FR3069572B1

FR3069572B1 - Aube de rotor pour une turbomachine d'aeronef

Info

Publication number: FR3069572B1
Application number: FR1757321A
Authority: FR
Inventors: Bruno Guy Andre Emile Lievoux Quentin; Pragash DOUGLAS; Pauline NAMVONG; Vijeay PATEL
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-08-16
Anticipated expiration: 2037-07-31
Also published as: FR3069572A1

Abstract

Aube de rotor (10) pour une turbomachine d'aéronef, comprenant un pied (12), un talon (14) et une pale (16) s'étendant entre le pied et le talon, ledit pied comportant un bulbe (18) et une plateforme, ledit bulbe étant configuré pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d'un disque de rotor (32), et ladite plateforme étant configurée pour délimiter en partie une veine de flux d'air dans la turbomachine, caractérisée en ce que ledit bulbe et ladite plateforme sont reliés ensemble par des moyens de liaison (24) qui sont configurés, lorsque l'aube est à l'état libre sans contrainte, pour : - autoriser un débattement angulaire de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe autour d'un premier axe longitudinal X dudit pied, - interdire tout débattement angulaire de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe autour d'un second axe longitudinal Z de ladite pale, et - autoriser un débattement angulaire de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe autour d'un troisième axe Y perpendiculaire auxdits premier et second axes.

Description

Aube de rotor pour une turbomachine d’aéronef

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] La présente invention concerne notamment une aube de rotor pour une turbomachine d’aéronef.

ETAT DE LA TECHNIQUE

[0002] L’état de la technique comprend notamment les documents FR-A1-2 860 741, FR-A1 -2 980 234 et FR-A1 -3 027 622.

[0003] En référence à la figure 1, une aube de rotor 10 pour une turbomachine, et en particulier pour une turbine de turbomachine, comprend un pied 12, un talon 14 et une pale 16 s’étendant entre le pied 12 et le talon 14.

[0004] Le pied 12 comporte un bulbe 18 relié par une échasse 20 à une plateforme 22, elle-même reliée à la pale 16. Le bulbe 18 est configuré pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d’un disque de rotor, l’ensemble formé par le disque et les aubes montées à sa périphérie étant appelé une roue de rotor.

[0005] La roue ou le disque tourne autour d’un axe de rotation, qui est en général l’axe longitudinal de la turbomachine, et les alvéoles du disque ont une forme générale allongée dont l’axe d’allongement n’est pas parallèle à cet axe de rotation. Ainsi, les axes d’allongement des bulbes des aubes de la roue ne sont pas parallèles à l’axe de rotation de la roue.

[0006] Les plateformes 22 des aubes 10 s’étendent autour du disque et sont destinées à délimiter intérieurement une veine de flux d’air dans la turbomachine ou la turbine. Cette veine est délimitée extérieurement par les talons 14 des aubes qui sont conformés pour être emboîtés en direction circonférentielle les uns avec les autres. Ces talons portent des léchettes en saillie qui sont destinées à coopérer par frottement avec une couche annulaire de matière abradable d’un carter de turbine, pour former un organe d’étanchéité du type à labyrinthe.

[0007] Dans la technique actuelle, les aubes 10 sont monoblocs et montées les unes après les autres à la périphérie du disque. Pour cela, le bulbe de chaque aube est engagé par coulissement, le long de l’axe d’allongement du bulbe, dans une des alvéoles du disque. Lorsque toutes les aubes sont montées sur le disque, chaque aube est contrainte en torsion autour d’un axe longitudinal de sa pale, qui est un axe sensiblement radial à l’axe de rotation du disque, et qui est noté axe Z. Cette torsion limite les vibrations des aubes en fonctionnement et assure une bonne durée de vie à la roue.

[0008] La contrainte en torsion est réalisée au moment où la dernière aube est montée sur le disque, entre deux aubes adjacentes. Cette dernière aube et les aubes adjacentes sont soumises à des prétorsions autour de leurs axes Z respectifs et sont engagées dans les alvéoles du disque, ce qui va provoquer des torsions de toutes les aubes de la roue autour de leurs axes Z et se traduire par un calage optimal des talons des aubes, qui vont s’emboîter les uns dans les autres.

[0009] L’axe Z appartient à un repère XYZ dans lequel X est l’axe longitudinal ou d’allongement du bulbe et Y est un axe perpendiculaire aux axes X et Z. Le repère XYZ est défini selon l’orientation de l’aube, comme cela apparaît à la figure 1 [0010]Toutefois, on constate des problèmes de perpendicularité ainsi que des problèmes de déboîtement et de chevauchement des talons des aubes en fonctionnement dus à des difficultés au montage. La perpendicularité représente l’écart entre la position réelle d’un axe ou d’un plan de l’aube et la position théorique de cet axe ou de ce plan. Ces problèmes interviennent lorsque les aubes se désaxent sans pouvoir se remettre dans leur position initiale. Le désaxement peut avoir lieu vis-à-vis de l’axe X ou de l’axe Y. Ces phénomènes induisent des fuites dans la veine et la partie hors veine de la turbine, et des usures prématurées des aubes.

