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PLATEFORME, DISQUE ET ENSEMBLE DE SOUFFLANTE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine général des
turbomachines aéronautiques, et plus précisément le domaine des
plateformes d'aubes et de disque de la soufflante d'une turbomachine
aéronautique, un ensemble comprenant les plateformes et le disque, et
une soufflante comprenant cet ensemble.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Dans une turbomachine, les plateformes d'aubes de la soufflante
doivent assurer plusieurs fonctions. D'un point de vue aérodynamique, ces
plateformes ont pour fonction première de définir la veine d'écoulement
de l'air. En outre, elles doivent aussi être capables de résister à des
efforts
importants en se déformant le moins possible et en restant solidaires du
disque qui les porte.
Afin de satisfaire ces différentes exigences, certaines configurations
ont été proposées dans lesquelles les plateformes possèdent une première
partie permettant de définir la veine d'écoulement de l'air et d'assurer la
rétention de la plateforme lorsque le moteur est en rotation, et une
deuxième partie permettant de limiter les déformations de la première
partie sous les effets des efforts centrifuges et de maintenir la plateforme
en position lorsque le moteur est à l'arrêt.
Dans les solutions existantes, la plateforme peut prendre la forme
d'un caisson avec une paroi de veine bidimensionnelle retenue à l'aval par
un tambour et à l'amont par une virole, la rétention amont par la virole
étant réalisée au-dessus de la dent du disque de soufflante (une bride de
la virole venant bloquer axialement et radialement la plateforme à
l'amont).
Une telle rétention amont effectuée au-dessus de la dent du disque
avec une virole présente l'inconvénient d'imposer un rapport de moyeu
élevé, le rapport de moyeu étant le rapport du rayon pris entre l'axe de
rotation et le point du bord d'attaque de l'aube affleurant en surface de la
plateforme, sur le rayon pris entre l'axe de rotation et le point du bord
d'attaque le plus externe. Par ailleurs, cette rétention amont est
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susceptible d'engendrer des sur-contraintes sur la dent et dans l'alvéole du
disque, au niveau de la liaison entre la virole et le disque.
Afin d'optimiser les performances de la soufflante, et plus
généralement de la turbomachine, il est souhaitable de disposer d'un
assemblage d'une plateforme rapportée d'aube de soufflante sur un
disque de soufflante qui présente un rapport de moyeu le plus faible
possible, tout en limitant les contraintes au niveau de la dent et de
l'alvéole du disque.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Un mode de réalisation concerne une plateforme apte à être
intercalée entre deux aubes adjacentes d'une soufflante, et comportant :
- Une paroi de veine pour définir une veine d'écoulement d'air de
soufflante,
- Une paroi de fond avec une surface principale pour prendre appui sur
un disque de soufflante ; et
- Des surfaces de rétention axiale et radiale disposées sur deux
extrémités axiales de la plateforme, caractérisée en ce que la surface de
rétention radiale disposée sur l'extrémité axiale amont de la plateforme est
décalée radialement, dans la direction d'appui de la paroi de fond sur le
disque, par rapport à une surface principale de la paroi de fond.
Par axiale , on comprend suivant la direction de la plus grande
longueur de la plateforme, et par radiale , on comprend la direction
perpendiculaire à la direction axiale et à la surface principale de la paroi
de fond.
Par amont , on comprend amont par rapport au sens
d'écoulement de l'air, lorsque la plateforme prend appui sur un disque de
soufflante.
La plateforme peut prendre la forme d'un caisson formé par
l'assemblage de la paroi de veine et de la paroi de fond. La paroi de veine
permet de délimiter la veine d'écoulement de l'air entrant dans la
soufflante. La paroi de fond permet de maintenir en position la paroi de
veine, et également de limiter ses déformations sous l'effet des forces
centrifuges. La paroi de fond comporte également une surface principale
pouvant prendre appui sur un disque de soufflante.
Les surfaces de rétention axiale et radiale, disposées sur deux
extrémités axiales de la plateforme, permettent de retenir et de maintenir
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en position la plateforme par rapport au disque sur lequel elle prend
appui, lorsque le disque est en mouvement.
