FR3077599A1 - Roue mobile de turbine pour turbomachine d'aeronef, comprenant un anneau de retention axiale fixe aux pieds des aubes - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une roue mobile de turbine (20) pour turbomachine d'aéronef, la roue comprenant un disque de turbine (21) pourvu de rainures (58) de logement d'aubes, et un premier anneau (16) de rétention axiale des aubes. Selon l'invention, le pied (24) d'au moins certaines des aubes de turbine est solidaire d'un premier organe fileté (82) traversant le premier anneau (16) et coopérant avec un écrou (84) en appui sur cet anneau.

Description

ROUE MOBILE DE TURBINE POUR TURBOMACHINE D'AERONEF, COMPRENANT UN ANNEAU DE RETENTION AXIALE FIXE AUX PIEDS DES AUBES

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne le domaine des aubes mobiles de turbine pour turbomachine d'aéronef, et plus généralement les roues mobiles de turbine équipées de telles aubes, comme par exemple les roues décrites dans le document EP 1 264 964 Al.

L'invention s'applique à tout type de turbomachine, tel qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Les roues mobiles de turbine ont fait l'objet de nombreux développements, notamment pour ce qui concerne les moyens de rétention axiale des aubes dans les rainures situées à la périphérie du disque de turbine.

Habituellement, il est prévu un anneau de rétention axiale agencé sur un côté du disque de turbine, afin de former des butées pour les pieds d'aube logés dans les rainures de ce disque. Le maintien axial de cet anneau requiert habituellement des moyens spécifiques, par exemple des crochets de formes complexes prévus sur les aubes et sur le disque.

Si les solutions existantes donnent satisfaction, il subsiste néanmoins un besoin d'amélioration visant à faciliter encore davantage la fabrication des composants d'une telle roue, ainsi que leur assemblage.

RESUME DE L'INVENTION

Pour répondre au moins partiellement à ce besoin, l'invention a pour objet une roue mobile de turbine pour turbomachine d'aéronef, la roue comprenant :

- un disque de turbine comportant une partie périphérique pourvue de rainures de logement d'aubes ;

- une pluralité d'aubes comprenant chacune une pale, et un pied agencé dans l'une des rainures de logement du disque ; et

- un premier anneau de rétention axiale des aubes, le premier anneau étant agencé d'un premier côté du disque parmi un côté amont et un côté aval de ce dernier.

Selon l'invention, le pied d'au moins certaines des aubes de turbine est solidaire d'un premier organe de fixation traversant le premier anneau et coopérant avec un élément de butée en appui sur cet anneau.

L'invention permet ainsi de répondre au besoin formulé ci-dessus, en prévoyant des pieds d'aube fixés de façon simple à l'anneau de rétention axiale, facilitant la fabrication ainsi que l'assemblage des composants de la roue mobile de turbine.

L'invention prévoit de préférence au moins l'une des caractéristiques techniques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.

Le premier organe de fixation est monolithique avec le pied d'aube, ou alternativement réalisé au sein d'un insert monté sur le pied d'aube, par l'intermédiaire d'un moins un rail et/ou d'au moins un moyen adhésif.

Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, la roue mobile comporte des moyens de rétention axiale du premier anneau. Ces moyens comprennent par exemple une entretoise présentant une bride de fixation montée sur une bride de fixation du disque agencée du premier côté de ce disque, l'entretoise comportant une paroi dont une extrémité plaque le premier anneau contre la partie périphérique du disque.

Selon un second mode de réalisation préféré de l'invention, au moins l'un des pieds d'aube solidaire d'un premier organe de fixation est également solidaire d'un second organe de fixation opposé, traversant un second anneau de rétention axiale des aubes agencé d'un second côté du disque parmi le côté amont et le côté aval de ce dernier, chaque second organe de fixation coopérant avec un élément de butée en appui sur le second anneau. Dans ce second mode, la roue comporte de préférence au moins deux aubes, régulièrement espacées, dont le pied de chacun d'elles est équipé d'un premier et d'un second organe de fixation. Encore plus préférentiellement, ce sont quatre aubes régulièrement espacées qui présentent chacune un pied équipé des deux organes de fixation opposés.

De préférence, le premier anneau de rétention axial est un anneau fermé. Il en est de même pour le second anneau, lorsqu'un tel anneau est prévu au sein de la roue mobile de turbine.

L'invention a également pour objet une turbine pour turbomachine d'aéronef, comprenant au moins une roue mobile telle que celle décrite ci-dessus, la turbine étant préférentiellement une turbine basse pression.

