FR2967453A1 - Disque de retention d'aubes - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un disque de rétention d'aubes (20) comportant, sur sa surface externe, une rainure annulaire périphérique (22) apte à recevoir une pluralité de pieds (29) d'aube de type attache marteau, ladite rainure annulaire périphérique (22) comportant une fenêtre de chargement (23) destinée à l'introduction des pieds (29) d'aube dans ladite rainure annulaire périphérique (22). Le disque de rétention (20) comporte en outre : - une couronne (25) recouvrant ladite rainure annulaire périphérique (22); - des moyens de centrage (24) de ladite couronne (25), lesdits moyens de centrage (24) et ladite couronne (25) formant une enceinte (28) d'alimentation en air du fond de ladite rainure annulaire périphérique (22) ; - au moins un orifice (31) débouchant dans ladite enceinte (28) d'alimentation en air, ledit orifice (31) étant destiné à l'introduction d'air de refroidissement dans ladite enceinte (28) d'alimentation en air. Le disque de rétention d'aubes trouve une application directe dans le domaine d'une turbine basse pression d'une turbomachine d'aéronef.

Description

DISQUE DE RETENTION D'AUBES
L'invention concerne un disque de rétention d'aubes. Plus particulièrement, l'invention concerne un disque de rétention d'aubes de type attache marteau dont est munie une turbomachine d'aéronef. Comme décrit dans la demande de brevet No. FR0756066, classiquement des disques de rétention d'une turbomachine, tels que les disques 1 (Cf. figure 1) d'un premier étage 2 et d'un deuxième étage 3 d'une turbine basse-pression, comportent à leur périphérie une pluralité d'alvéoles 4 sensiblement transversales dans lesquelles sont montés par emmanchement des pieds 5 d'aubes 6. En outre, entre deux aubes 6 voisines est disposée une plateforme (non représentée). L'ensemble des plateformes que comporte le disque de rétention permet de former le profil d'une veine au dessus de laquelle, lors du fonctionnement de la turbomachine, circule des gaz dont la température avoisine 700 degrés. Il s'ensuit que les pieds 5 d'aube 6 et les alvéoles 4 sont directement exposés à ces températures élevées. Il est donc important de les refroidir 20 pour éviter tout endommagement des disques de rétention 1. A cet effet, il est connu de prélever une partie de l'air qui s'écoule en dehors de la veine d'écoulement de la turbine basse-pression (i.e. en provenance de la chambre de compression) pour l'acheminer via un circuit de refroidissement jusqu'aux alvéoles 4 des disques de rétention 1. 25 Les disques de rétention 1 du premier étage 2 et du deuxième étage 3 sont centrés sur un axe longitudinal X de la turbomachine et sont fixés l'un à l'autre au moyen de liaisons boulonnées 7 régulièrement réparties autour de cet axe X. Chaque disque de rétention 1 comporte une bride annulaire 8 30 présentant une face amont sur laquelle est monté un flasque annulaire 9 formant une cavité annulaire 10. Cette dernière est ouverte à son extrémité inférieure au niveau de la chambre de compression où circule de l'air dont la température avoisine 400 degrés. A son extrémité opposée, cette cavité annulaire 10 débouche dans le fond de chacune des alvéoles 4 et permet ainsi de refroidir les alvéoles 4 et les pieds 5 des aubes 6. Le refroidissement du fond des alvéoles 4 permet de préserver le disque de rétention 1 de tout endommagement dû à une température élevée.
En revanche, la fabrication de disques de rétention 1 conforme à ceux précités est onéreuse. Ce coût est notamment dû à l'obligation d'usiner une à une, au moyen d'une machine outil de type brocheuse, les alvéoles 4 du disque de rétention 1, lequel disque de rétention 1 comporte habituellement 160 alvéoles 4.
