FR3129974A1 - Roue mobile pour une turbomachine d’aéronef - Google Patents

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Ba-Phuc TANG
Josserand Jacques André BASSERY
Samuel Laurent Noël Mathieu JUGE
Edouard Emmanuel GARREAU
Cyril Léo BENOIT
Elsa MAXIME
Andrès OSTAU DE LA FOND
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

L’invention concerne une roue mobile pour turbomachine comprenant un disque annulaire comportant des dents et des rainures alternées, et des aubes mobiles montées sur la périphérie du disque, chaque pied d’une aube comportant un bulbe (26) destiné à se loger dans une rainure (32) du disque et deux murets (29) agencés de part et d’autre du bulbe et destinés à être en appui contre les parois d’appui (36) de deux dents adjacentes, caractérisé en ce que : chaque paroi d’appui d’une dent du disque comporte une protubérance (70) s’élevant radialement vers l’extérieur et s’étendant à partir du sommet de la dent en direction d’une rainure (32), etchaque muret d’une aube comporte un épaulement (100) destiné à être en appui contre la protubérance (70) de la paroi d’appui (36) de la dent agencée en regard du muret. Figure pour l'abrégé : Figure 7

Description

ROUE MOBILE POUR UNE TURBOMACHINE D’AÉRONEF
La présente invention concerne notamment une roue mobile pour une turbomachine d’aéronef.
Les turbomachines comprennent de manière générale des aubes mobiles qui équipent des roues mobiles de soufflante, de compresseur ou encore des roues mobiles de turbine.
La illustre une telle roue 10 de turbomachine équipée d’aubes mobiles. Une aube 20 de roue de turbomachine, et en particulier d’une roue de turbine ou de compresseur de turbomachine, comprend de manière générale un pied 22 et une pale aérodynamique 24 s’étendant radialement vers l’extérieur selon un axe d’empilement depuis le pied 2.
Les pieds 22 des aubes mobiles sont destinés à s’insérer dans un disque annulaire 30 de la roue 10. En particulier, les pieds 22 des aubes mobiles sont alors reçus dans des rainures 32, également appelées alvéoles, ménagées à la périphérie externe de la roue de turbomachine. Les rainures 32 sont réparties régulièrement autour de l’axe de rotation de la roue de la turbomachine. Deux rainures adjacentes sont séparées par une dent 34 de disque 30.
Plus précisément, un pied 22 d’une aube 20 comprend un bulbe 26 et une échasse 27 s’étendant radialement depuis le bulbe 26. Le bulbe 26 est raccordé à l’échasse 27 par un col 28. Ce dernier correspond à une portion du bulbe 26 qui comprend une faible section ou une épaisseur réduite par rapport au reste du bulbe 26. De manière générale, les rainures 32 sont destinées à recevoir chacune un bulbe 26 et présentent une forme complémentaire à celle du bulbe du pied de l’aube. Les bulbes des pieds d’aube peuvent présenter une forme en queue d’aronde ou en sapin.
Chaque pied 22 d’aube mobile comporte en outre au moins deux murets 29 agencés de part et d’autre du bulbe 26 et destinés chacun à être en appui contre des parois d’appui 36 de deux dents 34 adjacentes. Chaque dent 34 comporte un sommet S et deux parois d’appui 36 reliées par le sommet S.
En fonctionnement, c’est-à-dire lorsque la roue mobile de turbomachine est en rotation autour de son axe de rotation, des déboitements entre deux aubes mobiles adjacentes ont été observés tel qu’illustré sur la au niveau de leurs pieds. Par définition, le déboitement est l’écartement maximal possible dans un plan transverse entre deux aubes mobiles adjacentes montées dans leur disque. Par « plan transverse », on entend un plan perpendiculaire à une direction radiale. Or, un déboitement en flotte peut entraîner une demande de dépose moteur.
Par conséquent, il est nécessaire de limiter au maximum la valeur de celui-ci afin de s’affranchir de ces déboitements en flotte.
L’invention a pour but de remédier aux inconvénients précités.
Ainsi, un objectif de la présente invention est de proposer une solution optimale permettant de limiter la valeur de déboitement entre deux aubes adjacentes d’une roue mobile de turbomachine.
À cet effet, l’invention concerne une roue mobile pour turbomachine, en particulier d’un aéronef, comprenant :
  • un disque annulaire comportant des dents et des rainures réparties régulièrement en périphérie du disque, deux dents adjacentes étant séparées par une rainure, chaque dent comportant un sommet et deux parois d’appui reliées par le sommet, et
  • des aubes mobiles montées sur la périphérie du disque, chaque aube mobile comporte un pied et une pale s’étendant depuis le pied et une plateforme séparant la pale du pied, chaque pied comportant un bulbe destiné à se loger dans une rainure du disque et deux murets agencés de part et d’autre du bulbe et destinés à être en appui contre les parois d’appui de deux dents adjacentes,
caractérisé en ce que :
  • chaque paroi d’appui d’une dent du disque comporte une protubérance s’élevant radialement vers l’extérieur et s’étendant à partir du sommet de la dent en direction d’une rainure, et
  • chaque muret d’une aube mobile comporte un épaulement destiné à être en appui contre la protubérance de la paroi d’appui de la dent agencée en regard du muret.
L’invention permet ainsi d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, l’invention propose de modifier le design des murets des aubes mobiles et celui des dents du disque de roue afin de limiter les déboitements entre les aubes mobiles.
