FR3018849A1

FR3018849A1 - Piece de revolution pour un rotor de turbomachine

Info

Publication number: FR3018849A1
Application number: FR1452474A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Trappier
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-09-25
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: EP3123001A1; JP6554482B2; CN106460530B; RU2674859C2; US10436043B2; US20170122117A1; BR112016021652B1; WO2015145016A1; RU2016140852A; FR3018849B1; CA2943461C; EP3123001B1; CA2943461A1; CN106460530A; RU2016140852A3; JP2017519143A; BR112016021652A2

Abstract

Pièce de révolution, telle qu'un disque (24'), pour un rotor de turbomachine, comportant à sa périphérie une rangée annulaire de dents (22') qui définissent entre elles des rainures (34', 34'') de logement de pieds d'aubes de rotor (10', 10''), caractérisée en ce que chaque dent présente, sur sensiblement toute sa dimension longitudinale, un défaut de symétrie par rapport à un plan longitudinal médian sensiblement radial (P1).

Description

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une pièce de révolution pour un rotor de turbomachine, et en particulier une pièce comportant à sa périphérie une rangée annulaire de dents qui définissent entre elles des rainures de logement de pieds d'aubes de rotor. Ce type de pièce est par exemple un disque de rotor. ETAT DE L'ART Un disque de rotor de turbomachine comprend à sa périphérie une rangée annulaire de rainures brochées dans lesquelles sont emmanchées des pieds d'aubes de rotor. Chaque aube comporte en général une pale reliée par une plate forme à un pied. Ce pied comprend deux parties, une partie radialement interne appelée bulbe et une partie radialement externe appelée échasse. Le bulbe du pied est relié par son échasse à la plate- forme de l'aube. Le pied d'une aube peut avoir une forme en sapin ou en queue d'aronde. Dans le cas d'un pied d'aube en queue d'aronde, son bulbe comprend un lobe et, dans le cas d'un pied d'aube en sapin, son bulbe comprend deux ou trois lobes. Chaque lobe est relié à un autre lobe ou à l'échasse du pied par un col, c'est-à-dire une partie de plus faible section ou épaisseur. Ce type de disque à attaches brochées peut être utilisé dans un compresseur ou une turbine de turbomachine. Classiquement, les attaches brochées en sapin sont utilisées pour des turbines relativement chargées, c'est-à-dire pour des turbines à fort régime ou à forte section de veine, car il y a des contraintes plus importantes à cause de la force centrifuge plus importante. Plusieurs critères mécaniques sont à respecter dans ces attaches : - les critères absolus, c'est-à-dire la tenue des aubes et des dents du disque dans le domaine élastique ainsi que la tenue en fatigue vibratoire, fatigue oligocyclique et fluage pour toutes les conditions de vol normales ; - les critères relatifs, qui correspondent à la hiérarchie de rupture sur l'ensemble du rotor. En effet, il y a une hiérarchisation des contraintes qui doit être respectée dans l'aube et dans le disque. En cas de dysfonctionnement du moteur, la section possédant la plus forte contrainte de traction est la section la plus propice à la rupture. Le carter entourant la turbine doit retenir tous les éventuels débris émanant de la turbine, c'est pourquoi plus le débris d'aube est important, et plus le carter sera massif pour pouvoir le contenir. D'autre part, il ne doit pas y avoir de rupture de la dent du disque car cela pourrait provoquer une réaction en chaîne conduisant à un relâchement d'une grande partie des aubes. Pour résumer, en référence à la figure 3, la section avec la contrainte la plus forte doit se situer dans la pale de l'aube 10, les sections des cols inférieur 12 et supérieur 14 du bulbe 16 doivent avoir des contraintes inférieures à celle de la pale (o-bi < abs < o-bp (contrainte basse pale)), et les sections des cols inférieur 18 et supérieur 20 de la dent 22 doivent avoir une contrainte relativement plus faible que celle de l'aube 10 ramenées à la limite élastique du matériau du disque 24 à la température de l'attache (o-di,s / o-e du disque (limite élastique du matériau du disque) < o-bp / o-e de l'aube (limite élastique du matériau de l'aube)).

