Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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WO 2011/095722 PCT/FR2011/050116
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SOUFFLANTE DE TURBOMACHINE
La présente invention concerne une soufflante d'une turbomachine,
telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.
De façon connue, une soufflante de turbomachine comprend un
disque de rotor comportant sur sa périphérie externe une pluralité de
nervures longitudinales délimitant entre elles des alvéoles de montage axial
et de retenue radiale de pieds d'aubes. L'extrémité aval de chaque nervure
comprend une oreille radiale comportant un orifice de passage d'une vis ou
d'un boulon pour la fixation du disque de soufflante sur une bride amont
d'un compresseur basse pression agencé en aval de la soufflante. Le
compresseur basse-pression est ainsi entraîné en rotation avec le rotor de
la soufflante par un arbre de turbine.
Les flancs de chaque oreille forment des butées de retenue des
aubes et limitent ainsi leur débattement angulaire. En cas de perte d'une
aube, l'aube désolidarisée du disque impacte une aube adjacente laquelle
bascule angulairement et vient en appui sur le flanc d'une oreille, ce qui
permet un transfert de l'énergie libérée par le choc de l'aube désolidarisée
sur l'aube adjacente vers l'ensemble du disque et évite ainsi des pertes
d'aubes en cascade.
Quand l'avion est au sol et que la turbomachine est arrêtée, les
parties tournantes de la turbomachine peuvent subir une autorotation
(appelée windmilling en anglais). En effet, l'air entrant à l'intérieur de
la
turbomachine induit une rotation du rotor de la soufflante à une vitesse de
l'ordre de 40 à 50 tours par minute. Cette faible vitesse de rotation ne
permet pas une centrifugation suffisamment importante des aubes pour
leur blocage en position dans les alvéoles. Il s'ensuit que les aubes de la
soufflante peuvent basculer sur les flancs des oreilles des nervures du
disque. Ces contacts répétés induisent des frottements entre les flancs des
oreilles et les aubes conduisant à des usures prématurées des butées, ce
qui impose des réparations plus fréquentes des butées.
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A l'heure actuelle, la réparation des flancs des oreilles est réalisée
par dépôt par plasma d'une couche métallique. Toutefois, les oreilles du
disque ainsi réparées ont une résistance à la fatigue inférieure à celle des
oreilles d'un disque neuf. De plus, ces dépôts de matière ont une
résistance aux chocs limitée et peuvent se désagréger progressivement au
cours du temps.
Enfin, cette opération n'est pas réalisable sous aile et nécessite un
démontage et une réparation dans un atelier de maintenance, ce qui
conduit à des temps d'immobilisation longs et coûteux et nécessite
l'utilisation d'un outillage cher et complexe
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple,
économique et efficace à ces différents problèmes.
A cette fin, elle propose une soufflante de turbomachine comprenant
un disque de rotor comportant sur sa périphérie externe des alvéoles de
montage de pieds d'aubes délimités par des nervures longitudinales
comportant chacune une oreille radiale pour la fixation du disque sur un
rotor de compresseur en aval, les flancs des oreilles formant des butées de
retenue des aubes montées sur le disque, caractérisée en ce que des
cavaliers en U sont montés sur les oreilles du disque et comprennent
chacun deux pattes latérales recouvrant les flancs d'une oreille radiale.
L'invention propose ainsi l'intégration de cavaliers de protection des
oreilles du disque évitant une usure des flancs des oreilles par contact
répétés des aubes lorsque la soufflante est mise en autorotation.
Il n'est ainsi plus nécessaire de démonter la turbomachine pour
réparer les oreilles des nervures du disque de soufflante. L'intégration de
ces cavaliers est simple à réaliser et peut être effectuée sur une
turbomachine montée sous l'aile d'un avion, évitant un démontage et un
transport dans un atelier de maintenance.
Les cavaliers peuvent être engagés axialement depuis l'amont sur
les oreilles.
Dans une réalisation de l'invention, chaque cavalier comprend une
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paroi transverse appliquée sur une face amont radiale d'une oreille et
comportant un orifice aligné avec un orifice correspondant de l'oreille pour
le passage d'une vis ou d'un boulon de fixation sur le rotor de compresseur
en aval.
