EP2524112B1 - Agencement de disque aubage - Google Patents

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EP2524112B1
EP2524112B1 EP11700085.1A EP11700085A EP2524112B1 EP 2524112 B1 EP2524112 B1 EP 2524112B1 EP 11700085 A EP11700085 A EP 11700085A EP 2524112 B1 EP2524112 B1 EP 2524112B1
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bulb
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disk
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EP11700085.1A
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Fabrice Marcel Noel Garin
Romain Nicolas Lunel
Bruno André Jean VARIN
Clément ROUSSILLE
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Safran Aircraft Engines SAS
Safran Ceramics SA
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SNECMA Propulsion Solide SA
SNECMA SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • 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
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3084—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers the blades being made of ceramics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • 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
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3092—Protective layers between blade root and rotor disc surfaces, e.g. anti-friction layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position

Definitions

  • the main parts have a variable thickness, their opposite faces having inclinations equal to the face which is in front of them among the overhanging faces and the upper faces, and thus compensate for their difference in inclination, while the external parts maintain the in place resting inserts based on the peripheral face of the disk, and that the internal parts have the same effect during operation by possibly leaning against the bulb.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Le sujet de l'invention est un agencement de disque aubagé, utilisable dans une turbine ou un compresseur de turbomachine par exemple.
  • Il est classique que les aubes soient pourvues de bulbes engagés dans des rainures entaillant le disque, par lesquels les aubes sont retenues sur le disque malgré les forces centrifuges au fonctionnement. Les rainures peuvent être orientées dans l'axe du disque et contenir chacun un bulbe, ou circulaires et contenir tous les bulbes. Les bulbes comprennent généralement des faces supérieures obliques, qui s'appuient sur des faces en surplomb de même obliquité de la rainure quand les forces centrifuges s'exercent. Les inclinaisons par rapport à un plan médian de la rainure sont suffisantes pour qu'aucun coincement n'apparaisse entre ces faces quand les forces centrifuges ont cessé. Le document EP-02 077 376-A décrit un agencement de disque et d'aube où un insert est logé entre les faces supérieures du bulbe et des faces en surplomb de la rainure, conforme au préalable de la revendication indépendante. Et le document US-2 950 083-A décrit un agencement de disque et d'aube à bulbe retenue dans une rainure du disque, l'aube étant en matière composite.
  • L'invention procède d'un désir de construire certaines aubes en une matière composite comme un CMC (Composite à Matrice Céramique). On se heurte alors à la difficulté que le mode de fabrication par moulage, obligatoire pour ces matériaux, interdit les discontinuités d'orientation trop grandes et oblige donc à donner à la partie supérieure du bulbe, raccordée à la partie extérieure de l'aube de direction radiale, une inclinaison ne dépassant pas 30° environ, alors qu'une inclinaison de 40° au moins des faces en surplomb de la rainure doit être respectée pour empêcher les coincements. L'intégration directe de telles aubes dans un disque est donc exclue. L'invention comble cette lacune.
  • Elle concerne sous une forme générale un agencement comprenant un disque et au moins une aube dont un bulbe est logé dans une rainure du disque, la rainure comprenant deux faces en surplomb d'un fond de la rainure dotées d'une première inclinaison par rapport à un plan médian de la rainure, le bulbe comprenant deux faces supérieures situées sous les faces en surplomb mais dotées d'une seconde inclinaison par rapport audit plan médian qui est inférieure à la première inclinaison, et des inserts étant ajoutés entre le bulbe et le disque, qui comprennent des parties principales disposées entre les faces en surplomb et les faces supérieures, et des parties externes raccordées aux parties principales et s'étendant à travers une ouverture de la rainure, caractérisé en ce que les parties externes s'étendent sur une face périphérique du disque en divergeant l'une de l'autre vers des extrémités libres opposées aux parties principales, et les inserts comprennent des parties internes raccordées aux parties principales, s'étendant entre le bulbe et le fond de la rainure en convergeant l'une vers l'autre vers des extrémités libres opposées aux parties principales.
  • Les parties principales ont une épaisseur variable, leurs faces opposées ayant des inclinaisons égales à la face qui se trouve devant elles parmi les faces en surplomb et les faces supérieures, et compensent donc leur différence d'inclinaison, alors que les parties externes assurent le maintien en place des inserts au repos en s'appuyant sur la face périphérique du disque, et que les parties internes ont le même effet pendant le fonctionnement en s'appuyant éventuellement contre le bulbe.
  • Cette conception permet donc d'utiliser des aubes en matière composite dans un disque métallique, les inserts pouvant être aussi métalliques. Selon une caractéristique avantageuse, les inserts sont disjoints l'un de l'autre aux parties internes pour ne pas risquer de créer des coincements par arc-boutement des parties internes ; et selon une autre caractéristique avantageuse, dans un état de fonctionnement où le bulbe repose sur les parties centrales et les parties centrales reposent sur les faces en surplomb, des jeux existent entre les parties externes et le disque, et entre les parties internes et le bulbe. Cette caractéristique permet à l'aube puis aux inserts de s'abaisser vers le fond de la rainure quand les forces centrifuges cessent, encore afin d'éviter les coincements.
  • L'invention sera maintenant décrite en liaison à la figure, qui représente un agencement conforme à l'invention dans un état de fonctionnement de la machine, où les forces centrifuges s'exercent sur les différents éléments. Une rainure (1) est creusée dans un disque (2), et reçoit un bulbe (3) d'une aube (4). La rainure (1) comprend une face de fond (5) puis deux faces en surplomb (6) obliques menant à une ouverture de la rainure (1) donnant sur une face périphérique (7) du disque (2). Le bulbe (3) comprend aussi une face de fond (8) au-dessus de celle de la rainure (1) et deux faces supérieures (9) obliques, devant les faces en surplomb (6) de la rainure (1), et qui se raccordent à la partie extérieure de l'aube (4). La face de fond (8) du bulbe (3) se raccorde aux faces supérieures (9) par un arrondi (10) de grand rayon qui autorise la fabrication quand l'aube (4) est en matière composite, mais un tel arrondi n'est pas possible entre les faces supérieures (9) et la partie extérieure de l'aube (4), de sorte que l'inclinaison des faces supérieures (9) (mesurée à partir d'un plan imaginaire médian de la rainure (1) défini par une direction radiale (R) locale du disque (2) et une direction axiale (A) de la rainure (1) et du bulbe (3)) est inférieure à l'inclinaison que l'on souhaite pour des faces en surplomb (6) de la rainure (1). Des inserts (11) sont alors intercalés entre le bulbe (3) et la paroi de la rainure (1). Ils comprennent chacun une partie centrale (12), une partie externe (13) et une partie interne (14), ces deux dernières étant jointes à la partie centrale (12) par ses extrémités opposées. La partie centrale (12) de chacun des inserts (11) s'étend entre une face en surplomb (6) et une face supérieure (9) respective, et ses faces latérales opposées ont la même inclinaison que la face devant laquelle ils s'étendent, de sorte que le bulbe (3) s'appuie sur les inserts (11) par des premières portées d'appui (15) et les inserts (11) s'appuient sur les faces en surplomb (6) par des secondes portées d'appui (16). Les parties externes (13) s'incurvent vers l'extérieur de la rainure et surplombent la face périphérique (7) du disque (2) dont elles sont séparées par des jeux. Les parties internes (14) s'incurvent vers le milieu de la rainure (1) et s'étendent l'une vers l'autre à partir des parties centrales (12), sans toutefois se rejoindre. Des jeux les séparent du fond (5) de la rainure tout comme du fond (8) du bulbe (3).
  • Un appui satisfaisant de l'aube (4) dans la rainure (1) est garanti par les superficies suffisantes des portées d'appui (15 et 16), par lesquelles les forces centrifuges exercées sur l'aube (3) sont transmises au disque (2) avec une faible pression de contact. Et quand la machine revient au repos et que les forces centrifuges cessent, le bulbe (3) et les inserts (11) retombent au fond de la rainure, le fond (8) du bulbe (3) reposant sur les parties internes (14) et les parties externes (13) reposant sur la face périphérique (7), sans qu'aucun coincement ne soit à redouter.

