Brevet FR2029000A1 — publié le 19701016

i 2029000 La présente invention concerne une turbomachine et, plus particulièrement, des dispositifs pour maintenir les pales de cette turbomachine radialement,à l'intérieur d'une fente de support du disque du rotor. Les pales de turbomachine sont généralement fixées au disque de 5 support à l'intérieur d'une fente, destinés à en empêcher tout déplacement radial de la pale. Si ces pales ont des dimensions itaportantes, par exemple dans le cas de pales de haute dérivation, des dispositifs de protection et de blocage des pales sont généràLemett: utilisés pour empêcher toute déviation excessive de celles-ci et pour amortir les vibrations. Pour faciliter le 10 retrait et le remplacement de ces pales à partir d'un disque de rotor assemblé, il peut être nécessaire que chaque fente ait une dimension radiale agrandie, . de façon que la pale puisse se déplacer radialement d'une distance -suffisante pour dégager les protections des paies adjacentes . Lorsque ces fentes de dimension supérieure sont utilisées, il 15 devient nécessaire d'utiliser des dispositifs pour maintenir chaque pale radialement à l'intérieur de sa fente, pour faciliter l'équilibrage du rotor et empêcher le martèlement et le déplacement relatif de la pale attenante et des surfaces du disque, ce qui peut augmenter l'usure. De nombreux dispositifs d'espacement des pales ont été proposés 20 . dans l'art antérieur, mais ces dispositifs sont généralement compliqués et d'un prix de revient élevé et sont en un m é t a 1, source de friction pendant le fonctionnement, qui peut abîmer les surfaces de la pale et de la fente pendant le montage ou bien qui peut se détériorer. En outre, ces dispositifs de l'art antérieur conviennent souvent pour l'utilisation,uni-25 quement dans une gamme de tolérances étroite, et ne constituent pas un support radial satisfaisant pour la pale, après un usage prolongé. De plus, ils constituent souvent un support uniquement pour une surface limitée, ç'e'qui tend à concentrer l'usure. L'invention a donc pour objet des entretoises destinées aux pales 30 d'une turbine, d'un prix de revient peu élevé, d'une construction simplifiée et qui résoud les problèmes précités. En résumé, le dispositif conforme à l'invention est constitué d'une tige de forme allongée en un matériau élastique de faible déformation,dont la section s'adapte à la forme du passage situé entre la pale et la surface de 35 base de la fente. L'épaisseur radiale de la tige est supérieure à la hauteur radiale du passage, de façon que, après l'insertion dans ce passage, une force radiale extérieure soit exercée sur la surface de base du pied de pale et soit suffisante pour maintenir cette pale bloquée radialement dans la fente 70 02510 2 2029000 du disque du rotor. Des "dispositifs'sont prévus pour placer la tige axialement "à l'intérieur du passage, ainsi que des dispositifs pour fafciliter l'insertion et le retrait de la tige. * ' " La turbomachine,conforme à l'invention, comprend un disque 5 rotatif dont la périphérie comporte, au moins,-une fentei une pale dont le pied s'engage dans la fente et placée radialement par rapport au" disque, cette fente et ce pied ayant une forme et des dimensions telles que la pale entre en contact avec le'disque et soit fixée"radialement sur-celui-ci, contre toute force centrifuge, la surface de base du pied étant espacée de la sur-10 face de base de la fente pour former- Un passage, une entretoise pour pousser chaque pale dans la butée de blocage, cette entretoise étant caractérisée en Ce qu'elle comprend une tige de forme allongée en un matériau élastique de faible déformation, dont la coupe s 'adapte" à la forme en coupe du passage, l'épaisseur radiale de la tige ayant une dimension supérieure à la hauteur 15 radiale du passage, de façon que, lorsque la tige est insérée dans le passage, une force dirigée radialement vers l'extérieur soit exercée à 1'encontre de la pale. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit maintenant uniquement à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : 20 - la figure 1 est une vue en coupe fragmentaire d'un disque de rotor de pale, utilisant l'entretoisë conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe prise selon la ligne 2-2 de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue fragmentaire prise le long de la ligne 3-3 25 de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective de 1'entretoise de la figure 1 ; ' - la figure 5 est une vue- en-élévation- latérale, à échelle agrandie, de 1'entretoise de la figure 4 ; et * - 30 -la figure 6 est une vue le long de la ligne 6-6 de la figure 5. Si l'on se réfère maintenant à la figure l,- la paie de.la turbine est représentée par la référence générale 10 et comprend un- disque annulaire 12, portant à sa périphérie plusieurs pâles radiales-14. Le ' disqueest relié à un arbre 15, par l'intermédiaire d'un élément de liaison 16,et tourne avec 35 cet arbre. ' " ' ' • • . sr ;-1 Comme représenté sur les figure's 1,-2 -ët -3, chaque pale 14 est constituée d'une surface portante 18, d'une plate-forme 20', d'un pied 22 et d'éléments de protection 24. Ces éléments 24 sont représentés comme comprenant 70 02510 3 2029000 un secteur circulaire 26, avec un rebord radial 28 de forme générale en S ou en Z, qui entre en contact et est verrouillé avec le bord radial adjacent 28 de chaque protection de pale précédente et suivante. La périphérie du disque 12 comprend plusieurs encoches axiales 30, 5 espacées le long de la circonférencechacune.étant destinée à recevoir le pied 22 d'une pale 14. Comme représenté sur la figure 2, ces encoches 30 et les pieds de pale 22 sont verrouillés et empêchent la pale de subir les effets de la force centrifuge. Les pieds 22 et les encoches 30 sont représentés selon une configuration en queue d'aronde, mais il est bien entendu que d'autres 10 configurations telles que l'emmanchement en sapin ou similaires peuvent être utilisées. Comme on le comprendra aisément, pour installer} retirer ou remplacer une simple pale du type àprotection et verrouillage représenté, il est nécessaire que les encoches 30 présentent des dimensions radiales agrandies, 15 si bien que, lorsque la pale est dans la position de verrouillage représentée figure 2, un passage 32, dont la hauteur radiale est supérieure à l'épaisseur radiale du secteur 26, est constitué entre la surface de base 34 du pied de pale 22 et la surface de base 36 de l'encoche. Lorsque cette encoche est utilisée, une pale montée peut être retirée facilement d'un disque assemblé, 20 en poussant radialement la pale vers l'intérieur, jusqu'à ce que les secteurs de protection adjacents soient libérés, puis en faisant glisser la pale axialement hors de son encoche. Le montage de la pale initiale ou son remplacement peuventêtre effectués facilement par le procédé inverse. Une fois installées dans les encoches 30, les pales 14 peuvent être 25 verrouillées axialement contre tout mouvement avant et arrière à l'aide de dispositifs de fixation tels que 38 et 40, assemblés au disque 12,611 42 et 44 respectivement. Pour maintenir chaque pale 14 dans sa position de verrouillage dans son encoche 30 , faciliter l'équilibrage du disque 12 .et empêcher tout 30 frottement et usure pendant la rotation de la pale, des entretoises sont placées entre les pales. Comme représenté sur les figures 4* 5 et 6, 1'entre-toise 46 est constituée d'une tige pleine 48, dont la coupe axiale a une forme identique à la coupe axiale du passage 32. Un réservoir 50 est creusé au centre de la. tige 48 (dont la fonction sera décrite plus loin) mais qui, de préfé-35 rence, ne traverse pas complètement la tige 48. L'épaisseur radiale "X" dans la figure 5 de la partie 48 est augmentée par rapport à la hauteur radiale du passage 32, d'une quantité telle 70 02510 4 2029000 que, lorsque 1'entretaise 46 est insérée dans le passage 32, tel que représenté