[0011] La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème.

EXPOSE DE L’INVENTION

[0012] La présente invention concerne une aube de rotor pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un pied, un talon et une pale s’étendant entre le pied et le talon, ledit pied comportant un bulbe et une plateforme, ledit bulbe étant configuré pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d’un disque de rotor, et ladite plateforme étant configurée pour délimiter en partie une veine de flux d’air dans la turbomachine, caractérisée en ce que ledit bulbe et ladite plateforme sont reliés ensemble par des moyens de liaison qui sont configurés, lorsque l’aube est à l’état libre sans contrainte, pour : - autoriser un débattement angulaire de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe autour d’un premier axe longitudinal X dudit pied, - interdire tout débattement angulaire de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe autour d’un second axe longitudinal Z de ladite pale, et - autoriser un débattement angulaire de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe autour d’un troisième axe Y perpendiculaire auxdits premier et second axes.

[0013] L’invention propose ainsi de doter l’aube de deux degrés de liberté selon les axes X et Y, mais pas selon l’axe Z. Il est ainsi possible de déplacer la pale vis-à-vis du bulbe, et inversement, selon les axes X et Y lors du montage de l’aube sur le disque. Lors du montage, l’aube reste en effet à l’état libre sans contrainte et sa pale ou son bulbe peut être déplacé selon deux directions, une direction sensiblement axiale (par rapport à l’axe de rotation du disque équipé d’une telle aube), autour de l’axe Y, c’est à dire vers l’amont ou le bord d’attaque de la pale, ou vers l’aval ou le bord de fuite de la pale, et une direction sensiblement tangentielle (par rapport à l’axe de rotation du disque), autour de l’axe X, c’est-à-dire vers l’intrados ou vers l’extrados de la pale.

[0014] Dans la présente demande, on entend par « état libre >>, l’état d’une pièce lorsqu’elle n’est pas soumise à des forces ou contraintes externes, en particulier mécaniques.

[0015]L‘aube selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : lesdits moyens de liaison sont du type à rotule ; lesdits moyens de liaison peuvent être formés par une ou plusieurs pièces ; lesdits moyens de liaison comprennent une rotule portée par l’un des éléments choisis parmi la plateforme et le bulbe, et logée dans un évidement de forme complémentaire de l’autre de ces éléments ; ladite rotule est reliée à la plateforme par un élément s’étendant sensiblement le long dudit second axe Z ; Un tel élément peut-être une barre ; ladite rotule comprend un doigt en saillie logé dans une lumière de forme allongée de l’autre desdits éléments, ledit doigt étant configuré pour coopérer par coulissement le long de la lumière lors d’un déplacement de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe, autour dudit premier axe X, et pour coopérer par butée avec des bords latéraux en regard de la lumière pour empêcher tout déplacement de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe, autour dudit second axe Z ; ledit doigt s’étend sensiblement parallèlement audit troisième axe Y ; ledit évidement est délimité par deux blocs fixés l’un à l’autre et définissant entre eux cet évidement. ledit évidement est délimité par un bloc fixé et une tôle rapportée et fixée sur ce bloc.

[0016] L’invention a également pour objet un rotor de turbomachine d’aéronef, comportant un disque comportant à sa périphérie une rangée annulaire d’alvéoles dans lesquelles sont engagés des bulbes de pieds d’aubes telles que décrites ci-dessus, les aubes étant contraintes en torsion autour de leurs seconds axes Z et leurs pales étant maintenues immobiles autour desdits axes X, Y et Z par rapport à leurs bulbes.

[0017] L’invention concerne encore un procédé de montage d’un rotor tel qu’évoqué ci-dessus, comportant une étape de montage de chaque aube sur le disque, par engagement du bulbe de son pied dans une alvéole du disque, au moins la dernière aube montée étant telle que définie ci-dessus. La roue peut comprendre une ou plusieurs aubes selon l’invention, en fonction des zones potentielles où des difficultés de montage peuvent être rencontrées.

[0018] L’invention a également pour objet une turbomachine d’aéronef, comportant au moins un rotor du type précité.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0019] 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 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d’une aube de rotor pour une turbomachine, - la figure 2 est une autre vue schématique en perspective et de face d’une aube de rotor pour une turbomachine, et montre les degrés de liberté conférés par l’invention, - la figure 3 est une vue très schématique partielle d’une roue selon l’invention, - les figures 4 et 5 sont des vues très schématiques d’un mode de réalisation des moyens de liaison pour une aube selon l’invention, - la figure 6 est une vue schématique en perspective d’un bloc de matière destiné à former une partie d’un bulbe d’aube, - les figures 7 et 8 sont des vues schématiques, respectivement de côté et de dessus, du bloc de la figure 6, sur lequel est fixé une tôle, et - la figure 9 est une vue de dessus d’un bulbe d’aube formé par fixation de deux demi-blocs.

DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION

[0020] La figure 1 a été décrite dans ce qui précède.

[0021] La figure 2 représente une aube de rotor 10 similaire à celle de la figure 1 et qui comprend l’ensemble de ses caractéristiques.

[0022]Selon l’invention, le bulbe 18 et la plateforme 22 de l’aube 10 sont reliés ensemble par des moyens de liaison 24 qui sont configurés, lorsque l’aube est à l’état libre sans contrainte, pour : - autoriser un débattement angulaire (flèche 26) de la pale 16 vis-à-vis du bulbe 18 autour d’un premier axe longitudinal X du pied 12, - interdire tout débattement angulaire (flèche avec croix 28) de la pale 16 vis-à-vis du bulbe 18 autour d’un second axe longitudinal Z de la pale 16, et - autoriser un débattement angulaire (flèche 30) de la pale 16 vis-à-vis du bulbe 18 autour d’un troisième axe Y perpendiculaire aux axes X et Z.

[0023] Les moyens de liaison 24 sont par exemple du type à rotule, comme cela est schématiquement représenté à la figure 3. Dans cette figure, la référence 32 désigne un disque sur lequel est montée l’aube 10. Cette figure montre que le bulbe 18 est monté fixement vis-à-vis du disque et a deux degrés de liberté vis-à-vis de la pale 16.

[0024] Les figures 4 et 5 montrent un mode de réalisation plus concret des moyens de liaison à rotule 24.

[0025] Les moyens de liaison 24 comprennent une rotule 34 qui est ici portée par la plateforme 22 et qui est logée dans un évidement 36 de forme complémentaire du bulbe 18. Ceci est avantageux d’un point de vue fabrication car il est plus facile de réaliser un évidement dans la partie la plus massive de l’aube, à savoir son pied et en particulier son bulbe. En variante, la rotule pourrait être portée par le bulbe et logée dans un évidement de la plateforme. Dans l’exemple représenté, l’évidement 36 débouche sur le dessus du bulbe 18, c’est-à-dire sur une surface supérieure en regard de la plateforme 22.

[0026] La rotule 34 est reliée à la plateforme 22 par une barre 38 s’étendant sensiblement le long de l’axe Z.

[0027] La rotule 34 comprend un doigt en saillie 40 logé dans une lumière 42 de forme allongée du bulbe. La lumière 42 s’étend sensiblement suivant l’axe Z. Ce doigt est configuré pour coopérer par coulissement le long de la lumière 42 lors d’un déplacement de la pale 16 vis-à-vis du bulbe, autour de l’axe X, et pour coopérer par butée avec des bords latéraux 44 en regard de la lumière pour empêcher tout déplacement de la pale vis-à-vis du bulbe, autour de l’axe Z. Le doigt 40 s’étend ici sensiblement parallèlement à l’axe Y.

[0028] Les débattements angulaires autour des axes X et Y sont chacun de l’ordre de +/-1°, de préférence +/-0,5°, et plus préférentiellement +/-0,15°.

[0029] Les figures 6 à 8 montrent un exemple de réalisation d’un bulbe 18 comportant l’évidement 36. Le bulbe 18 est ici formé par un bloc de matière 46 représenté à la figure 6 et dans lequel est formé une majeure partie de l’évidement, ainsi que par une tôle 48 (cf. figure 7) rapportée et fixée sur le bloc 46. La tôle 48 est ici rapportée sur un côté du bloc 46 et de l’évidement 36 pour fermer latéralement ce dernier. La tôle 48 est par exemple fixée par brasage, soudage ou rivetage sur le bloc 46, les zones 50 représentant les zones de fixation.

[0030] Dans la variante de réalisation de la figure 9, le bulbe 18 est ici formé par deux demi-blocs de matière 52 qui sont fixés l’un à l’autre et définissent entre eux l’évidement 36. Le plan de joint des demi-blocs 52 peut être parallèle à l’axe X, ce qui est le cas du plan P1, ou parallèle à l’axe Y, ce qui est le cas du plan P2. Avantageusement, une configuration avec le plan de joint P2 permet la réalisation de deux demis blocs symétriques. Les demi-blocs 52 sont par exemple fixés ensemble par brasage ou soudage au niveau du plan de joint P1, P2.

