FR2903138A1 - Turbomachine revolving blade e.g. fan blade, has fastening foot engaged and radially retained in cavity of corresponding shape of rotor disk with cavities having helical shape, where foot has helical shape - Google Patents
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Abstract
Description
1 Titre de l'invention Aube mobile et disque de rotor de turbomachine, et1 Title of the Invention Mobile blade and turbomachine rotor disk, and
dispositif d'attache d'une telle aube sur un tel disque. device for attaching such a blade to such a disc.
Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des attaches d'aubes mobiles sur un disque de rotor d'une turbomachine. Plus particulièrement, l'invention concerne une aube mobile calée et un disque de soufflante de turbomachine sur lequel est montée une telle aube, ainsi qu'un dispositif d'attache d'une telle aube sur un tel disque. Dans une turbomachine, les aubes mobiles du rotor de la soufflante, du compresseur ou d'étages de turbines sont montées sur des disques par emmanchement de parties mâles formées par les pieds des aubes dans des cavités (ou alvéoles) formées dans les disques de rotor, cet emmanchement mâle étant par exemple du type en queue d'aronde ou en sapin de façon à ce que les aubes soient retenues radialement sur les disques de rotor. Des moyens sont par ailleurs prévus pour bloquer axialement les pieds des aubes dans les cavités des disques. Généralement, les pieds de telles aubes mobiles sont montés dans des cavités qui sont orientées parallèlement à l'axe de rotation du disque de rotor qui les supporte. Cependant, dans certaines situations, il peut être prévu d'orienter les cavités du disque de rotor de sorte qu'elles forment un angle avec l'axe de rotation dudit disque. On parle alors de calage des aubes. Dans ce cas, les cavités du disque ont typiquement un profil rectiligne. Une aube présentant un fort calage (c'est-à-dire ayant une orientation formant un angle supérieur à 15 avec l'axe de rotation du disque) pose toutefois des problèmes. En effet, une fois celle-ci montée dans la cavité correspondante du disque de rotor, il existe une disproportion d'épaisseurs de chaque côté du pied de l'aube. Cet écart de forme qui est dû au calage du pied de l'aube et qui s'accentue avec la longueur du disque et l'angle de calage entraîne une usure prématurée des pieds d'aube, voire une incompatibilité de technologie due aux épaisseurs restantes trop faibles. BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the general field of mobile blade fasteners on a rotor disk of a turbomachine. More particularly, the invention relates to a fixed blade and a turbomachine fan disk on which is mounted such a blade, and a device for attaching such a blade on such a disk. In a turbomachine, the blades of the rotor of the fan, compressor or turbine stages are mounted on disks by fitting male parts formed by the blade roots in cavities (or cavities) formed in the rotor disks. , this male fitting being for example of the dovetail or fir type so that the blades are retained radially on the rotor disks. Means are also provided for axially locking the blade roots in the cavities of the discs. Generally, the feet of such blades are mounted in cavities which are oriented parallel to the axis of rotation of the rotor disk which supports them. However, in certain situations, it may be provided to orient the cavities of the rotor disk so that they form an angle with the axis of rotation of said disk. This is called paddling blades. In this case, the disk cavities typically have a straight profile. A blade having a strong wedge (that is to say having an orientation forming an angle greater than 15 with the axis of rotation of the disc), however, poses problems. Indeed, once it mounted in the corresponding cavity of the rotor disc, there is a disproportion of thickness on each side of the root of the blade. This difference in shape due to the wedging of the blade root and which increases with the length of the disc and the wedge angle causes premature wear of the blade roots, or even incompatibility of technology due to the remaining thicknesses. too weak.