Ainsi, chaque cavalier est serré sur une oreille radiale d'un disque au
niveau de la fixation avec le rotor du compresseur en aval. L'épaisseur de
la paroi transverse est suffisamment faible pour ne pas nécessiter le
remplacement de la vis ou du boulon de fixation par des vis ou boulons de
dimensions plus importantes.
Avantageusement, chaque patte latérale d'un cavalier comprend un
pliage longitudinal en U s'emboîtant sur une butée d'un flanc de l'oreille
radiale, ce qui permet d'assurer le montage axial du cavalier sur une oreille
et la retenue radiale de ce cavalier sur cette oreille.
Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque paroi
transverse du cavalier comprend au moins une patte radiale dont
l'extrémité libre s'étend vers l'amont le long d'une nervure du disque.
Préférentiellement, chaque cavalier comprend deux pattes radiales
précitées qui sont parallèles et espacées circonférentiellement l'une de
l'autre, ce qui évite une rotation du cavalier lors de son serrage sur
l'oreille.
L'invention concerne également un cavalier de protection des flancs
d'une oreille radiale d'une nervure périphérique d'un disque de soufflante
tel que décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend deux pattes
latérales sensiblement parallèles reliées par une paroi transverse
comportant un orifice central, la paroi transverse de chaque cavalier étant
prolongée par deux pattes coudées dont l'extrémité libre s'étend dans un
sens opposé aux pattes latérales du cavalier.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et
caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description
suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins
annexés dans lesquels :
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- la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'un disque
de soufflante selon la technique antérieure ,
- la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe transversale
d'une aube montée dans une alvéole d'un disque de soufflante selon la
technique antérieure ;
- la figure 3 est une vue schématique depuis l'amont d'une partie d'un
disque comprenant des moyens de protection des oreilles du disque
selon l'invention ,
- les figures 4A et 4B sont des vues en perspectives de cavaliers de
protection des oreilles radiales d'un disque d'une soufflante selon
l'invention ,
- la figure 5 est une vue schématique en coupe axiale de la fixation du
disque de soufflante selon l'invention à un rotor de compresseur basse
pression agencé en aval.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente de manière
schématique une partie d'un disque 10 de soufflante de turbomachine
comprenant à sa périphérie externe des nervures longitudinales 12
délimitant entre elles des alvéoles 14 de montage axial et de retenue
radiale d'aubes 16. Chaque aube 16 comprend une pale 18, une
plateforme 20 formée à la base de la pale et délimitant intérieurement la
veine annulaire d'écoulement du flux d'air entrant dans la turbomachine.
Une zone 22 appelée échasse relie la plateforme 20 et la pale 18 au
pied d'aube 24.
Chaque nervure 12 du disque 10 de soufflante comprend une oreille
radiale 26 formée à son extrémité aval. Ces oreilles 26 comprennent
chacune un orifice axial 28 destiné à être aligné avec un orifice
correspondant formé dans une bride annulaire d'un rotor de compresseur
basse pression agencé en aval (voir figure 5). Des vis de fixation sont
insérées dans les orifices 28 des oreilles 26 du disque 10 et dans les
orifices de la bride annulaire du rotor de compresseur.
Chaque oreille radiale 26 comprend des flancs latéraux comportant
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chacun une butée longitudinale 30 en saillie. Chaque butée 30 formée sur
le flanc d'une oreille 26 est alignée circonférentiellement avec une butée 30
d'une oreille adjacente (figure 2).
Lorsque les aubes 16 sont montées sur le disque 10 de soufflante,
5 ceux sont les échasses 22 qui sont situées en regard des butées
longitudinales 30.
En cas de perte d'aube, l'aube désolidarisée impacte une aube
adjacente 16 qui bascule et dont l'échasse 22 vient en contact avec une
butée 30 d'une oreille radiale 26. Ces butées 30 limitent ainsi le
débattement angulaire de l'aube 16 subissant la pression de l'aube
désolidarisée et permettent un transfert de l'énergie du choc vers le disque
10 de soufflante.
On a constaté dans la technique antérieure, que ces butées 30
étaient soumises à des usures relativement importantes dues
essentiellement aux chocs des démarrages et des arrêts de la
turbomachine et à son fonctionnement occasionnel en autorotation à l'arrêt
au sol. En effet, l'air entrant dans la turbomachine induit une rotation de la
soufflante qui n'est pas suffisamment importante pour réaliser une
centrifugation des aubes 16 et un blocage en position stable des pieds
d'aubes 24 dans les alvéoles 14. Il s'ensuit des basculements successifs
des aubes 16 conduisant à des frottements entre les échasses 22 et les
butées 30 d'où il résulte une usure des butées 30 des oreilles radiales 26.
