FR3140649A1 - Disque pour une turbine de turbomachine d’aeronef - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un disque (14) pour une turbine (6, 7) de turbomachine (1) d’aéronef, le disque (14) comprenant un corps annulaire (18) présentant un axe longitudinal (X) et des alvéoles (19) régulièrement réparties sur une périphérie externe (18a) du corps annulaire (18), chaque alvéole (19) étant destinée à recevoir un pied (16) d’une aube (15), les alvéoles (19) étant réparties en une première série (S1) d’alvéoles (19) et une seconde série (S2) d’alvéoles (19), caractérisé en ce que les alvéoles (19) de la première série (S1) présente une première section transversale (s1’) prédéterminée, et les alvéoles (19) de la seconde série (S2) présente une seconde section transversale (s2’) prédéterminée qui est différente de la première section transversale (s1’). Figure d’abrégé : Figure 6
Description
L’invention concerne le domaine des disques pour les turbines de turbomachine d’aéronef. L’invention concerne en particulier le domaine des disques comprenant des alvéoles pour les turbines haute pression ou basse pression de turbomachine d’aéronef.
L’invention concerne également le domaine des procédés de fabrication de ces disques, en particulier les procédés de fabrication comprenant une étape d’usinage des alvéoles.
Une turbomachine d’aéronef, telle qu’un turboréacteur, est annulaire et présente un axe longitudinal. Une telle turbomachine comprend typiquement, d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz le long de l’axe longitudinal, une soufflante mobile en rotation autour de l’axe longitudinal, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression, une turbine basse pression et une tuyère d’échappement des gaz.
La soufflante permet l’aspiration d’un flux d’air se divisant en un flux primaire et un flux secondaire. Le flux primaire traverse une veine primaire de la turbomachine tandis que le flux secondaire est dirigé vers une veine secondaire entourant la veine primaire.
Le flux primaire est comprimé au sein des compresseurs. L’air comprimé est ensuite mélangé à un carburant et brulé au sein de la chambre de combustion. Les gaz issus de la combustion traversent les turbines puis s’échappent au travers de la tuyère dont la section permet l’accélération de ces gaz pour générer de la propulsion.
Chaque turbine et chaque compresseur comprend un rotor. Le rotor de la turbine basse pression est typiquement relié au rotor du compresseur basse pression par un arbre basse pression. Le rotor de la turbine haute pression est relié au rotor du compresseur haute pression par un arbre haute pression.
Chaque rotor peut comprendre au moins un disque comprenant un corps annulaire centré sur l’axe longitudinal et des alvéoles régulièrement réparties sur une périphérie externe du corps.
Chaque rotor comprend en outre des aubes s’étendant radialement du disque. Chaque aube comprend une pale et un pied relié à la pale. Le pied de chaque aube est reçu dans une alvéole correspondante afin de maintenir l’aube sur le disque.
Les turbines, et en particulier la turbine haute pression, étant situées en aval de la chambre de combustion, résident dans un environnement chaud engendré par les gaz issus de la combustion. Les disques, et en particulier les alvéoles, ainsi que les pieds d’aubes, sont exposés à de fortes températures puisqu’ils sont situés au plus proche de la veine primaire.
Dans ce cadre, il a été proposé d’équiper les turbomachines d’un système de refroidissement comprenant un circuit de ventilation. Le circuit de ventilation permet de refroidir les disques des turbines, en particulier de la turbine basse pression, afin de maintenir une température des disques inférieure à un certain seuil. Le circuit de ventilation comprend typiquement un flux d’air de ventilation prélevé dans le compresseur haute pression et circulant jusqu’aux disques des turbines, notamment de la turbine basse pression. Ce flux d’air de ventilation circule alors dans des passages d’air de ventilation délimités par les alvéoles et les pieds qu’elles reçoivent. Les alvéoles du disque sont alors refroidies.
Le document FR-A1-2918104 décrit une turbine basse pression comprenant un rotor mobile en rotation autour d’un axe longitudinal de la turbine basse pression. Le rotor comprend un disque comprenant un corps annulaire, une première bride de fixation et des aubes s’étendant radialement vers l’extérieur du disque. Le corps annulaire comprend des alvéoles recevant chacune un pied d’aube pour fixer les aubes au disque. Un passage d’air de ventilation est ménagé entre chaque alvéole et le pied d’aube qu’elle reçoit.
Selon ce document, le rotor comprend en outre un anneau mobile solidaire en rotation du disque. L’anneau mobile comprend une extrémité radiale aval en appui contre une face radiale amont du disque et une seconde bride de fixation reliée à la première bride de fixation du disque par boulonnage.
Selon ce document, les première et seconde brides de fixation délimitent entre elles une cavité d’air débouchant dans les alvéoles du disque. Ainsi, le circuit de ventilation comprend typiquement un flux d’air de ventilation prélevé dans le compresseur haute pression et circulant jusqu’aux passages d’air via la cavité d’air.
Selon cette solution, le circuit de ventilation est donc calibré par les cavités d’air définies entre l’anneau et le disque. En d’autres termes, le débit d’air dans les alvéoles est imposé par les cavités d’air.