En outre, les brides annulaires 8, les flasques annulaires 9 et les éléments de boulonnage 7 d'une turbine basse-pression constituent une part non négligeable de la masse et du coût de fabrication de la turbine basse pression. Dans ce contexte l'invention se propose de résoudre les problèmes précités. Plus particulièrement, l'invention se propose de fournir un disque de rétention d'aubes adapté pour être refroidi au niveau de sa surface périphérique et dont le coût de fabrication est relativement faible. A cette fin, l'invention porte sur un disque de rétention d'aubes comportant, sur sa surface externe, une rainure annulaire périphérique apte à recevoir une pluralité de pieds d'aube de type attache marteau, ladite rainure annulaire périphérique comportant une fenêtre de chargement destinée à l'introduction des pieds d'aube dans ladite rainure annulaire périphérique, ledit disque étant caractérisé en ce qu'il comporte : une couronne recouvrant ladite rainure annulaire périphérique ; des moyens de centrage de ladite couronne, lesdits moyens de centrage et ladite couronne formant une enceinte d'alimentation en air du fond de ladite rainure annulaire périphérique ; - au moins un orifice débouchant dans ladite enceinte d'alimentation en air, ledit orifice étant destiné à l'introduction d'air de refroidissement dans ladite enceinte d'alimentation en air.
De façon comparative à un disque de rétention d'aubes de type broché, la réalisation d'un disque de rétention d'aubes à attache marteau est moins coûteuse. Cette particularité avantageuse est notamment due à la nécessité de réaliser une unique rainure annulaire pour l'assemblage de toutes les aubes, cette rainure étant réalisée au moyen d'une opération de tournage. En outre, grâce à l'invention et plus particulièrement à l'enceinte de refroidissement, lors du fonctionnement d'une turbomachine munie d'un tel disque de rétention d'aubes, de l'air en provenance de la chambre de compression est introduit dans l'enceinte d'alimentation en air de refroidissement via ledit orifice. Cette enceinte d'alimentation en air débouche dans la rainure annulaire de sorte que l'air contenu dans l'enceinte puisse être diffusé dans la rainure annulaire et refroidir ainsi cette dernière. Le refroidissement du fond et des bords de la rainure permet d'accroître la durée de vie du disque de rétention d'aubes. Le disque de rétention d'aubes selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement réalisables.
Dans une réalisation avantageuse non limitative, les moyens de centrage sont formés par un becquet annulaire prolongeant axialement le disque de rétention au niveau de la périphérie amont dudit disque de rétention. L'amont et l'aval étant définis par rapport au sens d'écoulement de l'air dans la turbomachine, l'air circulant d'amont en aval. Dans une réalisation avantageuse non limitative, la couronne comporte un crochet apte à coopérer avec les moyens de centrage. Cette coopération est destinée à assurer l'étanchéité de l'enceinte d'alimentation en air de refroidissement. L'étanchéité est assurée uniquement du côté amont du disque de rétention. Ainsi, l'air qui est introduit dans cette enceinte est forcé de s'échapper du côté aval du disque de rétention, c'est-à-dire après avoir traversé et refroidi la rainure annulaire.
Dans une réalisation avantageuse non limitative, la couronne est formée par une bande métallique enroulée sur elle-même. Dans une réalisation avantageuse non limitative, la couronne est munie d'une pluralité d'ouvertures radiales, chaque ouverture radiale étant positionnée en regard de la rainure annulaire périphérique. Ainsi, lorsque les pieds d'aube sont positionnés dans la rainure annulaire, chaque pied d'aube traverse une des ouvertures de la couronne. Dans une réalisation avantageuse non limitative, la couronne comporte une pluralité de réflecteurs destinés à être disposés dans la rainure annulaire, chaque réflecteur étant positionné entre deux ouvertures radiales et s'étendant radialement de la surface interne de ladite couronne vers son centre. Chaque réflecteur permet avantageusement de diriger l'air contenu dans l'enceinte de refroidissement vers le fond de la rainure annulaire. Dans une réalisation avantageuse non limitative, l'orifice traverse les moyens de centrage. L'emplacement de cet orifice permet de ne pas fragiliser le disque de rétention dans des zones soumises à de fortes contraintes comme par exemple la zone avoisinant la rainure annulaire. L'invention concerne également un tambour de rétention d'aubes. Le tambour de rétention comporte au moins deux disques de rétention d'aubes conforme à l'invention. Les deux disques sont coaxiaux et sont solidarisés entre eux par exemple par soudage. L'utilisation d'un tambour permet de réduire le poids de la turbomachine qui est munie de deux disques de rétention d'aubes. En effet, un tambour présente un poids inférieur au poids de disques brochés qui sont solidarisés entre eux au moyen de liaisons boulonnées. En d'autres termes, grâce à l'invention il est possible d'utiliser un tambour et refroidir les pieds des aubes de ce tambour. L'invention concerne également une turbomachine comportant au moins un disque de rétention d'aubes selon l'invention.