Dans certaines turbomachines, les critères absolus sont respectés mais pas la hiérarchie de rupture car soit la section est suffisante dans le bulbe 16 mais pas dans la dent 22, soit la section est suffisante dans la dent 22 mais pas dans le bulbe 16. Une solution à ce problème consisterait à augmenter la taille des sections dans les cols 12, 14 des bulbes 16 tout en augmentant la taille des cols dans les dents 22. Or, la largeur ou dimension circonférentielle totale de l'attache (dent + bulbe) est directement dictée par la forme de la veine ainsi que le nombre d'aubes 10. Modifier la veine provoquerait des pertes de rendement de la turbine, ce qui conduirait à des pertes de performances du moteur.

La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose une pièce de révolution pour un rotor de turbomachine, comportant à sa périphérie une rangée annulaire de dents qui définissent entre elles des rainures de logement de pieds d'aubes de rotor, caractérisée en ce que chaque dent présente, sur sensiblement toute sa dimension longitudinale, un défaut de symétrie par rapport à un plan longitudinal médian sensiblement radial.

Dans la présente demande, on entend par plan longitudinal médian sensiblement radial d'un élément (tel qu'une dent ou une rainure) d'une pièce de révolution, un plan qui s'étend le long d'un axe longitudinal de l'élément et qui passe sensiblement au milieu de cet élément. Ce plan a une orientation sensiblement radiale par rapport à un axe longitudinal ou de révolution de la pièce. L'axe longitudinal de l'élément peut être sensiblement parallèle à l'axe longitudinal ou de révolution de la pièce. Dans ce cas, le plan précité s'étend le long de l'axe longitudinal de la pièce. Dans la technique antérieure, les dents d'une pièce de révolution de rotor, telle que d'un disque, présentent chacune une symétrie par rapport à un plan longitudinal médian sensiblement radial. Au contraire, selon l'invention, chaque dent de la pièce de rotor n'est pas symétrique par rapport à un plan longitudinal médian sensiblement radial. Ceci permet de résoudre le problème précité en facilitant une meilleure répartition des concentrations de contraintes dans les dents de la pièce. Cela permet par exemple d'avoir des largeurs ou dimensions circonférentielles aux cols des dents du disque plus importantes. Les sections des dents du disque peuvent être augmentées sans pour autant que soient diminuées les sections des bulbes des pieds d'aubes. Chaque rainure de la pièce peut présenter, sur sensiblement toute sa dimension longitudinale, une symétrie par rapport à un plan longitudinal médian sensiblement radial.

Chaque dent peut comprendre un premier flanc latéral comportant au moins une portée de retenue d'un pied d'aube et un second flanc latéral comportant au moins une portée de retenue d'un pied d'aube adjacent, la ou chaque portée du premier flanc étant située sur une circonférence centrée sur l'axe de révolution de la pièce annulaire, et la ou chaque portée du second flanc étant située sur une seconde circonférence centrée sur ledit axe de révolution et différente de la première circonférence. Les rainures peuvent avoir en section une forme en sapin ou en queue d'aronde.

Les rainures peuvent présenter des profondeurs ou dimensions radiales différentes. De préférence, les rainures comprennent une première série de rainures identiques régulièrement réparties autour de l'axe de révolution de la pièce, et une seconde série de rainures identiques entre elles, différentes des rainures de la première série et régulièrement réparties autour de l'axe de révolution de la pièce, chaque rainure de la première série étant située entre deux rainures de la seconde série, et chaque rainure de la seconde série étant située entre deux rainures de la première série. La présente invention concerne encore un rotor de turbomachine, comportant une pièce annulaire telle que décrite ci-dessus et une rangée annulaire d'aubes qui comportent chacune une pale reliée à un pied qui est emmanché dans une rainure de la pièce, chaque pied comportant une échasse radialement externe et un bulbe radialement interne, caractérisé en ce que la rangée d'aubes comprend une première série d'aubes ayant des échasses de dimension radiale D5 et une seconde série d'aubes ayant des échasses de dimension radiale D6 supérieure à D5, chaque aube de la première série étant située entre deux aubes de la seconde série, et chaque aube de la seconde série étant située entre deux aubes de la première série.