Enfin, l'invention a pour objet une turbomachine d'aéronef comprenant au moins une telle turbine, la turbomachine étant préférentiellement une turbomachine à double corps.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;

- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un turboréacteur à double flux selon l'invention ;

- la figure 2 représente une vue en demi-coupe axiale d'une partie de la turbine basse pression du turboréacteur montré sur la figure précédente, cette turbine comprenant une roue mobile selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention ;

- la figure 3 représente une vue en perspective d'une partie de la roue de turbine aval montrée sur la figure 2 ;

- les figures 4 et 5 représentent des vues agrandies en perspective d'une partie de la roue mobile de turbine montrée sur la figure précédente ;

- la figure 6 représente une vue en perspective d'une aube de la roue de turbine montrée sur les figures 3 à 5 ;

- les figures 7a à 7c schématisent différentes étapes d'assemblage d'une aube sur le disque de turbine, pour une roue se présentant sous la forme d'une alternative de réalisation ;

- les figures 8a à 8c schématisent différentes étapes d'assemblage d'une aube sur le disque de turbine, pour une roue se présentant sous la forme d'une autre alternative de réalisation ;

- la figure 9 est une vue similaire à celle de la figure 4, avec la roue mobile de turbine se présentant sous la forme d'un second mode de réalisation préféré de l'invention ;

- la figure 10 représente une vue de côté de l'une des aubes de la roue montrée sur la figure précédente ;

- la figure 11 représente une vue en perspective d'une partie de la roue mobile selon le second mode de réalisation préféré de l'invention ; et

- la figure 12 représente une vue similaire à celle de la figure 4, selon une alternative applicable à l'ensemble des modes de réalisation.

EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PREFERES

En référence tout d'abord à la figure 1, il est représenté une turbomachine 1 d'aéronef, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Il s'agit ici d'un turboréacteur à double flux et à double corps. Néanmoins, il pourrait s'agir d'une turbomachine d'un autre type, par exemple un turbopropulseur, sans sortir du cadre de l'invention.

La turbomachine 1 présente un axe central longitudinal 2 autour duquel s'étendent ses différents composants. Elle comprend, d'amont en aval selon une direction principale 5 d'écoulement des gaz à travers cette turbomachine, une soufflante 3, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 11, une turbine haute pression 7 et une turbine basse pression 8.

De manière conventionnelle, après avoir traversé la soufflante, l'air se divise en un flux primaire central 12a et un flux secondaire 12b qui entoure le flux primaire. Le flux primaire 12a s'écoule dans une veine principale 14a de circulation des gaz traversant les compresseurs 4, 6, la chambre de combustion 11 et les turbines 7, 8. Le flux secondaire 12b s'écoule quant à lui dans une veine secondaire 14b délimitée radialement vers l'extérieur par un carter moteur, entouré d'une nacelle 9.

La figure 2 représente de manière plus détaillée une partie de la turbine basse pression 8. Néanmoins, l'invention pourrait également s'appliquer à la turbine haute pression 7, sans sortir du cadre de l'invention.

Cette turbine 8 présente une alternance de roues mobiles 20 et de distributeurs 22. Sur la figure 2, il a été partiellement représenté deux roues mobiles 20 entre lesquelles se trouve un distributeur 22, correspondant à une portion de stator de la turbine.

Par la suite, il sera fait référence à la roue mobile 20 située la plus en aval sur la figure 2, c'est-à-dire la roue 20 la plus à droite sur cette figure. La roue 20 comporte globalement un disque 21, une pluralité d'aubes 18 portées par le disque 21, un premier anneau 16 de rétention axiale des aubes, ainsi qu'une entretoise 15 agencée du côté amont du disque 21.

Les aubes 18 sont réparties circonférentiellement autour du disque 21. Chacune d'elles comporte dans une direction radiale 23 en rapport avec l'axe central 2, en allant de l'intérieur vers l'extérieur, un pied d'aube 24, une échasse 26, une plateforme 28 et une pale 30 constituant la partie aérodynamique de l'aube. Le pied d'aube 24 présente une forme extérieure dite « en sapin » ou « en bulbe », permettant son insertion dans une rainure de logement d'aube 58 prévue sur le disque de turbine 21. L'échasse 26 présente habituellement une épaisseur faible selon une direction circonférentielle 32, tandis que la plateforme 28 s'étend de part et d'autre de l'échasse 26 selon cette même direction circonférentielle 32.

