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Dispositif de retenue axiale d'aubes montées sur un disque de
rotor de turbomachine
Arrière-plan de l'invention
La présente invention concerne un dispositif de retenue axiale
d'aubes montées sur un disque de rotor de turbomachine tel que le rotor
du dernier étage de la turbine basse-pression.
De façon connue en soi, la turbine basse-pression d'une
turbomachine se compose d'une pluralité d'étages d'aubes mobiles
alternant avec des aubes fixes. Pour chaque étage de la turbine, les aubes
fixes sont fixées sur deux viroles concentriques et les aubes mobiles sont
fixées par leur pied sur un disque de rotor. Tous les disques de rotor de la
turbine sont fixés les uns aux autres par des liaisons boulonnées et sont
rendus solidaires de l'arbre basse-pression de la turbomachine par
l'intermédiaire d'un tourillon.
Il est également connu que le disque du dernier étage d'une
telle turbine basse-pression comprend à sa périphérie une pluralité
d'alvéoles axiales dans chacune desquelles est monté le pied d'une aube
mobile de la turbine. Le flux gazeux qui traverse la turbine exerçant un
effort axial sur les aubes mobiles, il est nécessaire d'empêcher tout
déplacement axial des aubes à l'aide de dispositifs de retenue. L'un de ces
dispositifs consiste à immobiliser les pieds des aubes à l'aide d'un fiasque
annulaire plaqué contre une face radiale d'appui du disque et du pied des
aubes, le flasque étant maintenu dans cette position par un jonc
annulaire. On pourra se référer par exemple aux publications EP
1,180,580 et EP 1,498,579. Or, bien qu'efficace, un tel dispositif est le plus
souvent assez complexe à réaliser et à monter puisqu'il nécessite de se
servir de plusieurs pièces (à savoir le flasque et le jonc de retenue du
flasque).
Il est encore connu que les disques de rotor de la turbine basse-
pression d'une turbomachine sont sujets à une mauvaise répartition des
masses qui fait que leur centre de gravité n'est pas sur leur axe de
rotation. Afin de corriger un tel phénomène de balourd, des masses
d'équilibrage sont positionnées à certains endroits des disques,
notamment au niveau des liaisons boulonnées entre les différents disques
de la turbine et au niveau de brides rajoutées spécifiquement dans ce but.
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Or, certaines configurations de turbine basse-pression rendent impossible
l'accès à ces liaisons boulonnées sans avoir à démonter au préalable
certains étages de la turbine. Par ailleurs, l'ajout de brides spécifiques à
la
fixation des masses d'équilibrage alourdit la masse totale de la turbine.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités
en proposant un dispositif de retenue axiale des aubes dont la réalisation
et le montage sont simples et qui est susceptible de contribuer à
l'équilibrage du disque de rotor.
Ce but est atteint grâce à un dispositif de retenue axiale d'aubes
montées sur un disque de rotor de turbomachine, caractérisé en ce qu il
comprend un disque de rotor comprenant à sa périphérie, une pluralité
d'alvéoles sensiblement axiales et ouvertes vers l'extérieur, et au niveau
d'une face radiale d'appui, une bride s'étendant radialement vers
l'extérieur pour délimiter avec ladite face d'appui une rainure annulaire
ouverte vers l'extérieur, le dispositif comprenant en outre une pluralité
d'aubes comprenant chacune un pied monté dans une alvéole
correspondante du disque de rotor, chaque pied d'aube étant muni au
niveau d'une face radiale d'appui correspondant à celle du disque de rotor
d'au moins un becquet s'étendant radialement vers I intérieur pour
délimiter avec ladite face d'appui une encoche annulaire ouverte vers
l'intérieur, et une bague de retenue montée contre la face d'appui du
disque de rotor et des pieds des aubes, ladite bague de retenue étant
logée dans la rainure du disque, maintenue à l'extérieur dans les encoches
des pieds des aubes, et constituée d'une pluralité de segments angulaires
mis bout à bout.