L'invention porte en outre sur un procédé d'assemblage d'un disque de rétention d'aubes conforme à l'invention, le procédé d'assemblage comportant : - une première étape de positionnement de la couronne autour de la rainure annulaire périphérique ; - une deuxième étape de positionnement d'une première ouverture radiale de ladite couronne en regard de la fenêtre de chargement ; - une troisième étape d'insertion, via ladite première ouverture radiale, d'un pied d'aube dans ladite fenêtre de chargement ; - une quatrième étape de glissement dans ladite rainure annulaire dudit pied d'aube de sorte qu'une deuxième ouverture radiale de ladite couronne soit positionnée en regard de ladite fenêtre de chargement ; - les deuxième, troisième et quatrième étapes étant réitérées un nombre de fois égal au nombre de pieds d'aube positionnés dans ladite rainure annulaire périphérique. D'autres caractéristiques et avantages du disque de rétention d'aubes selon l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées ci-jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 représente deux étages d'une turbine basse-pression conforme à celles de l'état de la technique ; - la figure 2 représente une vue en trois dimensions d'une partie d'un disque de rétention d'aubes conforme à celui de l'invention ; - la figure 3 illustre une vue en trois dimensions d'une partie d'un disque de rétention d'aubes identique à celui représenté sur la figure 2 comportant en outre une couronne ; - la figure 4 représente un agrandissement d'une partie d'un disque de rétention d'aubes similaire à celui qui est représenté sur la figure 3 ; - la figure 5 illustre un synoptique des étapes d'un procédé d'assemblage d'un disque de rétention d'aubes conforme à l'invention.
La figure 1 a été utilisée pour illustrer l'état de la technique.
Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique. La figure 2 représente une vue en trois dimensions d'une partie d'un disque de rétention d'aubes 20 conforme à celui de l'invention. Le disque 20 comporte sur sa surface externe 21 une rainure annulaire périphérique 22. Cette rainure annulaire 22 est apte à recevoir une pluralité de pieds d'aube (non représentés) de type attache marteau. Dans une réalisation non limitative, la rainure annulaire 22 est réalisée au moyen d'une machine-outil de type tour. En outre, la rainure annulaire 22 comporte une fenêtre de chargement 23 destinée à l'introduction des pieds d'aube dans la rainure annulaire 22. En effet, chaque pied d'aube est introduit dans la fenêtre de chargement 23 puis glissé dans la rainure annulaire 22 pour y être maintenu. A cet effet, la rainure annulaire 22 présente une forme complémentaire à celle des pieds d'aube de façon à ce que chaque pied d'aube soit maintenu dans la rainure annulaire 22 par simple coopération de forme avec les parois latérales de cette dernière. Cette particularité permet ainsi de retenir les aubes dans la direction radiale par rapport au disque de rétention 20 dans lequel leur pied est logé. En outre, le disque 20 comporte des moyens de centrage 24 d'une couronne 25 (représentée sur la figure 3 et sur la figure 4) entourant la rainure annulaire 22. La couronne 25 comporte un crochet annulaire 26 adapté pour coopérer avec les moyens de centrage 24.
Cette couronne 25 comporte en outre une pluralité d'ouvertures radiales 27, chaque ouverture radiale 27 étant apte à recevoir un pied d'aube. Dans une réalisation non limitative, la couronne 25 est réalisée au moyen d'une bande métallique (ou tôle) que l'on enroule pour former la couronne 25, cette bande métallique (ou tôle) pouvant être réalisée au moyen d'un alliage de type base nickel ou cobalt. Dans une réalisation non limitative représentée sur les figures 2, 3 et 4, les moyens de centrage 24 sont disposés du côté amont du disque de rétention 20 et sont formés par un becquet (ou crochet) annulaire 34 prolongeant axialement le disque de rétention 20 au niveau sa périphérie. Il est entendu que ces moyens de centrage 24 peuvent être disposés différemment ou présenter une forme différente.
