FR3120903A1 - Roue à aubes pour une turbine - Google Patents

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blade
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Léon FRANCOIS Etienne
Paul-Fabien DELMAS
Jean Philippe DUPEYRE Raphaël
Clément MARCHAND
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Safran Aircraft Engines SAS
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Safran Aircraft Engines SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Le présent exposé concerne une roue à aubes de turbine rotative autour d’un axe longitudinal, comprenant : - un disque (11) présentant une pluralité d’alvéoles, chaque alvéole (24) étant formée par une première nervure (261) et une seconde nervure (262) successives du disque, et - une pluralité d’aubes (100) montées circonférentiellement autour dudit disque, chaque aube comprenant un pied (14) engagé dans une alvéole (24) du disque (11), et chaque pied (14) d’aube comprenant une paroi transverse aval (101) et une paroi transverse amont (102), les parois transverses amont et aval s’étendant circonférentiellement autour dudit pied (14) d’aube, la paroi transverse aval (101) présentant une première extrémité circonférentielle (107) en contact avec la première nervure (261) du disque et la paroi transverse amont (102) présentant une seconde extrémité circonférentielle (108) en contact avec la seconde nervure (262), dans laquelle une distance circonférentielle (110) entre la première extrémité (107) et la seconde extrémité (108) est supérieure à une distance circonférentielle inter-nervures (112). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 4]

Description

Roue à aubes pour une turbine
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne une roue à aubes pour une turbine, en particulier l’emboitement des aubes dans la roue à aubes.
Etat de la technique antérieure
Une turbomachine est classiquement destinée à équiper un aéronef tel qu’un avion. La turbomachine est par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur.
La illustre un turboréacteur à double flux 1 de l’art antérieur. Celui-ci comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, une turbine basse pression 7 et une tuyère d’échappement 8.
L’air issu de la soufflante 2 est séparé en deux flux, à savoir un flux primaire et un flux secondaire. Le flux primaire traverse une veine d’écoulement primaire 9 au niveau de laquelle sont situés les compresseurs basse et haute pression 3, 4, la chambre de combustion 5 et les turbines haute et basse pression 6, 7. Le flux secondaire s’échappe au travers d’une veine secondaire 10.
La turbine basse pression 7 entraîne le compresseur basse pression 3 et la soufflante 2 au travers notamment d’un arbre basse pression, de façon à former un corps basse pression. La turbine haute pression 6 entraîne le compresseur haute pression 4 au travers d’un arbre haute pression, de façon à former un corps haute pression.
La turbine basse pression 7 comporte un rotor et un stator. Le rotor comporte une succession de roues aubagées, intercalées axialement entre des étages de distributeurs du rotor.
Les termes longitudinal, radial et circonférentiels sont définis par rapport à l’axe de la turbomachine.
Comme illustré à la , une roue aubagée comporte classiquement un disque 11 en périphérie externe duquel sont montées des aubes 12.
En particulier, chaque aube 12 comporte radialement de l’intérieur vers l’extérieur, un pied 14, une échasse 16, une plate-forme 18, une pale 20 et un talon 22.
Le pied 14 est destiné à être engagé dans une alvéole 24 de forme complémentaire du disque. Des nervures 26 du disque 11 délimitent circonférentiellement les alvéoles 24 du disque.
Les aubes 12 sont régulièrement réparties sur la périphérie du disque 11 de façon à ce que les plates-formes 18 adjacentes, d’une part, et les talons 22 adjacents, d’autre part, définissent des parois annulaires radialement interne et radialement externe délimitant entre elles une partie de la veine primaire.
Chaque talon 22 comporte classiquement au moins une léchette 28 destinée à coopérer avec un anneau en matériau abradable de manière à assurer une étanchéité dynamique en fonctionnement.
Compte tenu des jeux de montage entre les pieds 14 des aubes 12 et les alvéoles 24 du disque 10, les aubes 12 sont aptes à se déplacer légèrement par rapport au disque 11. La illustre une position dans laquelle les aubes 12 s’étendent radialement, mais les talons 22 des aubes 12 peuvent écarter l’un de l’autre dans la direction circonférentielle.
