Brevet FR2011594A1 — publié le 19700306

-i- 011594 La présente invention se rapporte en général aux rotors de turbines et plus particulièrement à un dispositif pour le blocage des aubes de rotor de turbines dans la périphérie d'un disque de support, et pour le refroidissement de l'emplanture des 5 aubes dans la turbine. On sait que les températures initiales élevées de fonctionnement d'une turbine, par exemple d'une turbine à gaz à écoulement axial, en augmentent le rendement et la puissance spécifique de sortie. Toutefois, l'effort auquel les aubes peuvent être 10 soumises, pour une durée de service donnée, diminue avec l'élévation des températures. Le facteur principal limitatif d'augmentation des températures de fonctionnement des turbines, et par suite l'augmentation du rendement et de la«puissance de sortie, est donc la possibilité physique des aubes rotatives, celles-ci 15 subissant de fortes contraintes durant le fonctionnement de la turbine. Les aubes rotatives de turbine sont habituellement usinées individuellement et fixées à la jante d'une roue ou disque de turbine, duquel elle dépasse radialement en direction 20 de l'extérieur. Pendant la rotation du disque, les aubes sont soumises, en raison des forces centrifuges, a un grand effort de traction qui est plus fort à proximité des pieds des aubes. On prend en général l'effort d'emplanture comme point de référence pour la détermination de la température à laquelle les aubes 25 sont destinées à fonctionner. Les pieds des aubes de rotor doivent donc être maintenus aussi froids que possible afin d' extraire le maximum d'énergie de l'écoulement du gaz dans la turbine, et d'assurer aux aubes une longue durée de service. 30 Antérieurement, on a tenté de refroidir les emplantu- res des aubes au moyen de divers dispositifs constitués d'une grande diversité d'agencements de plaques d'obturation, dans lesquels les plaques sont disposées sur les côtés en amont ou en aval (ou sur les deux) des aubes. Les plaques ?'associent habi-35 tuellement à des passages longitudinaux formés dans les pales ou parties profilées des aubes afin d'y diriger l'air de refroidissement. L'efficacité de ces agencements de refroidissement est bad original 69 21104 -2- 2011594 moindre, et leur prix de revient plus élevé qu'il n'est souhaitable. En outre, les procédés de fixation et de blocage requis pour empêcher les plaques de se détacher aux grandes vitesses de rotation du rotor, sont encombrants et pas toujours efficaces, 5 L'invention a principalement pour objet la réalisation d'un rotor de turbine pourvu d'un dispositif individuel de blocage de chaque aube à la périphérie d'un disque de rotor. A cette fin, l'invention réside dans un rotor de turbine pourvu d'aubes montées sur des disques de rotor, chaque aube 10 comprenant un pied fixé dans des conduits axiaux formés dans la périphérie de ces disques, une plateforme réunie au pied, ces plateformes des aubes de chaque disque formant mutuellement une couronne, et une partie profilée partant radialement de chaque plateforme, agencement caractérisé par le fait qu'une rainure 15 s8ouvrant radialement vers l'intérieur se trouve de chaque côté de chaque pied pour former des rainures annulaires dirigées radialement vers l'intérieur, et qu'une rainure annulaire dirigée radialement vers l'extérieur est formée dans le disque en regard de chaque rainure annulaire dirigée radialement vers l'intérieur, 20 et qu'une plaque de retenue est supportée dans des rainures annulaires en opposition, adjacentes à chaque côté de chaque pied pour retenir ces aubes. L'invention ressortira mieux de la description qui va suivre d'une forme préférée de réalisation représentée à titre 25 d'exemple seulement aux dessins annexés, sur lesquels : La Figure 1 est une perspective des aubes de rotor de turbine et d'une partie d'un disque de rotor, montrant les pieds des aubes et les plaques latérales construits seloh les principes de l'invention. 