La surface de rétention radiale disposée sur l'extrémité axiale
amont de la plateforme est décalée radialement par rapport à une surface
principale de la paroi de fond. Par décalée radialement , on comprend
décalée dans la direction d'appui de la paroi de fond sur le disque. La
surface de rétention radiale et la surface principale de la paroi de fond
peuvent être sensiblement parallèles l'une par rapport à l'autre. Ce
décalage de la surface de rétention radiale permet de modifier la forme de
l'extrémité axiale amont de la paroi de veine, et donc de la plateforme, par
rapport aux plateformes connues. Par exemple, la plateforme peut
prendre la forme d'un caisson plongeant, c'est-à-dire dont l'extrémité
axiale amont est décalée radialement par rapport à la surface principale de
la paroi de fond. Cette modification de la forme de la plateforme permet
ainsi de modifier la veine d'écoulement d'air lorsque la plateforme est
disposée dans une soufflante, est donc de diminuer le rapport de moyeu
afin d'améliorer les performances de la soufflante, et donc de la
turbomachine dans laquelle est montée la soufflante.
Dans certains modes de réalisation, la paroi de fond comporte une
surface inclinée par rapport à la surface principale de la paroi de fond,
reliant de manière continue la surface principale de la paroi de fond et la
surface de rétention radiale disposée sur l'extrémité axiale amont de la
plateforme.
La surface de rétention radiale disposée sur l'extrémité axiale
amont de la plateforme étant décalée radialement par rapport à la surface
principale de la paroi de fond, la surface inclinée correspond à la zone de
la paroi de fond permettant de compenser le décalage entre la surface de
rétention radiale et la surface principale de la paroi de fond. On comprend
par conséquent que la surface inclinée prend appui sur le disque. La
surface de rétention radiale disposée sur l'extrémité axiale amont de la
plateforme, la surface inclinée et la surface principale de la paroi de fond,
peuvent être d'un seul tenant constituant la paroi de fond.
La présence de cette surface inclinée permet de modifier la forme
de la plateforme et de l'optimiser afin de diminuer le rapport de moyeu, en
améliorant ainsi les performances de la soufflante et de la turbomachine.
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Dans certains modes de réalisation, la surface inclinée est une
portion de paroi rectiligne.
Par conséquent, la portion de paroi rectiligne relie de manière
linéaire la surface de rétention radiale avec la surface principale de la
paroi de fond, modifiant ainsi la forme de l'extrémité axiale amont de la
plateforme afin de diminuer le rapport de moyeu. Cette portion de paroi
rectiligne présente l'avantage d'avoir une forme simple et facile à réaliser,
par usinage par exemple.
Dans certains modes de réalisation, la surface inclinée est une
portion de paroi curviligne.
Par conséquent, la portion de paroi curviligne relie de manière
progressive la surface de rétention radiale avec la surface principale de la
paroi de fond, modifiant ainsi la forme de l'extrémité axiale amont de la
plateforme afin de diminuer le rapport de moyeu. Cette portion de paroi
curviligne présente l'avantage d'adoucir le changement de pente depuis la
surface principale de la paroi de fond, en évitant la présence d'une
cassure au niveau de la jonction entre la surface inclinée et la surface
principale, contrairement à la portion de paroi rectiligne, et ainsi de
réduire les contraintes au niveau de cette jonction.
Dans certains modes de réalisation, la surface inclinée et la paroi de
veine sont sensiblement parallèles.
Par conséquent, l'extrémité axiale amont de la plateforme présente
une forme plongeante, la surface inclinée et la partie de veine étant
inclinées radialement de la même façon dans la direction d'appui de la
plateforme sur le disque. Cette forme de l'extrémité axiale amont de la
plateforme permet de diminuer le rapport de moyeu.
Le présent exposé concerne également un disque apte à supporter
des plateformes et des aubes d'une soufflante, et comportant :
- une surface externe présentant une succession de rainures pour
recevoir les aubes de soufflante et de dents intercalées entre les rainures
pour supporter les plateformes de soufflante,
- une face amont du disque, et
- une pluralité de saillies axiales disposées radialement autour de l'axe
du disque sur la face amont du disque, et aptes à être fixées à une bride
de rétention de plateforme de soufflante, caractérisé en ce que les saillies
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sont décalées radialement vers l'intérieur du disque par rapport aux dents
du disque.
Par face amont , on comprend amont par rapport au sens
d'écoulement de l'air, lorsque le disque est disposé dans une soufflante.
5 Par
saillies axiales , on comprend axiales suivant le sens
d'écoulement de l'air, lorsque le disque est disposé dans une soufflante.
