sont situées de part et d’autre du plan PAet qui sont orientées vers la périphérie externe du disque et forment une première portée de l’alvéole,
- au moins un logement intermédiaire comportant deux secondes surfaces latérales d’appui qui sont situées de part et d’autre du plan PAet qui sont orientées vers la périphérie externe du disque et forment une seconde portée de l’alvéole, chacune de ces secondes surfaces étant reliée par un col à un flanc orienté vers le fond de l’alvéole et situé sensiblement en regard de l’une des premières surfaces latérales d’appui du logement principal.
Selon l’invention, lesdits flancs sont inclinés par rapport à un plan T7perpendiculaire audit axe A de sorte que les flancs s’éloignent de la périphérie externe du disque à mesure qu’ils s’écartent du plan PA.
Les flancs d’au moins un logement intermédiaire des alvéoles du disque de rotor selon l’invention présente une configuration inversée par rapport à celle des flancs classiques de l’art antérieur. En effet, les flancs présentent un angle d’inclinaison négatif (c’est-à-dire un angle incliné dans le sens horaire ou suivant une direction radialement interne à l’axe A) par rapport à un plan T7perpendiculaire à l’axe A. Ce qui permet de réduire le jeu entre les flancs du pied d’aube et du disque de rotor en fonctionnement jusqu’à un jeu maximal toléré (qui est par exemple de l’ordre de 0,25 mm). De cette façon, les contraintes mécaniques appliquées sur les flancs du logement intermédiaire sont réduites. Ainsi, la tenue mécanique du col du logement intermédiaire des alvéoles est significativement améliorée en fonctionnement normal de la turbomachine ou en cas de défaillance (par exemple en cas de départ en survitesse).
Par ailleurs, sous des conditions de fonctionnement sévères du disque de rotor de l’invention (notamment avec un régime de rotation et température maximaux), la Déposante a estimé une réduction des contraintes mécaniques d’environ 80 MPa due au profil optimisé de la présente invention.
L’invention présente par conséquent l’avantage de proposer une conception simple, offrant une très grande fiabilité, et peu pénalisante en termes de coûts et d’encombrement de l’aube dans le rotor de turbomachine.
Le disque de rotor selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- lesdits flancs sont inclinés par rapport au plan d’un angle α, α’ compris entre 1 et 20°, de préférence entre 2 et 10°, et par exemple de l’ordre de 5° ;
- lesdits flancs sont sensiblement plats ;
- chacun desdits flancs est relié à l’une des premières surfaces d’appui du lobe principal par une face plane qui s’éloigne de la périphérie externe du disque à mesure qu’elle se rapproche du plan PA;
- chacun desdits cols a une forme générale arrondie convexe ou comporte un pan coupé.
La présente invention concerne également un rotor de turbomachine, en particulier d’aéronef, comprenant :
- un disque de rotor selon l’une des particularités de l’invention,
- une pluralité d’aube de rotor présentant un axe principal B et comportant une pale reliée à l’une de ses extrémité longitudinales à un pied qui est destiné à être emmanché dans une des alvéoles du disque de rotor.
Le rotor de turbomachine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- chacun desdits flancs du pied et du disque sont distants d’un jeu J’ maximal compris entre 0,10 et 0,50 mm, de préférence de 0,25 mm ;
-- le rotor est une turbine, par exemple une turbine haute pression et/ou une turbine basse pression, de la turbomachine ;
-- le rotor est un rotor d’une soufflante ou un rotor d’un compresseur de la turbomachine.
La présente invention concerne également une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins une aube selon l’une des particularités de l’invention ou au moins un rotor selon l’une des particularités de l’invention. La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la est une vue schématique partielle en coupe d’un rotor de turbomachine,
- la est une vue schématique en coupe d’une alvéole d’un disque de rotor selon l’art antérieur,
- la est une vue schématique en coupe d’une alvéole d’un disque de rotor de turbomachine selon l’invention, et
- la est une schématique partielle en coupe d’un pied d’une aube de rotor selon l’invention,
- la est une schématique partielle en coupe d’un rotor de turbomachine selon l’invention comportant le pied d’aube de la fixé dans une alvéole du disque de rotor de la .