[0031] Une fois les aubes montées sur le disque, par emmanchement de leurs bulbes dans les alvéoles de forme complémentaire du disque, les aubes sont contraintes en torsion autour de leurs axes Z, comme évoqué dans ce qui précède. Du fait de cette contrainte et des différents appuis notamment des talons des aubes entre eux, et des pieds des aubes sur des portées du disque, les degrés de liberté autour des axes X et Y disparaissent. Autrement dit, après montage des aubes sur le disque, les contraintes appliquées aux aubes font que leurs pales ne sont plus libres de se déplacer et sont donc immobilisées vis-à-vis des trois axes X, Y et Z.

[0032] Le disque peut porter uniquement des aubes selon l’invention. Il pourrait en variante en comprendre quelques unes, voire qu’une seule, le reste des aubes étant monoblocs et telles que définies dans l’art antérieur. Le nombre et la position des aubes selon l’invention sur le disque dépendent notamment des zones à la périphérie du disque où des difficultés de montage pourraient être rencontrées.

[0033] L’invention apporte de nombreux avantages par rapport à la technique antérieure, car elle permet notamment : d’assurer en fonctionnement moteur la bonne position des aubes sur le disque, d’assurer en fonctionnement moteur la bonne position des aubes entre elles, de ne plus avoir de fuites entre les gaz de la veine et la partie hors veine, de ne pas limiter la durée de vie des aubes liées aux usures des phénomènes de déboîtement, de chevauchement des talons, et de perpendicularité des pales, d’élargir les tolérances d’acceptations des disques en diminuant leur taux de rebut de disque, et de faciliter le respect des jeux axiaux dans la turbine.

Claims

REVENDICATIONS

1. Aube de rotor (10) pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un pied (12), un talon (14) et une pale (16) s’étendant entre le pied et le talon, ledit pied comportant un bulbe (18) et une plateforme (22), ledit bulbe étant configuré pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d’un disque de rotor (32), et ladite plateforme étant configurée pour délimiter en partie une veine de flux d’air dans la turbomachine, caractérisée en ce que ledit bulbe et ladite plateforme sont reliés ensemble par des moyens de liaison (24) qui sont configurés, lorsque l’aube est à l’état libre sans contrainte, pour : - autoriser un débattement angulaire de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe autour d’un premier axe longitudinal X dudit pied, - interdire tout débattement angulaire de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe autour d’un second axe longitudinal Z de ladite pale, et - autoriser un débattement angulaire de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe autour d’un troisième axe Y perpendiculaire auxdits premier et second axes.
2. Aube (10) selon la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens de liaison (24) sont du type à rotule (34).
3. Aube (10) selon la revendication précédente, dans laquelle lesdits moyens de liaison (24) comprennent une rotule (34) portée par l’un des éléments choisis parmi la plateforme (22) et le bulbe (18), et logée dans un évidement (36) de forme complémentaire de l’autre de ces éléments.
4. Aube (10) selon la revendication précédente, dans laquelle ladite rotule (34) est reliée à la plateforme (22) par un élément s’étendant sensiblement le long dudit second axe Z.
5. Aube (10) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle ladite rotule (34) comprend un doigt (40) en saillie logé dans une lumière (42) de forme allongée de l’autre desdits éléments, ledit doigt étant configuré pour coopérer par coulissement le long de la lumière lors d’un déplacement de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe, autour dudit premier axe X, et pour coopérer par butée avec des bords latéraux (44) en regard de la lumière pour empêcher tout déplacement de ladite pale vis-à-vis dudit bulbe, autour dudit second axe Z.
6. Aube (10) selon la revendication précédente, dans laquelle ledit doigt (40) s’étend sensiblement parallèlement audit troisième axe Y.
7. Aube (10) selon l’une des revendications 3 à 6, dans laquelle ledit évidement (36) est délimité par deux blocs (52) fixés l’un à l’autre et définissant entre eux cet évidement.
8. Aube (10) selon l’une des revendications 3 à 6, dans laquelle ledit évidement (36) est délimité par un bloc (46) fixé et une tôle (48) rapportée et fixée sur ce bloc.
9. Rotor de turbomachine d’aéronef, comportant un disque (32) comportant à sa périphérie une rangée annulaire d’alvéoles dans lesquelles sont engagés des bulbes (18) de pieds (12) d’aubes (10) dont au moins une est telle que définie selon l’une des revendications précédentes, les aubes étant contraintes en torsion autour de leurs seconds axes Z et leurs pales (16) étant maintenues immobiles autour desdits axes X, Y et Z par rapport à leurs bulbes.
10. Procédé de montage d’un rotor selon la revendication précédente, comportant une étape de montage de chaque aube sur le disque, par engagement du bulbe de son pied dans une alvéole du disque, au moins la dernière aube montée étant telle que définie selon l’une des revendications 1 à 8.
11. Turbomachine d’aéronef, comprenant au moins un rotor selon la revendication 9.