Bien que cette solution permette de garantir un débit d’air adéquat pour le refroidissement des disques, elle est dépendante de l’anneau mobile qui est lourd, encombrant et impose des contraintes mécaniques importantes.
En outre, les cavités d’air sont nécessaires à la calibration du débit d’air du circuit de ventilation car le débit d’air ne peut être calibré directement par les passages d’air.
En effet, pour garantir un refroidissement efficace des alvéoles et donc du disque, le disque doit présenter une section de ventilation totale correspondant à une valeur cible prédéterminée. La section de ventilation totale correspond à la somme des sections des passages d’air.
Néanmoins, une difficulté technique majeure est de fournir un disque présentant une section de ventilation totale correspondant à la valeur cible prédéterminée. En effet, les alvéoles des disques sont typiquement réalisés par usinage du corps annulaire.
L’usinage peut être réalisé par brochage ou fraisage. Néanmoins, les dispositifs de brochage ou de fraisage s’usent rapidement et ne garantissent plus les tolérances nécessaires pour atteindre les sections de passage prédéterminées pour chaque alvéole afin d’aboutir à la section de ventilation totale cible. Il est donc nécessaire de changer de dispositifs de brochage ou de fraisage plusieurs fois pour former des alvéoles présentant chacune la section de passage prédéterminée. Un tel procédé d’usinage est donc particulièrement coûteux et inenvisageable à échelle industrielle.
Par ailleurs, l’usinage des alvéoles peut être réalisé par électroérosion, connu également sous l’acronyme EDM pour « Electrical Discharge Machining ». Un tel procédé permet un usinage très précis des alvéoles et donc de garantir la section de passage prédéterminée de chaque alvéole. Néanmoins, l’usinage d’une alvéole par ce procédé est très long et la fabrication du disque est par conséquent particulièrement longue. Typiquement, la fabrication d’une alvéole par le procédé de brochage est quatre fois plus rapide que par le procédé d’électroérosion. Un tel procédé d’usinage est donc également particulièrement coûteux et inenvisageable à échelle industrielle.
Dans ce cadre, il existe un besoin de fournir un disque pour une turbine de turbomachine d’aéronef, comprenant un corps annulaire et des alvéoles agencées sur une périphérie externe du corps, qui puissent être refroidies par un circuit de ventilation calibré précisément, tout en étant léger, peu encombrant et simple d’intégration, et réalisable à échelle industrielle.
A cet effet, l’invention propose un disque pour une turbine de turbomachine d’aéronef, le disque comprenant un corps annulaire présentant un axe longitudinal et des alvéoles régulièrement réparties sur une périphérie externe du corps annulaire, chaque alvéole étant destinée à recevoir un pied d’une aube, les alvéoles étant réparties en une première série d’alvéoles et une seconde série d’alvéoles.
Le disque selon l’invention est remarquable en ce que les alvéoles de la première série présente une première section transversale prédéterminée, et les alvéoles de la seconde série présente une seconde section transversale prédéterminée qui est différente de la première section transversale.
Selon l’invention, le débit d’air du circuit de ventilation de la turbomachine est calibré directement par une section de ventilation totale du disque correspondant à une valeur cible. La valeur cible de la section de ventilation totale correspond à une valeur prédéterminée considérée comme suffisante pour refroidir efficacement le disque. La section de ventilation totale correspond à la somme des sections de passage d’air de ventilation définies entre le pied d’une aube et l’alvéole correspondante.
Grâce à un tel système de calibration, il est possible de s’affranchir d’une calibration par les cavités d’air de l’art antérieur qui sont définies entre un anneau mobile et le disque. Ainsi, grâce à un tel système, il est possible de s’affranchir de l’anneau mobile de l’art antérieur et donc d’alléger le poids des turbines, de réduire leur encombrement et de simplifier leur configuration.
Selon l’invention, le disque comprend donc deux séries d’alvéoles qui se distinguent par leurs sections transversales.
La première section transversale de la première série d’alvéoles est différente de la seconde section transversale de la seconde série d’alvéoles.
On comprend ainsi que, lorsque les aubes sont montées dans les alvéoles du disque, les premiers passages d’air définis entre les alvéoles de la première série et les pieds d’aube correspondants présentent une première section de ventilation inférieure ou supérieure à la section de ventilation définie par les seconds passages d’air définis entre les alvéoles de la seconde série et les pieds d’aube correspondants.
La seconde série d’alvéoles constitue donc des alvéoles d’ajustement avec lesquelles la section de ventilation totale est ajustée pour atteindre la section de ventilation totale cible.
Grâce à l’invention, il est donc possible d’usiner par exemple la première série d’alvéoles par brochage ou fraisage sans changer les dispositifs de brochage ou de fraisage. La première série d’alvéoles présente alors une section de ventilation totale réelle inférieure à la section de ventilation totale cible. Ensuite, la seconde série d’alvéoles peut être usinée par électroérosion par exemple de façon très précise afin d’atteindre la section de ventilation totale cible.