figure lj elle soit radialement comprimée entre la pale et les surfaces du disque 34 et 36. Cette compression pousse la pale 14 radialement dans son encoche 30, avec une certaine force. L'épaisseur supplémentaire, comme on le 5 comprendra, varie en fonction du poids de chaque pale 14, de la hauteur radiale du passage 32 et des propriétés du matériau qui constitue 1*entretoise 46. Cependant, à titre d'exemple, on a trouvé qu'une pale 14 pesant approximativement 4,5 kg et un passage 32 ayant une hauteur radiale dfapproximativement 1,25 cm donnaient des résultats satisfaisants avec une augmentation 10 d* approximativement 0,25 em. L'entretoise 46- est constituée, de préférence, en un matériau moulé élastique, non métallique et de faible déformation. Par exemple, plusieurs composés de polyuréthane disponibles sur le marché sont utilisés de façon satisfaisante. On tel matériau présente une déformation maximum de 15 l'ordre de 3 %, mais des matériaux ayant une déformation maximum légèrement supérieure peuvent également être utilisés. Pour faciliter l'insertion de l'entretoise 46, le niatériau de cette entretoise a, de préférence, un faible coefficient de friction ou bien les surfaces extérieures de la partie 48 peuvent être lubrifiées ou recou-20 vertes d'un film mince de matériau à faible friction, tel que le polytétra-fluoréthylène. Pour permettre également une insertion plus aisée de l'entretoise, le bord 52 peut être effilé tel que représenté en 54. Des dispositifs d'arrêt peuvent être prévus pour placer automatiquement l'entretoise 46 dans la position axiale convenable à l'intérieur 25 du passage 32. Par exemple, l'extrémité 56 de la tige 48 peut présenter un rebord 58 destiné à venir buter contre le disque 12. L'utilisation et le fonctionnement de l'entretoise conforme à l'invention sont les suivants : " Lorsque la pale 14 est placée dans son encoche 30,-tel que sur 30 les figures 1 et 2, l'entretoise 46 peut être insérée dans le passage 32, à l'aide d'un outil ou d'un poussoir convenable (non représenté) à l'intérieur du réservoir 50, jusqu'à ce qu'il arrive au fond de la surface 60 de ce réservoir. Cette surface 60 est, de préférence, située près de l'extrémité 52,. de façon que, lorsque l'outil se trouve en contact avec cette surface, des 3:5 tensions soient développées à l'intérieur du réservoir, qui entraînent une légère élongation de celui-ci et une -diminution de son épaisseur radiale "X". 70 02510 5 2029000 Cet effet, ajouté à celui de l'extrémité effilée 54 et de la surface extérieure à faible friction de la tige 48, permet une insertion aisée à l'intérieur du passage 32. Des butées,telles que le rebord 58, permettent de placer automatiquement l'entretoise 46 dans le passage 32, lorsque cette butée vient en 5 contact avec le disque 12 de la figure 1. En outre, comme il sera décrit plus loin, ce rebord 58 est utilisé pour l'extraction de l'entretoise. Lorsque la tige-poussoir ou l'outil d'insertion est retiré du résêrvoir 50, la tige 48 tend à retourner à sa forme originale, entraînant l'application d'une force radiale extérieure contre la surface, de base 34 10 du pied de la pale et poussant radialement la pale en position de verrouillage contre les parois de l'encoche 30. Si l'on utilise un matériau élastique, de faible déformation, et si l'on choisit convenablement l'épaisseur radiale "X" de la tige 48, l'entretoise 46 peut être utilisée.dans les passages 32, dans une large gamme de 15 hauteurs radiales, ce qui se produit dans les turbomachines de grand diamètre, éliminant ainsi les limites de tolérance étroites, ou le calage. Dans les turbines de grand dianlètre, il est souhaitable, particulièrement lorsque l'on utilise des alliages de titane pour le disque et/ou la pale, de prévoir des revêtements empêchant le frottement,dont l'épaisseur 20 peut atteindre ou même être supérieure à 0,5 cm, sur les surfaces de contact de la pale et de l'encoche du disque. Tandis que l'entretoise