L’invention permet d’augmenter la distance entre le sommet des dents du disque et le point de contact entre le bulbe et l’alvéole. Les inventeurs ont constaté que l’augmentation de cette distance permet de diminuer l’écartement maximal possible entre deux aubes successives et donc de limiter le risque de déboitement entre deux aubes successives en flotte.
La roue mobile pour 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 :
  • l’épaisseur de la protubérance d’une paroi d’appui d’une dent de disque est supérieure à l’épaisseur de l’épaulement d’un muret ;
  • la protubérance de la dent de disque présente une première partie rectiligne selon une première direction et une deuxième partie courbée, la première partie rectiligne étant agencée entre la deuxième partie courbée et le sommet de la dent, l’épaulement du muret présente une première partie courbée et une deuxième partie rectiligne, la première partie courbée étant agencée entre la deuxième partie rectiligne et le bulbe du pied, la deuxième partie rectiligne étant sensiblement parallèle à la première partie rectiligne de la protubérance de la dent, et la deuxième partie courbée de la protubérance de la dent est espacée de la première partie courbée de l’épaulement du muret selon la première direction ;
  • le pied de l’aube mobile et la rainure du disque recevant le pied de l’aube mobile présentent une symétrie par rapport à un plan radial, le centre de courbure de la première partie courbée de l’épaulement du muret est à une première distance du plan radial, et le centre de courbure de la deuxième partie courbée de la protubérance de la dent est à une deuxième distance du plan radial supérieure à la première distance ;
  • la deuxième partie courbée de la protubérance de la dent présente une forme convexe ;
  • la première partie courbée de l’épaulement du muret présente une forme concave ;
  • la turbomachine comporte une turbine ayant au moins cinq étages et la roue mobile est une roue d’un étage de la turbine supérieur ou égal au cinquième étage, de préférence le cinquième étage ;
  • l’épaisseur de l’épaulement du muret est comprise entre 0,17 mm et 0,23 mm, et de préférence égale à 0,2 mm, et l’épaisseur de la protubérance d’une paroi d’appui d’une dent de disque est comprise entre 0,2 mm et 0,4 mm de préférence égale à 0,3 mm ;
  • le rayon de courbure de la première partie courbée de l’épaulement du muret est compris entre 0,77 mm et 0,83 mm, et de préférence égal à 0,8 mm ;
  • la première distance D2 entre le centre de courbure de la première partie courbée de l’épaulement du muret et le plan radial P est compris entre 4,9 mm et 5,05 mm, de préférence égale à 5 mm ;
  • le muret comporte une partie rectiligne agencée entre l’épaulement et le bulbe et s’étendant sensiblement parallèlement à la deuxième partie rectiligne de l’épaulement du muret ;
  • la partie rectiligne du muret agencée entre l’épaulement et le bulbe s’étend sur une distance le long de la première direction comprise entre 0,9 mm et 3,9 mm ;
  • des caractéristiques physiques relatives à la protubérance de la dent du disque et à l’épaulement du muret de l’aube sont déterminées par optimisation de conception assistée par ordinateur, notamment l’épaisseur de l’épaulement du muret, l’épaisseur de la protubérance, le rayon de courbure de la première partie courbée de l’épaulement du muret et la distance entre le centre de courbure de la première partie courbée de l’épaulement du muret et un plan radial de symétrie du pied de l’aube.
L’invention concerne également une turbine pour turbomachine, en particulier d’un aéronef comportant au moins une roue mobile selon l’invention et telle que décrite précédemment. De préférence, la turbine est une turbine basse pression. De préférence, la turbine présente entre cinq et sept étages. La roue mobile selon l’invention est de préférence une roue d’un étage de la turbine supérieur ou égal au cinquième étage, et de manière préférée le cinquième étage.
L’invention concerne également une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins une roue mobile selon l’invention et telle que décrite précédemment ou une turbine selon l’invention et telle que décrite précédemment.
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
  • la , déjà décrite, représente de manière schématique une vue de face et partielle d’un exemple de roue mobile de turbomachine comprenant une alvéole dans laquelle est reçu un pied selon l’art antérieur ;
  • la , déjà décrite, illustre une vue agrandie d’une roue mobile de turbomachine présentant un déboitement entre deux aubes mobiles adjacentes ;
  • la illustre suivant une coupe axiale une turbomachine à laquelle s’applique l’invention ;
  • la est une vue en perspective et partielle d’un exemple de roue mobile qui comprend un disque équipé d’aubes s’étendant depuis la périphérie du disque ;
  • la est une vue de face d’un exemple de disque de turbomachine selon l’invention destiné à être équipé par des aubes mobiles ;
  • la est une vue en perspective et partielle du disque de turbomachine de la ;
  • la est une vue de face d’un exemple de pied d’une aube selon l’invention ; et
  • la est une vue en perspective et partielle du pied d’aube de la .
Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures.

