EP0524876A1 - Roues à aubes de turbomachines - Google Patents

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EP0524876A1
EP0524876A1 EP92402110A EP92402110A EP0524876A1 EP 0524876 A1 EP0524876 A1 EP 0524876A1 EP 92402110 A EP92402110 A EP 92402110A EP 92402110 A EP92402110 A EP 92402110A EP 0524876 A1 EP0524876 A1 EP 0524876A1
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EP
European Patent Office
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disc
blades
crown
ferrule
vanes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP92402110A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Maurice Jean Cabaret
Christophe Champenois
Christophe Gilbert Jacques Gourio
Gérard Ernest André Jourdain
Gilles Albert Le Rumeur
Didier Merville
Jean-Pierre Poitevin
Bruno Tournaire
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
SNECMA SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA, SNECMA SAS filed Critical Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F01D11/008—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms

Definitions

  • the invention relates to improvements to the impellers of turbomachinery and in particular to the wheels of turbines and compressors used in aeronautics.
  • turbomachine wheel of the type comprising a disc or drum, a plurality of profiled blades extending radially outward from the periphery of said disc and the feet of which are locked on said disc, and a crown. coaxial with said disc and independent of said vanes, said crown forming between said vanes platforms delimiting the internal wall of the aerodynamic gas circulation stream.
  • the blades are mounted on discs having diameters which can be relatively small. These blades are also produced from composite or other materials which resist high temperatures and high centrifugal forces. For reasons of manufacturing cost, these composite material blades are produced without platforms and have an aerodynamic profile from their foot to their head.
  • the high volume of gases circulating in the aerodynamic annular vein means that this annular vein has to be given an internal diameter greater than the diameter of the discs carrying the blades, so as to avoid excessive turbulence in the vicinity of the internal wall delimiting the aerodynamic vein. This is why we create around the disc, a crown with platforms between the blades.
  • This independent crown of the blades also allows the disc to be moved away from high temperature zones.
  • the crown is produced by added elements, distinct from the blades and fixed to the disc, the number of these added elements being equal to the number of blades.
  • US Patent 2,834,573 shows a rotor in which a ring fills the peripheral space existing between the blades.
  • This ring consists of elementary segments, shown in Figure 6, which leaves between them a housing corresponding to the profile of the blade.
  • French patent 1,501,492 relates to a compressor wheel, equipped with blades without platform, and comprising an annular ring having multiple recesses angularly spaced to accommodate the respective heels of the blades.
  • the crown also includes multiple segments. Each segment is made integral with the wheel on which it is mounted by a fastener fixed in a peripheral groove.
  • French patent 2,073,854 describes a rotor in which the intermediate pieces play the role of platforms with respect to the flow, the primary purpose of these intermediate pieces being a mechanical role of shock absorber. These intermediate pieces are maintained, between the blade roots and the edges of the cells, by corner systems.
  • French patent 2,608,674 relates to a turbine wheel which comprises vanes having a bulbous-shaped foot, the lateral planar sides of which have a small convergence angle and are held in the cells by wedge-shaped elements associated with elements distinct forming platforms to form a continuous ring of internal wall of the aerodynamic gas stream.
  • the object of the present invention is to propose a new type of crown which appreciably reduces the number of parts present.
  • said crown consists of an annular ferrule having indentations for the passage of the blades.