L'une des solutions connues pour remédier à cet inconvénient est de réaliser un surdimensionnement du diamètre extérieur du disque de 2903138 2 rotor et de celui de la cavité du disque pour contrer l'écart d'épaisseurs de chaque côté du pied d'aube. Or, en pratique, cette solution n'est pas idéale car cela implique une mise en rotation de masse additionnelle qui ne servirait que pour un côté de l'attache de l'aube. One of the known solutions to overcome this disadvantage is to oversize the outer diameter of the rotor disk and that of the disk cavity to counter the difference in thickness on each side of the blade root. However, in practice, this solution is not ideal because it involves an additional mass rotation that would serve only one side of the dawn fastener.
5 Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une attache d'aube mobile sur disque de rotor de turbomachine qui permet de garder des épaisseurs constantes de 10 chaque côté du pied de l'aube sur toute la longueur du disque afin d'en limiter l'usure et la masse. Ce but est atteint grâce à une aube mobile de turbomachine, comportant à une extrémité un pied d'attache destiné à être engagé et retenu radialement dans une cavité de forme correspondante d'un disque 15 de rotor et une surface aérodynamique s'étendant depuis le pied, et dans laquelle, conformément à l'invention, le pied de l'aube présente un profil de forme hélicoïdale. L'aube peut constituer une aube de soufflante de la turbomachine.OBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION The main object of the present invention is therefore to overcome such drawbacks by proposing a blade attachment on a turbomachine rotor disk which makes it possible to keep constant thicknesses on each side of the foot of the rotor. dawn over the entire length of the disc to limit wear and mass. This object is achieved by means of a mobile turbine engine blade having at one end an attachment foot intended to be engaged and retained radially in a correspondingly shaped cavity of a rotor disc 15 and an aerodynamic surface extending from the foot, and wherein, in accordance with the invention, the root of the blade has a helical shape profile. The dawn may constitute a fan blade of the turbomachine.
20 L'invention a aussi pour objet un disque de rotor de turbomachine, comportant à sa périphérie une pluralité de cavités s'étendant longitudinalement entre les deux extrémités axiales opposées du disque et destinées chacune à recevoir un pied d'aube de forme correspondante, caractérisé en ce que chaque cavité présente un profil 25 longitudinal de forme hélicoïdale. De préférence, les cavités du disque forment chacune en développé une droite ayant une orientation longitudinale qui forme un angle avec l'axe de rotation du rotor compris entre 15 et 40 . L'invention a encore pour objet un dispositif d'attache d'une 30 aube mobile sur un disque de rotor de turbomachine, comportant un disque ayant à sa périphérie une pluralité de cavités s'étendant longitudinalement entre les deux extrémités axiales opposées du disque, et une pluralité d'aubes mobiles comportant chacune à une extrémité un pied d'attache engagé et retenu radialement par coopération de forme 35 dans l'une des cavités du disque et une surface aérodynamique s'étendant depuis le pied, caractérisé en ce que les cavités et le pied d'attache des 2903138 3 aubes mobiles présentent chacun un profil longitudinal de forme hélicoïdale. L'utilisation combinée de formes hélicoïdales pour le pied des aubes et les cavités du disque permet de conserver des épaisseurs 5 constantes de chaque côté du pied de l'aube sur toute la longueur du disque de rotor. Ceci est du au fait que la forme générale du pied des aubes et des cavités du disque suivent le profil cylindrique du disque comme cela est le cas pour un filetage de vis. De la sorte, on évite le surdimensionnement des diamètres extérieurs et des cavités du disque.The invention also relates to a turbomachine rotor disk, having at its periphery a plurality of cavities extending longitudinally between the two opposite axial ends of the disk and each intended to receive a blade root of corresponding shape, characterized in that each cavity has a longitudinal profile of helical shape. Preferably, the cavities of the disk each develop a straight line having a longitudinal orientation which forms an angle with the axis of rotation of the rotor between 15 and 40. The invention further relates to a device for attaching a blade to a turbomachine rotor disk, comprising a disk having at its periphery a plurality of cavities extending longitudinally between the two opposite axial ends of the disk, and a plurality of movable blades each having at one end a radially interengaged engaged engagement foot 35 in one of the cavities of the disc and an aerodynamic surface extending from the foot, characterized in that the cavities and the foot of attachment of the 3 blades 3 each have a longitudinal profile of helical shape. The combined use of helical shapes for blade root and disc cavities allows consistent thicknesses to be maintained on either side of the root of the blade over the entire length of the rotor disc. This is because the general shape of the blade root and disk cavities follow the cylindrical profile of the disc as is the case for a screw thread. In this way, over-sizing of the outer diameters and cavities of the disk is avoided.
