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CA 02625317 2008-03-12
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DISQUE DE ROTOR D'UNE TURBOMACHINE
La présente invention concerne un disque de rotor de soufflante
d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion.
Dans la technique connue, un disque de rotor est formé à sa
périphérie avec une alternance d'alvéoles et de nervures et porte une
pluralité d'aubes, chacune formée d'une pale raccordée à un pied engagé
axialement et retenu radialement dans une alvéole du disque. Des
plates-formes sont fixées entre les aubes par l'intermédiaire de brides
radiales reliées à des brides radiales correspondantes formées sur les
nervures du disque.
La cinématique de montage et démontage des plates-formes sur les
nervures du disque impose que la plate-forme effectue une translation sur
la nervure afin que des orifices des brides de la plate-forme viennent
s'engager avec des pions ou tiges prévues sur les brides du disque.
Dans une turbomachine, les bords latéraux des plates-formes
doivent être suffisamment proches des pales de l'aube afin d'éviter les
circulations d'air parasites vers le disque. Les pales d'une soufflante ont un
profil courbe, ce qui nécessite que les bords latéraux des plates-formes
soient également courbes. Cependant, du fait de la cinématique de
montage et de démontage, un jeu est nécessaire entre les bords des
plates-formes et les pales et induit des fuites d'air vers le disque. Ce jeu
est
particulièrement important aux extrémités axiales de la plate-forme. Ainsi,
le cumul des jeux aubes / plates-formes sur l'ensemble du disque entraîne
une diminution du rendement de la turbomachine.
Dans la technique antérieure, les solutions se sont focalisées sur la
restauration de l'étanchéité entre la plate-forme et l'aube. Cependant ces
techniques nécessitent l'incorporation de pièces supplémentaires, ce qui
conduit à un alourdissement de la turbomachine.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple,
économique et efficace à ces différents problèmes.
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Elle propose à cet effet un disque de rotor de soufflante de
turbomachine, comportant à sa périphérie des aubes dont les pieds sont
retenus dans des alvéoles du disque, et des plates-formes inter-aubes
fixées sur des nervures délimitées par les alvéoles de montage des pieds
d'aubes, des garnitures de protection étant montées entre les flancs des
alvéoles du disque et les pieds des aubes, caractérisé en ce que les
garnitures de protection ont une section en C permettant de les engager en
translation et de les retenir radialement sur les nervures du disque et
constituent des moyens de verrouillage des plates-formes sur les nervures
du disque.
Dans la technique connue, les garnitures sont utilisées pour protéger
les pieds des aubes contre des frottements sur les parois internes de
l'alvéole. La garniture est habituellement réalisée dans un matériau
présentant une résistance à l'usure plus importante que le pied d'aube et
que le disque.
Selon l'invention, les garnitures exercent une fonction
supplémentaire en permettant de retenir radialement les plates-formes
inter-aubes en position sur les nervures du disque de rotor par des moyens
de verrouillage. L'invention permet donc de réduire le jeu entre l'aube et la
plate-forme puisque la plate-forme n'a plus à être insérée axialement, le
verrouillage étant assuré par les garnitures. Les bords latéraux de la
plate-forme peuvent ainsi parfaitement correspondre à la courbure de la
paie de l'aube.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les plates-formes sur
le disque comprennent des pieds appliqués sur les nervures du disque, ces
pieds étant engagés et retenus dans des découpes ou fenêtres des
garnitures.
Dans un mode de réalisation préféré, les garnitures sont déplaçables
en translation sur les nervures entre une position de libération et une
position de retenue des pieds des plates-formes, et sont immobilisées dans
leur position de retenue par une pièce annulaire montée sur la face amont
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du disque pour la retenue axiale des pieds d'aubes dans les alvéoles du
disque.
Ce système de verrouillage par translation de la garniture de
protection permet un montage de la plate-forme avec un minimum de jeu
sur une nervure du disque.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les pieds des
plates-formes comprennent des montants radiaux et des rebords axiaux
s'étendant vers l'amont depuis les montants radiaux. Lorsque la garniture
de protection est en position de verrouillage, les rebords axiaux sont à
l'intérieur de la garniture de protection et permettent ainsi le maintien de
la
plate-forme sur la nervure du disque.
Avantageusement, les alvéoles et nervures du disque, et les
garnitures de protection ont un profil hélicoïdal.
