EP2603670A1 - Dispositif de blocage d'un pied d'une aube de rotor - Google Patents

Dispositif de blocage d'un pied d'une aube de rotor

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Publication number
EP2603670A1
EP2603670A1 EP11758248.6A EP11758248A EP2603670A1 EP 2603670 A1 EP2603670 A1 EP 2603670A1 EP 11758248 A EP11758248 A EP 11758248A EP 2603670 A1 EP2603670 A1 EP 2603670A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
groove
blade
ring sector
locking
Prior art date
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Granted
Application number
EP11758248.6A
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German (de)
English (en)
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EP2603670B1 (fr
Inventor
Jacques René Bart
Antoine Jean-Philippe Beaujard
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
SNECMA SAS
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Publication date
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Publication of EP2603670A1 publication Critical patent/EP2603670A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2603670B1 publication Critical patent/EP2603670B1/fr
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Classifications

    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F01D5/326—Locking of axial insertion type blades by other means
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3084—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers the blades being made of ceramics
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F01D5/323—Locking of axial insertion type blades by means of a key or the like parallel to the axis of the rotor

Definitions

  • the invention relates to the field of turbomachine rotors and, more particularly, the maintenance of the rotor blades on a rotor disk.
  • a front-blower and double-body turbojet engine typically comprises, from upstream to downstream, a blower, a low-pressure compressor stage, a high-pressure compressor stage, a combustion chamber, a high-pressure turbine stage, and a high-pressure turbine stage. low pressure turbine stage.
  • upstream and downstream are defined with respect to the direction of air circulation in the turbojet engine.
  • inside and outside are defined radially with respect to the axis of the motor.
  • a cylinder extending along the axis of the engine has an inner face facing the axis of the motor and an outer surface opposite to its inner surface.
  • a low-pressure turbine stage for example, comprises successive rotor disks 1 each having axial or oblique grooves 11 into which blades 2 are engaged by their feet 3, the blades 2 extending radially outwardly with respect to the X axis of the motor.
  • the blades 2 are retained radially in the grooves by their feet 3 in the form of fir, which also allows to provide a space between the foot 3 and the bottom of the groove to allow a flow of air which is guided in the body blades to ventilate them.
  • the blades 2 are retained axially upstream by a sealing ring 4 comprising sealing lamellae, the sealing ring 4 being known to those skilled in the art under the designation "labyrinth ring".
  • a circumferential ring sector 5 is mounted between a groove 6 of the rotor disk 1 and a downstream hook 7 of the blade root 3 2.
  • the sector ring 5 blocks the axial displacement of the blade 2 downstream, the blade 2 remaining integral with the rotor disc 1.
  • the feet 3 of the blades 2 are made of metallic material.
  • the current method of fixing a metal foot can not be transposed for the attachment of a foot composite material.
  • a traditional composite material does not allow to simply form concave areas in the blade root.
  • the manufacture of a blade root, having a fir-shaped, composite material is not preferred. Indeed, during the operation of the engine, differential expansions appear and the fir-shaped foot teeth are no longer supported in the groove of the rotor disc. The radial retention of the dawn is not satisfactory.
  • the invention relates to a device for blocking a root of a rotor blade in a groove of a rotor disk of a turbomachine, comprising:
  • At least one locking tooth extending from the ring sector radially relative to the axis of the ring sector so as to block the axial displacement of the root of the blade in the groove.
  • this simple mounting device allows to block radially and axially a blade with a rotor disk according to the prior art.
  • Such a monobloc device makes it possible to guarantee correct positioning of each tooth and each wedge intended to block the blade root.
  • the device is quick to mount in the rotor since each device may have several teeth and several blocking wedges.
  • the device comprises ventilation means, provided in said ring sector, arranged to allow evacuation of a flow of air flowing between the bottom of the groove and the blocking wedge.
  • the blocking wedge makes it possible to create a ventilation space between the blade root and the bottom of the groove in which circulates a flow of air that is evacuated by said ventilation means.
  • the ventilation means are aligned with the direction in which the blocking tooth extends.
  • the ventilation airflow cools the blocking wedge, the blade root and the bottom of the groove which are aligned axially with the blocking tooth.
  • the ventilation means are in the form of at least one ventilation orifice.
  • An orifice is easy to machine in the ring sector and allows evacuation of the ventilation airflow.
  • the ventilation means are in the form of at least one ventilation notch formed in the portion of the ring sector intended to be inserted into the groove of the rotor disc. A ventilation notch allows to lighten the mass of the device while allowing the evacuation of the air flow.
  • the ring sector has a crenellated inner edge.
  • the ring sector has an inner radial portion, intended to be mounted in the groove of the rotor disk, and an outer radial portion, from which the blocking tooth extends, which are offset. axially with respect to each other along the ring axis.
  • this offset makes it possible to accurately position the locking device without creating significant overhang for the blocking wedge with respect to its attachment in the groove. A tilting of the locking device is then limited.