10 L'invention a encore pour objet une turbomachine comportant au moins un dispositif d'attache tel que défini précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 15 ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif d'attache selon l'invention ; 20 - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques montrant la forme hélicoïdale des cavités du disque de rotor de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue partielle et en perspective d'une aube du dispositif de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue partielle et de côté du disque de la 25 figure 1. Description détaillée d'un mode de réalisation Le dispositif d'assemblage selon l'invention comporte un disque 100 de rotor, par exemple de soufflante de turbomachine, dont l'axe de 30 rotation 102 est confondu avec l'axe longitudinal de la turbomachine. Le dispositif comporte en outre une pluralité d'aubes mobiles 200, telles que par exemple des aubes de soufflante. De façon connue en soi, les aubes mobiles 200 comportent chacune à une extrémité un pied d'attache 202, par exemple du type en 35 queue d'aronde ou en forme de sapin, et une surface aérodynamique 204 s'étendant radialement lorsque l'aube est montée en situation depuis le 2903138 4 pied jusqu'à la tête de l'aube (non représentée sur les figures) et axialement entre un bord d'attaque et un bord de fuite (non représentés). Le disque 100 de rotor est muni à sa périphérie d'une pluralité de cavités (ou alvéoles) 104 qui s'ouvrent vers l'extérieur et s'étendent 5 longitudinalement entre les deux extrémités axiales opposées du disque, chacune de ces cavités étant destinée à recevoir un pied d'attache 202 de l'une des aubes mobiles 200. Les cavités et les pieds d'aubes ont des formes sensiblement correspondantes. Chaque cavité 104 du disque forme ainsi la partie femelle du dispositif d'attache, tandis que chaque pied 10 d'aube 202 en forme la partie mâle. Un anneau 106 ou tout autre système de retenue équivalent peut permettre de maintenir axialement les aubes 200 sur le disque 100. Une fois que les aubes sont montées sur le disque, l'anneau 106 vient en butée contre l'une des extrémités axiales du disque, bloquant ainsi les 15 aubes sur le disque. Quant au maintien radial des aubes 200 sur le disque 100, il est assuré par coopération de forme entre les cavités 104 du disque et les pieds des aubes de forme correspondante. Selon l'invention, le pied 202 des aubes 200 et les cavités 104 du disque 100 présentent chacun un profil de forme hélicoïdale.The invention further relates to a turbomachine comprising at least one attachment device as defined above. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the present invention will become apparent from the description given below, with reference to the accompanying drawings which illustrate an embodiment having no limiting character. In the figures: - Figure 1 is a schematic perspective view of a fastening device according to the invention; Figures 2 and 3 are schematic views showing the helical shape of the cavities of the rotor disk of Figure 1; - Figure 4 is a partial view in perspective of a blade of the device of Figure 1; FIG. 5 is a partial and side view of the disk of FIG. 1. DETAILED DESCRIPTION OF ONE EMBODIMENT The assembly device according to the invention comprises a rotor disc 100, for example a turbomachine fan, whose axis of rotation 102 coincides with the longitudinal axis of the turbomachine. The device further comprises a plurality of blades 200, such as for example fan blades. In a manner known per se, the blades 200 each comprise at one end an attachment foot 202, for example of the dovetail or fir-shaped type, and an aerodynamic surface 204 extending radially when the blade is mounted in position from the foot 4 to the head of the blade (not shown in the figures) and axially between a leading edge and a trailing edge (not shown). The rotor disk 100 is provided at its periphery with a plurality of cavities (or cavities) 104 which open outwardly and extend longitudinally between the two opposite axial ends of the disk, each of these cavities being intended receiving a fastening foot 202 of one of the blades 200. The cavities and the blade roots have substantially corresponding shapes. Each cavity 104 of the disk thus forms the female part of the attachment device, while each blade root 202 forms the male part. A ring 106 or other equivalent retention system may allow the vanes 200 to be held axially on the disc 100. Once the vanes are mounted on the disc, the ring 106 abuts against one of the axial ends of the disc. thus blocking the 15 blades on the disc. As for the radial retention of the blades 200 on the disk 100, it is provided by shape cooperation between the cavities 104 of the disk and the feet of blades of corresponding shape. According to the invention, the foot 202 of the blades 200 and the cavities 104 of the disc 100 each have a helical shape profile.
