Brevet FR2028539A1 — publié le 19701009

i 2028539 r , , La présente invention se rapporte en général aux rotors de turbines et plus particulièrement à une nouvelle construction de blocage des aubes de rotor (de type à entrée latérale) à la périphérie d'un disque ou couronne de support d'aubes, 5 et également destinés à former des chambres de refroidissement des pieds des aubes. Les pieds d'aubes sont montés sur les disques ou couronnes de rotors des turbines à gaz et maintenus en place par des plaques d'extrémités montées librement sur les disques pour 10 permettre la dilatation. Dans les turbines à gaz à haute température, actuellement en construction, il est souvent désirable de refroidir les pieds d'aubes afin d'en augmenter la résistance en cours de service de la turbine. On a donc envisagé la création d'un canal de refroidissement par gaz entre les plaques d'extré-15 Mités et les pieds d'aubes afin de faire circuler dans ce canal un gaz de refroidissement de ces pieds. La présente invention a donc principalement pour objet d'apporter une construction de rotor de turbine à gaz, dans laquelle les plaques d'extrémités sont montées librement pour per-2D mettre la dilatation, mais assurent néanmoins, en cours de fonctionnement de la turbine, un canal étanche destiné à conduire le gaz de refroidissement aux pieds d'aubes. A cette fin, l'invention réside dans un rotor pour turbine à gaz comprenant au moins un disque dont la périphérie 25 est pourvue d'évidements disposés axialement, et destinés à recevoir les pieds des aubes, présentant des bases formant conjointement une structure annulaire, ce disque et cette structure annulaire présentant des rainures adjacentes au moins à une extrémité de ces évidements périphériques, les rainures se faisant 30 mutuellement face et recevant les bords d'un certain nombre de plaques, agencement caractérisé par le fait que ce disque est pourvu d1épaulements formés par les rainures, et dont une surface est inclinée extérieurement en direction de la paroi opposée de la rainure; les plaques sont pourvues de pieds disposés, dans 35 la rainure formée dans les disques et pourvus d'une surface in- clinéefengageant avec la surface inclinée de cet épaulement. L'invention ressortira mieux de la description qui va 70 01571 2 2028539 suivre d'une forme préférée de réalisation représentée, à titre d'exemple seulement, aux dessins annexés, sur lesquels : La Figure 1 représente une coupe longitudinale d'une partie d'aubage d'une turbine à écoulement axial pourvue de 5 disques de rotor et de plaques latérales, construits selon les principes de l'invention; La Figure 2 est une coupe agrandie montrant l'une des plaques latérales de l'invention dans une position d'assemblage avec le disque de rotor associé; 10 La Figure 3 est une coupe agrandie de la plaque de la Figure 2 dans une position de marche du disque de rotor; ' Les Figures 4A, B et C, représentent une vue partielle en plan du disque de rotor, (A) avant la disposition d'une des plaques latérales pour l'installation, (B) après installation "15 de la plaque latérale, et (C) la plaque occupant sa position finale d'installation» La Figure 1 représente une partie d'un rotor ÎO pour turbine à écoulement axial, en coupe longitudinale. Le rotor comprend un ensemble de disques dont deux seulement (12 et 14) 2D sont représentés, fixés ensemble au moyen de barres d'entretoi-sement ou tirants 15 passant à travers les disquest et dont vin seul est représenté à la Figure 1« Les disques 12 et 14 supportent, respectivement, les aubes 16 et 18 de rotor partant de celui-ci radialement vers 25 l'extérieur, les aubes étant disposées entre les aubes fixes d'ajutage ou de stator, 20, 21, et 22, dirigées vers l'intérieur et axialement espacées0 Les aubes de rotor sont respectivement pourvues de pieds 26 et 28 du type à entrée latérale qui peuvent être du type cranté ou en forme de pin pour être disposées 3D dans des évidements crantés (non représentés) formés dans la périphérie des disques. Les crans des pieds et des évidements ont la forme et la dimension voulues pour constituer les espaces libres destinés à