30 La Figure 2 est une vue partielle en élévation de côté d'un rotor de turbine montrant les plaques latérales fixées dans celui-ci selon l'invention; La Figure 3 est une vue de côté, en coupe, d'une plaque suivant les lignes III-III de la Figure 2; 35 La Figure 4 est une élévation en bout d'une emplanture d'aube disposée à la périphérie d'un disque de rotor (en coupe) selon l'invention^; et bad original 69 21104 -3- 2011594 La Figuré 5 est une élévation de côté du dispositif représenté a la figure 4» La Figure 1 représente une partie de rotor 1 qui comprend un disque 2 présentant une partie périphérique 3 pourvue 5 de conduits cannelés axiaux 4 destinés à recevoir les pieds cannelés 5 des aubes 6 de turbine, en endentement réciproque. Chacune des aubes 6, du type a "entrée par le côté',' se compose essentiellement de trois parties fondamentales : le pied 5, une plateforme 7, et une partie profilée &• 10 Le pied 5 de chacune des aubes 6 est introduit dans le conduit 4, dans le sens de l'axe du disque 2, et est fixé dans celui-ci au moyen de plaques latérales 10 et 11. Les côtés du disque 2 de rotor sont pourvus de rainures circonférentielles, dirigées radialement vers l'extérieur, 14 et 15 15 respectivement, et les plateformes 7 des aubes 6 du rotor sont pourvues de rainures dirigées radialement vers l'intérieur 16 et 17, qui sont situées radialement extérieurement par rapport aux rainures circulaires 14 et 15 formées dans le disque 2« Les plaques 10, 11, sont pourvues de lèvres 20, 21, sur 20 leurs deux bords opposés, respectivement, et d'une patte 22 dépassant radialement vers l'extérieur d'un coin extérieur de chaque plaque, les parois des rainures 16, 17, des platefoimes 7 étant pourvues d'une encoche de repère 18 destinée à permettre le passage des pattes 22. 25 Les aubes 6 et les plaques 10, 11, sont assemblées avec le disque 2 de la manière suivante. Après introduction de l*une des aubes (celle portant la référence 6a, par exemple) dans le conduit 4 associé, voir Figure 1, on introduit les plaques 10 et 11 dans les rainures 14-15 et 16-17, respectivement, dans le sens 30 circonférentiel, «n direction de l'aube 6à, soit de droite a gauche de la Figure 1. Chaque plaque est poussée dans les rainures jusqu'à ce que sa patte 22 pénètre dans l'éncoche 18, et, plus particulièrement, jusqu'à ce que la patte s'engage sur l*é-paulement formé par l'encoche 18„ Cette encoche et la patte 35 constituent donc, un dispositif de repérage permettant d'orienter correctement chaque plaque avec l'aube associée. On introduit ensuite une autre aube 6b dans le conduit 4 suivant, et on introduit une paire de plaques 10, 11, associées de la manière que •» BÂB ORIGNAL 69 21104 -4- 2011594 l'on vient.de décrire. On continue ce processus jusqu'à ce que tous les jeux de plaques, sauf le dernier, soient assemblés à la périphérie 3 du disque 2 de rotor. On introduit le dernier jeu de plaque d'une manière différente de celle que l'on vient de dé-5 crire pour des raisons dont l'explication va suivre. A mesure de la disposition des plaques successives dans les rainures 14 à 17, les lèvres 20, 21 des plaques adjacentes s'engagent mutuellement à chevauchement en produisant un verrouillage réciproque des plaques adjacentes. En outre, les plaques ne 10 peuvent se déplacer circonférentiellement dans les rainures en raison de la patte 22 qui s'étend dans l'encoche 18 de chaque aube correspondante, et du bord d'attaque adjacent de chaque aube adjacente, ainsi que le montre clairement la Figure 2* Assemblées derrière les épaulements 24, 25, 26 et 27, 15 les plaques foraient une paroi circulaire continue ainsi que représenté partiellement à la Figure 2«, qui montre également deux . dernières plaques dont l*une est représentée à la Figure 3j toutefois, l'agencement représenté utilise quatre de ces plaques, un premier jeu destiné à être introduit initialement avant le mon-20 tage que l'on vient de décrire, et un dernier jeu pour achever ce montage, et constituer ainsi un