FR2874232A1 - Rotor metallique renforce de fibres. - Google Patents
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Abstract
Un disque de compresseur métallique renforcé de fibres (42) comprend un moyeu (44), un rebord (46) et un diaphragme (48) s'étendant radialement entre le moyeu (44) et le rebord (46). Le disque de compresseur métallique renforcé de fibres (42) comprend un premier anneau de fibre céramique (52) et un second anneau de fibre céramique (56). Le premier anneau de fibre (52) est arrangé dans le moyeu (44) et le second anneau de fibre (56) est arrangé dans le rebord (46) du disque (42). Le rebord (46) du disque (42) supporte une pluralité de pales (50). Cet arrangement d'anneaux de fibres (52, 56) minimise le poids du disque, particulièrement pour des disques de grand rayon adaptés pour supporter de grandes pales et fonctionnant à de hautes vitesses de rotation.
Description
1 2874232
La présente invention concerne un rotor métallique renforcé de fibres. La présente invention concerne plus particulièrement des disques métalliques renforcés de fibres et des anneaux métalliques renforcées de fibres qui sont appropriés à une utilisation dans des moteurs à turbine à gaz en tant que rotor de compresseur ou de turbine supportant des pales. La présente invention est particulièrement appropriée pour des applications où le rotor métallique renforcé de fibres présente un grand diamètre et est sensé tourner à de hautes vitesses.
Un rotor de compresseur conventionnel pour un moteur à turbine à gaz comprend un disque métallique plein non renforcé qui a un moyeu relativement grand, un rebord relativement grand et un diaphragme relativement mince qui s'étend entre le moyeu et le rebord. Le rebord supporte des pales de compresseur qui s'étendent radialement à partir du rebord. Les pales de compresseur peuvent faire partie intégrante du rebord ou les pales de compresseur peuvent avoir des pieds qui sont disposés pour être situés dans des rainures s'étendant radialement ou circonférentiellement dans le rebord. Les pales de compresseur qui font partie intégrante du rebord peuvent être soudées par friction au rebordn ou peuvent être usinées à partir du disque forgé.
Il est connu de fournir un rotor de compresseur pour un moteur à turbine à gaz qui comprend un anneau métallique renforcé de fibres, par exemple tel que décrit dans le brevet GB-2 247 492. L'anneau supporte des pales de compresseur qui s'étendent radialement à partir du rebord. Les pales de compresseur peuvent faire partie intégrante de l'anneau ou les pales de compression peuvent avoir des pieds qui sont arrangés pour se situer dans des rainures s'étendant axialement ou circonférentiellement dans l'anneau. Les pales de compresseur qui font partie intégrante de l'anneau peuvent être soudées par friction à l'anneau ou peuvent être usinées à partir de l'anneau. Le rotor de compresseur plein renforcé de fibres n'a pas de 2 2874232 diaphragme et de moyeu comme dans le disque de compresseur métallique plein conventionnel.
Il est important, dans les moteurs à turbine à gaz utilisés sur des avions, de minimiser le poids du moteur à turbine à gaz. Il est également nécessaire d'augmenter la poussée des moteurs à turbine à gaz, et ceci a nécessité une augmentation de la taille du moteur à turbine à gaz. Il a été trouvé que l'utilisation d'anneaux métalliques pleins renforcés de fibres, d'environ 0,5 mètre de rayon externe, conçus pour fonctionner à une vitesse de rotation d'environ 11 000 tours par minute (rpm) et supportant de grandes pales lourdes sont environ 10% plus lourds qu'un disque métallique plein conventionnel. Ceci provient du fait que l'anneau métallique renforcé de fibres doit être suffisamment massif pour supporter les charges des pales.
La présente invention cherche à fournir un rotor métallique plein renforcé de fibres qui a un poids réduit comparé à l'anneau métallique plein renforcé de fibres connu et au disque métallique plein connu.
Par conséquent, la présente invention fournit un rotor métallique renforcé de fibres comprenant un moyeu, un rebord et un élément s'étendant radialement entre et reliant le moyeu et le rebord, le rotor métallique renforcé de fibres ayant un axe de rotation, le rotor métallique renforcé de fibres ayant au moins deux anneaux de fibres disposés de manière monobloc à l'intérieur du rotor métallique renforcé de fibres, un premier anneau de fibres étant disposé sensiblement à une première distance radiale de l'axe de rotation, un second anneau de fibres étant disposé sensiblement à une seconde distance radiale de l'axe de rotation et la seconde distance radiale est supérieure à la première distance radiale, le premier anneau de fibre étant disposé dans le moyeu du rotor métallique renforcé de fibres.
De préférence, le second anneau de fibres est arrangé dans le rebord.
3 2874232 Le rotor métallique renforcé de fibres peut comprendre du titane, de l'aluminure de titane, un alliage de titane, ou n'importe quel métal, alliage ou intermétallique approprié qui est capable de se lier.