Par décalées radialement , on comprend décalées vers l'intérieur
du disque, c'est-à-dire vers l'axe de rotation du disque.
Le disque peut comporter autant de saillies axiales que de dents.
Les saillies axiales peuvent comporter chacune un orifice
permettant aux saillies axiales d'être fixées à une bride de rétention de
plateforme de soufflante, à l'aide d'une vis ou d'un boulon, par exemple.
Les saillies axiales étant décalées radialement vers l'intérieur du
disque par rapport aux dents du disque, lorsque les saillies sont fixées sur
une bride de rétention de plateforme, la zone de fixation se trouvant sur
les saillies est ainsi décalée radialement par rapport aux dents du disque.
Cela présente l'avantage de limiter les contraintes au niveau de la dent du
disque, lorsqu'un élément externe, par exemple une bride de rétention de
plateforme, est fixé sur le disque.
Par ailleurs, cette zone de fixation étant décalée radialement par
rapport aux dents du disque, cela présente l'avantage de libérer de
l'espace au niveau de l'extrémité axiale amont de la dent du disque,
permettant par exemple d'usiner la dent du disque.
Dans certains modes de réalisation, les saillies axiales sont des plots
usinés sur la face amont du disque.
Elles peuvent avoir une forme cubique, et comporter chacune un
orifice de fixation usiné axialement sur une face amont des saillies. Les
orifices de fixation peuvent permettre de fixer un élément extérieur au
disque, par exemple une bride de rétention ou une virole, à l'aide d'une
vis ou d'un boulon, par exemple. Les saillies axiales peuvent également
comporter un orifice d'insertion usiné radialement sur une face externe
des saillies. Les orifices d'insertion peuvent permettre d'insérer des
éléments de fixation, par lesquelles un élément extérieur peut être fixé au
disque.
Dans certains modes de réalisation, une extrémité axiale amont des
dents du disque présente une surface biseautée.
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La surface biseautée peut se présenter sous la forme d'une surface
inclinée, par rapport à une surface principale de la dent du disque, vers
l'intérieur du disque. La surface biseautée peut être réalisée par usinage
de l'extrémité axiale amont de la dent du disque, par exemple. Cet
usinage est possible grâce à l'espace libéré par le décalage radial des
saillies axiales sur la face amont du disque. La présence de cette surface
biseautée présente l'avantage de pouvoir adapter la forme de la dent du
disque à la forme d'une plateforme venant prendre appui sur la dent, et
ainsi de diminuer le rapport de moyeu pour améliorer les performances de
la soufflante.
Le présent exposé concerne également un ensemble comprenant
un disque et au moins une plateforme, et comprenant en outre au moins
une bride de rétention amont pour assurer la rétention axiale et radiale de
l'extrémité axiale amont de la plateforme, dans lequel la bride de rétention
amont est fixée sur une saillie de la face amont du disque.
Lorsque la bride de rétention est fixée sur le disque, l'interface
entre la bride et le disque, correspondant à la zone de fixation de la bride
sur une saillie axiale du disque, est décalée radialement vers l'intérieur du
disque, par rapport à la dent du disque, par rapport aux systèmes connus
dans lesquels cette interface se situe au niveau de la dent du disque. Ce
décalage permet de limiter les contraintes au niveau de l'extrémité axiale
amont des dents et des rainures du disque. De plus, le décalage de cette
interface permet de libérer de l'espace au niveau de l'extrémité axiale
amont de la dent du disque, offrant plus de possibilité d'usinage de la dent
et donc de modification de la forme de la plateforme et ainsi, de
diminution du rapport de moyeu.
Dans certains modes de réalisation, lorsque la plateforme prend
appui sur une dent du disque, la surface inclinée de la paroi de fond est
en contact avec la surface biseautée de la dent du disque et, la surface
inclinée et la surface biseautée sont parallèles.
L'interface entre la bride de rétention et le disque étant décalée
vers l'intérieur du disque, la dent du disque peut être plus librement
usinée. Ainsi, l'extrémité axiale amont de la dent peut présenter un
biseautage permettant de s'adapter à la forme de la plateforme, la surface
biseautée étant parallèle à la surface inclinée de la plateforme. Cela
présente l'avantage de créer un ensemble compact, dans lequel la
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plateforme est retenue contre la dent du disque par la bride de rétention
fixée au niveau d'une saillie du disque.
Dans certains modes de réalisation, la bride de rétention amont est
une virole.