L’invention permet donc de calibrer précisément le circuit de ventilation des turbomachines directement par les alvéoles pour le refroidissement des disques de turbine, tout en garantissant une rapidité du procédé de fabrication du disque.
Selon la présente invention, par « différente », il est entendu que la première section transversale est différente de la seconde section transversale par rapport aux valeurs nominales fixées. En effet, la valeur nominale de la section transversale des alvéoles diffère de la valeur réelle mesurée en ce que les procédés de fabrications des alvéoles entrainent des écarts géométriques dans une plage de valeur donnée par rapport à la valeur nominale. Cette plage de valeur est appelée tolérance. Dans la présente invention, les tolérances de fabrication ne sont pas prises en compte dans la comparaison de la section transversale des alvéoles. Ainsi, deux sections transversales présentant une valeur nominale identique mais un écart dans la plage de tolérance de fabrication doivent être considérées comme identiques.
Généralement, la tolérance de fabrication des alvéoles est inférieure à 1%.
Selon la présente invention, la différence entre les sections transversales est supérieur à 1%.
L’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la première section transversale de la première série d’alvéoles est inférieure ou supérieure à la seconde section transversale de la seconde série d’alvéoles,
- l’écart entre les seconde et première sections transversales est supérieur à 1%, compris entre 5% et 50%, préférentiellement entre 10% et 30%, encore plus préférentiellement entre 10% et 20%,
- les alvéoles de la seconde série sont séparées entre elles par au moins une alvéole de la première série,
- les alvéoles de la seconde série sont régulièrement réparties sur le corps annulaire,
- la seconde série comprend au moins deux alvéoles, avantageusement au moins trois alvéoles et encore plus avantageusement entre trois alvéoles et cinq alvéoles,
- chaque alvéole des première et seconde séries a une forme générale en queue d’aronde ou en sapin, et comprend un fond et deux flancs latéraux s’étendant radialement du fond à la périphérie externe du corps annulaire,
- la première série d’alvéoles est réalisée par brochage ou fraisage et la seconde série d’alvéoles est réalisée par électro érosion.
L’invention concerne également une turbine pour une turbomachine d’aéronef, comprenant :
- un disque selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes,
- des aubes s’étendant radialement du disque et comprenant chacune une pale et un pied relié à la pale, chaque alvéole recevant le pied d’une des aubes, chaque alvéole de la première série définissant respectivement avec le pied quelle reçoit un premier passage d’air de ventilation présentant une première section de passage prédéterminée, et chaque alvéole de la seconde série définissant respectivement avec le pied quelle reçoit un second passage d’air de ventilation présentant une seconde section passage prédéterminée et différente de la première section de passage, la somme des première et seconde sections de passage définissant une section de ventilation totale du disque correspondant à une valeur cible.
L’invention concerne également une turbomachine pour un aéronef, comprenant d’amont en aval, un compresseur, une chambre de combustion, et une turbine selon les caractéristiques précédentes, la turbomachine comprenant en outre un circuit de ventilation configuré pour acheminer de l’air du compresseur jusqu’aux premiers et seconds passages d’air de ventilation des alvéoles du disque selon un débit calibré par la section de ventilation totale.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un disque pour une turbine de turbomachine d’aéronef, le procédé comprenant les étapes suivantes :
(a) fournir un corps annulaire présentant un axe longitudinal,
(b) usiner des alvéoles dans le corps annulaire, les alvéoles étant régulièrement réparties sur une périphérie externe du corps annulaire et étant chacune destinées à recevoir un pied d’une aube, les alvéoles étant réparties en une première série d’alvéoles et une seconde série d’alvéoles.
Le procédé est remarquable en ce que l’étape (b) comprend les sous-étapes chronologiques suivantes :
(b0) usiner la première série d’alvéoles, chaque alvéole de la première série présentant une première section transversale prédéterminée,
(b1) déterminer une section de ventilation totale réelle des alvéoles de la première série, la section de ventilation totale réelle étant la somme de premières sections de passage des alvéoles de la première série, la première section de passage étant la section d’un premier passage d’air de ventilation délimitée respectivement par une alvéole de la première série et le pied quelle est destinée à recevoir,
(b2) comparer la section de ventilation totale réelle à une section de ventilation totale cible du disque,
(b4) usiner la seconde série d’alvéoles, chaque alvéole de la seconde série présentant une seconde section transversale prédéterminée différente de la première section transversale de façon à atteindre une section de ventilation totale du disque correspondant à la section de ventilation totale cible, la section de ventilation totale correspondant à la somme de la section de ventilation totale réelle des alvéoles de la première série et la section de ventilation totale réelle des alvéoles de la seconde série.