Les fibres de renforcement peuvent être du carbure de silicium, du nitrure de silicium, du bore, de l'oxyde de l'aluminium ou d'autres fibres appropriées.
Le rotor métallique renforcé de fibre peut avoir au moins une pale de rotor. Ladite au moins une pale de rotor peut faire partie intégrante du rotor métallique renforcé de fibres. Ladite au moins une pale de rotor peut avoir un pied arrangé pour se fixer dans au moins une rainure s'étendant axialement ou circonférentiellement dans le rotor métallique renforcé de fibres.
Le rotor métallique renforcé de fibres a un rayon externe, le rayon externe est d'au moins environ 0,5 mètre.
La présente invention sera plus amplement décrit à titre d'exemple en référence aux dessins joints, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en section transversale à travers un rotor métallique plein non renforcé conventionnel - la figure 2 est une vue en section transversale à travers un rotor métallique renforcé de fibres connu; - la figure 3 est une vue en section transversale à travers un rotor métallique renforcé de fibres selon la présente invention; - la figure 4 est une vue en section transversale à travers un moteur à turbine à gaz montrant un rotor de compresseur en titane renforcé de fibres; - la figure 5 est une vue en section transversale à travers une préforme utilisée pour fabriquer un rotor métallique renforcé de fibres comme représenté sur la figure 3; - la figure 6 est une vue en section transversale à 35 travers une variante de rotor métallique renforcé de fibres selon le présente invention.
4 2874232 Un rotor de compresseur conventionnel 10, comme représenté sur la figure 1, pour un moteur à turbine à gaz comprend un disque métallique plein non renforcé 12 qui a un moyeu relativement grand 14, un rebord relativement grand 16 et un diaphragme relativement mince 18 qui s'étend entre et relie le moyeu 14 et le rebord 16. Le rebord 16 supporte des pales de rotor de compresseur 20 qui s'étendent radialement à partir du rebord 16. Les pales de rotor de compresseur 20 peuvent faire partie intégrante du rebord 16 ou les pales de rotor de compresseur 20 peuvent avoir des pieds qui sont arrangés pour se situer dans des rainures s'étendant axialement ou circonférentiellement, non représentées, dans le rebord 16. Les pales de rotor de compresseur 20 qui font partie intégrante du rebord 16 peuvent être soudées par friction au rebord 16 ou peuvent être usinées à partir du disque forgé.
Un autre rotor de compresseur 30, comme représenté sur la figure 2, pour un moteur à turbine à gaz comprend un anneau métallique renforcé de fibres céramiques 32. L'anneau 32 supporte des pales de rotor de compresseur 34 qui s'étendent radialement à partir de l'anneau 32. L'anneau 32 comprend un anneau de fibres 36, les fibres céramiques individuelles 38 s'étendant circonférentiellement sur 360 . Les pales de rotor de compresseur 34 peuvent faire partie intégrante de l'anneau 32 ou les pales de rotor de compresseur 34 peuvent avoir des pieds qui sont arrangés pour se situer dans des rainures s'étendant axialement ou circonférentiellement dans l'anneau 32. Les pales de compresseur qui font partie intégrante de l'anneau 32 peuvent être soudées par friction à l'anneau 32 ou peuvent être usinées à partir de l'anneau 32.
Il doit être noté que le rotor de compresseur renforcé de fibres céramiques 30 n'a pas de diaphragme et de moyeu comme dans le disque de compresseur métallique plein conventionnel 10. L'anneau de fibre 38 augmente la contrainte périphérique de l'anneau 32 et les fibres 2874232 céramiques 38 réduisent la densité de l'anneau 32. La fraction de volume de fibres dans l'anneau de fibres 38 est d'environ 30%.
Pour exerrple, un rotor de compresseur renforcé de fibres céramiques 30 avec un rayon externe de 0,5 mètre, ou supérieur, supportant de grandes pales de compresseur lourdes et arrangées pour fonctionner à environ 11 000 tours par minute (rpm) est plus lourd qu'un rotor de compresseur métallique plein conventionnel 10 avec le même diamètre.
Ceci provient du fait que le rayon libre de l'anneau, le rayon au-delà duquel le matériau du rotor n'est pas porteur, décroît avec l'augmentation de vitesse de rotation. Le rayon libre de l'anneau pour un anneau renforcé de fibres céramiques 32 fonctionnant à 11 000 rpm est très proche du rayon externe de l'anneau renforcé de fibres céramiques 32. Par conséquent, l'anneau métallique renforcé de fibres céramiques doit être plus massif pour supporter les charges des pales de compresseur 34. L'introduction de fibres céramiques 38 réduit la densité de l'anneau 32 mais ne réduit pas le poids de l'anneau 32 en-dessous de celui de l'anneau 18 car la masse de l'anneau 32 est concentré sensiblement sur le rayon de fixation des pales 34 sur l'anneau 32.