Avec sa surface extérieure 29, la plateforme 28 délimite radialement vers l'intérieur la veine principale 14a. La plateforme 28 présente deux extrémités axiales opposées, chacune formant un becquet. Il s'agit d'un becquet amont 44 situé en amont du bord d'attaque 38, et d'un becquet aval (non représenté) situé en aval du bord de fuite de la pale 30.

Le premier anneau 16 de rétention axiale des aubes 18 se situe radialement sous le becquet amont 44. Cet anneau 16 se situe en appui axial sur une face amont d'une partie périphérique 60 du disque 21, cette partie périphérique 60 étant traversée par les rainures de logement d'aube 58 d'orientation axiale ou oblique. A cet égard, il est noté que chaque rainure de logement d'aube 58 demeure ouverte radialement vers l'extérieur pour laisser passer l'échasse 26 de l'aube, comme cela est connu de l'art antérieur.

Dans ce premier mode de réalisation, la rétention axiale de l'anneau 16 s'effectue à l'aide de moyens spécifiques de rétention axiale, ici formés par l'entretoise

15. Plus précisément, cette entretoise 15 est interposée entre les deux roues mobiles 20 de la figure 2. Pour ce faire, elle comporte une bride de fixation 64 qui est fixée par des boulons 66 à une bride de fixation amont 62 du disque 21. Cette bride de fixation 62, qui est donc agencée en amont du disque 21 et couplée à la bride de fixation 64 de l'entretoise 15, s'avère également couplée à une bride de fixation aval 68 de l'autre roue 20 plus en amont, grâce aux boulons 66 traversant aussi cette bride 68.

Entre les deux roues mobiles 20, il est prévu le distributeur 22 équipé d'aubes fixes 72. Au niveau d'une virole intérieure de ce distributeur 22, celui-ci comporte un élément abradable 74 coopérant avec des léchettes d'étanchéité 76 portées par un bras 78 faisant partie intégrante de l'entretoise 15. De manière classique, l'élément abradable est un bloc en matériau abradable, sous forme d'une structure alvéolaire ou d'un revêtement.

L'entretoise 15 comporte également une paroi aval 80 qui entoure la bride 62 du disque 21, pour éventuellement délimiter avec ce dernier une cavité d'air 81 destinée à alimenter les espaces entre les pieds d'aubes et le fond de leurs rainures respectives 58. Dans ce cas de figure optionnel dans lequel une ventilation est prévue radialement sous les pieds d'aube, l'anneau 16 peut être percé d'orifices de ventilation (non représentés) afin de permettre le passage de l'air de la cavité 81 vers les rainures 58. Dans l'hypothèse où la périphérie intérieure de l'anneau 16 ne masque pas axialement le fond des rainures 58, de tels orifices de ventilation ne s'avèrent bien évidemment pas nécessaires.

L'extrémité aval 80a de la paroi 80 s'étend radialement, et est configurée pour plaquer le premier anneau 16 contre la partie périphérique 60 du disque de turbine 21. Plus précisément, cette extrémité aval 80a coopère avec une partie radialement externe 16a de l'anneau, ainsi qu'avec une partie radialement interne 16b de cet anneau qui est préférentiellement un anneau fermé, c'est-à-dire non fendu.

L'extrémité aval 80a de la paroi 80 pourrait ne coopérer qu'avec la partie radialement externe 16a de l'anneau, ou bien qu'avec la partie radialement interne 16b de cet anneau, sans sortir du cadre de l'invention. L'intérêt de la double coopération décrite ci-dessus réside dans le fait que l'extrémité aval 80a forme une cage susceptible de retenir un éventuel débris, en cas de rupture du système propre à l'invention.

En référence à présent aux figures 2 à 6, il va à présent être décrit l'une des particularités de ce premier mode de réalisation préféré, dans lequel le pied 24 de toutes les aubes 18 porte un premier organe de fixation 82 orienté axialement vers l'amont. Le premier organe 82 est ici un organe de fixation fileté, comme une tige de vis. Le premier organe fileté 82 est monolithique, c'est-à-dire réalisé d'un seul tenant avec le pied d'aube 24. Par exemple, l'ensemble est réalisé par fonderie, puis l'organe 82 en forme de tige est usiné afin de faire apparaître le filetage souhaité.