Dans certaines configurations de turbomachine, les pieds des aubes
mobiles sont montés dans des alvéoles du disque qui forment un angle
avec l'axe du disque. Ainsi, lorsque les aubes sont montées dans les
alvéoles du disque, il existe une disproportion d'épaisseurs de nervure
assurant la retenue radiale des aubes de chaque côté du pied d'aube ce
qui est la source d'une usure prématurée des pieds d'aubes. L'utilisation de
profils hélicoïdaux pour les alvéoles et nervures du disque permet de
conserver des épaisseurs constantes de chaque côté des pieds d'aubes
sur toute la longueur du disque, les garnitures ayant un profil hélicoïdal
pour pouvoir être engagées sur les nervures.
Les plates-formes sont avantageusement montées sur le disque par
translation radiale.
L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un
turboréacteur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un disque du
type décrit ci-dessus.
L'invention concerne encore une garniture de protection d'un pied
d'aube dans une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle a une section en
C et comprend des découpes ou fenêtres formées dans sa paroi reliant les
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ailes du C. La garniture de protection peut avoir un profil hélicoïdal.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront 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 partielle en perspective d'un disque
portant une aube et une plate-forme selon la technique
antérieure ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une
garniture de protection engagée sur une nervure du disque selon
l'invention ;
- la figure 3 est une vue schématique de côté d'une plate-forme
inter-aubes selon l'invention verrouillée sur une nervure du
disque ;
- la figure 4 est une vue schématique de gauche du disque de la
figure 3.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une partie d'un
disque 10 d'une turbomachine portant une aube 12 selon la technique
antérieure. Le disque 10 comprend à sa périphérie une alternance
d'alvéoles 14 et de nervures 16 s'étendant longitudinalement sur toute la
longueur du disque 10. L'aube mobile 12 formée d'une pale 18 raccordée à
un pied d'aube 20 est engagée et retenue radialement dans une alvéole 14
du disque 10. Une plate-forme 22 est positionnée sur une nervure 16 du
disque 10, les bords 24 de la plate-forme 22 étant placés suffisamment
proche de la pale 18 de l'aube 12 attenante pour éviter les circulations d'air
vers le disque 10. La plate-forme 22 est fixée par des brides radiales
s'étendant vers l'intérieur sur des brides 26 radiales s'étendant vers
l'extérieur d'une nervure 16 du disque 10. Des tiges 28 insérées dans les
brides 26 du disque 10 et les brides de la plate-forme 22 assurent la
retenue radiale de la plate-forme 22 sur la nervure 16. La cinématique de
montage et de démontage de la plate-forme 22 impose que ses brides
soient engagées dans les tiges 28 par un mouvement de déplacement de
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la plate-forme 22 selon l'axe médian de la nervure 16. Or la pale 18 étant
courbée, il est nécessaire d'avoir un jeu entre les bords 24 de la
plate-forme 22 et la pale 18 pour permettre le déplacement selon l'axe
médian de la nervure 16 de la plate-forme 22. Ce jeu est de l'ordre de 3
5 mm et est le plus important aux extrémités axiales de la plate-forme 22.
Une circulation d'air peut ainsi avoir lieu entre la plate-forme 22 et l'aube
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réduisant les performances de la turbomachine.
L'invention permet de réduire le jeu entre les bords 24 de la
plate-forme et la pale 18 de l'aube 12 en modifiant la cinématique de
montage des plates-formes sur les nervures 16 du disque 10 et en utilisant
des garnitures de protection pour verrouiller les plates-formes sur le disque.
Dans la technique antérieure, on utilise des garnitures pour protéger
les pieds d'aubes 20 engagés dans les alvéoles 14 contre les frottements
de ceux-ci sur les flancs des alvéoles 14 du disque. L'interposition d'un
élément tel qu'une garniture de protection entre la nervure 16 et le pied
d'aube 20, dont la résistance à l'usure est plus faible que celles du pied
d'aube 20 et du disque 10, permet de préserver le pied d'aube 20.