Toutefois, le rayon libre de l'anneau diminue avec l'augmentation de vitesse et diminue avec l'augmentation de la charge de pale. Le rayon libre de l'anneau est également dépendant du métal et des fibres. Le rayon libre de l'anneau pour un métal renforcé de fibres est supérieur à celui pour un métal non renforcé. Ainsi, le rotor de compresseur renforcé de fibres céramiques 32 avec un diamètre externe inférieur à 0,5 mètre peut être plus lourd qu'un rotor de compresseur métallique plein conventionnel 10, de même diamètre, si la vitesse de rotation et/ou les charges de pale sont suffisamment élevées.
Un rotor de compresseur 40 selon la présente invention, comme représenté sur la figure 3, pour un moteur à turbine à 6 2874232 gaz comprend un disque métallique renforcé de fibres céramiques 42 qui a un moyeu relativement grand 44, un rebord relativement grand 46 et un diaphragme relativement mince 48 qui s'étend entre et relie le moyeu 44 et le rebord 46. Le rebord 46 supporte des pales de rotor de compresseur 50 qui s'étendent radialement à partir du rebord 46. Les pales de rotor de compresseur 50 peuvent faire partie intégrante du rebord 46 ou les pales de rotor de compresseur 50 peuvent avoir des pieds qui sont arrangés pour se situer dans des rainures s'étendant axialement ou circonférentiellement (non représentées) dans le rebord 46. Les pales de rotor de compresseur 50 qui font partie intégrante du rebord 46 peuvent être soudées par friction au rebord 46, ou peuvent être usinées à partir du disque 42.
Le disque 42 comprend un premier anneau de fibres 52, les fibres céramiques individuelles 54 s'étendant circonférentiellement sur 360 . Le premier anneau de fibres 52 est arrangé sensiblement à une première distance radiale R1 à partir de l'axe de rotation X du disque 42 et le premier anneau de fibres 52 est coaxial avec l'axe de rotation X. Le disque 42 comprend un second anneau de fibres 56, les fibres céramiques individuellement 58 s'étendant circonférentiellement sur 360 . Le second anneau de fibres 56 est arrangé sensiblement à une seconde distance radiale R2 à partir de l'axe de rotation X et le second anneau de fibres 56 est coaxial à l'axe de rotation X. La seconde distance radiale R2 est supérieure à la première distance radiale R1. Dans cet exemple, le premier anneau de fibres 52 est arrangé dans le moyeu 44 du disque 42 et le second anneau de fibres 56 est arrangé dans le rebord 46 du disque 42. La fraction de volume de fibres dans les anneaux de fibres 52 et 56 est d'environ 30%, mais d'autres fractions de volume peuvent être utilisées.
Le second anneau de fibres 56 est introduit dans le 35 rebord 46 du disque 42 pour réduire la densité du rebord 44 et par conséquent son poids, mais le second anneau de fibres 7 2874232 56 est conçu pour être insuffisant en soi pour supporter la charge des pales de rotor de compresseur 50. Le second anneau de fibres 56 réduit également l'exigence de support de charges du moyeu 44 du disque 42 et par conséquent permet au moyeu 44 d'être fabriqué plus petit. Le premier anneau de fibres 52 est introduit dans le moyeu 44 du disque 42 pour supporter les charges sur les pales de rotor de compresseur 50 et réduit la densité du moyeu 44 et par conséquent son poids. Le résultat de l'utilisation de renforcement de fibres céramiques au niveau du moyeu 44 et du rebord 46 du disque 42 et que, à la fois, le moyeu 44 et le rebord 46 sont réduits en taille, en densité et en poids en comparaison du disque métallique plein conventionnel.
Pour exemple, un disque de titane renforcé de fibres céramiques 42 avec un rayon externe d'environ 0,5 mètre ou plus, supportant des pales de compresseur grandes et lourdes et arrangées pour à fonctionner environ 11 000 tours par minute (rpm) a une réduction de 26% en poids comparé au disque métallique de titane plein conventionnel 12, et une réduction de 34% en poids comparé à un anneau de titane renforcé de fibres céramiques 32.
Toutefois, du fait que le rayon libre de l'anneau décroît avec l'augmentation de vitesse et décroît avec l'augmentation de charge de pales, le rotor de compresseur renforcé de fibres céramiques 40 avec un diamètre externe plus petit que 0,5 mètre peut être plus léger qu'un rotor de compresseur métallique plein conventionnel 10, du même diamètre, si la vitesse de rotation et/ou les charges de pales sont suffisamment élevées.
Un moteur à turbine à gaz à turbosoufflante 90, comme représenté sur la figure 4, comprend en série d'écoulement axiale une entrée 92, une section de soufflante 94, une section de compresseur 96, une section de combustion 98, une section de turbine 100 et un échappement 102. La section de compresseur comprend un ou plusieurs disques renforcés de fibres 42 comme décrit en référence sur la figure 3.