Chaque talon 22a, 22b comporte deux bords circonférentiels 30a, 30b. Des cas de perte de contact des bords circonférentiels 30a, 30b de talons 22a, 22b d’aubes adjacents sont observés. Cette perte de contact et le jeu circonférentiel apparaissant entre les talons 22a, 22b peuvent générer un décalage axial entre les talons 22a, 22b des aubes en fonctionnement, ce qui peut entraîner un phénomène de déboîtement d’au moins une aube.
Ce déboîtement de l’aube peut générer une perte de rendement, un endommagement de la turbine voire un arrêt de la turbomachine 1 en vol, et entraîner la dépose et le démontage de la turbomachine 1 afin de changer une ou plusieurs aubes ou de repositionner les aubes 12 dans la bonne position.
Le présent document vise à remédier à ces inconvénients.
A cet effet, le présent exposé propose une roue à aubes de turbine rotative autour d’un axe longitudinal, comprenant :
- un disque présentant une pluralité d’alvéoles, chaque alvéole étant formée par une première nervure et une seconde nervure successives du disque, et
- une pluralité d’aubes montées circonférentiellement autour dudit disque, chaque aube comprenant un pied engagé dans une alvéole du disque, et
chaque pied d’aube comprenant une paroi transverse aval et une paroi transverse amont, les parois transverses amont et aval s’étendant circonférentiellement autour dudit pied d’aube,
la paroi transverse aval présentant une première extrémité circonférentielle en contact avec la première nervure du disque et la paroi transverse amont présentant une seconde extrémité circonférentielle en contact avec la seconde nervure,
dans laquelle une distance circonférentielle entre la première extrémité et la seconde extrémité est supérieure à une distance circonférentielle inter-nervures.
Ainsi, l’empattement de l’aube dans le disque est augmenté par rapport à l’art antérieur. L’empattement de l’aube est défini par la distance entre la première extrémité de la paroi transverse aval et la seconde extrémité de la paroi transverse amont. L’augmentation de l’empattement de l’aube permet de limiter la bascule de l’aube et donc de réduire le déboitement de l’aube.
La distance circonférentielle inter-nervures peut être définie entre un centre circonférentiel de la première nervure et un centre circonférentiel de la seconde nervure. Le centre circonférentiel de la première nervure, respectivement de la seconde nervure, peut être agencé sur une surface radialement externe de la première nervure, respectivement de la seconde nervure. La distance circonférentielle entre la première extrémité et la seconde extrémité peut être définie par la distance entre la première extrémité et la projection de la seconde extrémité dans un plan radial comprenant la première extrémité, ou inversement.
Chacune de la première extrémité et de la seconde extrémité peut être agencée au-delà d’un sommet de la première nervure, respectivement d’un sommet de la seconde nervure.
Le sommet de la première nervure, respectivement le sommet de la seconde nervure, peut correspondre au centre circonférentiel de la première nervure, respectivement le centre circonférentiel de la seconde nervure.
La paroi transverse aval d’au moins une aube peut présenter un premier bord circonférentiel comprenant la première extrémité et un second bord circonférentiel opposé au premier bord circonférentiel. Le second bord circonférentiel de la paroi transverse aval peut comprendre un décrochement configuré pour recevoir au moins une partie, en particulier la totalité, d’un premier bord circonférentiel d’une aube adjacente à ladite aube.
De façon similaire, la paroi transverse amont d’au moins une aube peut présenter un premier bord circonférentiel comprenant la seconde extrémité et un second bord circonférentiel opposé au premier bord circonférentiel. Le second bord circonférentiel de la paroi transverse amont peut comprendre un décrochement configuré pour recevoir au moins une partie d’un premier bord circonférentiel d’une aube adjacente à ladite aube.
Les décrochements peuvent être des évidements réalisés circonférentiellement vers l’intérieur dans les seconds bords circonférentiels.
Cet agencement permet un engagement des plateformes d’aubes adjacentes et réduit l’encombrement des aubes dans le disque. En outre, l’engagement des plateformes l’une dans l’autre permet de former une continuité d’une veine aérodynamique de la roue à aubes dans la turbine.