Les aubes ont des pieds en sapin ou en queue d'aronde.

La présente invention concerne également un module de turbomachine, tel qu'un compresseur ou une turbine, comportant au moins une pièce annulaire ou au moins un rotor tel que décrit ci-dessus. La présente invention concerne enfin une turbomachine, comportant au moins une pièce annulaire ou au moins un rotor tel que décrit ci-dessus. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux 10 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un rotor de turbomachine, et en particulier d'une roue de rotor, selon la technique antérieure, - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective et à plus 15 grande échelle du disque de la roue de rotor de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique de dents d'un disque de rotor selon la technique antérieure, et - la figure 4 est une vue schématique de dents d'un disque de rotor selon l'invention. 20 DESCRIPTION DETAILLEE On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent une roue de rotor 26 d'une turbomachine, cette roue comportant un disque 24 portant à sa périphérie une rangée annulaire d'aubes 10. Chaque aube 10 comprend une pale 28 reliée par une plate forme 25 30 à un pied 32 qui est emmanché dans une rainure 34 de la périphérie du disque 24. Le disque 24 comprend à sa périphérie une rangée annulaire de dents 22 qui définissent entre elles les rainures 34 de réception des pieds 32 des aubes 10. Le nombre de rainures 34 ou de dents 22 du disque 24 30 est donc égal au nombre d'aubes 10 qu'il peut porter.

Les rainures 34 sont obtenues par brochage de la périphérie externe du disque 24 et ont ici une orientation sensiblement parallèle à l'axe longitudinal ou de révolution A du disque 24. Comme cela est mieux visible en figure 3, les pieds d'aubes 32 ont ici une forme en sapin à deux lobes 36. Un pied d'aube 32 comprend une échasse 38 radialement externe et un bulbe 16 radialement interne qui est relié par l'échasse 38 à la plate forme de l'aube 10. Chaque pied d'aube 32 comprend deux cols 12, 14 (ou parties de plus faible épaisseur ou section), un col inférieur 12 entre les deux lobes 36 du bulbe 16, et un col supérieur 14 entre le lobe supérieur et l'échasse 38. Chaque pied 32 présente une symétrie par rapport à un plan longitudinal médian sensiblement radial Pl. Chaque dent 22 du disque 24 comprend deux flancs latéraux 40 qui sont conformés pour coopérer avec les pieds 32 d'aubes 10 adjacentes et pour les retenir radialement dans les rainures 34. Chaque flanc 40 d'une dent 22 comprend ici deux portées 42 respectivement supérieure et inférieure. La portée supérieure 42 forme une face d'appui d'une face latérale du lobe supérieur d'un pied d'aube, et la portée inférieure 42 forme une face d'appui d'une face latérale du lobe inférieur de ce pied d'aube. Les portées 42 d'un flanc 40 sont formées par des parties en saillie qui s'étendent sur sensiblement toute la dimension longitudinale de la dent 22, comme cela est visible en figure 1. Les portées 42 d'un flanc 40 sont séparées l'une de l'autre par une partie en creux qui s'étend également sur sensiblement toute la dimension longitudinale de la dent 22. Dans la technique antérieure, comme cela est visible en figure 3, chaque dent 22 présente une symétrie par rapport à un plan longitudinal médian sensiblement radial P2. Du fait de cette symétrie, les parties en creux des flancs 40 d'une même dent 22 sont situées sensiblement sur une même circonférence Cl centrée sur l'axe A. Ces parties en creux définissent un col supérieur 20 de la dent 22. La dent 22 comprend un col inférieur 18 entre ses portées inférieures 42 et les fonds des rainures 34. On comprend qu'il n'est pas possible d'augmenter la taille des sections dans les cols 12, 14 des bulbes 16 tout en augmentant la taille des cols 18, 20 dans les dents 22. Comme cela est visible en figure 4, la présente invention permet de remédier à ce problème grâce au fait que chaque dent 22' du disque 24' présente, sur sensiblement toute sa dimension longitudinale, un défaut de symétrie par rapport au plan longitudinal médian sensiblement radial P2.