Le dispositif selon l'invention ne comprend qu'une seule pièce (à
savoir la bague de retenue qui est segmentée) de sorte qu'il est aisé à
réaliser et facile à monter sur le disque de rotor. Par ailleurs, la bague de
retenue étant constituée d'une pluralité de segments angulaires mis bout
à bout, il est possible de faire varier de façon individuelle la masse de
chacun de ces segments afin de corriger le phénomène de balourd
rencontré par les disques de rotor. De la sorte, la correction du balourd
peut être obtenue sans avoir à démonter au préalable de liaison
structurale. De plus, il n'est pas nécessaire d'avoir à rajouter des brides
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dédiées à la fixation de masses d'équilibrage et dont la présence alourdit
l'ensemble.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, au moins
l'un des segments de la bague de retenue possède une masse plus
importante que les autres segments.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention,
chaque segment de la bague de retenue comprend des échancrures
ouvertes vers l'extérieur pour permettre le passage des becquets des
pieds d'aubes lors du montage de la bague de retenue dans la rainure du
disque de rotor.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse de
l'invention, la bague de retenue comprend des moyens pour permettre
d'arrêter sa rotation dans la rainure du disque de rotor. Ainsi, au moins
l'un des segments de la bague de retenue peut comprendre une languette
pliable qui est apte à être rabattue entre deux becquets adjacents de
pieds d'aubes pour arrêter la rotation de la bague de retenue dans la
rainure du disque de rotor.
L'invention a également pour objet une turbomachine
comprenant au moins un dispositif de retenue axiale d'aubes montées sur
un disque de rotor tel que défini précédemment.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins
annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout
caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 est une vue partielle et en coupe longitudinale
d'une turbine basse-pression de turbomachine équipée d'un dispositif
selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 1A est une loupe de la figure 1;
- les figures 2A et 2B sont des vues partielles de devant du
dispositif de la figure 1 montrant le montage de la bague de retenue ; et
- les figures 3A à 3C sont des vues en coupe longitudinale de
dispositifs selon d'autres modes de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation
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Les figures 1 et 1A représentent partiellement en coupe
longitudinale une turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique
équipée d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention.
Bien entendu, la présente invention s'applique à tout autre
ensemble de turbomachine (aéronautique ou terrestre) muni d'un disque
de rotor sur lequel sont montées axialement des aubes.
La turbine basse-pression est centrée sur l'axe longitudinal X-X
de la turbomachine. Le dernier étage de la turbine se compose d'un
distributeur formé d'une pluralité d'aubes fixes 2 et d'une roue mobile
placée derrière le distributeur et formée d'une pluralité d'aubes mobiles 4
montées axialement sur un disque de rotor 6. L'avant-dernier étage de la
turbine se compose également d'un distributeur (non représenté) et d'une
roue mobile formée d'une pluralité d'aubes mobiles 4' montées sur un
disque de rotor 6'.
Les disques 6, 6' du dernier et de l'avant-dernier étages de la
turbine sont fixés l'un à l'autre au moyen de liaisons boulonnées 8 et sont
rendus solidaire de l'arbre basse-pression de la turbomachine (non
représenté) par un tourillon annulaire 10. Ce dernier est également fixé
sur les disques 6, 6' au moyen des mêmes liaisons boulonnées 8.
Comme représenté à la figure 1A, le disque 6 du dernier étage
de la turbine comporte à sa périphérie une pluralité d'alvéoles 12
sensiblement axiales, ouvertes vers l'extérieur du disque (c'est-à-dire en
direction opposée à l'axe longitudinal X-X) et destinées à recevoir chacune
axialement le pied 4a (par exemple en forme de sapin) d'une aube mobile
4 de la turbine (par exemple par emmanchement).