  • the invention also relates to a rotor of a turbomachine comprising a rotor disk, at least one rotor blade and at least one locking device as presented above, the rotor disk having a groove in which is housed a foot of the rotor. blade and a groove in which is mounted the locking device, the blocking wedge of the locking device extending between the blade root and the bottom of the groove.
  • the rotor disk extending axially from upstream to downstream, the groove is formed at the downstream end of the rotor disc so as to block an axial displacement downstream of the blade in the groove.
  • the root of the rotor blade comprises a casing of composite material.
  • the blade root of composite material preferably ceramic matrix, is simple to manufacture and allows to form a rotor having all the advantages of a rotor according to the prior art with metal vanes.
  • the root of the rotor blade has a dovetail shape. Thanks to the locking device according to the invention, the blade can be blocked radially which prevents any defect positioning of the blade in its housing when the rotor is stopped.
  • Figure 1 is a radial sectional view of a rotor disk of a turbomachine in which is mounted a rotor blade according to the prior art
  • Figure 2 is a perspective view of a first embodiment of a locking device according to the invention
  • FIG 3 is a perspective view of a rotor according to the invention comprising a locking device according to Figure 2, the locking device axially blocking a single rotor blade mounted in the rotor disc;
  • Figure 4 is a radial sectional view of the rotor of Figure 3 along the axis A-A;
  • Figure 5 is a perspective view of a second embodiment of a locking device according to the invention.
  • Figure 6 is a perspective view of a third embodiment of a locking device according to the invention.
  • the invention will now be presented for a rotor of a turbomachine forming a low pressure turbine stage.
  • the rotor comprises a low-pressure turbine rotor disc 1, extending axially along an axis X as shown in FIG. 3, in which axial or oblique grooves 11 are formed in which blades 2 are engaged by their feet 3. , the blades 2 extending radially outwardly relative to the axis X of the engine.
  • the rotor disc 1 comprises an annular groove 6 extending radially inwards formed downstream of the groove 1 1 of the rotor disk 1.
  • the invention is here described for a downstream blocking but it goes without saying that it applies in a similar way for an axial locking upstream.
  • the rotor further comprises a locking device 8 of a root 3 of a rotor blade 2 in a groove 11 of the rotor disc 1 which will now be presented with reference to FIGS. 2 to 6.
  • the locking device 8 has as many blocking wedges 82 as teeth 83.
  • each blade 2 of rotor disk 1 is locked by a shim 82 and a blocking tooth 83.
  • the number of spacers 82 is equal to the number of blades 2 to be blocked.
  • the rotor disk 1 has 98 grooves 1 1 to receive as many blades 2.
  • locking devices 8 of which 10 have nine spacers 82 and one of which has eight spacers 82, each device 8 having as many spacers 82 as locking teeth 83.
  • the number of spacers 82 per device 8 may vary according to the number of blades of the rotor disc 1 or the number of devices 8 used to block the blades 2 of a rotor disc 1.
  • the locking device 8 generally comprises a circular ring sector 81, at least one blocking wedge 82 and at least one blocking tooth 83 for axially locking the foot 3 of a rotor blade 3 housed in a groove 1 1 of the rotor disc 1 while allowing ventilation of the groove 1 1.
  • the circular ring sector 81 is intended to be mounted, transversely to the axis of the turbomachine, in a groove 6 of the rotor disc 1.
  • a circular ring sector is defined relative to to an axis which is subsequently designated ring axis S which is oriented from the rear to the front in Figure 2 and which defines the axial direction. Subsequently, the terms “forward” and “backward” are defined with respect to the S-ring axis.
  • the ring sector 81 extends radially with respect to the ring axis S in the radial axis direction R, shown in Fig. 2, which is directed from the inside to the outside.
  • the circular ring sector 81 has a constant radius of curvature and is flattened in the axial direction S, its radial dimension being longer than its axial dimension.
  • the ring sector 81 has an open angle of the order of 30 ° but it goes without saying that this angle can be different.
  • the inner radial portion 84 of the ring sector 81 is axially offset relative to its outer radial portion 85 as shown in FIG. 2.
  • the inner radial portion 84 is in front of the outer radial portion 85 so as to allow the housing of the inner radial end 84 in the groove 6 of the rotor disc 1 while allowing the outer radial portion 85 to bear radially in the groove 1 1 of the rotor disc 1 as shown in Figure 3. This characteristic will be detailed later in the example of implementation of the invention.
  • the locking wedge 82 of the blocking device 8 is integral and orthogonal to the ring sector 81, the spacer 82 extending from the rear face of the ring sector 81, parallel to the axis of FIG. ring S.
  • the blocking wedge 82 is arranged to radially support the blade root 3 2 in the groove 1 1 of the rotor disk 1.
  • the blocking wedge 82 is secured to the upper part 85 of the ring sector 81 so as to raise the blade root 3 2 relative to the bottom of the groove 1 1 to allow air to flow into the groove 1 1 of the rotor disc 1.