Comme décrit précédemment, chaque dent 22' comprend deux flancs latéraux 40', 40" qui sont conformés pour coopérer avec les pieds 32 d'aubes 10', 10" adjacentes et pour les retenir radialement dans les rainures 34', 34". Chaque flanc 40', 40" d'une dent 22' comprend deux portées 42 respectivement supérieure et inférieure. La portée supérieure 42 forme une face d'appui d'une face latérale du lobe supérieur d'un pied d'aube, et la portée inférieure 42 forme une face d'appui d'une face latérale du lobe inférieur de ce pied d'aube. Les portées 42 d'un flanc de dent 40', 40" sont formées par des parties en saillie qui s'étendent sur sensiblement toute la dimension longitudinale de la dent, comme cela est visible en figure 1. Les portées 42 d'un flanc 40', 40" sont séparées l'une de l'autre par une partie en creux qui s'étend également sur sensiblement toute la dimension longitudinale de la dent. La portée inférieure 42 d'un flanc 40', 40" est séparée du fond de la rainure 34', 34" correspondante par une autre partie en creux qui s'étend également sur sensiblement toute la dimension longitudinale de la dent. Comme cela est visible dans le dessin, les parties en saillie supérieures des flancs 40', 40" d'une même dent 22' ne sont pas situées sur une même circonférence. C'est également le cas de leurs parties en saillie inférieures, de leurs parties en creux supérieure et de leurs parties en creux inférieure. Au contraire, dans l'exemple représenté, la partie en saillie supérieure d'un premier flanc 40" (ici le flanc gauche de la dent 22') est située sur une circonférence C3 qui a un diamètre supérieur à celui de la circonférence C4 passant par la partie en saillie supérieure du second flanc 40" (le flanc droit de la dent 22'). Cette circonférence C4 a un diamètre supérieur à celui de la circonférence C5 passant par la partie en creux supérieure du premier flanc 40", qui a elle-même un diamètre supérieur à celui de la circonférence C6 passant par la partie en creux supérieure du second flanc 40'. Cette circonférence C6 a un diamètre supérieur à celui de la circonférence C7 passant par la partie en saillie inférieure du premier flanc 40", qui a elle-même un diamètre supérieur à celui de la circonférence C8 passant par la partie en saillie inférieure du second flanc 40'. Cette circonférence C8 passe sensiblement par la partie en creux inférieure du premier flanc 40", et a un diamètre supérieur à celui de la circonférence C9 passant par la partie en creux inférieure du second flanc 40'. De plus, comme cela est visible dans le dessin, les rainures 34', 34" du disque 24' ne sont pas toutes identiques. Le disque 24 comprend des rainures 34" de profondeur ou dimension radiale D1, et des rainures 34' de profondeur ou dimension radiale D2 qui est supérieure à Dl.

Les rainures 34' sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal du disque 24' et chaque rainure 34' est située entre deux rainures 34". De même, les rainures 34" sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal du disque 24' et chaque rainure 34" est située entre deux rainures 34'.