8 2874232 Un rotor métallique renforcé de fibres 42 comme représenté sur la figure 3 est fabriqué en utilisant des préformes comme représenté sur la figure 5. Un premier anneau métallique 112, ou disque métallique, est formé et une première rainure annulaire s'étendant axialement 114 et une seconde rainure annulaire s'étendant axialement 116 sont usinées dans une face axiale 118 du premier anneau métallique 112. Les première et seconde rainures annulaires 114 et 116 sont arrangées à des distances radiales de R1 et R2 respectivement à partir de l'axe X de l'anneau métallique 112. Les rainures annulaires 114 et 116 ont des faces droites parallèles qui forment un rectangle en section transversale. Un second anneau métallique 120, ou disque métallique, est formé et une première projection annulaire s'étendant axialement 122 et une seconde projection annulaire s'étendant axialement 124 sont usinées à partir du second anneau métallique 120 de telle sorte qu'elles s'étendent à partir d'une face axiale 126 du second anneau métallique 120. Le second anneau métallique 120 est également usiné pour former quatre rainures annulaires 128, 130, 132, et 134 dans la face 126 du second anneau métallique 120. Les rainures 128 et 130 sont arrangées radialement sur chaque face de la première projection annulaire 122 et les rainures 132 et 134 sont arrangées radialement sur chaque face de la seconde projection annulaire 124. Les rainures 128, 130, 132 et 134 s'évasent à partir de la face axiale 126 vers les bases des projections annulaires 122 et 124.
Des fibres s'étendant circonférentiellement 54 et 56 sont arrangées dans les première et seconde rainures annulaires 114 et 116 respectivement. Les fibres 54 et 56 peuvent être une ou plusieurs préformes de fibres annulaires, chaque préforme de fibre annulaire comprenant une fibre revêtue de métal qui est enroulée dans une spirale planaire. Un nombre suffisant de fibres, ou des préformes de fibres annulaires, sont empilées dans les rainures 9 2874232 annulaires 114 et 116 pour remplir partiellement les rainures annulaires 114 et 116 à des niveaux prédéterminés.
Le second anneau métallique 120 est ensuite arrangé de sorte que la face axiale 126 confronte la face axiale 118 du premier anneau métallique 112, et les axes des premier et second anneaux métalliques 112 et 120 sont alignés de telle sorte que les première et seconde projections annulaires 122 et 124 sur le second anneau métallique s'alignent avec les première et seconde rainures annulaires 114 et 116 respectivement du premier anneau métallique 112. Le second anneau métallique 120 est ensuite poussé vers le premier anneau métallique 112 de telle sorte que la première projection annulaire 122 pénètre dans la première rainure annulaire 114 et la seconde projection annulaire 124 pénètre dans la seconde rainure annulaire 116. Le second anneau métallique 120 est ensuite poussé jusqu'à ce que la face axiale 126 du second anneau métallique 120 vienne en butée avec la face axiale 118 du premier anneau métallique 112. Les rainures 128, 130, 132 et 134 forment alors des chambres annulaires entre les faces opposées 118 et 126 des premier et second anneaux métalliques 112 et 120.
Les périphéries radialement interne et externe de la face axiale 118 du premier anneau métallique 112 sont scellées aux périphéries radialement interne et externe respectivement de la face axiale 126 du second anneau 120 pour former un ensemble scellé. Le scellage est réalisé par soudage TIG, soudage par faisceau d'électrons, soudage au laser ou d'autres procédés de soudage appropriés pour former des joints de soudure externe et interne 136 et 138 respectivement.
Le second anneau métallique est pourvu de tuyaux 140 et 142 qui s'étendent à travers des trous dans le second anneau métallique 120 et qui se relient aux rainures annulaires 128 et 132 respectivement. Les projections annulaires 122 et 124 35 sont pourvues de fentes s'étendant axialement.
2874232 Les tuyaux 140 et 142 sont connectés à des pompes à vide et l'ensemble scellé est évacué. L'ensemble scellé est chauffé pour faire évaporer toute colle utilisée pour maintenir les préformes de fibres en place, et la colle évaporée passe le long des fentes sur les projections annulaires 122 et 124 dans les rainures annulaires 128 et 130 et à travers les tuyaux 140 et 142. Les projections annulaires empêchent un déplacement des fibres revêtues de métal une fois que la colle a été retirée.
L'ensemble scellé est ensuite chauffé à une température de soudage par diffusion et une pression isostatique est appliquée à l'ensemble scellé, ceci étant connu sous le terme de compression isostatique à chaud, et ceci résulte en une consolidation axiale des fibres et en une liaison par diffusion du premier anneau métallique 112 au second anneau métallique 120, et en une liaison par diffusion du métal des fibres revêtues de métal au métal des autres fibres et aux premier et second anneaux métalliques 112 et 120. Après la compression isostatique à chaud, le composant métallique renforcé de fibres consolidé et lié par diffusion résultant est usiné pour produire la forme du disque métallique renforcé de fibres 42. Ceci peut impliquer un usinage des pales à partir du composant, ou un soudage par friction des pales sur le composant ou un usinage de fentes s'étendant axialement ou circonférentiellement pour recevoir des pieds de pales.