  • the blocking wedge 82 of the locking device 8 is flattened in the radial direction R, its axial dimension being longer than its radial dimension.
  • the length of the blocking wedge 82 defined along the ring axis S is configured to support the blade root 3 2.
  • the length of the blocking wedge 82 corresponds to about 80% of the length of the blade root 3 2 as shown in Figure 4. It goes without saying that the length of the blocking wedge 82 may vary.
  • the length of the blocking wedge 82 is at least equal to half the length of the blade root 3 to distribute the forces on the blocking wedge 82.
  • the locking tooth 83 of the locking device 8 is integral and orthogonal to the blocking wedge 82.
  • the blocking tooth 83 extends from the upper part 85 of the ring sector 81 in the radial direction R outwardly, that is to say radially with respect to the axis of the ring sector S, so as to block the axial displacement of the blade root 3 in the groove 1 1 of the rotor disk 1.
  • the length of the tooth 83, defined along the radial axis R, is configured, in this example, to extend to the outer diameter of the rotor disc 1 when the locking device 8 is in the mounted position as shown in FIG. 3 .
  • the dimensions of the blocking tooth 83 are defined to resist the axial displacements of the blade root 3 during a rotation of the rotor.
  • the blocking tooth 83 is arranged to be aligned axially with the groove 1 1 of the rotor disc 1.
  • the rear face of the locking tooth 83 also called stop face, has a surface whose dimension is smaller than at the section of the groove 1 1 of the rotor disk 1 as shown in Figure 3.
  • Such locking tooth 83 can fulfill its function of axial locking while having a reduced mass because of its reduced dimensions.
  • the locking tooth 83 is foldable / retractable to allow a simple mounting of the locking device 8 in the groove 6, the tooth 83 being unfolded / output after assembly.
  • the locking device 8 further comprises ventilation means provided in the annular sector 81, preferably in its outer part 85, between the connecting zone of the blocking wedge 82 and the inner part 84 of the annular sector 81 as shown. These ventilation means are in the form of openings passing through the ring sector 81 in the axial direction so as to allow the evacuation of a flow of air F flowing between the bottom of the groove. 1 1 and the blocking wedge 82 as shown in FIG. 4.
  • the ventilation means are aligned radially with the blocking tooth 83 which allows axially locking the blade root 3 while allowing the ventilation of the groove January 1.
  • the ventilation means are in the form of circular through holes 91 as shown in Figures 2 to 4 whose diameter is calibrated for ventilation.
  • Circular orifices 91 have the advantage of being simple to machine.
  • the ventilation means are in the form of through orifices of elliptical section 92, the small diameter of which preferably extends in the radial direction.
  • Elliptical section orifices 92 made for example by an inclined bore, have the advantage of offering a high air flow without affecting the mechanical strength in the radial direction of the ring sector 81. Indeed, the distance between the inner edge of the annular sector 81 and an elliptical orifice is larger than the distance between the inner edge of the annular sector 81 and a circular orifice which offers a better mechanical strength.
  • the ventilation means are in the form of notches 93 formed from the inner portion 84 of the ring sector 81 to its outer portion 85.
  • the inner end of the ring sector 81 is crenellated so as to allow the grooves 1 1 to be ventilated.
  • the notches 93 have the advantage of lightening the mass of the ring sector 81 while being easy to machine by drilling.
  • the notches 93 provide a large ventilation air flow.
  • the locking device 8 of Figure 2 is mounted in the rotor disc 1 by placing the blocking wedges 82 axially in the grooves 1 1 of the disc of rotor 1 and inserting the inner portion 84 of the locking device 8 in the downstream groove 6 of the rotor disc 1 so that the upper portion 85 of the ring sector 81 bears in radial abutment in the bottom of the groove 1 1 so as to provide a circulation space for an air flow F between the blocking wedge 82 and the bottom of the groove 1 1.
  • the axial offset also makes it possible to prevent the blocking device from tilting 8 while limiting the cantilever of the blocking device 8.
  • the blocking wedge 82 is parallel to the bottom of the groove 1 1 once mounted.
  • the locking tooth 83 extends radially with respect to the axis of the motor and is aligned axially with the groove January 1.
  • the ventilation means here circular orifices 91, extend halfway up the circulation space of the air flow F between the blocking wedge 82 and the bottom of the groove 1 1 which ensures a good air circulation.
  • the blade root 3 is then inserted into the groove 1 1 by axial displacement from upstream to downstream so that the foot 2 bears against the outer surface of the blocking wedge 82 to be retained. radially and thus avoid a defect positioning of the blade 2 in the disk 1, in particular, when the engine is stopped. Furthermore, the blade root 3 bears against the upstream surface (stopping surface) of the locking tooth 83 to be axially locked.
  • the locking device 8 it is not necessary to use a blade at the foot of fir or to form a hook in the blade root to axially block the blade 2.