Le procédé 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 :
- la sous-étape (b4) est réalisée par électro érosion,
- la sous-étape (b0) est réalisée par brochage ou fraisage,
- la sous-étape (b1) comprend les étapes suivantes :
(b10) mesurer par palpage avec une machine à mesurer tridimensionnelle la première section de passage de chaque alvéole de la première série (S1), et
(b11) déduire la section de ventilation totale réelle des alvéoles de la première série,
- la sous étape (b4) est réalisée par rectification d’une pluralité d’ alvéoles de la première série de façon à former la seconde série d’alvéoles,
- la sous étape (b4) est réalisée par usinage de nouvelles alvéoles dans le corps annulaire de façon à former la seconde série d’alvéoles,
- l’étape (b) comprend en outre les sous étapes suivantes :
(b5) déterminer la section de ventilation totale réelle de la seconde série d’alvéoles,
(b6) calculer la section de ventilation totale du disque,
- le procédé comprend entre les sous-étapes (b2) et (b4), la sous étape suivante :
(b3) calculer une section de passage de reprise, la section de passage de reprise étant la différence entre la section de ventilation totale cible et la section de ventilation totale réelle mesurée à l’étape (b1), et calculer la répartition de la section de passage de reprise par alvéole de la seconde série.
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit de modes de réalisation non limitatifs de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la est une représentation schématique en coupe longitudinale d’une demi-turbomachine d’aéronef selon l’invention,
la est une représentation schématique partielle en coupe longitudinale d’une turbine selon l’invention,
la est une représentation schématique partielle en coupe transversale du disque selon l’invention équipant la turbine de la ,
la est une représentation schématique en coupe transversale d’un premier mode de réalisation d’une alvéole du disque de la , dans laquelle est monté un pied d’aube,
la est une représentation schématique en coupe transversale d’un second mode de réalisation d’une alvéole du disque de la , dans laquelle est monté un pied d’aube,
la est une représentation schématique en coupe transversale d’une alvéole de la première série et d’une alvéole de la seconde série,
la est un schéma synoptique du procédé de l’invention.
Un exemple de turbomachine 1 d’aéronef selon l’invention est représenté sur la . La turbomachine 1 s’étend autour et le long d’un axe longitudinal X.
Dans la présente demande, les termes « amont » « aval », sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans la turbomachine 1 suivant l’axe longitudinal X.
Les termes « axial », « axialement », « radial », « radialement », « interne », « intérieur », « externe », « extérieur », « extérieurement », sont définis par rapport à l’axe longitudinal X de la turbomachine 1.
En particulier, les termes « interne », « intérieur », « externe », « extérieur », « extérieurement » sont définis par rapport à l’éloignement de l’axe longitudinal X de la turbomachine 1, le long d’un axe radial Z s’étendant perpendiculairement à l’axe longitudinal X.
La turbomachine 1 est par exemple un turboréacteur. Le turboréacteur est par exemple à double flux et à double corps.
Selon l’exemple de la , la turbomachine 1 comprend d’amont en aval, une soufflante 2, au moins un compresseur tel qu’un compresseur basse pression 3 et un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, au moins une turbine telle qu’une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7, et une tuyère (non représentée).
La soufflante 2 permet l’aspiration d’un flux d’air F se divisant en un flux primaire F1 et un flux secondaire F2. Le flux primaire F1 traverse une veine primaire 1a de la turbomachine 1 tandis que le flux secondaire F2 est dirigé vers une veine secondaire 1b entourant la veine primaire 1a.
Le flux primaire F1 est comprimé au sein du compresseur basse pression 3 puis du compresseur haute pression 4. L’air comprimé est ensuite mélangé à un carburant et brulé au sein de la chambre de combustion 5. Les gaz formés par la combustion traversent les turbines haute pression 6 et basse pression 7. Les gaz s’échappent enfin au travers de la tuyère dont la section permet l’accélération de ces gaz pour générer de la propulsion.
La soufflante 2 est par exemple carénée. Elle est entourée par un carter 2b annulaire centré sur l’axe longitudinal X. Le carter 2b est par exemple entouré par une nacelle (non représentée) de la turbomachine 1.
La turbine basse pression 7 comprend un rotor relié à un rotor du compresseur basse pression 3 par un arbre basse pression 8a. La turbine haute pression 6 comprend un rotor 9 relié à un rotor du compresseur haute pression 4 par un arbre haute pression 8b. L’arbre haute pression 8b est agencé coaxialement à l’extérieur de l’arbre basse pression 8a.
En référence à la , le rotor 9 de la turbine haute pression 6 comprend des roues 10a, 10b mobiles en rotation autour de l’axe longitudinal X. Chaque roue 10a, 10b est séparée par un distributeur 11 fixe.
Le distributeur 11 comprend un anneau 12 fixe et une pluralité d’aubes fixes 13 régulièrement réparties sur l’anneau 12.
Chaque roue 10a, 10b comprend un disque 14 mobile en rotation autour de l’axe longitudinal X et des aubes 15 mobiles en rotation autour de l’axe longitudinal X et s’étendant radialement du disque 14. Les aubes 15 sont régulièrement réparties autour du disque 14. Avantageusement, les aubes 15 sont en matériau métallique ou en matériau composite tel qu’un matériau composite à matrice céramique (CMC). Chaque aube 15 comprend un pied 16 et une pale 17 reliée au pied 16.
