Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02834759 2013-10-30
WO 2012/150425 PCT/FR2012/051004
1
ROTOR DE TURBOMACHINE AVEC MOYEN DE RETENUE AXIALE DES
AUBES
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne le domaine des turbomachines, plus
particulièrement celui des turboréacteurs multiflux à soufflante avant et vise
le
verrouillage axial des aubes logées dans des rainures ou alvéoles axiales sur
la
jante d'un disque de rotor. Elle vise essentiellement le verrouillage des
aubes de
la soufflante dans leur logement sur le disque de soufflante.
Etat de la technique
Un turboréacteur multitflux comprend un moteur à turbine à gaz entraînant une
soufflante généralement à l'avant du moteur. Une soufflante comprend
classiquement un disque de rotor pourvu d'une pluralité d'aubes de soufflante,
radiales, espacées les unes des autres circonférentiellement et fixées dans
des
alvéoles individuelles ménagées sur sa jante. Les alvéoles sont orientées
sensiblement axialement et sont à section en queue d'aronde. Leur forme est
complémentaire de celle des pieds d'aube pour assurer leur maintien en place
quand les aubes sont soumises aux efforts centrifuges pendant la rotation du
disque. Les aubes sont montées individuellement en étant introduites
axialement
dans les alvéoles. Elles sont calées radialement au moyen d'une cale axiale
que
l'on glisse entre le fond de l'alvéole et le pied de l'aube. Elles sont
maintenues
axialement, vers l'aval par un butée qui est généralement constituée par le
tambour du rotor basse pression ou de gavage qui est solidaire du disque de
soufflante en aval et vers l'amont au moyen d'un verrou. L'amont et l'aval
sont
définis par le sens d'écoulement du flux gazeux au travers du moteur.
Des solutions ont été proposées pour le maintien axial de l'aube dans son
logement quand elle est soumise aux efforts aérodynamiques qui comprennent
une composante axiale tendant donc à la faire glisser par rapport à l'alvéole.
Par
exemple, dans le document FR 2 345 605 déposé au nom de la demanderesse, le
verrou est formé d'une pièce en U placée dans un plan radial
perpendiculairement
à la cale axiale et est lui même retenu dans des encoches radiales ménagées à
la
fois dans le pied de l'aube et dans les flancs de l'alvéole.
Dans le document FR 2 690 947, le dispositif de retenue axiale des aubes est
formé d'une cale axiale disposée sous le pied de l'aube dans le fond de
l'alvéole
et d'un verrou perpendiculaire à la cale axiale contre lequel le pied de
l'aube vient
en butée axiale à l'amont. Le verrou est disposé dans des encoches radiales
ménagées dans les flancs des dents du disque - la partie de la jante du disque
entre deux alvéoles adjacentes est désignée dent. Le verrou et la cale sont
rendus
solidaires l'un de l'autre par une vis qui traverse radialement une première
patte
prolongeant la cale axiale vers l'amont et une seconde patte solidaire du
verrou,
en équerre avec ce dernier. On note que, selon ce document, une entretoise est
intercalée entre le verrou et le pied de l'aube pour amortir les efforts
axiaux
résultant d'un choc sur les aubes de soufflante produit par l'ingestion d'un
objet
CA 02834759 2013-10-30
WO 2012/150425 PCT/FR2012/051004
2
par exemple. L'entretoise est réalisée en un matériau deformable, tel qu'un
nid
d'abeille, pour absorber l'énergie du choc.
Dans un rotor de soufflante, les aubes comprennent une pale et un pied pour le
montage sur le disque mais pas de plateforme intégrée. Des plateformes inter
aubes sont rapportées entre les aubes pour assurer la continuité de la surface
radialement intérieure de la veine d'air traversant le rotor. Ces plateformes
inter
aubes, quand elles sont métalliques, sont fixées sur les dents de la jante du
disque par des pions axiaux traversant deux oeillets axiaux solidaires l'un de
la
dent, l'autre de la plateforme inter aubes.