Le premier organe fileté 82 de chaque pied traverse un orifice correspondant 88 du premier anneau 16, et l'extrémité amont de cet organe 82 est libre et vissée à un écrou 84 en appui sur la face amont de cet anneau. L'écrou 84 forme ainsi un élément de butée retenu axialement par cette extrémité amont de l'organe 82, et en appui sur la face amont de l'anneau. Par conséquent, chaque aube 18 s'avère tout d'abord retenue vers l'aval du fait de sa fixation sur l'anneau 16, qui est lui-même retenu vers l'aval par appui sur la face amont de la partie périphérique 60 du disque 21. Chaque aube 18 s'avère également retenue vers l'amont du fait de sa fixation sur l'anneau 16, qui est lui-même retenu vers l'amont par l'entretoise 15. Avantageusement, que ce soit sur les aubes ou sur le disque, il n'est requis aucun crochet du type de ceux rencontrés dans l'art antérieur. Il est néanmoins précisé que pour former la butée axiale amont du disque, un ou des crochets sur le disque pourraient remplacer l'extrémité aval 80a de la paroi 80, sans sortir du cadre de l'invention.

En outre, de l'autre côté du disque, il n'est requis aucun autre élément participant à la rétention axiale des aubes par rapport au disque.

Il est noté que dans ce premier mode de réalisation préféré, l'anneau de rétention axiale 16 se trouve du côté amont du disque 21, mais qu'il pourrait alternativement être agencé du côté aval, sans sortir du cadre de l'invention. Le choix du côté pour l'implantation de cet anneau 16 et de ses éléments complémentaires, comme les organes filetés 82 et les écrous 84, dépend des contraintes environnantes rencontrées de chaque côté du disque.

Selon une première alternative montrée sur les figures 7a et 7a', le premier organe fileté 82 n'est plus réalisé d'une seule pièce avec le pied d'aube 24, mais prévu au sein d'un insert 90 monté sur ce même pied. Plus précisément, l'insert présente une platine de montage 91 à partir de laquelle l'organe fileté 82 fait saillie axialement vers l'amont. La platine 91 présente alors des rails 92 destinés à être glissés dans des glissières 93 du pied 24. Sur l'exemple des figures 7a et 7a', ce sont trois couples de rails / glissières qui sont prévus, dont un couple intermédiaire situé sur une face axiale amont du pied d'aube 24, une butée circonférentielle étant ménagée sur la platine de montage 91, pour maintenir la platine de montage 91 relativement au pied 24. Les deux autres couples concernent des rails 92 formés respectivement par l'arête radialement intérieure et l'arête radialement extérieure de la platine 91.

Ainsi, pour l'assemblage des pièces, la platine 91 est tout d'abord glissée sur le pied 24 selon la direction circonférentielle 32, jusqu'à sa position centrée finale telle que représentée sur la figure 7b. Cette position est atteinte suite à la butée circonférentielle offerte par la glissière intermédiaire 93. L'ensemble pied 24 / insert 90 est ensuite glissé dans sa rainure 58 correspondante du disque 21, comme cela est représenté sur la figure 7c. L'insert 90 se trouve alors bloqué par rapport au pied 24 selon la direction circonférentielle, dans la rainure 58 en dehors de laquelle le premier organe fileté 82 fait saillie axialement, vers l'amont.

Selon une autre alternative représentée sur les figures 8a et 8a', seul un rail 92 est prévu au niveau de l'arête radialement extérieure de la platine 91. Ce rail 92 coopère avec une glissière 93 du pied d'aube 24, sans blocage circonférentiel. Ce blocage s'effectue par un ou plusieurs moyens adhésifs tels qu'un ou plusieurs points de colle (non représentés) entre le pied et la surface intérieure de la platine 91 de l'insert 90.

Une fois l'insert 90 glissé et collé comme montré sur la figure 8b, l'ensemble qu'il forme avec le pied d'aube 24 est ensuite glissé dans la rainure 58 correspondante du disque 21, comme cela a été représenté sur la figure 8c.

Les figures 9 à 11 représentent un second mode de réalisation dans lequel le premier organe fileté 82 est réalisé selon l'une quelconque des manières exposées ci-dessus, dans le cadre du premier mode de réalisation. La roue mobile de turbine 20 diffère de ce premier mode de réalisation par le fait qu'il est prévu un second anneau de rétention axiale des aubes, ce second anneau 16' étant agencé de l'autre côté du disque 21, à savoir son côté aval. Plusieurs des aubes 18 qui portent déjà le premier organe fileté 82, comprennent également à l'opposé un second organe fileté 82', en saillie vers l'aval à partir du pied 24. Cet organe 82' traverse un orifice correspondant 88' du second anneau 16', et l'extrémité aval de cet organe 82' qui est libre est vissée à un écrou 84' en appui sur la face aval de cet anneau. Avec cette conception, les deux anneaux 16, 16' sont plaqués respectivement contre les deux faces opposées du disque 21, au niveau de sa partie périphérique 60 intégrant les rainures 58. De ce fait, il suffit que seulement certaines des aubes 18 soient chacune couplées aux deux anneaux 16, 16' via les organes filetés 82, 82' et les écrous 84, 84', pour que toutes les autres aubes de la roue, dépourvues de tels d'organes, soient retenues axialement en butée respectivement par le premier anneau 16 et par le second anneau 16'.