Les solutions proposées dans la technique antérieure et exposées
précédemment ne sont pas pérennes et nécessitent un démontage de la
turbomachine pour une effectuer une réparation dans un atelier de
maintenance et un équipement coûteux.
Selon l'invention, des cavaliers 32 sont montés sur les oreilles
radiales 26 du disque 10 de soufflante et assurent un recouvrement des
flancs des oreilles 26 pour la protection des butées 30 (figure 3).
Chaque cavalier a une forme en U et comprend une paroi transverse
34 de forme sensiblement rectangulaire reliée à deux pattes latérales
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parallèles 36, 38. La paroi transverse 34 comprend un orifice central 40 et
est prolongée par deux pattes plates radiales 42, 44 qui sont parallèles et
dont les extrémités sont courbées dans un sens opposé aux pattes
latérales 36, 38, ces deux pattes radiales 42, 44 étant espacées l'une de
l'autre (figures 4A et 4B).
Les pattes latérales 36, 38 d'un cavalier 32 comprennent chacune un
pliage longitudinal 41 en U destiné à s'emboîter sur une butée longitudinale
30 d'une oreille 26 du disque 10.
Pour le montage d'un cavalier 32 sur une oreille 26 du disque 10 de
soufflante, le cavalier 32 est positionné sur le disque 10 afin que les pattes
radiales 42, 44 s'étendent le long d'une nervure 12 du disque 10 et vers
l'amont du disque 10. Le cavalier 32 est ensuite translaté vers l'aval de
manière à ce que les pliages en U 41 des pattes latérales 36, 38
s'emboîtent sur les butées longitudinales 30 de l'oreille radiale 26 du disque
10, la paroi transverse 34 du cavalier 32 venant s'appliquer sur la face
radiale amont de l'oreille radiale 26. Une vis de fixation 46 est ensuite
insérée depuis l'aval dans les orifices alignés du cavalier 32, de l'oreille
26
et de la bride annulaire 48 du rotor de compresseur basse pression. Un
écrou de fixation 50 est serré sur la face amont du cavalier 32 (figure 5).
L'insertion d'un cavalier 32 n'induit aucune modification dans les
dimensions des vis de fixation 46 étant donnée l'épaisseur très faible de la
paroi transverse 34 qui est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres.
Il est souhaitable de dimensionner un cavalier 32 de manière à ce
que les pattes radiales 42, 44 soient montées avec un jeu radial J par
rapport à une nervure 12 du disque 10 pour compenser les tolérances dans
le positionnement radial d'un orifice 28 sur une oreille radiale 26 et ainsi
garantir en toutes circonstances un alignement de l'orifice 40 d'un cavalier
32 avec un orifice 28 d'une oreille radiale 26.
Ce type de cavalier de protection 32 des flancs des oreilles peut être
utilisé aussi bien sur un disque 10 de soufflante neuf que sur un disque en
cours d'utilisation. Dans ce dernier cas, si les butées 30 présentent une
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usure, il est nécessaire d'effectuer un blanchiment par toilage de la surface
des butées 30 de manière à avoir une surface lisse au contact du cavalier
32. Cette opération consiste donc à enlever entre 0,2 et 0,5 millimètre de
matière aux flancs d'une oreille usée.
L'intégration des cavaliers 32 sur les oreilles 26 d'un disque 10 de
soufflante peut être réalisée lorsque la turbomachine est en place sous
l'aile de l'avion, ce qui permet de réduire les temps d'immobilisation et ne
nécessite pas d'équipements compliqués puisque chaque cavalier 32 est
solidarisé à l'aide d'un élément de fixation préexistant.
Les cavaliers 32 peuvent être réalisés dans un matériau métallique
tel que de l'INCONEL et les aubes 16 peuvent être en titane. De cette
manière les cavaliers 32 s'usent moins vite que les aubes 16.
Les cavaliers 32 peuvent être réalisés par des opérations de pliage
et de découpe successives d'une tôle ou bien par usinage d'un bloc de
matière.