Chaque pale 17 présente une forme aérodynamique et comprend une face intrados et une face extrados reliées par un bord d’attaque et un bord de fuite. La pale 17 s’étend par ailleurs entre une tête et le pied 16.
Le pied 16 présente par exemple une forme en queue d’aronde illustrée par exemple sur la ou une forme en sapin illustrée par exemple sur la .
Avantageusement, le disque 14 est en matériau électro conducteur, notamment en matériau métallique. Le disque 14 comprend un corps annulaire 18 centré sur l’axe longitudinal X et des alvéoles 19 régulièrement réparties sur le corps annulaire 18. Le corps annulaire 18 comprend une face amont et une face aval à partir desquelles s’étendent respectivement une bride amont 20a et une bride aval 20b. La bride amont 20a coopère avec la bride aval 20b du disque 14 adjacent. Les brides amont et aval 20a, 20b sont fixées entre elles par exemple par boulonnage 21. Avantageusement, la bride amont 20a porte des léchettes 12a qui coopèrent avec l’anneau 12 du distributeur 11 pour former un joint à labyrinthes. Une telle configuration permet d’assurer l’étanchéité du rotor 9.
Comme mieux visible sur la , le corps annulaire 18 présente en outre une périphérie externe 18a et une périphérie interne 18b.
Les alvéoles 19 sont réparties régulièrement sur la périphérie externe 18a du corps annulaire 18. Chaque alvéole 19 débouche sur la périphérie externe 18a du corps annulaire 18. Ainsi, chaque alvéole 19 reçoit le pied 16 d’une aube 15 pour retenir l’aube 15 sur le disque 14. L’alvéole 19 et le pied 16 coopèrent par exemple par emmanchement. Les alvéoles 19 sont séparées entre elles par des bulbes 22.
Chaque alvéole 19 comprend en section transversale un fond 23 et deux flancs latéraux 24 s’étendant radialement du fond à la périphérie externe 18a du corps annulaire 18.
Selon un premier mode de réalisation représenté sur la , chaque alvéole 19 présente en section transversale une forme générale en queue d’aronde. Selon ce premier mode de réalisation, le fond 23 est prolongé radialement par les deux flancs latéraux 24 dans une première région 24a dans laquelle les deux flancs latéraux 24 sont inclinés l’un vers l’autre et dans une seconde région 24b dans laquelle il s’éloignent l’un de l’autre à partir de la première région 24a jusqu’à la périphérie externe 18a du corps annulaire 18.
Selon un seconde mode de réalisation représenté sur la , chaque alvéole 19 présente en section transversale une forme générale en sapin. Selon ce second mode de réalisation, le fond 23 est prolongé radialement par les deux flancs latéraux 24 dans une première région 24a dans laquelle les deux flancs latéraux 24 sont inclinés l’un vers l’autre et dans une seconde région 24b dans laquelle il s’éloignent l’un de l’autre à partir de la première région 24a et une troisième région 24c dans laquelle ils se rapprochent à partir de la deuxième région 24b jusqu’à une quatrième région 24d dans laquelle ils s’éloignent l’un de l’autre jusqu’à la périphérie externe 18a du corps annulaire 18.
Chaque pied 16 présente une forme complémentaire à l’alvéole 19 correspondante. Par ailleurs, chaque bulbe 22 présente une contreforme des alvéoles 19 adjacentes.
En outre, selon l’invention, en référence à la , les alvéoles 19 du disque 14 sont réparties en une première série S1 et une seconde série S2.
La seconde série S2 comprend avantageusement au moins deux alvéoles 19, au moins trois alvéoles 19 et encore plus avantageusement entre trois alvéoles 19 et cinq alvéoles 19. Le reste des alvéoles 19 du disque 14 forme la première série S1. Avantageusement, le nombre d’alvéoles 19 de la première série S1 est supérieur au nombre d’alvéoles 19 de la seconde série S2.
Chaque alvéole 19 de la première série S1 présente une première section s1’ transversale prédéterminée et chaque alvéole 19 de la seconde série S2 présente une seconde section s2’ transversale prédéterminée différente de la première section s1’.
La section transversale d’une alvéole correspond à la surface de l’alvéole dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe du pied 16.
Chaque alvéole 19 de la première série S1 présente une première section s1’ transversale prédéterminée et chaque alvéole 19 de la seconde série S2 présente une seconde section s2’ transversale prédéterminée supérieure ou inférieure à la première section s1’.
Préférentiellement, l’écart entre la seconde section s2’ et la première section s1’ est supérieur à 1%, compris entre 5% et 50%, préférentiellement entre 10% et 30%, encore plus préférentiellement entre 10% et 20%.
La première section s1’ de chaque alvéole 19 de la première série S1 d’un disque 14 est identique et la seconde section s2’ de chaque alvéole 19 du même disque 14 peut être identique ou différente. Par identique, il est entendu que les sections transversales présentent la même valeur aux tolérances près.