rotor dont les aubes sont parfaitement fixées en place à sa périphérie, et leurs pieds parfaitement refroidis de la manière dont la description va suivre'» Pour l'introduction des dernières plaques 30, un jeu 25 doit être prévu afin de permettre à ces plaques de passer les é-paulements 24, 25 et 26, 27, pour leur disposition dans les rainures 14 à 17. A la Figure 3, ce résultat est obtenu en formant sur chaque plaque 30 un chanfrein ou biseau 31 le long d'une de ses faces. Ceci permet l'introduction en premier lieu de la par-30 tie biseautée dans la rainure 15, ainsi que le montre la Figure 3, afin que le haut de la plaque puisse passer sous le rebord 27 de la plateforme 7, lorsque l'on pousse la plaque en direction de la face du pied 5 de l'aube. Après avoir placé la plaque 30 entre les rainures 15 et 17, on la soulève dans la rainure 17 afin que 35 sa partie supérieure porte contre l'épaulement 27* On fixe alors la plaque en place au moyen de vis de blocage 24 et 35, que l'on représente vissée dans celle-ci, avec les parties terminales 36 BAD ORIGINAL 69 21104 -s- 2011594 - et 37 dépassant de la plaque dans des évidements 38 et 39, respectivement, formés dans la face du pied 5 de l'aube. Les extrémités amont et aval des pieds sont pourvues d'évidements 39A et 39 qui aident à diriger le fluide de refroidissement sur les pieds 5 d'une manière dont l'explication va suivre. L'évidement 38 et la vis de blocage 34 servent, en outre, de dispositif de repérage pour situer correctement" les plaques 30 par rapport aux aubes 6 correspondantes. Par suite, les plaques 30 ne sont pas pourvues des pattes 22 de repère des plaques 10 et 10 11» Cependant ces deux dispositifs de repérage permettent une dilatation tangentielle des plaques sans provoquer leur tassement ou leur séparation. On empêche ainsi la fuite irrépressible de fluide de refroidissement. En cours de rotation du rotor 1, les forces centrifuges font mouvoir les plaques radialement dans les 15 rainures 16 et 17 et contre la plateforme 7 des aubes. Avant de visser les vis de blocage 34, 35, dans les plaques, on place entre la tête de chaque vis et les plaques 30 des rondelles de freinage 40 pour fixer en place ces vis et assurer ainsi la sécurité de fixation des plaques 30, qui elles-mêmes 20 fixent les plaques 10 et 11, Ainsi que le montrent les Figures 2 et 3, les rondelles de freinage 40 peuvent être pourvues de pattes inférieures et latérales 42 et 43, respectivement, les pattes latérales s1étendant dans les trous d'adaptation formés dans les plaques (Figure 2), 25 alors que les pattes inférieures sont relevées contre les têtes des vis de blocage. On peut utiliser d'autres dispositifs de blocage convenables,par exemple un fil passant dans les trous formés dans les têtes des vis de blocage pourrait être engagé dans . des trous ou fentes formés dans les plaques» 30 Jusqu'à ce point de la description, les plaques 10, 11 et 30 ont pour fonction de retenir les aubes 6 dans les conduits d'emplanture 4 formés dans la périphérie 3 du disque 2. Toutefois, les plaques remplissent une autre fonction importante, c'est-à-dire celle de refroidir les pieds 5 des aubes, en réglant 35 l'écoulement de l'air de refroidissement (ou autre fluide) sur les pieds, et en empêchant les gaz moteurs chauds dirigés contre les parties profilées 8 des aubes de pénétrer dans la région des 69 21104 -6- 2011594 pieds et des conduits 4 d'émplanture. Ainsi que le montre plus clairement la Figure 4, les i cannelures que présentent les conduits 4 et les pieds 5 ont la forme et les dimensions voulues pour constituer des espaces 50 et 5 51 disposés axialement le long des pieds et assurant la communication entre les évidements 39A et 39, formés dans les faces des pieds# De même, le haut et le bas de chaque pied ont la forme et la dimension voulues pour constituer des espaces 52 et 53, respectivement, qui s1étendent axialement par rapport au pied de 10 manière à communiquer avec les évidements 39A et 