Il doit être noté que les fibres céramiques sont formées de manière monobloc dans le disque par le procédé de consolidation et de soudage par diffusion.
Ce procédé de fabrication est divulgué plus amplement dans notre demande de brevet GB-96 19890.8 déposée le 24 septembre 1996, et celle-ci devrait être consultée pour plus de détail.
Un rotor de compresseur 150 selon la présente invention, 35 comme représenté sur la figure 6, comprend une pluralité de disques de compresseur, dans cet exemple un premier disque 11 2874232 de compresseur amont 42A et une second disque de compresseur aval 42B. Les disques de compresseur 42A et 42B sont espacés par un espaceur annulaire 152 qui s'étend axialement entre et est fixé aux disques de compresseur 42A et 42B. Le rebord du disque 42A supporte une pluralité de pales de rotor de compresseur s'étendant radialement et espacées équi- circonférentiellement 50A. Le rebord du disque de compresseur 42B supporte une pluralité de pales de rotors de compresseur s'étendant radialement et espacées équicirconférentiellement 50B. Les pales de rotor de compresseur 50A et 50B peuvent faire partie intégrante du rebord 46 ou les pales de rotor de compresseur peuvent avoir des pieds qui sont arrangés pour se situer dans des rainures s'étendant radialement et circonférentiellement (non représentées), dans le rebord 46 des disques de compresseur 42A et 42B. Les pales de rotor de compresseur 50A et 50B qui font partie intégrante du rebord 46 peuvent être soudées par friction au rebord ou peuvent être usinées à partir du disque forgé. Les disques de compresseur 42A et 42 B et les pales de rotor de compresseur 50A et 50B sont conçus pour se situer dans des plans radiaux A par rapport à l'axe de rotation x du rotor de compresseur 40.
Un carter de compresseur 154 entoure le rotor de compresseur 150 et le carter de compresseur 154 est espacé radialement à partir des bouts des pales de rotor de compresseur 50A et 50B par des intervalles 156 et 158 respectivement. L'espaceur annulaire 152 a une pluralité de nervures s'étendant circonférentiellement et radialement 160. Le carter de compresseur 154 supporte un pluralité d'ensembles d'aubes de stator, uniquement un ensemble d'aubes de stator étant représenté. Chaque ensemble d'aubes de stator comprend une pluralité d'aubes de stator espacés équi-circonférentiellement 162 et les carénages radialement internes 164 des aubes de stator 162 coopèrent avec les nervures 160 sur l'espaceur annulaire 152 pour former une garniture d'étanchéité à labyrinthe. Les nervures 160 sont 12 2874232 espacées des carénages internes 164 par un intervalle 166. Les carénages internes 164 comprennent d'habitude un matériau en nid d'abeilles ou pouvant être abrasé qui est à proximité des nervures 160.
L'espaceur annulaire 152 est avantageusement un espaceur métallique renforcé de fibres. Cet espaceur a un anneau de fibres 174 pour renforcer l'espaceur annulaire 152.
L'espaceur métallique renforcé de fibres comprend avantageusement du titane, de l'aluminure de titane ou un alliage de titane. Les fibres de renforcement comprennent avantageusement du carbure de silicium, du nitrate de silicium, du bore, de l'oxyde de l'aluminium ou des fibres céramiques. Les fibres s'étendent circonférentiellement sur 360 . Ceci résulte en une augmentation de la rigidité de l'espaceur annulaire 152. La rigidité de l'espaceur annulaire 152 est commandée par la quantité de fibres de renforcement dans l'anneau de fibres 174, la taille et la position de l'anneau de fibres 174 à l'intérieur de l'espaceur annulaire 152. L'anneau de fibres 174 est choisi pour minimiser la quantité de mouvement radial, ou de flexion radiale, de l'espaceur annulaire 152 par rapport aux disques de compresseur 42A et 42B en fonctionnement, et de préférence l'anneau de fibres 174 est choisi de telle sorte qu'il n'y a pas de déplacement radial de l'espaceur 152 par rapport aux disques de compresseur 42A et 42B. Ceci est obtenu en sélectionnant l'anneau de fibres 174 de telle sorte que le déplacement radial de l'espaceur annulaire 152 s'adapte au déplacement radial des disques de compresseur 42A et 42B. En outre, le renforcement des fibres dans l'espaceur annulaire est avantageusement choisi pour conférer une rigidité suffisante à l'espaceur annulaire pour produire un déplacement radialement vers l'intérieur de l'espaceur annulaire par rapport aux disques de compresseur 42A et 42B.