  • the root 3 of the rotor blade 2 has a simple dovetail shape whose envelope is made of a composite material. It is the locking device 8, and not the blade root 3 2, which performs the functions of axial blocking, radial blocking and ventilation of the groove 1 1 of the rotor disc 1.
  • Such a foot 3 is simple to manufacture and has a reduced mass.
  • the envelope of the blade root 3 is made of ceramic matrix composite material (CMC).
  • CMC ceramic matrix composite material

Landscapes

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

Abstract

Un dispositif (8) de blocage d'un pied d'une aube de rotor dans une rainure d'un disque de rotor d'une turbomachine, comportant: -un secteur d'anneau circulaire (81) destiné à être monté, transversalement à l'axe de la turbomachine, dans une gorge du disque de rotor; -au moins une cale de blocage (82), solidaire et orthogonale au secteur d'anneau (81), s'étendant parallèlement à l'axe (S) du secteur d'anneau (81) de manière à supporter radialement le pied de l'aube dans la rainure; et -au moins une dent de blocage (83) s'étendant depuis le secteur d'anneau (81) radialement par rapport à l'axe (S) du secteur d'anneau (81) de manière à bloquer le déplacement axial du pied de l'aube dans la rainure.

Description

Dispositif de blocage d'un pied d'une aube de rotor
L'invention concerne le domaine des rotors de turbomachine et, plus particulièrement, le maintien des aubes de rotor sur un disque de rotor.
Un turboréacteur à soufflante avant et à double corps, par exemple, comprend classiquement, d'amont en aval, une soufflante, un étage compresseur basse pression, un étage compresseur haute pression, une chambre de combustion, un étage de turbine haute pression et un étage de turbine basse pression.
Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans le turboréacteur. De même, par convention dans la présente demande, les termes « intérieur » et « extérieur » sont définis radialement par rapport à l'axe du moteur. Ainsi, un cylindre s'étendant selon l'axe du moteur comporte une face intérieure tournée vers l'axe du moteur et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure.
De manière classique, en référence à la figure 1 , un étage de turbine basse pression, par exemple, comprend des disques de rotor successifs 1 comportant chacun des rainures axiales ou obliques 1 1 dans lesquelles sont engagées des aubes 2 par leurs pieds 3, les aubes 2 s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe X du moteur.
Les aubes 2 sont retenues radialement dans les rainures par leurs pieds 3 en forme de sapin, ce qui permet en outre de ménager un espace entre le pied 3 et le fond de la rainure pour permettre une circulation d'air qui est guidée dans le corps des aubes pour les ventiler. Les aubes 2 sont retenues axialement en amont par un anneau d'étanchéité 4 comportant des lamelles d'étanchéité, l'anneau d'étanchéité 4 étant connu de l'homme du métier sous la désignation « anneau labyrinthe ».
Pour retenir les aubes 2 axialement en aval, un secteur d'anneau circonférentiel 5 est monté entre une gorge 6 du disque de rotor 1 et un crochet aval 7 du pied 3 d'aube 2. Ainsi, en position d'utilisation, le secteur d'anneau 5 bloque le déplacement axial de l'aube 2 vers l'aval, l'aube 2 demeurant solidaire du disque de rotor 1.
Actuellement, les pieds 3 des aubes 2 sont en matériau métallique. Pour diminuer la masse du moteur, il est proposé de former des pieds 3 en matériau composite. Le mode de fixation actuel d'un pied métallique ne peut pas être transposé pour la fixation d'un pied en matériau composite. En effet, un matériau composite traditionnel ne permet pas de former simplement des zones concaves dans le pied d'aube. Ainsi, il est difficile de former un crochet aval dans le pied d'aube pour assurer la rétention axiale en aval de l'aube par un secteur d'anneau. En outre, la fabrication d'un pied d'aube, ayant une forme en sapin, en matériau composite n'est pas privilégiée. En effet, au cours du fonctionnement du moteur, des dilatations différentielles apparaissent et les dents du pied en forme de sapin ne sont plus en appui dans la rainure du disque de rotor. La rétention radiale de l'aube n'est pas satisfaisante. Afin d'éliminer au moins certains de ces inconvénients, l'invention concerne un dispositif de blocage d'un pied d'une aube de rotor dans une rainure d'un disque de rotor d'une turbomachine, comportant :
un secteur d'anneau circulaire destiné à être monté, transversalement à l'axe de la turbomachine, dans une gorge du disque de rotor ;
- au moins une cale de blocage, solidaire et orthogonale au secteur d'anneau, s'étendant parallèlement à l'axe du secteur d'anneau de manière à supporter radialement le pied de l'aube dans la rainure ; et
au moins une dent de blocage s'étendant depuis le secteur d'anneau radialement par rapport à l'axe du secteur d'anneau de manière à bloquer le déplacement axial du pied de l'aube dans la rainure.