Le disque 6 comporte également au niveau de sa face radiale
aval 14 (appelée ci-après face d'appui), une bride 16 s'étendant
radialement vers l'extérieur du disque pour délimiter avec la face d'appui
une rainure annulaire 18 ouverte vers l'extérieur.
Par ailleurs, chaque pied d'aube 4a est muni au niveau de sa
face radiale aval correspondant à celle du disque de rotor 6 d'au moins un
becquet 20 s'étendant radialement vers l'intérieur du disque (c'est-à-dire
vers l'axe longitudinal X-X) pour délimiter avec ladite face aval une
encoche annulaire 22 qui est ouverte vers l'intérieur.
Le dispositif selon l'invention comprend une bague de retenue
24 qui est montée contre la face d'appui 14 du disque de rotor 6 et des
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pieds d'aubes 4a. Cette bague de retenue 24 est logée dans la rainure 18
du disque et elle est maintenue à l'extérieur dans les encoches 22 des
pieds d'aubes 4a.
En outre, la bague de retenue 24 est constituée d'une pluralité
de segments (ou secteurs) angulaires 24a mis bout à bout, chaque
segment de bague 24a pouvant s'étendre circonférentiellement sur une
même distance angulaire.
A titre d'exemple, pour une turbine basse-pression de
turbomachine dont le dernier étage comprend 98 aubes mobiles, il peut
étre prévu 14 segments de bague 24a qui s'étendent donc chacun sur
25 .
Pour permettre leur montage dans la rainure 18 du disque 6,
chaque segment de bague 24a comprend des échancrures 26 qui sont
ouvertes vers l'extérieur. Comme illustré par la figure 2A, ces échancrures
sont dimensionnées pour permettre le passage des becquets 20 des pieds
d'aubes 4a lors du montage de la bague de retenue dans la rainure du
disque. Dans cette position, les segments de bague ne sont donc pas
maintenus à l'extérieur dans les encoches 22 des pieds d'aubes.
Encore à titre d'exemple, lorsque le disque de rotor 6 comprend
98 aubes mobiles 4 et que la bague de retenue 24 est constituée de 14
segments 24a, le nombre d'échancrures 26 par segment peut être de 7.
Une fois montées dans la rainure 18 du disque, les segments de
bague 24a sont pivotés autour de l'axe longitudinal X-X de la
turbomachine de façon à ce que les becquets 20 des pieds d'aubes ne
soient plus disposés en regard des échancrures 26 (figure 2B). Dans cette
position, les segments de bague sont alors maintenus à I'extérieur dans
les encoches des pieds d'aubes.
Toujours à titre d'exemple, lorsque le disque de rotor 6
comprend 98 aubes mobiles 4 et que la bague de retenue 24 est
constituée de 14 segments 24a, chaque segment ayant 7 échancrures 26,
une rotation (dans un sens ou dans l'autre) de 1,8 de la bague de
retenue permet de passer de la position de la figure 2A à la position de la
figure 2B.
Bien entendu, le démontage de la bague de retenue s'effectue
de la même manière en pivotant celle-ci d'un angle suffisant pour faire en
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sorte que les becquets des pieds d'aubes soient à nouveau disposés en
regard des échancrures des segments de bague.
Selon une disposition avantageuse de l'invention, au moins l'un
des segments de bague 24a comprend une languette pliable 28 qui est
apte à être rabattue entre deux becquets adjacents 20 de pieds d'aubes
4a pour arrêter la rotation de la bague de retenue dans la rainure 18 du
disque de rotor 6 une fois que celle-ci est correctement positionnée (figure
2B).
Ainsi, dans l'exemple de réalisation des figures 2A et 2B, la
languette 28 est disposée au niveau de l'une des échancrures 26 du
segment de bague 24a et est apte par pliage à prendre deux positions
extrêmes : une position dans laquelle elle s'étend dans un plan incliné par
rapport au plan radial du segment de bague afin de permettre une
rotation dudit segment (figure 2A), et une autre position dans laquelle elle
est disposée dans le même plan radial que les becquets 20 des pieds
d'aubes et s'étend circonférentiellement entre deux becquets adjacents 20
afin de bloquer en rotation ledit segment et donc l'ensemble de la bague
de retenue (figure 2B).