En fonctionnement, l'espaceur annulaire 152 minimise la quantité de mouvement des bouts radialement externes 168 des 13 2874232 pales de compresseur 50B dans une direction radialement aval par rapport aux extrémités radialement internes de pales de compresseur 50B. Ceci minimise le mouvement des bords menants 170 des bouts radialement externes 168 des pales de compresseur 50B radialement vers l'extérieur et minimise le mouvement des bords arrière 172 des bouts radialement externes 168 des pales de compresseur 50B radialement vers l'intérieur. Ceci minimise la possibilité de frottement entre les bords menants des bouts radialement externes 168 des pales de compresseur 50B et le carter de compresseur 154, particulièrement à de hautes vitesses de fonctionnement et minimise par conséquent la possibilité de formation de rainures, et par conséquent maintient l'intervalle 168 plus proche de l'intervalle conçu. Par conséquent, l'efficacité du compresseur et par conséquent l'efficacité du moteur à turbine à gaz est maintenue.
L'espaceur 152 minimise également la quantité de mouvement radial des rainures 160 sur l'espaceur annulaire 152 par rapport aux carénages internes 164 des aubes de stator 162. Ceci minimise la possibilité de frottement entre les nervures 160 et les carénages internes 164 des aubes de stator 162 particulièrement à de hautes vitesses de fonctionnement, et minimise par conséquent la possibilité de creuser des rainures dans le matériau en nid d'abeilles ou pouvant être abrasé, ou d'user les nervures 160. En outre, ceci maintient l'intervalle 166 plus proche de l'intervalle conçu, et ainsi l'efficacité du compresseur et de ce fait l'efficacité du moteur à turbine à gaz est maintenue.
De plus, un encrassement entre les bords arrière 172 des pales de compresseur 50B et un étage adjacent d'aubes de stator est empêché. En outre l'utilisation de l'anneau de fibres 174 dans l'espaceur annulaire 152 résulte en des disques de compresseur 42A et 42B ayant un poids réduit car les disques ne nécessitent pas un matériau additionnel pour conférer un certain contrôle de mouvement radial à l'espaceur annulaire 152.
14 2874232 Dans cet exemple, le premier disque de compresseur amont 42A est un disque métallique plein, mais le second disque de compresseur 42B est un disque métallique renforcé de fibres et comprend un premier anneau de fibres 54 et un second anneau de fibres 56. Le premier anneau de fibres 54 est arrangé à une première distance radiale de l'axe de rotation x du moyeu 44 du disque 42B et le second anneau de fibres 56 est arrangé à une seconde distance radiale de l'axe de rotation x du bord 46 du disque 42B. Le moyeu 44 et le bord 46 sont reliés par un diaphragme 48. Les premier et second anneaux de fibres 54 et 56 minimisent le poids du disque du compresseur 42B. Les fibres sont des fibres céramiques et s'étendent circonférentiellement sur 360 .
Le disque métallique peut comprendre du titane, de l'aluminure de titane, un alliage de titane ou n'importe quel métal, alliage ou intermétallique approprié qui est capable de se lier.
La contrainte périphérique des anneaux de fibres peut être modifiée en variant la fraction de volume de fibres dans les anneaux de fibres, toutefois, 35% est normalement utilisé, des fractions de volume au-delà de 35% produisent une résistance transversale réduite.
Bien que l'invention se soit référée à des disques et rotors de compresseur, l'invention est également applicable à des disques et rotors de turbine de moteur à turbine à gaz. L'invention est également applicables à d'autres rotors ou disques, par exemple des turbines à vapeur, etc. L'invention est particulièrement appropriée pour des applications ou le rotor métallique renforcé de fibres a un grand diamètre et est destiné à tourner à de hautes vitesses, toutefois l'invention est également appropriée pour d'autres circonstances.
2874232
Claims (19)
1.- Rotor métallique renforcé de fibres (42) comprenant un moyeu (44), un rebord (46) et un élément (48) s'étendant radialement entre et reliant le moyeu et le rebord, le rotor métallique renforcé de fibres ayant un axe de rotation, le rotor métallique renforcé de fibres ayant au moins deux anneaux de fibres (52, 56) disposés de manière monobloc à l'intérieur du rotor métallique renforcé de fibres, un premier anneau de fibres (52) étant disposé sensiblement à une première distance radiale de l'axe de rotation, un second anneau de fibres (56) étant disposé sensiblement à une seconde distance radiale de l'axe de rotation et la seconde distance radiale est supérieure à la première distance radiale, caractérisé en ce que le premier anneau de fibre (52) est disposé dans le moyeu (44) du rotor métallique renforcé de fibres (42).
2.- Rotor métallique renforcé de fibres selon la revendication 1, dans lequel le second anneau de fibres (56) est disposé dans le rebord (46 du rotor métallique renforcé de fibres (42).
3.- Rotor métallique renforcé de fibres selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le rotor métallique renforcé de fibres (42) comprend du titane, de l'aluminure de titane, un alliage de titane.
4.- Rotor métallique renforcé de fibres selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les anneaux de fibres (52, 56) comprennent du carbure de silicium, du nitrure de silicium, du bore, de l'oxyde d'aluminium ou des fibres céramiques.