Les décrochements peuvent présenter une forme différente, par exemple une forme présentant des dimensions, en particulier une dimension circonférentielle, supérieures aux dimensions, en particulier à la dimension circonférentielle, des premiers bords circonférentiels.
Le premier bord circonférentiel de la paroi transverse aval peut comprendre une portion en saillie dans une direction circonférentielle, ladite portion en saillie comprenant la première extrémité. Le décrochement du second bord circonférentiel de la paroi transverse aval peut présenter une forme complémentaire à ladite portion en saillie.
De façon similaire, le premier bord circonférentiel de la paroi transverse amont peut comprendre une portion en saillie dans une direction circonférentielle, ladite portion en saillie comprenant la seconde extrémité. Le décrochement du second bord circonférentiel de la paroi transverse amont peut présenter une forme complémentaire à ladite portion en saillie.
Les portions en saillie peuvent s’étendre sur une partie ou la totalité d’une hauteur radiale des premiers bords circonférentiels. Chaque portion en saillie peut s’étendre circonférentiellement vers l’extérieur depuis le bord circonférentiel qui la comprend.
Une dimension circonférentielle d’au moins l’un du premier bord circonférentiel de la paroi transverse amont et du premier bord circonférentiel de la paroi transverse aval, en particulier au niveau de la première extrémité et de la seconde extrémité, peut être comprise entre 5% et 40% de la distance circonférentielle inter-nervures, en particulier entre 10% et 25% de la distance circonférentielle inter-nervures.
Une dimension circonférentielle d’au moins l’une de la portion en saillie du premier bord circonférentiel de la paroi transverse amont et de la portion en saillie du premier bord circonférentiel de la paroi transverse aval, en particulier au niveau de la première extrémité et de la seconde extrémité, peut être comprise entre 5% et 40% de la distance circonférentielle inter-nervures, en particulier entre 10% et 25% de la distance circonférentielle inter-nervures.
La dimension circonférentielle du premier bord circonférentiel de la paroi transverse amont, respectivement du premier bord circonférentiel de la paroi transverse aval, peut être définie pas une distance circonférentielle entre la première extrémité et le centre circonférentiel de la nervure en contact avec la première extrémité, respectivement de la seconde extrémité et le centre circonférentiel de la nervure en contact avec la seconde extrémité.
La dimension circonférentielle du premier bord circonférentiel de la paroi transverse amont peut être différente de la dimension circonférentielle du premier bord circonférentiel de la paroi transverse aval. Alternativement, la dimension circonférentielle du premier bord circonférentiel de la paroi transverse amont peut être égale à la dimension circonférentielle du premier bord circonférentiel de la paroi transverse aval.
Chaque aube peut comprendre un talon agencé en périphérie radialement externe de ladite aube, le talon comportant deux bords circonférentiels. Un des bords circonférentiels d’une première aube peut être engagé dans un bord circonférentiel adjacent d’une seconde aube.
Cet agencement permet de former une continuité d’une veine aérodynamique de la roue à aubes dans la turbine.
Les bords circonférentiels de la paroi transverse amont et de la paroi transverse aval peuvent être réalisés par un usinage par électro-érosion.
La turbine peut être une turbine haute pression ou une turbine basse pression.
Le présent exposé concerne en outre une turbomachine comprenant au moins une roue à aubes du type précité.
Brève description des figures
est une vue en perspective et en coupe axiale d’une turbomachine de l’art antérieur,
est une vue en perspective d’une partie d’une roue à aubes de l’art antérieur,
est une vue de face d’une partie d’une roue à aubes de l’art antérieur,
est une vue de face d’une partie d’une roue à aubes selon un premier exemple de réalisation,
est une vue de dessous inclinée d’une aube de la roue à aubes de la ,
est une vue de face d’une partie d’une roue à aubes selon un second exemple de réalisation.