De manière avantageuse, chaque alvéole 19 de la première série S1 présente une première dimension radiale DR1 inférieure ou supérieure à une seconde dimension radiale DR2 de chaque alvéole 19 de la seconde série S2. La dimension radiale DR1, DR2 est mesurée radialement entre le fond 24 de l’alvéole 19 et la périphérie externe 18a du corps annulaire 18 du disque 14.
Selon un exemple non représenté, chaque alvéole 19 de la première série S1 présente une première dimension circonférentielle inférieure ou supérieure à une seconde dimension circonférentielle de chaque alvéole 19 de la seconde série S2. La dimension circonférentielle correspond à la largeur circonférentielle du fond 23.
De manière avantageuse, les alvéoles 19 de la seconde série S2 sont régulièrement réparties sur le corps annulaire 18. Les alvéoles 19 des première et seconde série S1, S2 présentant des sections s1’, s2’ respectivement distinctes, un balourd pourrait être créé dans le disque 14. Une telle caractéristique permet donc de maintenir l’équilibre du disque 14 et de limiter les risques de balourd.
De manière avantageuse, les alvéoles 19 de la seconde série S2 sont séparées entre elles par au moins une alvéole 19 de la première série S1. Les alvéoles 19 de la seconde S2 présentant avantageusement chacune une seconde section s2’ supérieure à la première section s1’ des alvéoles 19 de la première série S1, la dimension des bulbes 22 situés entre deux alvéoles 22 adjacentes de la seconde série S2 pourrait être fortement réduite et dégrader la résistance mécanique du disque 14. En effet, les bulbes 22 sont particulièrement sollicités mécaniquement. Une telle caractéristique permet donc de maintenir une dimension des bulbes 22 suffisantes pour préserver la résistance mécanique du disque 14.
Les disques 14 du rotor 9, et en particulier les pieds 16 et les alvéoles 19 étant situés en aval de la chambre de combustion 5 et dans la veine primaire 1a, ils sont soumis à de fortes températures pouvant dégrader les disques 14. A cet effet, il est nécessaire d’assurer le refroidissement de chaque disque 14.
A cet effet, chaque alvéole 19 de la première série S1 définit avec le pied 16 un premier passage 25a d’air de ventilation et chaque alvéole 19 de la seconde série S2 définit avec le pied 16 un second passage 25b d’air de ventilation.
Chaque premier passage 25a présente une première section de passage sp1 et chaque second passage 25b présente une seconde section de passage sp2 supérieure ou inférieure à la première section de passage sp1. En effet, la première section s1’ des alvéoles 19 de la première série S1 étant inférieure ou supérieure à la seconde section s2’ des alvéoles 19 de la seconde série S2, la première section de passage sp1 est inférieure ou supérieure à la seconde section de passage sp2.
En outre, le disque 14 selon l’invention présente une section de ventilation totale St correspondant à une valeur cible prédéterminée. Cette valeur cible est prédéterminée selon les besoins de refroidissement du disque 14 afin de préserver l’intégrité du disque 14. La section de ventilation totale St correspond à la somme des première et seconde sections de passage sp1, sp2.
Afin d’assurer le refroidissement du disque 14 par circulation d’air froid dans les premier et second passages 25a, 25b, en référence à la , la turbomachine 1 comprend en outre un circuit de ventilation 1c configuré pour acheminer de l’air du compresseur 3, 4, en particulier du compresseur haute pression 4, jusqu’aux premier et second passages 25a, 25b.
Selon l’invention, le débit d’air du circuit de ventilation 1c est calibré par la section de ventilation totale St.
Un procédé de fabrication du disque 14 va maintenant être décrit en référence à la .
Le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes :
(a) fournir le corps annulaire 18,
(b) usiner les alvéoles 19 dans le corps annulaire 18.
A l’étape (a) le corps annulaire 18 est dépourvu d’alvéoles 19.
Selon l’invention, l’étape (b) comprend les sous-étapes chronologiques suivantes :
(b0) usiner la première série S1 d’alvéoles 19,
(b1) déterminer une section de ventilation totale réelle des alvéoles 19 de la première série S1, la section de ventilation totale réelle étant la somme des première sections de passage sp1 des alvéoles 19 de la première série S1,
(b2) comparer la section de ventilation totale réelle à une section de ventilation totale cible du disque 14,
(b3) optionnellement, calculer une section de passage de reprise Sr, la section de passage de reprise Sr étant la différence entre la section de ventilation totale cible et la section de ventilation totale réelle mesurée à l’étape (b1), et calculer la répartition de la section de passage de reprise Sr par alvéole 19 de la seconde série S2,
(b4) usiner la seconde série S2 d’alvéoles 19 de façon à atteindre une section de ventilation totale St du disque 14 correspondant à la section de ventilation totale cible, la section de ventilation totale St du disque 14 correspondant à la somme de la section de ventilation totale de la seconde série S2 d’alvéoles 19 et de la section de ventilation totale réelle des alvéoles 19 de la première série S1,
(b5) déterminer une section de ventilation totale de la seconde série S2 d’alvéoles 19, et
(b6) calculer la section de ventilation totale St du disque 14.
Avantageusement, la sous-étape (b0) est réalisée par brochage ou fraisage. De tels procédés d’usinages présentent l’avantage d’être rapide.