20 Par forme hélicoïdale, il faut comprendre que le profil géométrique du pied des aubes en situation (c'est-à-dire lorsqu'elles sont montées sur le disque) et des cavités du disque présentent chacun une génératrice ayant une forme de courbe dont la tangente en chaque point fait un angle constant avec l'axe de rotation 102 du disque de rotor.By helical form, it is to be understood that the geometrical profile of the foot of the blades in situ (that is to say when they are mounted on the disc) and cavities of the disc each have a generator having a shape of curve of which the tangent at each point makes a constant angle with the axis of rotation 102 of the rotor disc.
25 En d'autres termes, le profil du pied des aubes et des cavités du disque est réalisé en combinant simultanément deux mouvements : l'un de rotation autour de l'axe de rotation du disque, et l'autre de translation longitudinale suivant cet axe. Un tel profil géométrique est plus précisément schématisé sur 30 les figures 2 à 4. Sur la figure 2, est représenté un cylindre C dont le disque de rotor selon l'invention pourrait être une simple portion P. Ce cylindre C est muni d'une pluralité de courbes en forme d'hélices H centrées sur l'axe de révolution X du cylindre. La direction longitudinale (ou génératrice du 35 profil) des cavités du disque selon l'invention pourrait ainsi être schématisée par la portion P de ces hélices.In other words, the profile of the blade roots and cavities of the disc is achieved by simultaneously combining two movements: one of rotation around the axis of rotation of the disc, and the other of longitudinal translation following this axis. Such a geometric profile is more precisely schematized in FIGS. 2 to 4. FIG. 2 shows a cylinder C whose rotor disk according to the invention could be a simple portion P. This cylinder C is provided with a a plurality of helix-shaped curves H centered on the axis of revolution X of the cylinder. The longitudinal direction (or generatrix of the profile) of the disk cavities according to the invention could thus be schematized by the portion P of these propellers.