Les aubes de soufflante, à grande corde et en matériau composite équipant
certains moteurs, sont immobilisées par des cales axiales, disposées sous leur
pied en forme de bulbe, qui sont en matériau composite également. Selon l'art
antérieur pour ce type de réalisation, les cales axiales sont immobilisées par
une
liaison à vis avec le verrou de rétention axiale vers l'amont de l'aube. Cette
liaison
occupe un espace important entre le bord amont des dents du disque, comme on
le voit sur la figure 1. L'encombrement de la liaison à vis entre la cale et
le verrou
nécessite ainsi un contournement de la zone par la virole arrière de capot
amont
du rotor. Le capot amont est la pièce de carénage qui forme la surface
extérieure
amont du rotor de soufflante.
Comme on le voit sur la figure 1, le porte à faux de la cale par rapport à la
face
amont du verrou ne pose pas de problème particulier et est acceptable car il
trouve une place dans le volume aval ménagé par la virole arrière de capot.
Cette solution présente cependant certains inconvénients :
Dans le cas où les plateformes inter aubes sont à caisson composite, il est
nécessaire de les maintenir en place par une virole avant qui est distincte du
capot
mentionné ci-dessus. En effet la partie arrière d'un tel capot n'a pas de
tenue
mécanique et ne peut assurer cette fonction de maintien. Une telle virole doit
alors
être festonnée et être suffisamment dégagée pour ne pas interférer et laisser
le
passage aux cales axiales.
La cale axiale étant en matériau composite comme les aubes de
soufflante ; il faut alors coller une tête métallique en alliage léger pour
assurer la
liaison par vis avec le verrou. La cale est alors plus difficile à fabriquer.
La fabrication de l'ensemble cale/verrou est onéreuse.
Exposé de l'invention
L'invention a pour objet la réalisation d'un rotor de soufflante ne présentant
pas les
inconvénients de la solution ci-dessus.
Conformément à l'invention le rotor de soufflante de turboréacteur, comprenant
un
disque avec une jante et des alvéoles, sensiblement axiales et à section en
queue
d'aronde sur la jante, et des aubes montées individuellement dans les
alvéoles,
une cale axiale étant disposée entre le pied des aubes et le fond des alvéoles
et
un verrou transversal assurant le blocage axial amont des aubes dans leur
alvéole, le verrou transversal étant guidé dans des encoches radiales ménagées
dans les flancs de l'alvéole et prenant appui radial sur la cale, est
caractérisé par
CA 02834759 2013-10-30
WO 2012/150425
PCT/FR2012/051004
3
le fait que la cale axiale est immobilisée vers l'amont en étant en butée
contre une
pièce annulaire transversale solidaire du disque.
La solution de l'invention consiste donc à supprimer la liaison de type vis
écrou
entre la cale axiale et le verrou.
Cette solution présente l'avantage d'une simplification de structure, tout en
répondant aux spécifications techniques de la cale axiale et du verrou, à
savoir :
- Les cales axiales sont remplaçables en ligne.
- Elle facilite les opérations de montage. La mise en place des cales axiales
peut être faite à l'aide d'un maillet et l'extraction à l'aide d'un outillage
à
inertie.
- La partie de la cale axiale située sous le bulbe de l'aube est inchangée
par
rapport à la cale axiale en service avec la solution antérieure, la géométrie
étant liée au bulbe de l'aube.
- La cale axiale assure le positionnement de l'aube comme dans la solution
antérieure.
- La cale axiale assure le positionnement radial du verrou à l'arrêt
moteur.
- La butée axiale de la cale est assurée vers l'aval par le verrou ou par
le
tambour du compresseur base pression comme dans la solution antérieure.
- Dans le cas où le rotor comprend de plateformes inter aubes à caisson
composite, la solution est compatible avec la présence d'une virole amont
en titane assurant leur maintien.
Ainsi, conformément à un premier mode de réalisation, lorsque le rotor
comprend
des plateformes inter aubes maintenues en place par le moyen d'une virole
amont
de retenue des plateformes inter aubes, cette virole forme ladite pièce
annulaire
transversale contre laquelle les cales axiales viennent en butée.
Avantageusement, la cale axiale comprend une languette radiale formant butée
axiale contre ladite virole amont; plus particulièrement, le verrou comprend
une
languette axiale formant butée axiale pour la cale axiale.
Selon une autre caractéristique, le verrou comprend une entretoise en matériau
.. susceptible d'être déformé par compression entre le verrou et le pied de
l'aube.