  • said crown is made of composite materials.
  • This new structure of the crown makes it possible to lighten the means for fixing the crown to the disc. It can be applied to discs provided with grooves for attachments of so-called "hammer” blades, and to discs on which the blades are pinned.
  • impressions are preferably made by piercing the shell by a specific process. According to a construction variant, they are produced in the form of open slots on an edge of said ferrule.
  • the drawing shows a crown 2 made in one part and made of composite materials and in the form of an annular ferrule capable of being arranged coaxially on a disc 3 of a turbomachine, not shown in the drawing, so as to constitute the internal wall of the aerodynamic circulation stream gases through the turbomachine.
  • This ferrule 2 has a plurality of indentations 4 intended for the passage of the vanes 5, the feet 6 of which are fixed to the periphery 7 of the disc 3.
  • These indentations 4 may be in the form of holes made during the manufacture of the crown. 2, as seen in Figures 1 and 2.
  • the blades 5 have an aerodynamic profile over their entire length.
  • FIG. 1 shows an exploded view of a turbomachine wheel in which the attachment of the blades 5 to the disc 3 is of the "hammer attachment" type.
  • the disc 3 has, in known manner, on its periphery 7, annular grooves 8 forming cells intended to receive the feet 6 of the blades 5, and an introduction window 9 for mounting and dismounting the blades 5.
  • the mounting of the first dawn 5 is done as follows: the ferrule 2 is positioned on the disc 3 by placing an imprint 4 opposite the introduction window 9; the foot 6 of the first blade 5 is introduced from the outside of the ferrule into said introduction window 9 by passing it through the cavity 4 in correspondence and; the assembly constituted by the ferrule 2 and the first blade 5 is subjected to rotation about the axis of the disc 3 by an angle corresponding to the angular spacing of two consecutive indentations 4; the following blades 5 are assembled by introducing a blade root 6 into the introduction window 9 and rotating a step of the crown 2.
  • FIG. 2 shows an exploded view of a turbomachine wheel in which the attachment of the blades 5 to the disc 3 is of the brocaded type.
  • the disc 3 has on its periphery 7 axial cells 10 in which the feet 6 of the blades 5 are introduced.
  • the heads of all the vanes 6 are passed through the interior of the ferrule 2 through the cavities 4, then all the vanes 5 are assembled at the same time. translation of the assembly constituted by the crown 2 and the assembly of all the blades 5, coaxially with the disc 3.
  • FIGS 3 and 4 show an alternative embodiment of the crown 2 of the invention.
  • the ferrule is notched and the imprints 4 is in the form of slots 11 open on an edge 12 of the ferrule 2.
  • the blades 5 are first introduced into the cells of the disc 3, then the ferrule 2 is positioned.
  • the assembly is secured to the disc 3 by a segment 13 disposed downstream of the disc 3 and cooperating with the edge 12 of the ferrule 2 .
  • FIGS. 1 and 2 can be extended to several stages of wheels depending on the taper of the aerodynamic stream.
  • the ferrule 2 can be secured to the disc 3 by screws, not shown in the drawing, cooperating with bores 14 and 15 provided in correspondence on the shell 2 and the disc 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une roue de turbomachine du type comportant un disque (3), une pluralité d'aubes profilées (5) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la périphérie dudit disque (3) et dont les pieds (6) sont verrouillés sur ledit disque (3), et une couronne (2) coaxiale audit disque (3) et indépendante desdites aubes (5), ladite couronne (2) formant entre lesdites aubes (5) des plate-formes délimitant la paroi interne de la veine aérodynamique de circulation des gaz, caractérisée en ce que ladite couronne (2) est constituée d'une virole annulaire (2) réalisée en une seule pièce et présentant des empreintes (4) pour le passage des aubes (5).