Le présent exposé concerne également une soufflante de
turbomachine comprenant un ensemble selon l'un quelconque des modes
de réalisation décrits dans le présent exposé, et une pluralité d'aubes
montées dans les rainures du disque.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture
de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation
de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description
fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une
turbomachine selon l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique selon la direction II de la soufflante
de la figure 1,
- les figures 3A et 3B sont des vues en coupe longitudinale d'une
plateforme selon l'invention,
- La figure 4 est une vue en perspective d'un disque selon
l'invention,
- La figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un ensemble
comprenant une bride de rétention, une plateforme et un disque selon
l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION
Dans le présent exposé, le terme longitudinal et ses dérivés
sont définis par rapport à la direction principale de la plateforme
considérée ; les termes radial , intérieur , extérieur et leurs
dérivés sont quant à eux définis par rapport à l'axe principal de la
turbomachine ; enfin, les termes amont et aval sont définis par
rapport au sens d'écoulement du fluide traversant la turbomachine. Aussi,
sauf indication contraire, les mêmes signes de référence sur différentes
figures désignent les mêmes caractéristiques.
La figure 1 montre une vue schématique en coupe longitudinale
d'un turboréacteur à double flux 1 centré sur l'axe A selon l'invention. Il
comporte, d'amont en aval : une soufflante 2, un compresseur basse
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pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion
5, une turbine haute pression 6, et une turbine basse pression 7.
La figure 2 montre une vue schématique de la soufflante 2 de
la figure 1 selon la direction II. La soufflante 2, comprend un disque de
soufflante 40 dans lequel une pluralité de rainures 42 sont pratiquées au
niveau de sa périphérie extérieure. Ces rainures 42 sont rectilignes et
s'étendent axialement d'amont en aval tout le long du disque 40. Elles
sont en outre régulièrement réparties tout autour de l'axe A du disque 40.
De cette manière, chaque rainure 42 définit avec sa voisine une dent 44
qui s'étend également axialement d'amont en aval tout le long du disque
40. De façon équivalente, une rainure 42 est délimitée entre deux dents
44 voisines.
La soufflante 2 comprend en outre une pluralité d'aubes 20 de
profil curviligne (seules quatre aubes 20 ont été représentées sur la figure
2). Chaque aube 20 possède un pied 20a qui est monté dans une rainure
42 respective du disque de soufflante 40. A cette fin, le pied 20a d'une
aube 20 peut posséder une forme en sapin ou en queue d'aronde adaptée
à la géométrie des rainures 42.
Enfin, la soufflante 2 comprend une pluralité de plateformes 30
rapportées, chaque plateforme 30 étant montée dans l'intervalle entre
deux aubes de soufflante 20 voisines, au voisinage des pieds 20a de
celles-ci, afin de délimiter, du côté intérieur, une veine annulaire d'entrée
d'air dans la soufflante 2, la veine étant délimitée du côté extérieur par un
carter de soufflante.
Les figures 1 et 2 montrent également un rayon interne RI et
un rayon externe RE. Le rayon interne RI correspond au rayon pris entre
l'axe de rotation A et le point du bord d'attaque d'une aube 20 affleurant
en surface d'une plateforme 30. Le rayon externe RE correspond quant à
lui au rayon pris entre l'axe de rotation A et le point du bord d'attaque
d'une aube 20 le plus externe. Ces deux rayons RI, RE sont ceux utilisés
dans le calcul du rapport de moyeu RI/RE que l'assemblage selon
l'invention se propose de diminuer (en réduisant notamment le rayon
interne RI). En d'autres termes, la diminution du rapport de moyeu, en
agissant notamment sur le rayon interne RI, revient à rapprocher la veine
aérodynamique d'entrée d'air au plus près du disque de soufflante.
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Les figures 3A et 3B montrent des vues en coupe longitudinale
de la plateforme 30. La plateforme 30, objet de la présente invention,
comprend une paroi de veine 34, une paroi de fond 36, et des surfaces de
rétention radiale et axiale 38 et 39 disposées aux deux extrémités axiales
de la plateforme 30. L'ensemble formé par la paroi de veine 34 et la paroi
de 36, forme un caisson 32, constituant la plateforme 30. La paroi de fond
est constituée d'une surface principale 36a et une surface inclinée 36b. La
surface inclinée 36b relie de manière continue la surface principale 36a et
la surface de rétention 38, de sorte que la surface de rétention 38, située
à l'extrémité axiale amont de la plateforme, est décalée radialement par
rapport à la surface principale 36a. Dans l'exemple de la figure 3A, la
surface inclinée 36b est une portion de paroi rectiligne. Dans l'exemple de
la figure 3B, la surface inclinée 36b est une portion de paroi curviligne.