2903138 5 Sur la figure 3, est représenté en développé une partie du disque 100 du rotor avec ses cavités 104 de forme hélicoïdale. Les cavités 104 se sont développées en des segments de droites ayant chacun une orientation longitudinale qui forme un angle e constant avec l'axe de 5 rotation 102 du disque. Cet angle e est dépendant de la forme générale de la partie aérodynamique placé au dessus de l'attache sans qu'il y ait de restriction. Il peut être compris entre 15 et 40 par exemple. Quant au profil de forme hélicoïdale des pieds 202 des aubes 200, il est notamment représenté à la figure 4. Sur cette figure, le pied 10 d'attache d'une aube est du type en queue d'aronde avec une surface périphérique 206 destinée à se trouver en regard d'une surface correspondante 108 (figure 5) formant le fond d'une cavité du disque. Cette surface périphérique 206 présente un profil de forme hélicoïdale. Bien entendu, un pied d'attache du type en forme de sapin ou autre 15 présenterait les mêmes caractéristiques. La figure 5 permet d'apprécier pleinement les avantages apportés par la forme géométrique particulière des cavités du disque et du pied des aubes. Sur cette figure, est représenté en vue selon l'une des extrémités axiales du disque une cavité 104 dans laquelle est monté un 20 pied 202 d'une aube 200 selon l'invention. Le pied d'aube 202 est du type en queue d'aronde mais pourrait aussi bien être du type en forme de sapin ou autre. On constate qu'avec de telles formes hélicoïdales de la cavité 104 du disque et du pied 202 de l'aube, les épaisseurs el et e2 situées de 25 part et d'autre du pied sont sensiblement identiques et le restent sur toute la longueur du disque. Ceci est du au fait que les cavités suivent le profil cylindrique du disque. Pour une aube calée de l'art antérieur, ces épaisseurs seraient différentes, ce qui nécessiterait de sur-dimensionner les diamètres extérieurs et des cavités du disque avec les inconvénients 30 que l'on connaît. Avec la géométrie particulière de l'invention, de tels surdimensionnements ne sont plus nécessaires. On notera que la distance séparant la surface périphérique 206 du pied 202 des aubes de la surface correspondante 108 formant fond des cavités 104 permet de faciliter le montage et le démontage des pieds 35 d'aubes dans les cavités du disque.In FIG. 3, a part of the disk 100 of the rotor is shown in developed form with its cavities 104 of helical shape. The cavities 104 have developed into line segments each having a longitudinal orientation which forms an angle e constant with the axis of rotation 102 of the disc. This angle e is dependent on the general shape of the aerodynamic portion placed above the clip without restriction. It can be between 15 and 40 for example. As for the helical shape profile of the feet 202 of the blades 200, it is represented in particular in FIG. 4. In this figure, the attachment root of a blade is of the dovetail type with a peripheral surface 206 intended to to be facing a corresponding surface 108 (Figure 5) forming the bottom of a disk cavity. This peripheral surface 206 has a helical shape profile. Of course, a fir-type or other type of attachment foot would have the same characteristics. FIG. 5 makes it possible to fully appreciate the advantages provided by the particular geometrical shape of the cavities of the disc and the blade root. In this figure, there is shown in view, at one of the axial ends of the disc, a cavity 104 in which is mounted a foot 202 of a blade 200 according to the invention. The blade root 202 is of the dovetail type but could equally well be of the fir-tree type or the like. It can be seen that with such helicoidal shapes of the cavity 104 of the disc and the root 202 of the blade, the thicknesses e1 and e2 located on either side of the foot are substantially identical and remain so throughout the entire length of the blade. disk. This is because the cavities follow the cylindrical profile of the disc. For a sharp blade of the prior art, these thicknesses would be different, which would require to oversize the outer diameters and cavities of the disc with the disadvantages that are known. With the particular geometry of the invention, such oversizes are no longer necessary. It will be noted that the distance separating the peripheral surface 206 from the root 202 of the blades of the corresponding surface 108 forming the bottom of the cavities 104 makes it easier to assemble and dismount the blade roots 35 in the cavities of the disc.
2903138 6 On notera également que l'invention s'applique sans aucune restriction quant au choix de la forme du pied d'attache des aubes et des cavités du disque. En fonction de la mise en oeuvre de fabrication, la forme 5 générale de la génératrice des cavités du disque peut être débouchant (cas des figures 1 et 3) ou non débouchant. Le dispositif d'attache selon l'invention peut éventuellement comporter l'intégration d'une cale de forme hélicoïdale (non représentée sur les figures) répondant aux profils du pied d'aube et de la cavité et qui 10 s'intercale entre ces deux éléments.It will also be noted that the invention applies without any restriction as to the choice of the shape of the root of the vanes and the cavities of the disc. Depending on the manufacturing implementation, the general shape of the generatrix of the cavities of the disc may be opening (in the case of FIGS. 1 and 3) or not opening. The attachment device according to the invention may optionally comprise the integration of a wedge of helical shape (not shown in the figures) corresponding to the profiles of the blade root and the cavity and which is inserted between these two elements.
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