conforme à l'invention réduit considérablement le frottement ou l'érosion de ces revêtements, un usage prolongé entraîne un certain frottement qui tend à augmenter la hauteur radiale du passage 32. Malgré cette.usure, l'entretoise 46 exerce 25 une force suffisante contre la surface de base 34 du pied de pale, pour maintenir radialement la pale verrouillée dans son encoche 30 et empêcher ainsi le frottement et l'usure qui apparaissent. , lorsque, par exemple,- la force centrifuge due à la rotation fait dévier radialement les pales, pourvu que l'épaisseur "X"=de la tige 48 soit choisie convenablement. 30 Si la tige 48 présente une section axiale identique à la section axiale du passage 32, toute la circonférence de la surface de base 34 de la pale constitue un support^ tel-que représenté figure 2, et empêche tout mouvement de rotation de cette pale-, ; L'.entretoise; 46 ainsi. que les.-pales 14 peuvent être retirées en 35 appuyant sur le rebord 58 et, dans quelques cas, en étirant la. tige 48 à l'aide de l'outil d'insertion. Lorsque l'entretoise est retirée, la pale 14 peut tomber radialement à l'intérieur jusqu'à ce que les secteurs 26 libèrent les secteurs adjacents et que la pale sorte de son encoche. 70 02510 6 2029000 Si la tige est en un matériau élastique et non métallique, le rayage et l'entaillage du disque ou du pied de la pale, qui peuvent endommager sérieusement l'une ou l'autre partie, ne se produiront pas pendant l'assemblage ou le démontage de l'entretoise 46.. En outre, la friction due 5 à un léger mouvement relatif entre- l'entretoise et soit la.pale, soit le disque, sera réduite. D'après Ce qui précède, il apparaît que l'entretoise conforme à l'invention constitue un moyen relativement simple et économique pour maintenir une pale de turbomachine radialement dans l'encoche de,son disque et 10 pour réduire le frottement et l'usure, même lorsque l'encoche est soumise à de grandes variations de dimensions ou à un agrandissement, après un usage prolongé. L'invention n'est pas"limitée aux formes de réalisation décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications sans pour autant 15 sortir de son cadre. 02510 7 2029000 REVENDICATIONS 1 - Entretoise destinée à maintenir les pales radialement en position de verrouillage dans une turbomachine du type comprenant un disque rotatif dont la périphérie comporte au moins une encoche, une pale ayant un pied engagé dans cette encoche et disposé radialement au disque, l'encoche et le pied ayant une forme et des dimensions telles qu'ils mettent en contact radialement la pale et le disque contre la force centrifuge, la surface de base du pied étant espacée de la surface de base de l'encoche., pour former un passage, ladite entretoise étant caractérisée en ce qu'elle comprend une tige, de forme allongée en un matériau élastique de faible déformation, dont la section présente une forme identique à la forme de la section du passage, l'épaisseur radiale de la tige ayant une dimension agrandie d'une certaine valeur, en fonction de la hauteur radiale du passage et la tige insérée dans ce passage, une force radiale extérieure étant exercée sur la pale. 2 - Entretoise selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tige comprend un réservoir axial s'ouvrant à une extrémité de la-tige et se terminant en un endroit situé près de l'autre extrémité de la tige» cette tige pouvant être insérée facilement dans le passage en appliquant une force axiale à l'extrémité du réservoir. 3 - Entretoise selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une extrémité de la tige est effilée pour faciliter son insertion dans le passage. 4 - Entretoise selon la revendication I, caractérisée en ce qu'elle comprend des butées pour placer axialement la tige à l'intérieur du passage. 5 - Entretoise selon la revendication 4, caractérisée en ce que les butées comprennent un rebord destiné à venir en contact avec le disque, et solidaire d'une extrémité de la tige»