Comme illustré sur la figure 4, l'association des moyens de centrage 24 et de la couronne 25 permet de former une enceinte annulaire 28 d'alimentation en air de refroidissement. Cette enceinte 28 est étanche du côté amont du disque de rétention 20 grâce à la coopération du crochet annulaire 26 de la couronne 25 avec les moyens de centrage 24. En outre, l'enceinte 28 est ouverte à son extrémité aval. Comme représenté sur la figure 4, chaque pied 29 d'aube comporte une plateforme 30, chaque plateforme 30 étant positionnée au contact et au dessus de la couronne 25 de façon à maintenir cette couronne 25. En d'autres termes, la couronne 25 est emprisonnée entre la surface externe 21 du disque de rétention 20 et les plateformes 30 des pieds 29 d'aube. Les moyens de centrage 24 comportent également un orifice 31 d'alimentation en air de l'enceinte 28. Ainsi, lors du fonctionnement de la turbomachine, une partie de l'air circulant dans la chambre de compression (non représentée) pénètre dans l'enceinte 28 via l'orifice 31 pour ensuite être diffusé dans la rainure annulaire 22. Cet air permet de refroidir le fond de la rainure annulaire 22. L'air s'échappe ensuite de la rainure annulaire 22 via l'extrémité aval de l'enceinte 28. Il est entendu que les moyens de centrage 24 peuvent comporter une pluralité d'orifices 31 d'alimentation en air.
En outre, comme illustré sur les figures 3 et 4, la couronne 25 comporte une pluralité de réflecteurs 32. Chaque réflecteur 32 est disposé radialement entre deux ouvertures radiales 27 voisines et s'étend de la surface interne 33 de la couronne 25 vers son centre. Tous les réflecteurs 32 sont disposés dans la rainure annulaire 22 de façon à forcer l'air en provenance de l'orifice 31 à venir au contact du fond de la rainure annulaire 22. Ainsi, une partie de l'air en provenance de la chambre de compression pénètre dans l'enceinte 28 via l'orifice 31 et contourne ensuite les réflecteurs 32 pour passer au fond de la rainure annulaire 22 et ressortir du côté aval du disque de rétention 20. En outre, comme le disque de rétention 20 est en rotation, l'air qui pénètre au fond de la rainure annulaire 22 refroidit la totalité du fond de cette dernière.
En d'autres termes, les moyens de centrages 24 et la couronne 25 permettent de cloisonner l'environnement situé autour des attaches marteau (ou pieds 29 d'aube) de façon à pouvoir les alimenter en air. En outre, comme représenté sur la figure 5, l'assemblage du disque de rétention d'aubes 20 selon l'invention est réalisé selon un procédé 100 spécifique comportant notamment : - une première étape 101 de positionnement de la couronne 25 autour de la rainure annulaire 22 ; lorsque la couronne 25 est formée par une bande métallique, on enroule la bande métallique autour du disque 20 ; - une deuxième étape 102 de positionnement d'une première ouverture radiale 27 de la couronne 25 en regard de la fenêtre de chargement 23 ; - une troisième étape 103 d'insertion, via la première ouverture radiale 27, d'un pied 29 d'aube dans la fenêtre de chargement 23 ; - une quatrième étape 104 de glissement dans la rainure annulaire 22 du pied 29 d'aube de sorte qu'une deuxième ouverture radiale 27 de la couronne 25 soit positionnée en regard de la fenêtre de chargement 23 ; - les deuxième, troisième et quatrième étapes 102, 103 et 104 étant réitérées un nombre de fois égal au nombre de pieds 29 d'aube positionnés dans la rainure annulaire 22. Par ailleurs, le disque de rétention d'aubes a été plus particulièrement décrit pour une application à une turbine basse pression d'une turbomachine d'aéronef. Toutefois, il peut également être souhaitable d'utiliser le même disque de rétention d'aubes dans le cas de compresseur haute pression d'aéronef sans sortir du cadre de l'invention. Le disque de rétention d'aubes est décrit dans ce qui précède à titre d'exemple, il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes du disque de rétention d'aubes, en particulier concernant la forme et/ou la disposition des moyens de