39» Ainsi que le montrent les Figures 1, 2, 3 et 5, les plaques 10, 11 et 30 sont pourvues d'ouvertures 54, 55 et 56, respectivement, pour contrôler l'écoulement du fluide de refroidissement sur les pieds 5 de la manière indiquée à la Figure 5 par 15 les flèches appropriées. En cours de fonctionnement, un fluide de refroidissement (fourni par un compresseur d'air associé actionné par la turbine, par exemple) entre dans l'évidement 39A du pied 5 par l'orifice 54 de la plaque 10, cet évidement 39A et cet orifice 54 consti-20 tuant l'admission s'ouvrant à l'écoulement du fluide de refroidissement. (L'évacuation s'effectuant par l'orifice 55 et l'évidement 39, respectivement)'. Le fluide de refroidissement s*étale dans l'évidement 39A, et pénètre dans les espaces 50 à 54 lesquels font fonction de passages pour conduire ce fluide jusqu'à l'évide-25 ment 39 d'évacuation et le faire sortir par l'orifice 55 formé dans la plaque 11. De cette manière, le pied de chaque aube 6 se trouve refroidi, les plaques 10, 11 et 30 contrôlant le débit de fluide de refroidissement sur les pieds tout en obturant simultanément la région entourant les pieds afin d'empêcher l'entrée des 30 gaz moteurs chauds et par suite le surchauffage de ces derniers. Les orifices 56 formés dans les premières et dernières plaques 30 remplissent la même fonction que les orifices 54 et 55 formés dans les plaques 10 et 11. 69 21104 *-7- 2011594 REVENDICATIONS 1. Rotor de turbine pourvu d'aubes montées sur des disques de rotor, chaque aube comprenant un pied fixé dans des conduits axiaux formés dans la périphérie des disques, une plateforme 5 réunie à ce pied, les plateformes des aubes de chaque disque for*-mant conjointement une couronne, et une partie profilée partant radialement de chaque plateforme, agencement caractérisé par le fait qu'une rainure s'ouvrant radialement vers l'intérieur est formée de chaque côté de chaque pied pour constituer une rainure 10 annulaire dirigée radialement vers 1*intérieur, et une rainure annulaire dirigée radialement vers l'extérieur est formée dans le disque en regard'de chaque rainure annulàire dirigée vers l'intérieur, et qu'une plaque de retenue est supportée dans les rainures annulaires en opposition, adjacente à chaque côté de chaque 15 pied afin de retenir ces aubes. 2». Rotor de turbine selon revendication 1, caractérisé par le fait que des encoches de repérage sont formées dans les rainures dé chaque aube, et que les plaques sont pourvues de pattes de repère s'introduisant dans les encoches associées# 20 3i Rotor de turbine selon revendication 1, caractérisé par le fait que les plaques adjacentes à l'une au moins dés aubes sont pourvues d'un bord biseauté sur l'une au moins de leur face, et que des vis de blocage sont utilisées pour repérer et fixer ces plaques, les parties terminales de ces vis de blocage dépas-25 sant dans des évidements formés dans les pieds. 4« Rotor de turbine selon revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que les plaques sont pourvuës sur leurs bords opposés de lèvres dirigées en sens opposés et constituant les moyens de verrouillage réciproque des plaques adjacentes-. 30 5. Rotor de turbine selon l'une ou l'autre des reven- dicatiohs 1 à 4, caractérisé par le fait que les pieds et les conduits présentent des surfaces cannelées pour endentement mutuel lorsque les pieds sont disposés dans ces conduits, que des passages axiaux sont formés entre ces surfaces cannelées endentées des pieds 35 et des conduits, et que des ouvertures sont formées dans les plaques pour permettre au fluide de refroidissement de passer dans ces passages pour refroidir les pieds des aubes. 69 21104 -8- 2011594 6. Rotor de turbine selon revendication 5 caractérisé par le fait que les faces d'extrémités des pieds des aubes sont évi-dées pour peimettre au fluide de refroidissement de s'écouler de cette ouverture d'une plaque dans les passages et sortir de ces 5 derniers par l'ouverture de l'autre plaque.,