Claims (4)

  1. Agencement comprenant un disque (2) et au moins une aube (4) dont un bulbe (3) est logé dans une rainure (1) du disque, la rainure comprenant deux faces en surplomb (6) d'un fond de la rainure, dotées d'une première inclinaison par rapport à un plan médian de la rainure, le bulbe (3) comprenant deux faces supérieures (9) situées sous les faces en surplomb (6) mais dotées d'une seconde inclinaison par rapport audit plan médian qui est inférieure à la première inclinaison, et des inserts (11) étant ajoutés entre le bulbe (3) et le disque (2), qui comprennent des parties principales (12) disposées entre les faces en surplomb et les faces supérieures (9), et des parties externes (13) raccordées aux parties principales et s'étendant à travers une ouverture de la rainure, caractérisé en ce que les parties externes s'étendent sur une face périphérique (7) du disque (2) en divergeant l'une de l'autre vers des extrémités libres opposées aux parties principales, et les inserts (11) comprennent aussi des parties internes (14) raccordées aux parties principales (13), s'étendant entre le bulbe et le fond (5) de la rainure en convergeant l'une vers l'autre vers des extrémités libres opposées aux parties principales.
  2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes sont en matière composite et le disque est en métal.
  3. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les inserts sont disjoints l'un de l'autre aux parties internes (14).
  4. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans un état de fonctionnement où le bulbe (3) repose sur les parties centrales (12) et les parties centrales reposent sur les faces en surplomb (6), des jeux existent entre les parties externes (13) et le disque et entre les parties internes (14) et le bulbe.
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