La figure 4 montre une vue en perspective d'un disque de
soufflante comportant une surface externe 40a et une face amont 40b. La
surface externe 40a présente une succession de rainures 42 dans
lesquelles peuvent se loger un pied 20a d'aube 20 de soufflante, et de
dents 44 intercalées entre les rainures 42, pouvant supporter les
plateformes 30 de soufflante. Chaque dent 44 peut comporter une surface
principale de dent 44a, et une surface biseautée 44b. La surface biseautée
44b est réalisée, par exemple par usinage de l'extrémité axiale amont de
la dent 44, de telle sorte que la forme de la surface biseautée 44b soit
identique à la forme de la surface inclinée 36b de la plateforme 30. Par
conséquent, lorsqu'une plateforme 30 prend appui sur une dent 44, la
surface principale 36a de la plateforme est en contact avec la surface
principale de la dent 44a, et la surface inclinée 36b de la plateforme est en
contact avec la surface biseautée 44b de la dent, comme illustré sur la
figure 5.
Par ailleurs, le disque 40 comporte, sur sa face amont 40b, une
pluralité de saillies axiales 46, pouvant avoir une forme cubique et être
disposées de manière circonférentielle, à intervalles réguliers, autour de
l'axe A. Le nombre de saillies axiales 46 peut être égal au nombre de
dents 44, chaque saillie 46 étant alignée radialement avec la dent 44
correspondante. De plus, chaque saillie axiale 46 est décalée radialement
vers l'intérieur du disque, c'est-à-dire vers l'axe A, par rapport à la dent
44
correspondante. Par exemple, une distance entre l'axe A et une face
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externe 46a d'une saillie 46 peut-être plus petite que la distance entre
l'axe A et une rainure 42.
Chaque saillie axiale 46 peut comporter un orifice de fixation
460b sur sa face amont 46b, permettant d'insérer un moyen de fixation
5 49, par exemple une vis ou un boulon. Chaque saillie axiale 46 peut
également comporter un orifice d'insertion 460a sur sa face externe 46a,
permettant d'insérer un élément de fixation 47, par exemple un insert,
comportant un trou taraudé. La fixation d'une bride de rétention amont
50, par exemple une virole, peut ainsi s'effectuer au niveau d'une saillie
10 axiale 46, en insérant par exemple le moyen de fixation 49 à travers un
orifice de bride 52 et l'orifice de fixation 460b de la saillie, l'élément de
fixation 49 étant alors fixé, par exemple vissé, à l'élément de fixation 47
inséré par l'orifice d'insertion 460a de la saillie. La bride de rétention 50
étant fixée au disque 40, une surface supérieure 54 de la bride 50 permet
alors d'assurer la rétention radiale de la plateforme 30.
La zone de fixation entre le disque 40 et la bride de rétention
50 étant située au niveau des saillies axiales 46, cela permet de limiter les
contraintes exercées lors du fonctionnement de la soufflante au niveau de
surfaces sensibles telles que l'extrémité axiale amont des dents 44 et des
rainures 42 du disque. Par ailleurs, cette interface entre le disque 40 et la
bride de rétention 50 étant décalée radialement par rapport aux dents du
disque, en comparaison des structures connues, cela permet de libérer de
l'espace au niveau de l'extrémité axiale amont des dents du disque. Il est
par conséquent possible de modifier plus librement l'extrémité axiale
amont des dents 44, et donc l'extrémité axiale amont de la plateforme 30,
et ainsi, de diminuer le rapport de moyeu afin d'optimiser les
performances de la soufflante, et donc de la turbomachine dans laquelle
est montée la soufflante. La figure 5 illustre par exemple une plateforme
dont le caisson 32 possède une forme plongeante vers l'intérieur du
30 disque 40, grâce à la surface biseautée 44b du disque 40 et à la surface
inclinée 36b de la plateforme 30.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à
des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des
modifications et des changements peuvent être effectués sur ces
exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie
par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des
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différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être
combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la
description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif
plutôt que restrictif.