5.- Rotor métallique renforcé de fibres selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le rotor métallique renforcé de fibres (42) a au moins une pale de rotor (50).
16 2874232 6.- Rotor métallique renforcé de fibres selon la revendication 5, dans lequel ladite au moins une pale de rotor (50) fait partie intégrante du rotor métallique renforcé de fibres (42).
7.- Rotor métallique renforcé de fibres selon la revendication 5, dans lequel ladite au moins une pale de rotor (50) a un pied arrangé pour être fixé dans au moins une rainure s'étendant axialement ou circonférentiellement dans le rotor métallique renforcé de fibres (42).
8.- Rotor métallique renforcé de fibres selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le rotor métallique renforcé de fibres (42) a un rayon externe, le rayon externe est au moins d'environ 0,5 mètre.
9.- Rotor métallique renforcé de fibres selon l'une quelconques des revendications 1 à 8, comprenant une pluralité de disques de rotor espacés axialement (42), au moins un des disques de rotor (42) ayant au moins deux anneaux de fibres (52,56), chaque disque de rotor (42) ayant une pluralité de pales de rotor (50) s'étendant radialement à partir de celui-ci, un stator (154, 164) espacé du rotor par un intervalle (158, 166), au moins un espaceur annulaire (152) s'étendant axialement entre et fixé à un disque de rotor amont (42A) et à un disque de rotor aval (42B), ledit au moins un espaceur annulaire (152) étant renforcé de fibres pour limiter son déplacement radial et par conséquent l'intervalle (158, 166) entre le rotor et le stator.
10.- Rotor selon la revendication 9, dans lequel le stator comprend un carter (154) entourant et espacé radialement des pales de rotor (50) par un intervalle (158), ledit au moins un espaceur annulaire (152) étant renforcé de fibres pour limiter son déplacement radial et par conséquent, l'intervalle (158) entre le rotor et le stator.
11.- Rotor selon la revendication 9 ou la revendication 10, dans lequel le stator comprend un ensemble d'aubes de stator (162, 164) entourant et espacé radialement de 17 2874232 l'espaceur annulaire (152) par un intervalle (166), ledit au moins un espaceur annulaire (152) étant renforcé de fibres pour limiter son déplacement radial et par conséquent l'intervalle (166) entre le rotor et le stator.
12.- Rotor selon la revendication 11, dans lequel l'espaceur annulaire (152) a au moins une nervure s'étendant circonférentiellement (160) pour définir une garniture d'étanchéité à labyrinthe avec l'ensemble d'aubes de stator.
13.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel ledit au moins un espaceur annulaire (152) est un espaceur métallique renforcé de fibres.
14.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel tous les disques de rotor (42) sont des disques métalliques renforcés de fibres, le disque métallique renforcé de fibres étant renforcé par au moins deux anneaux de fibres (52, 56) 15.- Rotor selon la revendication 13, dans lequel l'espaceur métallique renforcé de fibres (152) comprend du titane, de l'aluminure de titane ou un alliage de titane.
16.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, dans lequel les fibres de renforcement (174) comprennent du carbure de silicium, du nitrure de silicium, du bore, de l'oxyde de l'aluminium ou des fibres céramiques.
17.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 9 à 25 16, dans lequel il y a une pluralité d'espaceurs annulaires (152).
18.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, dans lequel le renforcement de fibres dans l'espaceur annulaire (152) est choisi pour fournir une rigidité suffisante à l'espaceur annulaire (152) pour minimiser un déplacement radialement vers l'extérieur de l'espaceur annulaire (152) par rapport au disque de rotor amont (42A) et au disque de rotor aval (42B).
18 2874232 19.- Rotor selon la revendication 18, dans lequel le renforcement de fibres dans l'espaceur annulaire (52) est choisi pour conférer une rigidité suffisante à l'espaceur annulaire (152) pour s'adapter au déplacement radialement vers l'extérieur de l'espaceur annulaire (152), du disque de rotor amont (42A) et du disque de rotor aval (42B).
20.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 9 à 19, dans lequel le renforcement de fibres dans l'espaceur annulaire (152) est choisi pour conférer une rigidité suffisante à l'espaceur annulaire (152) pour produire un déplacement radialement vers l'intérieur de l'espaceur annulaire (152) par rapport au disque de rotor amont (42A) et au disque de rotor aval (42B).
21.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, dans lequel le rotor est un rotor de compresseur ou un rotor de turbine.