Claims (13)

  1. Roue mobile (10) pour turbomachine (50), en particulier d’un aéronef, comprenant :
    • un disque (30) annulaire comportant des dents (34) et des rainures (32) réparties régulièrement en périphérie du disque, deux dents adjacentes étant séparées par une rainure, chaque dent comportant un sommet (S) et deux parois d’appui (36) reliées par le sommet, et
    • des aubes (20) mobiles montées sur la périphérie du disque, chaque aube mobile comporte un pied (22) et une pale (24) s’étendant depuis le pied et une plateforme séparant la pale du pied, chaque pied comportant un bulbe (26) destiné à se loger dans une rainure (32) du disque (30) et deux murets (29) agencés de part et d’autre du bulbe et destinés à être en appui contre les parois d’appui (36) de deux dents adjacentes,
    caractérisé en ce que :
    • chaque paroi d’appui d’une dent du disque comporte une protubérance (70) s’élevant radialement vers l’extérieur et s’étendant à partir du sommet (S) de la dent (34) en direction d’une rainure (32), et
    • chaque muret d’une aube mobile comporte un épaulement (100) destiné à être en appui contre la protubérance (70) de la paroi d’appui (36) de la dent agencée en regard du muret.
  2. Roue mobile selon la revendication 1, dans laquelle l’épaisseur (E1) de la protubérance (70) d’une paroi d’appui d’une dent de disque est supérieure à l’épaisseur (E2) de l’épaulement (100) d’un muret.
  3. Roue mobile selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle :
    • la protubérance (70) de la dent de disque présente une première partie rectiligne (72) selon une première direction (Y1) et une deuxième partie courbée (74), la première partie rectiligne étant agencée entre la deuxième partie courbée et le sommet de la dent,
    • l’épaulement (100) du muret (29) présente une première partie courbée (101) et une deuxième partie rectiligne (102), la première partie courbée (101) étant agencée entre la deuxième partie rectiligne (102) et le bulbe (26) du pied, la deuxième partie rectiligne (102) étant sensiblement parallèle à la première partie rectiligne (72) de la protubérance (70) de la dent, et
    • la deuxième partie courbée (74) de la protubérance (70) de la dent est espacée de la première partie courbée (101) de l’épaulement (100) du muret (29) selon la première direction.
  4. Roue mobile selon la revendication 3, dans laquelle la deuxième partie courbée (74) de la protubérance (70) de la dent (34) présente une forme convexe.
  5. Roue mobile selon l’une des revendications 3 à 4, dans laquelle la première partie courbée (101) de l’épaulement (100) du muret (29) présente une forme concave.
  6. Roue mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la turbomachine comporte une turbine ayant au moins cinq étages et la roue mobile est une roue d’un étage de la turbine supérieur ou égal au cinquième étage, de préférence le cinquième étage.
  7. Roue mobile selon la revendication 6, dans laquelle l’épaisseur (E2) de l’épaulement (100) du muret (29) est comprise entre 0,17 mm et 0,23 mm, et de préférence égale à 0,2 mm, et l’épaisseur (E1) de la protubérance (70) d’une paroi d’appui (36) d’une dent (34) de disque (30) est comprise entre 0,2 mm et 0,4 mm de préférence égale à 0,3 mm.
  8. Roue mobile selon la revendication 6 ou 7 en combinaison avec la revendication 3, dans laquelle le rayon de courbure (C2) de la première partie courbée (101) de l’épaulement (100) du muret est compris entre 0,77 mm et 0,83 mm, et de préférence égal à 0,8 mm.
  9. Roue mobile selon l’une des revendications 6 à 8 en combinaison avec la revendication 4, dans laquelle la première distance (D2) entre le centre de courbure (C2) de la première partie courbée (101) de l’épaulement (100) du muret et le plan radial (P) est compris entre 4,9 mm et 5,05 mm, de préférence égale à 5 mm.
  10. Roue mobile selon l’une des revendications 6 à 9 en combinaison avec la revendication 3, dans laquelle le muret (29) comporte une partie rectiligne (103) agencée entre l’épaulement (100) et le bulbe (26) et s’étendant sensiblement parallèlement à la deuxième partie rectiligne (102) de l’épaulement (100) du muret.
  11. Roue mobile selon la revendication 10, dans laquelle la partie rectiligne (103) du muret agencée entre l’épaulement et le bulbe s’étend sur une distance le long de la première direction comprise entre 0,9 mm et 3,9 mm.
  12. Turbine pour turbomachine, en particulier d’un aéronef, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins une roue mobile (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  13. Turbomachine d’aéronef (50) caractérisée en ce qu’elle comporte au moins une roue mobile (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.
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