servir de conduits pour diriger le fluide de 1 refroidissement entre les pieds et le disque ainsi que représen-35 té et décrit dans la présente demande., Les disques 12 et 14 de rotor sont en outre respectivement pourvus d'ouvertures ou canaux axiaux 30 et 320 Ces BAD ORIGINAL 70 0*571 ' 2028539 f Canaux sont raccordés en communieation de fluide avec un passage 33 formé par un carénage tubulaire 34 entourant une structure tubulaire centrale de couple 35. Ce tube de couple est convenablement fixé au disque 12 ainsi qu'aux tirants 15 en une posi-5 tion à gauche non représentée à la Figure 1. Les tirants, eux-mSmes, passent dans le tube de couple jusqu'au rotor d'un Compresseur d'air (non représenté). De cette manière, selon la technique connue, les rotors de compresseur- et de turbine sont mécaniquement accouplés mutuellement de sorte que le rotor de 10 compresseur tourne avec celui de turbine et avec le tube 35 de couple» Une collerette annulaire radiale 36 du carénage annulaire 34 est fixée au disque 12 au moyen d'un dispositif annulaire d'étanchéité 37. L'autre extrémité (de gauche) de ce caré-15 nage annulaire est fixée au tube de couple 35 pour rotation^ avec celui-ci et avec le rotor 10. Les disques 12, 14 et les aubes 16, 18 étant pratiquement identiques aux fins de l'invention, seuls le disque 12 et l'aube 16 seront décrits, puisque le disque 14 et l'aube 18 20 peuvent être construits de manière similaire* Le disque 12 est pourvu d*ouvertures radiales 40, circonférentiellement espacées, situées du côté amont de celui-ci et à proximité de sa périphérie. Les ouvertures 40 sont formées dans le disque de manière à être en communication de fluide 25 avec le passage 33. Le côté amont du disque est en outre pourvu d'une rainure ou canal annulaire continu, 42, dirigée radialement vers 1'extérieur ainsi qu'on peut le voir aux Figures 2 à 4. La rainure est formée de manière à communiquer avec les ouvertures ra-30 diales 40 ainsi que représenté. Ainsi que le montrent les Figures 2 et 3, la rainure 42 est pourvue d'une entrée 43 assez étroite, formée par un épaulement circonférentiel axial 44 du disque. L'épaulement, est lui-même pourvu de fentes 45 circonférentiellement espacées, 35 ainsi que le montre la Figure 4, et d'une surface inclinée 46, ainsi que le montrent clairement les Figures 2 et 3. Le côté amont de .l'aube 16 de rotor est encore pourvu BAD ORIGNAL 70 01571 4 2028539 d'une lèvre radiale intérieure 47 pourvue d'une rainure 48 laquelle rainure est en alignement radial avec la rainure 42 du disque 12. Les rainures 42 et 48 ont la dimension voulue pour 5 loger une rangée annulaire de plaques latérales 50 qui, correctement installées et fixées dans la rainure forment une chambre circonférentielle continue 52 de refroidissement, avec les extrémités adjacentes des pieds 26 des aubes 16. Une seule de ces plaques est représentée sur les figures. 10 Chaque plaque latérale 50, ainsi que le montrent les Figures 2 et 3, est pourvue d'une partie épaisse formant pied 53, en coupe transversale, de la dimension voulue pour reposer dans la rainure 42 formée dans le disque 12 de rotor. Ce pied est pourvu d'une fente 55 de la dimension voulue pour loger 15 1'épaulement 44 situé entre.les fentes 45 formées dans le disque 12 (Figure 4B) et une surface extérieure radiale inclinée 56 dont l'angle d'inclinaison est complémentaire de celui de la surface inclinée 46 de 1'épaulement rainuré du disque de rotor. Le pied 53 est encore pourvu d'une ouverture 57 (Fi-20 gure 2) de la dimension voulue pour recevoir l'extrémité d'uh boulon 58 de repérage de la manière représentée à la Figure 3. Des orifices taraudés circonférentiellement espacés 59 sont formés dans le disque de rotor pour recevoir respectivement un mime nombre de boulons 58. 