Brevet FR2116522A1 — publié le 19720713

k3kk5 1 2116522 La présente invention est relative aux rotors à ailettes des moteurs à turbine à gaz et, plus particulièrement, à la construction des semelles appartenant aux ailettes de rotor. Dans le compresseur et dans la turbine à étages multiples 5 d'un moteur à turbine à gaz, chacun de ces étages comprend un rotor à ailettes individuel placé entre deux couronnes a1aubes de stator. Il est nécessaire de prévoir des jointe d*étanchéité entre ces rotors et les aubes de stator adjacentes. Dans les moteurs du type décrit et de construction anté-10 rieure, ces joints sont portés par les ailettes ^Iles-mêmes ou par le disque du rotor et, dans les deux cas, ils constituent un poids mort qui doit être supporté par le disque du rotor, dont les dimensions et le poids sont par suite augmentes, Lorsque ces joints sont portés par le disque du rotor, il. est par-15 fois d'usage de donner à ces joints le rayon le plus petit possible, en vue de réduire les forces centrifuges auxquelles ils donnent naissance, et de ramener à un minimum le poids additionnel qu'ils constituent et qui est supporté par le disque du rotor. Il en résulte que les aubes du stator doivent s'étendre 20 radialement vers l'intérieur, afin de former une surface de joint correspondante et, outre que le poids du stator s'en trouve augmenté, il se produit contre la surface intérieure du conduit de passage de l'air une zone de stagnation qui peut influencer défavorablement la plage de surcharge du compresseur. 25 De plus, les ailettes doivent être pourvues de semelles qui constituent la surface intérieure du conduit de passage de l'air, et ces semelles doivent être supportées par les disques de rotor, ce qui augmente le poids de celui-ci. La présente invention a pour objet la réalisation d'un 30 rotor à ailettes dans lequel lesdits joints et lesdites semelles ont une construction telle au'elle permet de réduire le poids du rotor. Selon l'invention, le rotor à ailettes pour moteurs à turbine à gaz qui en fait l'objet comprend un disque de rotor annu-35 laire muni sur sa périphérie d'une pluralité de rainures; une pluralité d'ailettes profilées dont les pieds s'engagent dans ces rainures; une couronne de montage annulaire entourant la périphérie du disque, cette couronne annulaire formant des fentes dans lesquelles s'engagent les ailettes et formant sur l'une au moins 71 43445 2 2116522 de ses faces d'extrémité un élément d'étanchéité circulaire et continu; et des moyens libérables de fixation de ladite couronne de montage au disque du rotor. Les ailettes du rotor peuvent comporter chacune un em— 5 bryon de semelle s'étendant de l'un et l'autre côté de leurs faces profilées, à proximité de l'extrémité de leur pied, et ladite couronne de montage peut constituer une cage délimitée par une pluralité de barrettes s'étendant en direction axiale et ménageant entre elles des fentes dont les dimensions leur per-10 mettent de recevoir lesdites semelles de montage. Ces embryon de semelle des ailettes peuvent avoir une forme telle qu'ils constituent des surfaces de frottement atténuant les vibrations des ailettes, et un support additionnel pour les parties de la couronne de montage qui s'étendent entre les ai-15 lettes. D'autre part, et selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la partie en saillie radiale intérieure de la couronne de montage s'étend en direction axiale, par rapport au disque du rotor, et forme à chacune de ses extrémités une bride 20 radiale intérieure qui recouvre, au moins partiellement les parties en saillie radiale extérieure des faces d'extrémité du disque du rotor, les éléments d'étanchéité précités s'étendant en direction axiale à partir de ces ailes. De la sorte, la couronne de montage empêche les ailettes de se déplacer en direc-25 tion axiale dans les rainures du disque du rotor. L'une au moins desdites brides peut s'étendre en direction radiale jusqu'à une circonférence intérieure par rapport aux parois de fond des rainures, de sorte que cette bride agit aussi comme une plaque d'étanchéité qui empêche le fluide qui se trouve 30 du côté haute pression du rotor de revenir par fuite jusqu'au côté basse pression de ce rotor. De préférence, la couronne d'étanchéité est rattachée au disquë du rotor par des boulons. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 35 ressortiront encore de la description qui va suivre, description faite à titre purement explicatif et nullement limitatif, et avec référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un turbo réacteur comportant un rotor à ailettes conforme à l'invention; 71 43445 3 2116522 - la figure 2 est une coupe faite dans le compresseur, construit selon l'invention, du moteur de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective d'une partie du compresseur de la figure 2; 5 — la figure 4- est une coupe faite dans la première couronne d'ailettes de la figure 2, suivant le plan A-A; et - la figure 5 représente un autre mode de construction des ailettes du rotor, constituant une variante de celle représentée sur la figure 4. 10 Dans ces dessins, la figure 1 représente un turbo-réacteur de type quelconque comportant un compresseur 1, un équipement de combustion 2, une turbine 3 et une tuyère de propulsion 4, montés en série. Ce moteur peut être à arbre unique ou multiple, l'invention ne concernant que son rotor à ailettes. Dans le mode 15 de réalisation de l'invention particulier représenté, ce moteur comporte trois arbres et un ventilateur antérieur à trois étages, dont les rotors sont construits selon l'invention. Le capo-tage avant du moteur a été partiellement arraché sur la figure 1, pour montrer le ventilateur antérieur, et la figure 2 re-20 présente ce ventilateur plus en détail. Ainsi qu'on le voit sur les figures 2 ét 3, le ventilateur comprend trois rotors à ailettes 10 en aval de chacun desquels est située une couronne d'aubes fixes 11. Les rotors du ventilateur sont accouplés par un arbre 12 à la turbine du moteur. 25 Chaque rotor du ventilateur comprend un disque 15 formant sur sa périphérie des rainures 16 dans lesquelles se logent les pieds d'une pluralité d'ailettes de rotor 17. Les pieds des ailettes de rotor ont une section en queue d'aronde dont les flancs font entre eux un angle de 90°, mais 30 il est évident que ces pieds d'ailette pourraient avoir toute autre forme appropriée, par exemple la forme ogivale classique. Chacune des ailettes de rotor forme à proximité de son extrémité inférieure une semelle de montage embryonnaire 18, et il est prévu une couronne de montage 19 formant une cage qui entou-35 re la périphérie du disque du rotor, qui constitue une surface de liaison entre les semelles adjacentes 18 des ailettes et forme une partie de la surface intérieure du conduit de passage de l'air. La périphérie externe de cette cage est formée par une pluralité de barrettes 20 qui s'étendent en direction de l'axe 71 43W5 * 2116522 du rotor entre lea extrémités du disque de rotor, et qui ménagent entre elles une pluralité de fentes qui reçoivent les semelles 18 embryonnaires des ailettes. La disposition de l'ensemble est telle que les ailettes 5 peuvent être mises en place de l'extérieur dans la couronne de montage et, par suite, les fentes de cette couronne et les semelles embryonnaires des ailettes doivent être légèrement plus larges que les pieds de ces ailettes, pour permettre à ces pieds de passer dans lesdites fentes. Après que toutes les ai-10 lettes ont été mises en position sur la couronne de montage, l'ensemble est présenté sur le disque de rotor et les pieds des ailettes sont insérés dans les rainures de ce disque. L'un des principaux avantages de la construction décrite ci-dessus consiste en ce que chaque ailette et sa semelle 15 embryonnaire peuvent être plus facilement fabriquées sous la forme d'une pièce forgée de précision en partant d'un demi-produit approprié, l'usinage à effectuer sur ces ailettes, et par suite les pertes de matière première, étant bien moins importants. De ce fait, une plus grande proportion de la matière 20 première fortement travaillée au cours du