Grâce au dispositif, on peut avantageusement bloquer le pied d'une aube de rotor en queue d'aronde et ne comportant pas de crochet de blocage axial, en particulier, une aube en matériau composite. En outre, ce dispositif de montage simple permet de bloquer radialement et axialement une aube avec un disque de rotor selon l'art antérieur.
Un tel dispositif monobloc permet de garantir un positionnement correct de chaque dent et de chaque cale destinée à bloquer le pied d'aube. En outre, le dispositif est rapide à monter dans le rotor étant donné que chaque dispositif peut comporter plusieurs dents et plusieurs cales de blocage.
De préférence, le dispositif comporte des moyens de ventilation, ménagés dans ledit secteur d'anneau, agencés pour permettre une évacuation d'un flux d'air circulant entre le fond de la rainure et la cale de blocage. La cale de blocage permet de créer un espace de ventilation entre le pied d'aube et le fond de la rainure dans lequel circule un flux d'air qui est évacué par lesdits moyens de ventilation.
De préférence encore, les moyens de ventilation sont alignés avec la direction selon laquelle s'étend la dent de blocage. Ainsi, le flux d'air de ventilation refroidit la cale de blocage, le pied d'aube et le fond de la rainure qui sont alignés axialement avec la dent de blocage.
Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'au moins un orifice de ventilation. Un orifice est simple à usiner dans le secteur d'anneau et permet l'évacuation du flux d'air de ventilation. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'au moins une encoche de ventilation ménagée dans la partie du secteur d'anneau destinée à être insérée dans la gorge du disque de rotor. Une encoche de ventilation permet d'alléger la masse du dispositif tout en permettant l'évacuation du flux d'air. De préférence, le secteur d'anneau comporte un bord intérieur crénelé.
Selon un aspect de l'invention, le secteur d'anneau comporte une partie radiale intérieure, destinée à être montée dans la gorge du disque de rotor, et une partie radiale extérieure, depuis laquelle s'étend la dent de blocage, qui sont décalées axialement l'une par rapport à l'autre selon l'axe d'anneau.
De manière avantageuse, ce décalage permet de positionner de manière précise le dispositif de blocage sans créer de porte-à-faux important pour la cale de blocage par rapport à sa fixation dans la gorge. Un basculement du dispositif de blocage est alors limité.
L'invention vise également un rotor d'une turbomachine comprenant un disque de rotor, au moins une aube de rotor et au moins un dispositif de blocage tel que présenté précédemment, le disque de rotor comportant une rainure dans laquelle est logé un pied de l'aube et une gorge dans laquelle est monté le dispositif de blocage, la cale de blocage du dispositif de blocage s'étendant entre le pied d'aube et le fond de la rainure.
De préférence, le disque de rotor s'étendant axialement de l'amont vers l'aval, la gorge est ménagée à l'extrémité aval du disque de rotor de manière à bloquer un déplacement axial vers l'aval de l'aube dans la rainure.
Selon un aspect de l'invention, le pied de l'aube de rotor comporte une enveloppe en matériau composite. Le pied d'aube en matériau composite, de préférence à matrice céramique, est simple à fabriquer et permet de former un rotor comportant tous les avantages d'un rotor selon l'art antérieur avec des aubes métalliques.
Selon un autre aspect de l'invention, le pied de l'aube de rotor possède une forme en queue d'aronde. Grâce au dispositif de blocage selon l'invention, l'aube peut être bloquée radialement ce qui empêche tout défaut de positionnement de l'aube dans son logement lorsque le rotor est à l'arrêt.
L'invention sera mieux comprise en référence au dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 est une vue en coupe radiale d'un disque de rotor d'une turbomachine dans lequel est monté une aube de rotor selon l'art antérieur ; la figure 2 est une vue en perspective d'une première forme de réalisation d'un dispositif de blocage selon l'invention ;
la figure 3 est une vue en perspective d'un rotor selon l'invention comportant un dispositif de blocage selon la figure 2, le dispositif de blocage bloquant axialement une unique aube de rotor montée dans le disque de rotor ;
la figure 4 est une vue en coupe radiale du rotor de la figure 3 selon l'axe A-A ;
la figure 5 est une vue en perspective d'une deuxième forme de réalisation d'un dispositif de blocage selon l'invention ; et
la figure 6 est une vue en perspective d'une troisième forme de réalisation d'un dispositif de blocage selon l'invention.
L'invention va maintenant être présentée pour un rotor d'une turbomachine formant un étage de turbine basse pression. Le rotor comporte un disque de rotor de turbine basse pression 1 , s'étendant axialement selon un axe X comme représenté sur la figure 3, dans lequel sont formées des rainures axiales ou obliques 1 1 dans lesquelles sont engagées des aubes 2 par leurs pieds 3, les aubes 2 s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe X du moteur. Le disque de rotor 1 comporte une gorge annulaire 6 s'étendant radialement vers l'intérieur ménagée en aval de la rainure 1 1 du disque de rotor 1. L'invention est ici décrite pour un blocage en aval mais il va de soi qu'elle s'applique de manière similaire pour un blocage axial en amont.