25 Les plaques 50 sont montées dans le rotor 12 avant l'introduction des aubes 16 dans le disque, de la manière suivante» La totalité des plaques est radialement introduite dans la rainure annulaire 42 en alignant d'abord les fentes 55 de chaque plaque individuelle avec 1'épaulement rainuré 44 du dis-30 que 12 de la manière représentée à la Figure 4Bo Chaque plaque est ensuite introduite radialement dans la rainure, les parties épaisses du pied 53, c'est-à-dire les parties présentant les - surfaces inclinées 56, étant accouplées avec les fentes 45 for-1 mées dans l'épaulement 44 du disque, voir à nouveau la Figure 4B,, 35 Lorsque chaque plaque 50 a été disposée dans la rai nure 42, elle est maintenue dans la position représentée à la Figure 4B. Elle est maintenue en place par la pince 61 passant ©AD OFHGINAL 70 01571 5 2028539 autour du rebord 62 du disque>r12, le pied 53 de la plaque étant disposé dans le fond de la rainure. Les pinces sont maintenues en place par des chevilles de retenue 63 respectivement disposées dans les orifices taraudés 59 du disque. 5 Lorsque toutes les plaques 50 ont été installées de la susdite manière, on les fait mouvoir circonférentiellement dans la rainure jusqu'à ce que la fente 55 de la plaque soit en alignement radial avec la fente 45 formée dans 1*épaulement 44 dû disque ainsi que le montre la Figure 4C„ De cette manière, 10 la chambre annulaire 52 est mise en communication de fluide avec la rainure 42 et les ouvertures 40 formées dans le disque de rotor. Après achèvement de l'installation des plaques 50, et leur alignement dans le disque selon la description donnée au 15 précédent paragraphe, on installe les aubes 16 à partir du côté aval du disque, en introduisant les pieds 26 respectivement dans les évidements axiaux (non représentés) formés dans la périphérie du disque 12 de rotor» Ainsi que le montre la Figure 2, la plaque 50 a la hau-30 teur voulue pour que la lèvre 47 de l'aube soit dégagée du bord extérieur de la plaque au moment de l'installation de l'aube. Par suite, chaque aube 16 est amenée en position adjacente à la plaque 50 jusqu'à un endroit axial auquel la fente 48 de l'aube se trouve immédiatement au-dessus de la plaque ainsi que le 25 montre la Figure 2. Après installation d'un certain nombre d'aubes 16 dans le disque 12, sur une distance égale à la longueur d'une plaque 50 (chaque plaque ayant une longueur suffisante pour couvrir les extrémités de plusieurs pieds 26 d'aubes) on enlève la pince 61 30 retenant la plaque. On soulève ensuite cette dernière et on la fixe dans sa position relevée au moyen du boulon de repère 58 ainsi que le montre la Figure 3. Ainsi que représenté, le bord radial extérieur de la plaque dépasse dans la fente 48 afin d'être maintenu par la lèvre 47 de l'aube 16, et les surfaces 35 inclinées 46 et 56 du disque et de la plaque, respectivement, sont disposées en engagement complémentaire ou tout au moins à proximité immédiate l'une de l'autre. On continue ce processus 70 01571 6 2028539 pour chaque plaque 50 jusqu'à ce que la totalité du disque soit pourvue d'aubes et que le canal annulaire 52 soit formé» L'extrémité aval du disque 12 et de l'aube 16 peuvent être pourvues de plaque latérales 65 ajourées (Figure 1). 5 Avec la construction et le procédé d'assemblage que l'on vient de décrire, le montage et démontage des plaques 50 peut aisément être accompli sur place, c'est-à-dire sur le lieu d'installation de la turbine, sans exiger le retrait de la broche de rotor de la moitié inférietire des carters de la turbine. 10 Avec la présente invention, les plaques sont introduites et retirées radialement de sorte qu'il n'est pas nécessaire de mouvoir ou de déplacer le rotor pour disposer de l'espace axial de travail jusqu'à présent nécessaire pour le montage et démontage des plaques. La détermination de position du rotor est extrime-15 ment critique -, de sorte qu'une fois correctement situé, il doit autant que possible ne pas être dérangé. En cours de fonctionnement du rotor 10, un fluide de refroidissement sous pression, tel que l'air venant du compresseur dont il a été question plus haut, est dirigé par le passa-20 ge 33 jusqu'au premier disque 12. Sur ce disque 12, le courant d'air se divise, une partie de celui-ci passant par l'ouverture axiale 30 du disque 12 au disque suivant 14. Le reste de l'air est dirigé radialement vers l'extérieur (vers le haut selon la Figure 1, ainsi qu'indiqué par les flèches appropriées) par les 25 