Conformément à une autre mode de réalisation, le rotor comprenant des
plateformes inter aubes maintenues en place par le moyen d'une virole de
retenue
des plateformes inter aubes, ladite pièce annulaire d'immobilisation des cales
.. axiales forme un cône de protection amont du rotor. Dans cette réalisation,
la
virole de maintien des plateformes comprend une bride radiale de fixation au
disque du rotor, la bride étant festonnée pour ménager des ouvertures au
travers
desquelles les cales axiales viennent en appui axial contre la pièce annulaire
transversale.
Conformément à une caractéristique, les cales axiales comprennent une patte
axiale avec un orifice radial par le moyen duquel les cales axiales peuvent
être
extraites de leur alvéole.
CA 02834759 2013-10-30
WO 2012/150425 PCT/FR2012/051004
4
L'invention porte aussi sur le turboréacteur à soufflante avant comprenant un
rotor
de soufflante ainsi défini.
Brève description des figures
D'autre caractéristiques et avantages ressortiront de la description
détaillées qui
suit de modes de réalisation non limitatifs en référence aux dessins annexés
sur
lesquels ;
La figure 1 représente en coupe axiale un turboréacteur à double flux ;
La figure 2 montre en perspective la liaison entre la cale axiale et le verrou
de retenue des aubes d'un rotor de soufflante selon l'art antérieur.
La figure 3 montre en coupe axiale à travers un alvéole, la liaison entre le
verrou et la cale axiale de la figure 2.
La figure 4 montre en coupe axiale à travers un alvéole la liaison d'une cale
axiale et d'un verrou, conforme à un premier mode de réalisation de
l'invention ;
La figure 5 montre la liaison de la figure 4 en perspective isométrique vue
de trois quart amont sans la virole de rétention des plateformes inter aubes,
elles
mêmes non représentées.
La figure 6 montre en perspective vue de côté une liaison selon un second
mode de réalisation de l'invention.
La figure 7 montre, en perspective vue de trois quart avant, le rotor selon le
second mode de réalisation.
Description détaillée de l'invention
Le turboréacteur 1 de la figure 1 est à double flux avec une soufflante avant
2
comportant un disque de soufflante 4 sur lequel sont disposées des aubes de
soufflante 6 retenues par leur pied dans des alvéoles ménagées sur la jante.
Le
disque est monté en porte à faux sur l'arbre basse pression qui supporte
également le tambour 7 du compresseur de gavage ou basse pression
immédiatement en aval du disque et auquel il est solidaire. Une pièce 5 de
forme
globalement conique est fixée à l'amont sur le disque de soufflante ; cette
pièce a
une fonction essentiellement aérodynamique de guidage du flux d'air vers
l'entrée
du moteur.
Les figures 2 et 3 montrent le montage d'une aube 6 de soufflante dans un
alvéole
41 du disque de la soufflante, selon l'art antérieur. Une cale axiale 43 est
glissée
sous le pied de l'aube de manière à assurer le maintien radial de l'aube dans
son
alvéole et un verrou 44 perpendiculaire à la cale 43 est glissé dans des
encoches
ménagées dans les flancs de l'alvéole du côté amont du disque. La cale axiale
comprend une partie 43a qui vient se loger dans l'alvéole et une patte 43b
d'extrémité amont qui déborde du disque 4 et sert à la liaison avec le verrou
44.
La liaison est assurée par une vis 45 qui traverse à la fois la patte 43b et
une patte
44a solidaire du verrou. Ce montage assure ainsi à la fois l'immobilisation de
la
cale axiale 43 et du verrou 44, l'ensemble immobilisant l'aube dans son
alvéole ;
l'aube étant par ailleurs en butée axiale, en aval, contre le tambour de
gavage.
Comme on le voit sur la figure 3, ce mode de liaison présente un certain
encombrement et interfère avec le montage du capot 5. Le capot 5 comprend une
CA 02834759 2013-10-30
WO 2012/150425 PCT/FR2012/051004
nervure 51 avec une bride radiale par laquelle il est fixé au disque 4. Le
bord
extérieur arrière 52 bloque axialement les plateformes inter aubes 8 sur le
disque
qui sont maintenues radialement par ailleurs.
5 On décrit maintenant un mode de réalisation de l'assemblage cale - verrou
qui
permet un gain de place et facilite la mise en place d'une virole de maintien
de
plateformes inter aubes, nécessaire lorsque celles-ci ne sont pas métalliques
et ne
peuvent être retenues selon les moyens de l'art antérieur.