Le rotor comporte en outre un dispositif de blocage 8 d'un pied 3 d'une aube de rotor 2 dans une rainure 1 1 du disque de rotor 1 qui va être maintenant présenté en référence aux figures 2 à 6. De manière préférée, le dispositif de blocage 8 comporte autant de cales de blocage 82 que de dents 83. De préférence, chaque aube 2 de disque de rotor 1 est bloquée par une cale 82 et une dent de blocage 83.
Le nombre de cales 82 est égal aux nombres d'aubes 2 à bloquer. Dans cet exemple, le disque de rotor 1 comporte 98 rainures 1 1 pour recevoir autant d'aubes 2. Dans cet exemple, pour bloquer les aubes 2 dans les rainures 1 1 , on dispose de 1 1 dispositifs de blocage 8 dont 10 comportent neuf cales 82 et dont un comporte huit cales 82, chaque dispositif 8 comportant autant de cales 82 que de dents de blocage 83.
Il va de soi que le nombre de cales 82 par dispositif 8 peut varier en fonction du nombre d'aubes du disque de rotor 1 ou du nombre de dispositifs 8 utilisés pour bloquer les aubes 2 d'un disque de rotor 1.
En référence à la figure 2, le dispositif de blocage 8 comporte, de manière générale, un secteur d'anneau circulaire 81 , au moins une cale de blocage 82 et au moins une dent de blocage 83 pour bloquer axialement le pied 3 d'une aube de rotor 3 logée dans une rainure 1 1 du disque de rotor 1 tout en permettant la ventilation de la rainure 1 1. De manière plus précise, le secteur d'anneau circulaire 81 est destiné à être monté, transversalement à l'axe de la turbomachine, dans une gorge 6 du disque de rotor 1. Par définition, un secteur d'anneau circulaire est défini par rapport à un axe qui est désigné par la suite axe d'anneau S qui est orienté de l'arrière vers l'avant sur la figure 2 et qui définit la direction axiale. Par la suite, les termes « avant » et « arrière » sont définis par rapport à l'axe d'anneau S.
Le secteur d'anneau 81 s'étend radialement par rapport à l'axe d'anneau S selon la direction radiale d'axe R, représenté sur la figure 2, qui est dirigé de l'intérieur vers l'extérieur. Le secteur d'anneau circulaire 81 possède un rayon de courbure constant et est aplati dans la direction axiale S, sa dimension radiale étant plus longue que sa dimension axiale.
Le secteur d'anneau 81 possède un angle ouvert de l'ordre de 30° mais il va de soi que cet angle peut être différent.
La partie radiale intérieure 84 du secteur d'anneau 81 est décalée axialement par rapport à sa partie radiale extérieure 85 comme représenté sur la figure 2. Autrement dit, la partie radiale intérieure 84 est en avant de la partie radiale extérieure 85 de manière à permettre le logement de l'extrémité radiale intérieure 84 dans la gorge 6 du disque de rotor 1 tout en permettant à la partie radiale extérieure 85 de venir s'appuyer radialement dans la rainure 1 1 du disque de rotor 1 comme représenté sur la figure 3. Cette caractéristique sera détaillée par la suite au cours de l'exemple de mise en œuvre de l'invention.
La cale de blocage 82 du dispositif de blocage 8, de forme rectangulaire, est solidaire et orthogonale au secteur d'anneau 81 , la cale 82 s'étendant depuis la face arrière du secteur d'anneau 81 , parallèlement à l'axe d'anneau S. La cale de blocage 82 est agencée pour supporter radialement le pied 3 d'aube 2 dans la rainure 1 1 du disque de rotor 1. En référence à la figure 2, la cale de blocage 82 est solidaire de la partie supérieure 85 du secteur d'anneau 81 de manière à surélever le pied 3 d'aube 2 par rapport au fond de la rainure 1 1 pour permettre une circulation d'air dans la rainure 1 1 du disque de rotor 1.
La cale de blocage 82 du dispositif de blocage 8 est aplatie selon la direction radiale R, sa dimension axiale étant plus longue que sa dimension radiale. La longueur de la cale de blocage 82 définie selon l'axe d'anneau S est configurée pour supporter le pied 3 d'aube 2. A titre d'exemple, la longueur de la cale de blocage 82 correspond à environ 80% de la longueur du pied 3 d'aube 2 comme représenté sur la figure 4. Il va de soi que la longueur de la cale de blocage 82 peut varier. De préférence, la longueur de la cale de blocage 82 est au moins égale à la moitié de la longueur du pied d'aube 3 pour répartir les efforts sur la cale de blocage 82. La dent de blocage 83 du dispositif de blocage 8 est solidaire et orthogonale à la cale de blocage 82. La dent de blocage 83, de forme rectangulaire, s'étend depuis la partie supérieure 85 du secteur d'anneau 81 selon la direction radiale R vers l'extérieur, c'est à dire radialement par rapport à l'axe du secteur d'anneau S, de manière à bloquer le déplacement axial du pied d'aube 3 dans la rainure 1 1 du disque de rotor 1. La longueur de la dent 83, définie selon l'axe radial R, est configurée, dans cet exemple, pour s'étendre jusqu'au diamètre extérieur du disque de rotor 1 lorsque le dispositif de blocage 8 est en position montée comme représenté sur la figure 3.