En figure 2 est représenté schématiquement une garniture de
protection 30 selon l'invention, engagée en translation sur une nervure 16
d'un disque 32 selon l'invention dont seule une partie est visible. La
garniture de protection 30 à une section transverse en forme de C lui
permettant d'être engagée axialement et retenue radialement sur la nervure
16. La partie centrale 34 de la garniture de protection 30 s'étend sur une
partie de la nervure 16 du disque et est raccordée par des montants 36
sensiblement radiaux aux bords 38 latéraux de la garniture 30 et s'étendent
sur toute la longueur du disque 32. Les bords 38 latéraux disposés à
l'intérieur de l'alvéole 14, sont en appui contre une partie de la nervure et
assurent la retenue radiale de la garniture de protection 30. La partie
centrale 34 est sensiblement parallèle à la surface externe périphérique de
la nervure 16 du disque 32 et ses extrémités axiales 40 sont sensiblement
parallèles à un plan perpendiculaire à l'axe du disque 32.
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La garniture de protection 30 selon l'invention permet non seulement
d'éviter l'endommagement des pieds d'aubes 20, mais également de
maintenir la plate-forme sur la nervure 16 du disque 32 en formant des
moyens de verrouillage de la plate-forme. Pour cela, la partie centrale 34
de la garniture 30 comprend une fenêtre 42 et des découpes 40 à ses
extrémités axiales.
En figure 3 est représentée une plate-forme 44 selon l'invention
comprenant des pieds 46 s'étendant radialement vers l'intérieur, lesquels
sont formés de montants radiaux 48 et de rebords axiaux 50.
Le verrouillage d'une plate-forme 44 posée sur une nervure 16 du
disque 32 est réalisé en insérant par translation la garniture de protection
30 sur une nervure 16 du disque 32. La garniture 30 est déplacée sur la
nervure 16 du disque 32 jusqu'à une position telle que les pieds 46 de la
plate-forme 44 puissent être insérés par translation radiale selon la flèche A
dans une découpe 40 et la fenêtre 42 de la garniture de protection 30. La
plate-forme 44 représentée en figure 3 comprend deux pieds 46 décalés
axialement et qui reposent après insertion à travers la garniture de
protection 30 sur la nervure 16 du disque 32. La garniture de protection 30
est ensuite translatée selon la flèche B sur la nervure 16 de manière à ce
que les rebords axiaux 50 soient retenus radialement par la partie centrale
34 de la garniture de protection 30, ce qui assure un verrouillage radial de
la plate-forme 44 sur le disque 32. En effet, en fonctionnement, la
plate-forme 44 subit l'effet de la force centrifuge et effectue un mouvement
de déplacement radial stoppé par les rebords axiaux 50 qui viennent buter
contre la partie centrale 34 de la garniture de protection.
L'insertion radiale de la plate-forme 44 permet que la courbure des
bords de la plate-forme 44 coïncide parfaitement avec la courbure de la
pale 18 et le jeu entre la plate-forme 44 et l'aube 12 est ainsi réduit.
Dans le mode de réalisation de la garniture de protection 30
représenté aux dessins, les extrémités amont latérales de la garniture 30
forment des saillies 52 par rapport à la face amont du disque 32 lorsque la
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garniture 30 est en position de verrouillage de la plate-forme 44. Ces
saillies 52 sont destinées à coopérer avec une pièce annulaire non
représentée, montée sur la face amont du disque 32 pour la retenue axiale
des pieds d'aubes 20 et des garnitures de protection 30.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention représenté en
figure 4, les alvéoles 14 et les nervures 16 ainsi que les garnitures de
protection 30 ont un profil hélicoïdal. Ce profil permet dans le cas où les
alvéoles 14 font un angle avec l'axe du disque 32 de conserver une
épaisseur el constante sur toute la longueur du disque 32 et sensiblement
égale à l'épaisseur e2 puisque les alvéoles 14 et nervures 16 suivent le
profil cylindrique du disque 32. Ce type de profil permet ainsi de réduire
l'usure des pieds d'aubes 20.
En cas de perte d'aube, la garniture de protection 30 peut également
servir de butée ou bien se déformer pour éviter le contact entre la
plate-forme 44 et l'aube 12 désolidarisée qui peut conduire à l'éjection de la
plate-forme 44.
La garniture de protection 30 peut comprendre un nombre variable
de découpes 42 et d'ajours en fonction du nombre de pieds 46 requis pour
la plate-forme 44.
Les garnitures de protection sont métalliques et ont une épaisseur
comprise entre 0,1 et quelques millimètres.