ouvertures 40 situées sous la rainure annulaire,42. Cette rainure 42 dirige ensuite l'air dans les fentes 45 et 55 du disque et de la plaque. De ces fentes, l'air passe dans la chambre annulaire 52 formée par les plaques 50 et les extrémités des pieds 26 des aubes. L'écoulement d'air est ensuite dirigé par 30 les espaces libres entre les pieds d'aubes et les évidements des disques, puis passe par la plaque ajourée 65 ainsi qu'indiqué par les flèches appropriées de la Figure 1. De cette manière les pieds des aubes et du disque 12 de rotor sont efficacement re-ifroidis par la circulation de-l'air,» 25 Lors de la rotation du rotor 10, il se développe une force centrifuge qui pousse les plaques 50 dans un sens radialement extérieur. Les surfaces inclinées 56 du pied 53 de chaque 70 01571 7 2028539 plaque s'engagent fortement sur la surface inclinée 46 du disque 12 et soulève celle-ci extérieurement pour coïncer l'ouverture 43 de la rainure annulaire 42. L'action de coincement obture cette ouverture et assure l'étanchéité de la rainure en poussant 5 la plaque contre la surface intérieure du rebord 62. Pour cette raison, le fluide de refroidissement dirigé'dans la rainure, selon l'explication qui précède, peut être dirigé dans la chambre annulaire 52 par les fentes 45 et 55 formées dans le disque et les plaques, avec un minimum de fuite, sinon aucune. ÎO La rainure annulaire 42 remplit donc deux fonctions principales importantes, c'est-à-dire l'adaptation des plaques 50 aux fins de montage et démontage, et la direction de l'air de refroidissement sur les pieds 26 des aubes 16. De manière similaire,- les fentes 45 et 55 remplissent 15 deux fonctions principales importantes, c'est-à-dire la direction de l'air de refroidissement dans la chambre annulaire 52, et la possibilité de montage des plaques dans le disque 12 sans exiger de fentes supplémentaires d'entrée. Ainsi qu'il a été dit plus haut, le disque 14 et les 20 pieds 28 des aubes 18 du rotor peuvent être refroidis de la manière décrite en référence aux aubes 16, ainsi que le met en évidence la construction représentée à la Figure 1. GrS.ce à cette construction, l'air de refroidissement est dirigé par les ouvertures axiales 30 du premier disque (disque 12) et, par l'espace 25 entre les disques, dans les ouvertures radiales 40 formées dans le disque 14. Si un ou plusieurs disques et rangées d'aubes adjacents sont situés en aval du disque 14, une partie de l'air dirigé sur le disque 14 passe à travers cëlui-ci jusqu'au disque suivant (non représenté) grâce aux ouvertures 32 formées dans 30 le disque 14. 70 01571 8 2028539 REVENDICATIONS lo- Rotor pour tubine à gaz comprenant au moins un disque de rotor dont la périphérie est pourvue d'évidements axiaux destinés à recevoir les pieds des aubes de rotor, ces 5 dernières présentant des bases formant conjointement une structure annulaire, ce disque et cette structure annulaire étant pourvus de rainures annulaires adjacentes au moins à une extrémité de ces évidements périphériques, ces rainures étant caractérisées par le fait que le disque présente des épaulements 10 formés par la rainure, épaulements dont une surface est inclinée extérieurement en direction de la paroi opposée de la rainure et les plaques comportant des pieds disposés dans la rainure formée dans les disques et pourvus d'une surface inclinée disposée en engagement d'accouplement avec la surface inclinée de 15 1'épaulement„ 2a- Rotor selon revendication 1, caractérisé par le fait que l'épaulement du disque de rotor et les pieds des plaques sont pourvus de fentes radiales pour permettre la circulation du fluide de refroidissement de la rainure du disque aux 20 pieds des aubes de turbine. 3.- Rotor selon revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les plaques sont maintenues dans la rainure annulaire par un boulon de repère passant à travers une partie du disque et dans les plaques0 25 4o- Rotor selon revendication 1, 2 oti"3, caractérisé par le fait que les plaques sont disposées du côté amont du disque' et que les aubes et les plaques ajourées sont disposées du côté aval du disque et des aubes0