Les dimensions de la dent de blocage 83, en particulier sa longueur et sa largeur, sont définies pour résister aux déplacements axiaux du pied 3 d'aube 2 lors d'une rotation du rotor. La dent de blocage 83 est agencée pour être alignée axialement avec la rainure 1 1 du disque de rotor 1. De préférence, la face arrière de la dent de blocage 83, appelée aussi face d'arrêt, possède une surface dont la dimension est inférieure à la section de la rainure 1 1 du disque de rotor 1 comme représenté sur la figure 3. Une telle dent de blocage 83 permet de remplir sa fonction de blocage axial tout en possédant une masse réduite du fait de ses dimensions réduites. Selon une forme de réalisation particulière non représentée, la dent de blocage 83 est pliable/rétractable pour permettre un montage simple du dispositif de blocage 8 dans la gorge 6, la dent 83 n'étant dépliée/sortie qu'après montage. Le dispositif de blocage 8 comporte en outre des moyens de ventilation ménagés dans le secteur annulaire 81 , de préférence, dans sa partie extérieure 85, entre la zone de liaison de la cale de blocage 82 et la partie intérieure 84 du secteur annulaire 81 comme représenté sur la figure 4. Ces moyens de ventilation se présentent sous la forme d'ouvertures traversant dans la direction axiale le secteur d'anneau 81 de manière à permettre l'évacuation d'un flux d'air F circulant entre le fond de la rainure 1 1 et la cale de blocage 82 comme représenté sur la figure 4.
De manière préférée, les moyens de ventilation sont alignés radialement avec la dent de blocage 83 ce qui permet de bloquer axialement le pied 3 d'aube 2 tout en permettant la ventilation de la rainure 1 1.
Selon une première forme de réalisation, les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'orifices traversant circulaires 91 comme représentés sur les figures 2 à 4 dont le diamètre est calibré pour la ventilation. Des orifices circulaires 91 présentent l'avantage d'être simples à usiner. Selon une deuxième forme de réalisation, en référence à la figure 5, les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'orifices traversant de section elliptique 92 dont le petit diamètre s'étend, de préférence, selon la direction radiale. Des orifices de section elliptique 92, réalisés par exemple par un perçage incliné, présentent l'avantage d'offrir un débit d'air important sans affecter la résistance mécanique selon la direction radiale du secteur d'anneau 81. En effet, la distance entre le bord intérieur du secteur annulaire 81 et un orifice elliptique est plus importante que la distance entre le bord intérieur du secteur annulaire 81 et un orifice circulaire ce qui offre une meilleure tenue mécanique.
Selon une troisième forme de réalisation, en référence à la figure 6, les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'encoches 93 formées depuis la partie intérieure 84 du secteur d'anneau 81 jusque dans sa partie extérieure 85. Autrement dit, l'extrémité intérieure du secteur d'anneau 81 est crénelée de manière à permettre la ventilation des rainures 1 1. Des encoches 93 présentent l'avantage d'alléger la masse du secteur d'anneau 81 tout en étant simple à usiner par perçage. Par ailleurs, les encoches 93 offrent un débit d'air de ventilation important.
Le montage d'un dispositif de blocage 8 dans le rotor va être décrit plus en avant. Ce montage est décrit en référence à un dispositif comportant des moyens de ventilation selon la première forme de réalisation (orifices circulaires). La description du procédé de montage s'applique de manière similaire aux autres formes de réalisation des moyens de ventilation.
En référence à la figure 3 représentant le disque de rotor 1 d'axe X, le dispositif de blocage 8 de la figure 2 est monté dans le disque de rotor 1 en plaçant les cales de blocage 82 axialement dans les rainures 1 1 du disque de rotor 1 et en insérant la partie intérieure 84 du dispositif de blocage 8 dans la gorge aval 6 du disque de rotor 1 de manière à ce que la partie supérieure 85 du secteur d'anneau 81 soit en appui radial dans le fond de la rainure 1 1 de manière à ménager un espace de circulation d'un flux d'air F entre la cale de blocage 82 et le fond de la rainure 1 1. Le décalage axial permet en outre d'éviter un basculement du dispositif de blocage 8 en limitant le porte-à-faux du dispositif de blocage 8. En effet, si l'aube 2 est en appui sur la cale 82, la partie intérieure 84 du dispositif de blocage 8 entre en contact avec la partie aval de la gorge 6 ce qui bloque le basculement vers l'amont de la cale 82. La cale de blocage 82 est parallèle au fond de la rainure 1 1 une fois montée. La dent de blocage 83 s'étend radialement par rapport à l'axe du moteur et est alignée axialement avec la rainure 1 1.