Avantageusement, la sous-étape (b1) comprend les sous étapes suivantes :
(b10) mesurer par palpage avec une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) la première section de passage sp1, et
(b11) calculer section de ventilation totale réelle des alvéoles 19 de la première série S1.
Selon un premier mode de réalisation, lors de l’étape (b10), le pied 16 est reçu dans l’alvéole 19. Selon ce mode, l’alvéole 19 et le pied 16 sont palpés.
Selon un second mode de réalisation, lors de l’étape (b10), le pied 16 n’est pas reçu dans l’alvéole 19. Dans ce cas, des dimensions nominales d’un pied 16 sont prises comme référence pour déduire la première section de passage sp1 et seule l’alvéole 19 est palpée.
Avantageusement, lors de l’étape (b3), le nombre d’alvéoles 19 de la seconde série S2 est prédéterminé.
Avantageusement, la sous-étape (b4) est réalisée par électro érosion. Un tel procédé d’usinage présente l’avantage de permettre l’usinage précis des alvéoles 19 avec de faibles tolérances de fabrication.
Selon un premier mode de réalisation, notamment lorsque la section transversale s2’ des alvéoles 19 de la seconde série S2 est supérieure à la section transversale s1’ des alvéoles de la première série S1, la sous étape (b4) est réalisée par rectification d’une pluralité d’ alvéoles 19 de la première série S1 de façon à former la seconde série S2 d’alvéoles 19.
Selon un second mode de réalisation, la sous étape (b4) est réalisée par usinage de nouvelles alvéoles dans le corps annulaire 18 de façon à former la seconde série S2 d’alvéoles 19.
Selon un premier exemple, les alvéoles 19 de la première série S1 peuvent présenter une première section transversale s1’ correspondant aux tolérances maximales. Les alvéoles 19 de la seconde série S2 présenteront alors une seconde section transversale s2’ inférieure à la première section transversale s1’ pour atteindre la section de ventilation totale cible.
Selon un autre exemple, les avéoles19 de la première série S1 peuvent présenter une première section transversale s1’ éloignées des tolérances maximales. Les alvéoles 19 de la seconde série S2 présenteront alors une seconde section transversale s2’ supérieure à la première section transversale s1’ pour atteindre la section de ventilation totale cible.
Les sous étapes (b5) et (b6) sont des étapes de vérification.
Avantageusement, la sous-étape (b5) est réalisée de la même manière que la sous-étape (b1), à savoir :
- mesurer par palpage avec une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) la seconde section de passage sp2, et
- calculer la section de ventilation totale réelle des alvéoles 19 de la seconde série S2.
Grâce au procédé de l’invention, lors de la sous-étape (b6), la section de ventilation totale St du disque 14 est égale à la valeur cible.
Ainsi, l’invention permet de s’affranchir d’un anneau mobile solidaire du disque de rotor de turbine pour calibrer l’air du circuit de ventilation. La configuration du rotor de turbine est donc simplifiée, le rotor de turbine est moins lourd et moins encombrant.
En outre, grâce à la combinaison de série d’alvéoles, réalisés avantageusement par deux procédés d’usinage distincts, il est possible d’atteindre la section de ventilation totale St, et ce de manière rapide. Le disque selon l’invention est réalisable à échelle industrielle.
L’invention a été décrite en relation avec la turbine basse pression 6, mais s’applique de la même manière à la turbine haute pression 7.
Claims (17)
- Disque (14) pour une turbine (6, 7) de turbomachine (1) d’aéronef, le disque (14) comprenant un corps annulaire (18) présentant un axe longitudinal (X) et des alvéoles (19) régulièrement réparties sur une périphérie externe (18a) du corps annulaire (18), chaque alvéole (19) étant destinée à recevoir un pied (16) d’une aube (15), les alvéoles (19) étant réparties en une première série (S1) d’alvéoles (19) et une seconde série (S2) d’alvéoles (19), caractérisé en ce que les alvéoles (19) de la première série (S1) présente une première section transversale (s1’) prédéterminée, et les alvéoles (19) de la seconde série (S2) présente une seconde section transversale (s2’) prédéterminée qui est différente de la première section transversale (s1’).
- Disque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’écart entre les seconde et première sections transversales (s2’, s1’) est supérieur à 1%, compris entre 5% et 50%, préférentiellement entre 10% et 30%, encore plus préférentiellement entre 10% et 20%.
- Disque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les alvéoles (19) de la seconde série (S2) sont séparées entre elles par au moins une alvéole (19) de la première série (S1).
- Disque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les alvéoles (19) de la seconde série (S2) sont régulièrement réparties sur le corps annulaire (18).
- Disque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde série (S2) comprend au moins deux alvéoles (19), avantageusement au moins trois alvéoles (19) et encore plus avantageusement entre trois alvéoles (19) et cinq alvéoles (19).
- Disque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque alvéole (19) des première et seconde séries (S1, S2) a une forme générale en queue d’aronde ou en sapin, et comprend un fond (23) et deux flancs latéraux (24) s’étendant radialement du fond (23) à la périphérie externe (18a) du corps annulaire (18).