22.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, dans lequel le rotor est un rotor de turbine à gaz. * * *
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1739282A1 (fr) * | 2005-06-29 | 2007-01-03 | Snecma | Rotor de turbomachine comprenant au moins un disque renforce par un anneau composite |
| EP1887187A2 (fr) * | 2006-07-31 | 2008-02-13 | General Electric Company | Aube de rotor |
| EP1920871A1 (fr) * | 2006-11-08 | 2008-05-14 | General Electric Company | Rotor à aubage intégral ayant un composant annulaire MMC et un composant de profil aérodynamique ayant des profils aérodynamiques monolithiques |
| EP1920870A1 (fr) * | 2006-11-08 | 2008-05-14 | General Electric Company | Rotor à aubage integral ayant un composant annulaire mmc et un composant unitaire à profil aérodynamique |
| FR2956599A1 (fr) * | 2010-02-22 | 2011-08-26 | Snecma | Procede pour la realisation d'un anneau aubage monobloc |
| US10995768B2 (en) | 2016-10-25 | 2021-05-04 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Compressor rotor of a fluid flow machine |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1040697A (fr) * | 1951-04-14 | 1953-10-16 | Perfectionnements aux rotors et notamment à ceux de compresseurs, turbines et moteurs à réaction | |
| FR2335701A1 (fr) * | 1974-10-07 | 1977-07-15 | Garrett Corp | Rotor en ceramique pour moteur a turbine a gaz |
| FR2567052A1 (fr) * | 1984-07-07 | 1986-01-10 | Rolls Royce | Elements a aubes d'une seule piece |
| US4867644A (en) * | 1987-05-15 | 1989-09-19 | Allied-Signal Inc. | Composite member, unitary rotor member including same, and method of making |
| US5030277A (en) * | 1990-12-17 | 1991-07-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method and titanium aluminide matrix composite |
| EP0629770A2 (fr) * | 1993-06-15 | 1994-12-21 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàNchen Gmbh | Procédé pour la préparation d'un anneau à aubes pour des rotors tambour d'une turbomachine |
| EP0747573A1 (fr) * | 1995-06-05 | 1996-12-11 | Allison Engine Company, Inc. | Rotor pour turbine à gaz avec anneaux-support |
| EP0831154A1 (fr) * | 1996-09-24 | 1998-03-25 | ROLLS-ROYCE plc | Méthode de fabrication d'un composant métallique renforcé par des fibres |
-
1998
- 1998-07-28 FR FR9809633A patent/FR2874232B1/fr not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1040697A (fr) * | 1951-04-14 | 1953-10-16 | Perfectionnements aux rotors et notamment à ceux de compresseurs, turbines et moteurs à réaction | |
| FR2335701A1 (fr) * | 1974-10-07 | 1977-07-15 | Garrett Corp | Rotor en ceramique pour moteur a turbine a gaz |
| FR2567052A1 (fr) * | 1984-07-07 | 1986-01-10 | Rolls Royce | Elements a aubes d'une seule piece |
| US4867644A (en) * | 1987-05-15 | 1989-09-19 | Allied-Signal Inc. | Composite member, unitary rotor member including same, and method of making |
| US5030277A (en) * | 1990-12-17 | 1991-07-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method and titanium aluminide matrix composite |
| EP0629770A2 (fr) * | 1993-06-15 | 1994-12-21 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàNchen Gmbh | Procédé pour la préparation d'un anneau à aubes pour des rotors tambour d'une turbomachine |
| EP0747573A1 (fr) * | 1995-06-05 | 1996-12-11 | Allison Engine Company, Inc. | Rotor pour turbine à gaz avec anneaux-support |
| EP0831154A1 (fr) * | 1996-09-24 | 1998-03-25 | ROLLS-ROYCE plc | Méthode de fabrication d'un composant métallique renforcé par des fibres |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1739282A1 (fr) * | 2005-06-29 | 2007-01-03 | Snecma | Rotor de turbomachine comprenant au moins un disque renforce par un anneau composite |
| EP1887187A2 (fr) * | 2006-07-31 | 2008-02-13 | General Electric Company | Aube de rotor |
| EP1887187A3 (fr) * | 2006-07-31 | 2013-01-23 | General Electric Company | Aube de rotor |
| EP1920871A1 (fr) * | 2006-11-08 | 2008-05-14 | General Electric Company | Rotor à aubage intégral ayant un composant annulaire MMC et un composant de profil aérodynamique ayant des profils aérodynamiques monolithiques |
| EP1920870A1 (fr) * | 2006-11-08 | 2008-05-14 | General Electric Company | Rotor à aubage integral ayant un composant annulaire mmc et un composant unitaire à profil aérodynamique |
| US7766623B2 (en) | 2006-11-08 | 2010-08-03 | General Electric Company | System for manufacturing a rotor having an MMC ring component and an airfoil component having monolithic airfoils |
| US7784182B2 (en) | 2006-11-08 | 2010-08-31 | General Electric Company | System for manufacturing a rotor having an MMC ring component and a unitary airfoil component |
| FR2956599A1 (fr) * | 2010-02-22 | 2011-08-26 | Snecma | Procede pour la realisation d'un anneau aubage monobloc |
| US10995768B2 (en) | 2016-10-25 | 2021-05-04 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Compressor rotor of a fluid flow machine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2874232B1 (fr) | 2007-06-15 |
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