En référence à la figure 4, les moyens de ventilation, ici des orifices circulaires 91 , s'étendent à mi- hauteur de l'espace de circulation du flux d'air F entre la cale de blocage 82 et le fond de la rainure 1 1 ce qui permet d'assurer une bonne circulation d'air.
Le pied 3 d'aube 2 est ensuite inséré dans la rainure 1 1 par déplacement axial de l'amont vers l'aval de manière à ce que le pied 2 soit en appui sur la surface extérieure de la cale de blocage 82 pour être retenu radialement et ainsi éviter un défaut de positionnement de l'aube 2 dans le disque 1 , en particulier, lorsque le moteur est à l'arrêt. Par ailleurs, le pied 3 d'aube 2 est en appui sur la surface amont (surface d'arrêt) de la dent de blocage 83 pour être bloqué axialement.
Grâce au dispositif de blocage 8 selon l'invention, il n'est pas nécessaire de recourir à une aube en pied de sapin ou de former un crochet dans le pied d'aube pour bloquer axialement l'aube 2. De préférence, le pied 3 de l'aube de rotor 2 possède une forme simple en queue d'aronde dont l'enveloppe est en matériau composite. C'est le dispositif de blocage 8, et non le pied 3 d'aube 2, qui remplit les fonctions de blocage axial, de blocage radial et de ventilation de la rainure 1 1 du disque de rotor 1. Un tel pied 3 est simple à fabriquer et possède une masse réduite.
De manière préférée, l'enveloppe du pied 3 d'aube 2 est en matériau composite à matrice céramique (CMC).

Claims

Revendications
Dispositif (8) de blocage d'un pied (3) d'une aube de rotor (2) dans une rainure (1 1 ) d'un disque de rotor (1 ) d'une turbomachine, comportant :
- un secteur d'anneau circulaire (81 ) destiné à être monté, transversalement à l'axe de la turbomachine, dans une gorge (6) du disque de rotor (1 ) ;
- au moins une cale de blocage (82), solidaire et orthogonale au secteur d'anneau (81 ), s'étendant parallèlement à l'axe (S) du secteur d'anneau (81 ) de manière à supporter radialement le pied (3) de l'aube (2) dans la rainure (1 1 ) ;
au moins une dent de blocage (83) s'étendant depuis le secteur d'anneau (81 ) radialement par rapport à l'axe (S) du secteur d'anneau (81 ) de manière à bloquer le déplacement axial du pied (3) de l'aube (2) dans la rainure (1 1 ) ; et
- des moyens de ventilation (91 , 92, 93), ménagés dans ledit secteur d'anneau (81 ), agencés pour permettre une évacuation d'un flux d'air (F) circulant entre le fond de la rainure (1 1 ) et la cale de blocage (82).
Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel les moyens de ventilation (91 , 92, 93) sont alignés avec la direction selon laquelle s'étend la dent de blocage (83).
Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'au moins un orifice de ventilation (91 , 92).
Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'au moins une encoche de ventilation (93) ménagée dans la partie (84) du secteur d'anneau (81 ) destinée à être insérée dans la gorge (6) du disque de rotor (1 ).
Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le secteur d'anneau (81 ) comporte une partie radiale intérieure (84), destinée à être montée dans la gorge (6) du disque de rotor (1 ), et une partie radiale extérieure (85), depuis laquelle s'étend la dent de blocage (83), qui sont décalées axialement l'une par rapport à l'autre selon l'axe d'anneau (S).
Rotor d'une turbomachine comprenant un disque de rotor (1 ), au moins une aube de rotor (2) et au moins un dispositif de blocage (8) selon l'une des revendications 1 à 5, le disque de rotor (1 ) comportant une rainure (1 1 ) dans laquelle est logé un pied (3) de l'aube (2) et une gorge (6) dans laquelle est monté le dispositif de blocage (8), la cale de blocage (82) du dispositif de blocage (8) s'étendant entre le pied (3) d'aube (2) et le fond de la rainure (1 1 ).
7. Rotor selon la revendication précédente, dans lequel, le disque de rotor (1 ) s'étendant axialement de l'amont vers l'aval, la gorge (6) est ménagée à l'extrémité aval du disque de rotor (1 ) de manière à bloquer un déplacement axial vers l'aval de l'aube (2) dans la rainure (1 1 ).
8. Rotor selon l'une des revendications 6 à 7, dans lequel le pied de l'aube de rotor (2) comporte une enveloppe en matériau composite.
9. Rotor selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel le pied de l'aube de rotor (2) possède une forme en queue d'aronde.
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