Les figures 4 et 5 illustrent un premier mode de réalisation. Le disque 4 et
les
aubes ne sont pas modifiés. Une cale axiale 143 est glissée sous le pied de
l'aube
6 dans l'espace disponible entre le pied de l'aube et le fond de l'alvéole. La
comprend une partie axiale 143a sous l'aube et une patte 143b qui la prolonge
vers l'amont, une languette 143b radiale termine la patte à l'amont et forme
butée
axiale.
Un verrou transversal 144, ici perpendiculaire à la cale axiale, est glissé
dans des
encoches ménagées dans les flancs de l'alvéole. Une patte 144a en équerre par
rapport au verrou se prolonge vers l'amont jusqu'à venir en butée contre la
languette radiale 143c de la cale axiale 143. Une entretoise 144b, en nid
d'abeille,
est intercalée entre le verrou 144 t le pied de l'aube, selon une solution
connue en
tant que telle de l'art antérieur.
Les plateformes inter aubes 8' sont maintenues en place, en rétention vis-à-
vis
des efforts centrifuges, par une virole 145 qui comprend une partie annulaire
145b
qui prend appui sur une patte 8'a de calage, correspondante, ménagée sur les
plateformes inter aubes 8'. La surface extérieure de la partie annulaire 145b
de la
virole 145 forme une surface aérodynamique continue avec celle des plateformes
inter aubes 8'. Une bride radiale 145a est percée d'orifices, non représentés,
par
lesquels la virole est boulonnée sur la face frontale des dents 42. Cette
bride
radiale forme par ailleurs butée axiale pour les languettes 143c.
A l'amont de la virole 145, le cône 5' s'appuie contre la face amont de celle-
ci ; il
est fixé au disque 4 par tout moyen approprié.
Le montage de l'ensemble comprend la mise en place des aubes, leur
verrouillage
par les verrous que l'on glisse dans les encoches radiales, l'introduction des
cales
axiales 143 sous les aubes, éventuellement à l'aide d'un maillet en raison de
l'ajustement serré qui est requis. La languette 143b vient en butée contre la
patte
144a. Le verrou 144 comprend des portées coopérant avec les encoches pour un
calage radial quand il s'appuie sur la cale 143. La mise en place de la virole
annulaire 145 verrouille l'ensemble, en venant en appui contre la face amont
de la
languette 143b.
Les figures 6 et 7 montrent une variante de réalisation de l'invention.
La cale axiale 243 comprend une partie axiale 243a, qui se place entre le pied
de
l'aube et le fond de l'alvéole, et une patte amont 243b qui est ici droite
sans retour
radial. Un verrou 244 retient l'aube axialement comme le verrou précédent 144;
une virole annulaire 245 de rétention centrifuge des plateformes inter aubes
CA 02834759 2013-10-30
WO 2012/150425 PCT/FR2012/051004
6
comprend une partie annulaire d'appui sur des pattes amont ménagées sur les
plateformes inter-aubes. Une bride radiale 245a est boulonnée sur les dents de
la
jante du disque 4 et assure le maintien de la virole sur le disque. Cette
virole se
distingue de la virole précédente par le fait qu'elle ne remplit pas la
fonction de
calage axial des cales 243. Celles-ci sont en appui axial contre une nervure
axiale
solidaire du capot 5" au travers d'ouvertures 245a1 ménagées dans la bride
radiale 245a. Les nervures d'appui axial 5"a solidaires du capot peuvent être
d'une seule pièce avec celui-ci ou bien rapportées.
Au montage, on met en place les aubes 6 dans leur alvéole respectif avec le
verrou 244 de retenue axiale correspondant puis on glisse les cales axiales
243
entre le pied des aubes et le fond des alvéoles. La virole 245 est boulonnée
(46)
sur les dents de la jante. Les ouvertures 245a1 dégagent l'extrémité des
pattes
243b comme on le voit sur la figure 7. A la mise en place du capot 5" la
nervure
5"a vient en appui contre la patte 243b qui est de ce fait retenu contre tout
déplacement vers l'amont, en fonctionnement du moteur.
Au démontage un orifice ménagé dans la patte permet l'emploi d'un outil
d'extraction comme cela est connu.
L'une ou l'autre des deux modes de réalisation autorise la réalisation des
cales
axiales en un matériau composite.