Claims (10)

  1. Roue à aubes de turbine rotative autour d’un axe longitudinal, comprenant :
    - un disque (11) présentant une pluralité d’alvéoles, chaque alvéole (24) étant formée par une première nervure (261) et une seconde nervure (262) successives du disque, et
    - une pluralité d’aubes (100) montées circonférentiellement autour dudit disque, chaque aube comprenant un pied (14) engagé dans une alvéole (24) du disque (11), et
    chaque pied (14) d’aube comprenant une paroi transverse aval (101) et une paroi transverse amont (102), les parois transverses amont et aval s’étendant circonférentiellement autour dudit pied (14) d’aube,
    la paroi transverse aval (101) présentant une première extrémité circonférentielle (107) en contact avec la première nervure (261) du disque et la paroi transverse amont (102) présentant une seconde extrémité circonférentielle (108) en contact avec la seconde nervure (262),
    dans laquelle une distance circonférentielle (110) entre la première extrémité (107) et la seconde extrémité (108) est supérieure à une distance circonférentielle inter-nervures (112).
  2. Roue à aubes selon la revendication 1, dans laquelle chacune de la première extrémité (107) et de la seconde extrémité (108) est agencée respectivement au-delà d’un sommet (114) de la première nervure (261) et d’un sommet (116) de la seconde nervure (262).
  3. Roue à aubes selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la paroi transverse aval (101) d’au moins une aube (100) présente un premier bord circonférentiel (103) comprenant la première extrémité (107) et un second bord circonférentiel (105) opposé au premier bord circonférentiel (103), le second bord circonférentiel (105) de la paroi transverse aval (101) comprenant un décrochement configuré pour recevoir au moins une partie d’un premier bord circonférentiel (103) d’une aube adjacente à ladite aube.
  4. Roue à aubes selon la revendication 3, dans laquelle le premier bord circonférentiel (103) de la paroi transverse aval (101) comprend une portion en saillie (117) dans une direction circonférentielle, ladite portion en saillie (117) comprenant la première extrémité (107) et le décrochement du second bord circonférentiel (105) de la paroi transverse aval (101) présentant une forme complémentaire à ladite portion en saillie (117).
  5. Roue à aubes selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle la paroi transverse amont (102) d’au moins une aube (100) présente un premier bord circonférentiel (104) comprenant la seconde extrémité (108) et un second bord circonférentiel (106) opposé au premier bord circonférentiel (104), le second bord circonférentiel (106) de la paroi transverse amont (102) comprenant un décrochement configuré pour recevoir au moins une partie d’un premier bord circonférentiel (104) d’une aube adjacente à ladite aube.
  6. Roue à aubes selon la revendication 5, dans laquelle le premier bord circonférentiel (104) de la paroi transverse amont (102) comprend une portion en saillie (118) dans une direction circonférentielle, ladite portion en saillie (118) comprenant la seconde extrémité (108) et le décrochement du second bord circonférentiel (106) de la paroi transverse amont (102) présentant une forme complémentaire à ladite portion en saillie (118).
  7. Roue à aubes selon l’une des revendications 1 à 6 en combinaison avec la revendication 3 et avec la revendication 5, dans laquelle une dimension circonférentielle d’au moins l’un du premier bord circonférentiel (104) de la paroi transverse amont (102) et du premier bord circonférentiel (103) de la paroi transverse aval (101) est comprise entre 5% et 40% de la distance circonférentielle inter-nervures, en particulier entre 10% et 25% de la distance circonférentielle inter-nervures.
  8. Roue à aubes selon la revendication 7, dans laquelle la dimension circonférentielle du premier bord circonférentiel (104) de la paroi transverse amont (102) est différente de la dimension circonférentielle du premier bord circonférentiel (103) de la paroi transverse aval (101).
  9. Roue à aubes selon l’une des revendications 1 à 8, dans laquelle chaque aube (100) comprend un talon agencé en périphérie radialement externe de ladite aube, le talon comportant deux bords circonférentiels, et dans laquelle un des bords circonférentiels d’une première aube est engagé dans un bord circonférentiel adjacent d’une seconde aube.
  10. Turbomachine comprenant au moins une roue à aubes selon l’une des revendications 1 à 9.
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