centrage et/ou du crochet de la couronne sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1 Disque de rétention d'aubes (20) comportant, sur sa surface externe (21), une rainure annulaire périphérique (22) apte à recevoir une pluralité de pieds (29) d'aube de type attache marteau, ladite rainure annulaire périphérique (22) comportant une fenêtre de chargement (23) destinée à l'introduction des pieds (29) d'aube dans ladite rainure annulaire périphérique (22), ledit disque de rétention (20) étant caractérisé en ce qu'il comporte : - une couronne (25) recouvrant ladite rainure annulaire périphérique (22); - des moyens de centrage (24) de ladite couronne (25), lesdits moyens de centrage (24) et ladite couronne (25) formant une enceinte (28) d'alimentation en air du fond de ladite rainure annulaire périphérique (22) ; au moins un orifice (31) débouchant dans ladite enceinte (28) d'alimentation en air, ledit orifice (31) étant destiné à l'introduction d'air de refroidissement dans ladite enceinte (28) d'alimentation en air.
  2. 2. Disque de rétention d'aubes (20) selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de centrage (24) sont formés par un becquet annulaire (34) prolongeant axialement le disque de rétention (20) au niveau de la périphérie amont dudit disque de rétention (20).
  3. 3. Disque de rétention d'aubes (20) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la couronne (25) comporte un crochet (26) apte à coopérer avec les moyens de centrage (24).
  4. 4. Disque de rétention d'aubes (20) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la couronne (25) est formée par une bande métallique enroulée sur elle-même.30
  5. 5. Disque de rétention d'aubes (20) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la couronne (25) est munie d'une pluralité d'ouvertures radiales (27), chaque ouverture radiale (27) étant positionnée en regard de la rainure annulaire périphérique (22).
  6. 6. Disque de rétention d'aubes (20) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la couronne (25) comporte une pluralité de réflecteurs (32) destinés à être disposés dans la rainure annulaire périphérique (22), chaque réflecteur (32) étant positionné entre deux ouvertures radiales (27) et s'étendant radialement de la surface interne (33) de ladite couronne (25) vers son centre.
  7. 7. Disque de rétention d'aubes (20) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'orifice (31) traverse les moyens de centrage (24).
  8. 8. Tambour de rétention d'aubes caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux disques de rétention d'aubes (20) conforme à l'une au moins des revendications précédentes, lesdits deux disques de rétention d'aubes (20) étant coaxiaux et solidarisés entre eux.
  9. 9. Turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un disque de rétention d'aubes (20) selon l'une au moins des revendications 1 à 7.
  10. 10. Procédé (100) d'assemblage d'un disque de rétention d'aubes (20), ledit procédé (100) étant caractérisé en ce que l'assemblage d'un disque de rétention d'aubes (20) selon l'une des revendications 1 à 7 comporte : - une première étape (101) de positionnement de la couronne (25) autour de la rainure annulaire périphérique (22) ;- une deuxième étape (102) de positionnement d'une première ouverture radiale (27) de ladite couronne (25) en regard de la fenêtre de chargement (23) ; - une troisième étape (103) d'insertion, via ladite première ouverture radiale (27), d'un pied (29) d'aube dans ladite fenêtre de chargement (23) ; - une quatrième étape (104) de glissement dans ladite rainure annulaire périphérique (22) dudit pied (29) d'aube de sorte qu'une deuxième ouverture radiale (27) de ladite couronne (25) soit positionnée en regard de ladite fenêtre de chargement (23) ; - lesdites deuxième, troisième et quatrième étapes (102, 103 et 104) étant réitérées un nombre de fois égal au nombre de pieds (29) d'aube positionnés dans ladite rainure annulaire périphérique (22).
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