Description

  • L'invention a pour objet des perfectionnements aux roues à aubes de turbomachines et notamment aux roues de turbines et compresseurs utilisés dans l'aéronautique.
  • Elle concerne plus précisément une roue de turbomachine du type comportant un disque ou tambour, une pluralité d'aubes profilées s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la périphérie dudit disque et dont les pieds sont verrouillés sur ledit disque, et une couronne coaxiale audit disque et indépendante desdites aubes, ladite couronne formant entre lesdites aubes des plates-formes délimitant la paroi interne de la veine aérodynamique de circulation des gaz.
  • La recherche de l'accroissement des performances dans les applications de turbomachines modernes, particulièrement dans le domaine aéronautique, conduit à une élévation constante des températures de fonctionnement, notamment les températures à l'entrée de la turbine, à une augmentation des vitesses de rotation de la turbine et à une augmentation des volumes de gaz circulant dans la veine aérodynamique.
  • Pour diminuer les masses et les forces centrifuges, les aubes sont montées sur des disques ayant des diamètres qui peuvent être relativement petits. Ces aubes sont de plus réalisées dans des matériaux composites ou autres qui résistent aux hautes températures et aux forces centrifuges élevées. Pour des raisons de coût de fabrication, ces aubes en matériaux composites sont réalisées sans plate-formes et présentent un profil aérodynamique depuis leur pied jusqu'à leur tête. Le volume élevé des gaz circulant dans la veine annulaire aérodynamique oblige à donner à cette veine annulaire un diamètre intérieur supérieur au diamètre des disques portant les aubes, de manière à éviter des turbulences excessives au voisinage de la paroi interne délimitant la veine aérodynamique. C'est pourquoi on réalise autour du disque, une couronne présentant des plate-formes entre les aubes.
  • Cette couronne indépendante des aubes permet, de plus, d'éloigner le disque des zones de températures élevées.
  • Dans les constructions connues de ce type de roue de turbomachine, la couronne est réalisée par des éléments rapportés, distincts des aubes et fixés au disque, le nombre de ces éléments rapportés étant égal au nombre d'aubes.
  • Le brevet US 2 834 573 montre un rotor dans lequel un anneau comble l'espace périphérique existant entre les aubes. Cet anneau est constitué de segments élémentaires, représentés sur la figure 6, qui laisse subsister entre eux un logement correspondant au profil de l'aube.
  • Le brevet français 1 501 492 concerne une roue de compresseur, équipée d'aubes sans plate-forme, et comportant une couronne annulaire présentant de multiples évidements espacés angulairement pour loger les talons respectifs des aubes. La couronne comprend également de multiples segments. Chaque segment est rendu solidaire de la roue sur laquelle il est monté par une attache fixée dans une rainure périphérique.
  • Le brevet français 2 073 854 décrit un rotor dans lequel les pièces intercalaires jouent le rôle des plates-formes vis-à-vis de l'écoulement, le but premier de ces pièces intercalaires étant un rôle mécanique d'amortisseur. Ces pièces intercalaires sont maintenues, entre les pieds d'aube et les bords des alvéoles, par des systèmes de coins.
  • Le brevet français 2 608 674 concerne une roue de turbine qui comporte des aubes ayant un pied en forme de bulbe dont les flancs plans latéraux présentent un angle de convergence faible et sont maintenus dans les alvéoles par des éléments en forme de coins associés à des éléments distincts formant plates-formes pour constituer un anneau continu de paroi interne de la veine aérodynamique des gaz.
  • Dans tous les documents cités ci-dessus, les éléments rapportés constituant la couronne doivent être solidement fixés au disque à cause des forces centrifuges élevées agissant sur eux lors du fonctionnement à grande vitesse de la turbomachine. De plus, le montage de ce grand nombre d'éléments rapportés demande un temps appréciable, ce qui se traduit par des coûts de fabrication élevés. Il en est de même lors du démontage de la roue, en cas de réparation ou de maintenance.
  • Le but de la présente invention est de proposer un nouveau type de couronne qui diminue de façon appréciable le nombre de pièces en présence.
  • Le but est atteint selon l'invention par le fait que ladite couronne est constituée d'une virole annulaire présentant des empreintes pour le passage des aubes.
  • Avantageusement, ladite couronne est réalisée en matériaux composites.
  • Cette nouvelle structure de la couronne permet d'alléger les moyens de fixation de la couronne sur le disque. Elle peut s'appliquer aux disques munis de gorges pour des attaches d'aubes dites "à marteaux", et aux disques sur lesquels les aubes sont brochées.
  • Les empreintes sont, de préférence, réalisées par perçage de la virole par un procédé spécifique. Selon une variante de construction, elles sont réalisées sous forme de fentes ouvertes sur un bord de ladite virole.
  • D'autres caractéristiques et avantages ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel :
    • la figure 1 montre une vue éclatée d'une roue de turbomachine dans laquelle les aubes sont du type à attaches marteaux,
    • la figure 2 montre une vue éclatée d'une roue de turbomachine dans laquelle les aubes sont brochées,
    • la figure 3 montre une variante de réalisation de la couronne de l'invention, et
    • la figure 4 est une coupe axiale suivant la ligne IV-IV de la figure 3.
  • Le dessin montre une couronne 2 réalisée en une seule pièce et en matériaux composites et se présentant sous la forme d'une virole annulaire susceptible d'être disposée coaxialement sur un disque 3 d'une turbomachine, non représentée sur le dessin, de manière à constituer la paroi interne de la veine aérodynamique de circulation des gaz à travers la turbomachine. Cette virole 2 présente une pluralité d'empreintes 4 destinées au passage des aubes 5 dont les pieds 6 sont fixés à la périphérie 7 du disque 3. Ces empreintes 4 peuvent se présenter sous la forme de perçages réalisés au moment de la fabrication de la couronne 2, comme on le voit sur les figures 1 et 2. Les aubes 5 présentent un profil aérodynamique sur toute leur longueur.
  • La figure 1 montre une vue éclatée d'une roue de turbomachine dans laquelle l'attache des aubes 5 sur le disque 3 est du type "attache marteau". Le disque 3 présente, de manière connue, sur sa périphérie 7, des gorges annulaires 8 formant des alvéoles destinées à recevoir les pieds 6 des aubes 5, et une fenêtre d'introduction 9 pour le montage et le démontage des aubes 5. Le montage de la première aube 5 se fait de la manière suivante :
       on positionne la virole 2 sur le disque 3 en mettant une empreinte 4 en regard de la fenêtre d'introduction 9 ;
       on introduit le pied 6 de la première aube 5 par l'extérieur de la virole dans ladite fenêtre d'introduction 9 en la faisant passer à travers l'empreinte 4 en correspondance et ;
       on fait subir à l'ensemble constitué par la virole 2 et la première aube 5 une rotation autour de l'axe du disque 3 d'un angle correspondant à l'écartement angulaire de deux empreintes 4 consécutives ;
       on procède au montage des aubes 5 suivantes par introduction d'un pied d'aube 6 dans la fenêtre d'introduction 9 et rotation d'un pas de la couronne 2.
  • La figure 2 montre une vue éclatée d'une roue de turbomachine dans laquelle l'attache des aubes 5 sur le disque 3 est du type brochée. Le disque 3 présente sur sa périphérie 7 des alvéoles axiales 10 dans lesquelles les pieds 6 des aubes 5 sont introduits. Pour effectuer le montage de ce type de roue, on fait passer, par l'intérieur de la virole 2, les têtes de toutes les aubes 6 à travers les empreintes 4, puis on procède au montage de toutes les aubes 5 en même temps par translation de l'ensemble constitué par la couronne 2 et l'ensemble de toutes les aubes 5, coaxialement au disque 3.
  • Les figures 3 et 4 montrent une variante de réalisation de la couronne 2 de l'invention. Dans cette variante, la virole est crantée et les empreintes 4 se présente sous la forme de fentes 11 ouvertes sur un bord 12 de la virole 2. Avec cette variante de réalisation, le montage de la roue est facilité. On introduit d'abord les aubes 5 dans les alvéoles du disque 3, puis on positionne la virole 2. L'ensemble est solidarisé au disque 3 par un segment 13 disposé en aval du disque 3 et coopérant avec le bord 12 de la virole 2.
  • Il faut noter que la solution représentée par les figures 1 et 2 peut être étendue à plusieurs étages de roues en fonction de la conicité de la veine aérodynamique.
  • Pour éviter un déplacement axial de la virole 2 ou son déplacement en rotation par rapport au disque 3 après montage de la roue, la virole 2 peut être solidarisée au disque 3 par des vis, non représentées sur le dessin, coopérant avec des alésages 14 et 15 prévus en correspondance sur la virole 2 et le disque 3.

Claims (4)

  1. Roue de turbomachine du type comportant un disque (3), une pluralité d'aubes profilées (5) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la périphérie dudit disque (3) et dont les pieds (6) sont verrouillés sur ledit disque (3), et une couronne (2) coaxiale audit disque (3) et indépendante desdites aubes (5), ladite couronne (2) formant entre lesdites aubes (5) des plate-formes délimitant la paroi interne de la veine aérodynamique de circulation des gaz,
       caractérisée en ce que ladite couronne (2) est constituée d'une virole annulaire (2) présentant des empreintes (4) pour le passage des aubes (5).
  2. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites empreintes (4) sont réalisées par perçage de ladite virole (2).
  3. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites empreintes (4) sont réalisées sous forme de fentes (11) ouvertes sur un bord (12) de ladite virole (2).
  4. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite virole (2) est réalisée en matériaux composites.
EP92402110A 1991-07-24 1992-07-22 Roues à aubes de turbomachines Withdrawn EP0524876A1 (fr)

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FR9109368A FR2679599A1 (fr) 1991-07-24 1991-07-24 Perfectionnement aux roues a aubes de turbomachines.
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