Comme dans la technique antérieure, chaque rainure 34', 34" du disque 24' présente, sur sensiblement toute sa dimension longitudinale, une symétrie par rapport à son plan longitudinal médian sensiblement radial P1. Les aubes 10', 10" qui forment, avec le disque 24', une roue de rotor 30 ne sont pas non plus toutes identiques. La roue comprend des aubes 10' dont les pieds ont chacun une dimension radiale D3, et des aubes 10" dont les pieds ont chacun une dimension radiale D4 qui est supérieure à D3. Les aubes 10' sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal du disque 24' et chaque aube 10' est située entre deux aubes 10". De même, les aubes 10" sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal du disque 24' et chaque aube 10" est située entre deux aubes 10'. Les bulbes 16' des aubes 10' sont sensiblement identiques à ceux des aubes 10". Les pieds des aubes 10' diffèrent donc des pieds des aubes 10" par leurs échasses 38', 38", et en particulier par la dimension radiale de leurs échasses 38', 38". Les échasses 38' des aubes 10' ont une dimension radiale D5 inférieure à celle D6 des échasses 38" des aubes 10". Le montage des aubes 10', 10" sur le disque 24' est réalisé comme dans la technique antérieure, par emmanchement des pieds des aubes dans les rainures 34', 34" du disque 22', de façon à ce que les aubes 10" dont les pieds ont la plus grande dimension radiale D4 soient montées dans les rainures 34' de plus grande dimension radiale D2, et donc que les aubes 10' dont les pieds ont la plus petite dimension radiale D3 soient montées dans les rainures 34" de plus petite dimension radiale Dl.25

Claims

REVENDICATIONS1. Pièce de révolution, telle qu'un disque (24'), pour un rotor de turbomachine, comportant à sa périphérie une rangée annulaire de dents (22') qui définissent entre elles des rainures (34', 34") de logement de pieds d'aubes de rotor (10', 10"), caractérisée en ce que chaque dent présente, sur sensiblement toute sa dimension longitudinale, un défaut de symétrie par rapport à un plan longitudinal médian sensiblement radial (P1)
2. Pièce de révolution selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque rainure (34', 34") présente, sur sensiblement toute sa dimension longitudinale, une symétrie par rapport à un plan longitudinal médian sensiblement radial (P2).
3. Pièce de révolution selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque dent (22') comprend un premier flanc latéral (40') comportant au moins une portée (42) de retenue d'un pied d'aube et un second flanc latéral (40") comportant au moins une portée (42) de retenue d'un pied d'aube adjacent, la ou chaque portée du premier flanc étant située sur une circonférence centrée sur l'axe de révolution de la pièce de révolution, et la ou chaque portée du second flanc étant située sur une seconde circonférence centrée sur ledit axe de révolution et différente de la première circonférence.
4. Pièce de révolution selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rainures (34', 34") ont en section une forme en sapin ou en queue d'aronde.
5. Pièce de révolution selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rainures (34', 34") présentent des profondeurs ou dimensions radiales (D1, D2) différentes.
6. Pièce de révolution selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rainures (34', 34") comprennent une première série de rainures (34') identiques régulièrement réparties autour de l'axede révolution de la pièce, et une seconde série de rainures (34") identiques entre elles, différentes de celles de la première série et régulièrement réparties autour de l'axe de révolution de la pièce, chaque rainure de la première série étant située entre deux rainures de la seconde série, et chaque rainure de la seconde série étant située entre deux rainures de la première série.
7. Rotor de turbomachine, comportant une pièce de révolution selon l'une des revendications précédentes et une rangée annulaire d'aubes (10', 10") qui comportent chacune une pale reliée à un pied qui est emmanché dans une rainure de la pièce, chaque pied comportant une échasse (38', 38") radialement externe et un bulbe radialement interne, caractérisé en ce que la rangée d'aubes comprend une première série d'aubes ayant des échasses de dimension radiale D5 et une seconde série d'aubes ayant des échasses de dimension radiale D6 supérieure à D5, chaque aube de la première série étant située entre deux aubes de la seconde série, et chaque aube de la seconde série étant située entre deux aubes de la première série.
8. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que les aubes (10', 10") ont des pieds en sapin ou en queue d'aronde.
9. Module de turbomachine, tel qu'un compresseur ou une turbine, comportant au moins une pièce de révolution selon l'une des revendications 1 à 6 ou au moins un rotor selon la revendication 7 ou 8.
10. Turbomachine, comportant au moins une pièce de révolution selon l'une des revendications 1 à 6 ou au moins un rotor selon la revendication 7 ou 8.