- Disque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première série (S1) d’alvéoles (19) est réalisée par brochage ou fraisage et la seconde série (S2) d’alvéoles (19) est réalisée par électro érosion.
- Turbine (6, 7) pour une turbomachine (1) d’aéronef, comprenant :
- un disque (14) selon l’une quelconque des revendications précédentes,
- des aubes (15) s’étendant radialement du disque (14) et comprenant chacune une pale (17) et un pied (16) relié à la pale (17), chaque alvéole (19) recevant le pied (16) d’une des aubes (15), chaque alvéole (19) de la première série (S1) définissant respectivement avec le pied (16) quelle reçoit un premier passage d’air (25a) de ventilation présentant une première section de passage (sp1) prédéterminée, et chaque alvéole (19) de la seconde série (S2) définissant respectivement avec le pied (16) quelle reçoit un second passage d’air (25b) de ventilation présentant une seconde section passage (sp2) prédéterminée et différente de la première section de passage (sp2), la somme des première et seconde sections de passage (sp1, sp2) définissant une section de ventilation totale (St) du disque (14) correspondant à une valeur cible. - Turbomachine (1) pour un aéronef, comprenant d’amont en aval, un compresseur (4), une chambre de combustion (5), et une turbine (6, 7) selon la revendication précédente, la turbomachine (1) comprenant en outre un circuit de ventilation (1c) configuré pour acheminer de l’air du compresseur (4) jusqu’aux premiers et seconds passages d’air (25a, 25b) de ventilation des alvéoles (19) du disque (14) selon un débit calibré par la section de ventilation totale (St).
- Procédé de fabrication d’un disque (14) pour une turbine (6, 7) de turbomachine (1) d’aéronef, le procédé comprenant les étapes suivantes :
(a) fournir un corps annulaire (18) présentant un axe longitudinal (X),
(b) usiner des alvéoles (19) dans le corps annulaire (18), les alvéoles (19) étant régulièrement réparties sur une périphérie externe (18a) du corps annulaire (18) et étant chacune destinées à recevoir un pied (16) d’une aube (15), les alvéoles (19) étant réparties en une première série (S1) d’alvéoles (19) et une seconde série (S2) d’alvéoles (19),
le procédé étant caractérisé en ce que l’étape (b) comprend les sous-étapes chronologiques suivantes :
(b0) usiner la première série (S1) d’alvéoles (19), chaque alvéole (19) de la première série (S1) présentant une première section transversale (s1’) prédéterminée,
(b1) déterminer une section de ventilation totale réelle des alvéoles (19) de la première série (S1), la section de ventilation totale réelle étant la somme de premières sections de passage (sp1) des alvéoles (19) de la première série (S1), la première section de passage (sp1) étant la section d’un premier passage d’air (25a) de ventilation délimitée respectivement par une alvéole (19) de la première série (S1) et le pied (16) quelle est destinée à recevoir,
(b2) comparer la section de ventilation totale réelle à une section de ventilation totale cible du disque (14),
(b4) usiner la seconde série (S2) d’alvéoles (19), chaque alvéole (19) de la seconde série (S2) présentant une seconde section transversale (s2’) prédéterminée différente de la première section transversale (s1’) de façon à atteindre une section de ventilation totale (St) du disque correspondant à la section de ventilation totale cible, la section de ventilation totale (St) correspondant à la somme de la section de ventilation totale réelle des alvéoles (19) de la première série (S1) et la section de ventilation totale réelle des alvéoles (19) de la seconde série (S2). - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la sous-étape (b4) est réalisée par électro érosion.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 11, caractérisé en ce que la sous-étape (b0) est réalisée par brochage ou fraisage.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la sous-étape (b1) comprend les étapes suivantes :
(b10) mesurer par palpage avec une machine à mesurer tridimensionnelle la première section de passage (sp1) de chaque alvéole (19) de la première série (S1), et
(b11) déduire la section de ventilation totale réelle des alvéoles (19) de la première série (S1). - Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que la sous étape (b4) est réalisée par rectification d’une pluralité d’ alvéoles (19) de la première série (S1) de façon à former la seconde série (S2) d’alvéoles (19).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que la sous étape (b4) est réalisée par usinage de nouvelles alvéoles (19) dans le corps annulaire (18) de façon à former la seconde série (S2) d’alvéoles (19).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que l’étape (b) comprend en outre les sous étapes suivantes :
(b5) déterminer la section de ventilation totale réelle de la seconde série d’alvéoles,
(b6) calculer la section de ventilation totale (St) du disque (14). - Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce qu’il comprend, entre les sous-étapes (b2) et (b4), la sous étape suivante :
(b3) calculer une section de passage de reprise (Sr), la section de passage de reprise (Sr) étant la différence entre la section de ventilation totale cible et la section de ventilation totale réelle mesurée à l’étape (b1), et calculer la répartition de la section de passage de reprise (Sr) par alvéole (19) de la seconde série (S2).
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