Claims (9)

  1. Disque (1) de rotor pour une turbomachine (100) d’aéronef, le disque (1) présentant un axe d’allongement (A) et comprenant à sa périphérie externe des alvéoles (5) destinées chacune pour une insertion d’un pied (4) d’un aube (2) de rotor, chacune des alvéoles (5) présentant un plan médian de symétrie (PA) passant par ledit axe (A) et étant du type à au moins deux portées, chacune des alvéoles (5) comportant :
    - un logement principal (6) inférieur comportant deux premières surfaces latérales d’appui (62, 62’) qui sont situées de part et d’autre du plan (PA) et qui sont orientées vers la périphérie externe du disque et forment une première portée de l’alvéole (5),
    - au moins un logement intermédiaire (7) comportant deux secondes surfaces latérales d’appui (72, 72’) qui sont situées de part et d’autre du plan (PA) et qui sont orientées vers la périphérie externe du disque et forment une seconde portée de l’alvéole, chacune de ces secondes surfaces (72, 72’) étant reliée par un col (74, 74’) à un flanc (76, 76’) orienté du côté opposé à la périphérie externe du disque et situé sensiblement en regard de l’une des premières surfaces latérales d’appui (62, 62’) du logement principal (6),
    caractérisé en ce que lesdits flancs (76, 76’) sont inclinés par rapport à un plan (T7) perpendiculaire audit axe (A) de sorte que les flancs (76, 76’) s’éloignent de la périphérie externe à mesure qu’ils s’écartent du plan (PA).
  2. Disque (1) de rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits flancs (76, 76’) sont inclinés par rapport au plan (T7) d’un angle (α, α’) compris entre 1 et 20°, de préférence entre 2 et 10°, et par exemple de l’ordre de 5°.
  3. Disque (1) de rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits flancs (76, 76’) sont sensiblement plats.
  4. Disque (1) de rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun desdits flancs (76, 76’) est relié à l’une des premières surfaces d’appui (62, 62’) du logement principal (6) par une face plane (67, 67’) qui s’éloigne de la périphérie externe du disque à mesure qu’elle se rapproche du plan (PA).
  5. Disque (1) de rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chacun desdits cols (74, 74’) a une forme générale arrondie convexe ou comporte un pan coupé.
  6. Rotor (10) de turbomachine, en particulier d’aéronef, comprenant :
    - un disque (1) de rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes,
    - une pluralité d’aube (2) de rotor présentant un axe principal (B) et comportant une pale (20) reliée à l’une de ses extrémité longitudinales à un pied (4) qui est destiné à être emmanché dans une des alvéoles (5) du disque (1) de rotor.
  7. Rotor (10) de turbomachine selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacun des pieds (4) d’aube présente un plan médian de symétrie (PB) passant par ledit axe (B) et comportent des lobes (8, 9) de montage à l’intérieur desdits logements (6, 7), ces lobes (8, 9) comprennent des premières (82, 82’) et secondes (92, 92’) faces d’appui en regard, respectivement, des premières (72, 72’) et secondes (62, 62’) surfaces latérales d’appui des logements (6, 7) et en appui sur lesdites premières (72, 72’) et secondes (62, 62’) surfaces latérales, et des flancs (86, 86’) en regard de l’une des secondes faces d’appui (92, 92’) et à distance de l’un des flancs (76, 76’) du logement intermédiaire (7).
  8. Rotor (10) de turbomachine selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacun desdits flancs (76, 76’, 86, 86’) du pied (4) d’aube et du disque (1) de rotor sont distants d’un jeu (J’) maximal compris entre 0,10 et 0,50mm, de préférence de 0,25mm.
  9. Turbomachine (100), en particulier d’aéronef, comportant au moins un disque (1) selon l’une quelconques des revendications 1 à 5 ou au moins un rotor (10) selon l’une des revendications 6 à 8.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2292899A1 (fr) * 2009-09-07 2011-03-09 Siemens Aktiengesellschaft Procédé et appareil destinés au contrôle de rainures profilées
FR3091553A1 (fr) * 2019-01-09 2020-07-10 Safran Aircraft Engines Aube destinée à être montée sur un disque de rotor d’une turbomachine
US20210140318A1 (en) * 2019-11-12 2021-05-13 Honeywell International Inc. Composite turbine disc rotor for turbomachine

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