Il est à noter qu'il n'est pas nécessaire que tous les segments de
bague soient équipés d'une telle languette, une seule languette pour
l'ensemble des segments pouvant suffire à bloquer en rotation ladite
bague.
Selon une autre disposition avantageuse de l'invention, au
moins l'un des segments de bague 24a possède une masse plus
importante que les autres segments.
Une telle disposition permet de corriger aisément le phénomène
de balourd observé dans une turbine basse-pression. En effet, comme la
bague de retenue 24 est segmentée, il est possible d'affecter à certains
des segments de bague une masse individuelle qui est différente de celle
des autres et ainsi faire en sorte que le centre de gravité du disque de
rotor se retrouve bien sur l'axe longitudinal X-X de la turbomachine. Il est
à noter que plus le nombre de segments de bague sera élevé, plus
l'équilibrage des masses sur l'ensemble du disque pourra être précis.
Cette disposition est particulièrement avantageuse lorsque,
comme représenté sur la figure 1, l'espace annulaire entre l'extrémité
interne du disque 6 du dernier étage de la turbine et le tourillon 10 ne
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permet pas d'avoir un accès direct aux liaisons boulonnées 8 de sorte qu'il
est impossible de fixer des masses d'équilibrage sur ces liaisons
boulonnées sans avoir à démonter au préalable le dernier étage de la
turbine.
En pratique, un contrôle d'équilibrage du disque de rotor est
réalisé une fois la turbine assemblée et une correction de balourd est
éventuellement appliquée. Lors de l'opération de correction de balourd, un
ou plusieurs segments de bague sont remplacés par des segments de
masse modifiée et adaptée à la correction nécessaire. Les segments de
masse modifiée sont des segments de bague dont la masse est supérieure
à celle des autres segments.
Les figures 3A à 3C, qui représentent en coupe longitudinale
différents variantes de réalisation du dispositif conforme à! invention,
illustrent diverses manières de faire varier la masse d'un segment de
bague 24a.
Ainsi, sur l'exemple de réalisation de la figure 3B, le segment de
bague 24a présente une surépaisseur 30 par rapport au segment
représenté à la figure 3A. En plus d'une telle surépaisseur, le segment de
bague 24a de la figure 3C présente un bossage 32 qui n'est présent ni sur
le segment de bague de la figure 3A ni sur celui de la figure 3B. Cette
surépaisseur 30 et ce bossage 32 peuvent s'étendre circonférentiellement
sur toute ou partie seulement du segment de bague. Iis correspondent à
des ajouts de masse.
D'autres manières de faire varier la masse des segments de
bague sont encore possibles. Ainsi, la profondeur des échancrures 26, de
même que la hauteur et/ou l'épaisseur des zones inter-échancrures
peuvent varier afin d'augmenter ou de diminuer la masse des segments de
bague.
Il est à noter que les segments de bague peuvent être usinés au
préalable avec des classes de gamme (par exemple de gramme en
gramme) pour offrir un large choix de segment adapté à la correction de
balourd nécessaire. Alternativement, les segments de bague peuvent être
usinés à la demande.
Le dispositif de retenue axiale d'aubes selon l'invention présente
de nombreux avantages. En particulier, celui-ci n'est constitué que d'une
seule pièce principale (à savoir la bague de retenue) ce qui rend sa
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fabrication peu onéreuse et son montage/démontage contre la face
d'appui du disque aisé. En outre, grâce à l'utilisation de segments de
bague, il est possible de faire varier la masse de chacun de ces segments
et ainsi de corriger aisément le phénomène de balourd observé avec ce
type de technologie.