Dans l'exemple représenté sur la figure 11, ce sont quatre aubes 18 qui sont équipées des organes filetés 82, 82', et qui sont de préférence espacées circonférentiellement régulièrement d'environ 90°, correspondant aux aubes grisées sur cette figure 11. Néanmoins, le nombre de ces aubes équipées des deux organes filetés 82, 82' pourrait être inférieur ou supérieur à quatre, comme par exemple trois aubes agencées à 120°.

La figure 12 représente une alternative de réalisation, applicable à l'ensemble des exemples exposés ci-dessus. Le premier organe fileté est remplacé par un simple pion 82 qui remplit la fonction d'élément de fixation traversant l'anneau 16. En outre, l'écrou est remplacé par un autre élément de butée, ici un anneau élastique 84 préférentiellement logé dans une gorge du pion 82 pour assurer le couplage axial des deux éléments 82, 84. L'anneau élastique 84, comme par exemple un circlips, demeure en appui sur la face amont de l'anneau de rétention axiale 16. Il peut être remplacé par une goupille traversant le premier pion 82, ou bien ce dernier peut être simplement serti du côté amont de l'anneau de rétention axiale 16, de manière former la butée souhaitée sur 5 l'anneau 16.

Cette alternative peut bien évidemment aussi être retenue à la place du second organe fileté 82'et de son écrou 84' associé, sans sortir du cadre de l'invention.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples 10 non limitatifs et dont la portée est définie par les revendications annexées. En particulier, les premier et second modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être combinés.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Roue mobile de turbine (20) pour turbomachine d'aéronef, la roue comprenant :

   - un disque de turbine (21) comportant une partie périphérique (60) pourvue de rainures (58) de logement d'aubes ;

   - une pluralité d'aubes (18) comprenant chacune une pale (30), et un pied (24) agencé dans l'une des rainures de logement (58) du disque ; et

   - un premier anneau (16) de rétention axiale des aubes, le premier anneau étant agencé d'un premier côté du disque parmi un côté amont et un côté aval de ce dernier, caractérisée en ce que le pied (24) d'au moins certaines des aubes de turbine est solidaire d'un premier organe de fixation (82) traversant le premier anneau (16) et coopérant avec un élément de butée (84) en appui sur cet anneau.
2. 2. Roue mobile selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier organe de fixation (82) est monolithique avec le pied d'aube (24).
3. 3. Roue mobile selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier organe de fixation (82) est réalisé au sein d'un insert (90) monté sur le pied d'aube (24), par l'intermédiaire d'un moins un rail (92) et/ou d'au moins un moyen adhésif.
4. 4. Roue mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de rétention axiale du premier anneau (16).
5. 5. Roue mobile selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens de rétention axiale comprennent une entretoise (15) présentant une bride de fixation (64) montée sur une bride de fixation de disque (62) du disque de turbine (21), l'entretoise (15) étant agencée du premier côté du disque de turbine (21) et comportant une paroi (80) dont une extrémité (80a) plaque le premier anneau (16) contre la partie périphérique (60) du disque de turbine (21).
6. 6. Roue mobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'au moins l'un des pieds d'aube (24) solidaire d'un premier organe de fixation (82) est également solidaire d'un second organe de fixation opposé (82'), traversant un second anneau (16') de rétention axiale des aubes agencé d'un second côté du disque parmi le côté amont et le côté aval de ce dernier, chaque second organe de fixation (82') coopérant avec un élément de butée (84') en appui sur le second anneau (16')·
7. 7. Roue mobile selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte, régulièrement réparties circonférentiellement, au moins deux et de préférence quatre aubes (18) dont le pied (24) de chacune d'elles est équipé d'un premier (82) et d'un second organe de fixation (82').
8. 8. Roue mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier anneau de rétention axial (16) est un anneau fermé.
9. 9. Turbine (7, 8) pour turbomachine d'aéronef, comprenant au moins une roue mobile (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la turbine étant préférentiellement une turbine basse pression.
10. 10. Turbomachine d'aéronef (1) comprenant au moins une turbine (7, 8) selon la revendication précédente, la turbomachine étant préférentiellement une turbomachine à double corps.