forgeage des ailettes, c'est-à-dire de la matière qui avoisine les surfaces de l'ébauche forgée, demeure dans l'ailette après son usinage, et cette ailette est par conséquent plus résistante. De plus, le poids de chaque ailette et de sa semelle embryonnaire est plus faible 25 que si la semelle complète était formée par les ailettes et le poids du disque de rotor capable de supporter ce poids réduit est, par conséquent, lui-même diminué. Sur les faces axiales d'extrémité de la couronne de monta*" ge 19 il est prévu respectivement une bride 21 et une bride 22 30 radiales intérieures et qui forment respectivement un anneau d'étanchéité continu 23 et un autre anneau d'étanchéité continu 24-. Ces anneaux d'étanchéité 23 et 24 ont un rayon tel par rapport à l'axe du moteur qu'ils coopèrent avec des surfaces d'étanchéité 25 formées par les faces intérieures de la couronne 35 intérieure 26 des aubes du stator adjacentes. La couronne d'ailettes du rotor situé le plus en amont ne porte qu'un seul anneau d'étanchéité qui s'étend vers l'aval. Sous la bride 21 du côté amont de chaque couronne de montage il est prévu une autre bride radiale 27 qui s'élargit par 71 43445 5 2116522 places sur sa circonférence, pour former des bossages qui permettent de fixer la couronne de montage au disque de rotor. L'avantage de cette construction de la couronne de montage réside en ce que les anneaux d'étanchéité cylindriques 2o et 5 24 se supportent d'eux-mêmes, tant qu'ils se trouvent dans l'espace intérieur libre du rotor et qu'ils peuvent, avec l'aide des brides 21 et 22, supporter les barrettes 20 de la cage de rotor. La couronne de montage ne comporte donc aucun poids mort autre que celui constitué par les semelles 18 des ailettes, 10 lesquelles doivent être soutenues par les disques de rotor, et il en résulte la possibilité d'une diminution supplémentaire du poids de ces disques. La construction décrite de la couronne de montage présente d'autres avantages, en ce que les brides radiales 21 et 15 22 constituent des éléments de verrouillage qui eiupêchent les pieds des ailettes de se déplacez* dans les rainures du disque de rotor, et en ce que ces brides, qui ne présentent aucune solution de continuité, constituent des plaques d'étanchéité qui empêchent le fluide à haute pression qui se trouve en aval 20 de la couronne d'ailettes de revenir par fuite dans les rainures du disque de rotor du coté amont basse pression de ladite couronne d'ailettes. La nécessité de prévoir des plaques d'étanchéité et leurs oreilles de fixation spéciales est ainsi évitée, et le temps nécessaire pour l'assemblage des éléments du 25 rotor en est diminué d'autant. Un autre avantage de la construction décrite consiste en ce que les couronnes de montage des rotors forment elles-mêmes les anneaux d'étanchéité amont et aval 23 et 24. Il est ainsi constitué, pour chaque rotor, un élément monobloc facilement 30 démontable, ce qui non seulement facilite l'assemblage des éléments du rotor mais permet aussi le remplacement des joints d'étanchéité lorsqu'ils sont usés ou endommagés, sans qu'il soit nécessaire pour cela de démonter le disque de rotor. Ces remplacements peuvent donc s'effectuer rapidement sur place, alors 35 que ce n'est pas possible lorsque lesdits éléments d'étanchéité font partie intégrante de la jante du disque de rotor ou sont frettés à chaud autour de cette jante. De plus, ces éléments d'étanchéité peuvent avoir le rayon maximum possible, et le volume annulaire 28 compris entre la 71 43445 6 2116522 couronne d'ailettes du rotor et la couronne d'aubes du stator et entre le rayon de la couronne de montage et le joint d'étanchéité adjacent est réduit à un minimum. Il s'ensuit que les déplacements circulaires de l'air dans les zones à pressions 5 différentes qui entourent le rotor sont minimisés, ce qui augmente la limite de surcharge possible du moteur. L'assemblage et le désassemblage d'un rotor se comprennent bien, à l'examen de la figure 2. En supposant que le compresseur soit monté, le démontage d'un rotor peut s'effectuer comme 10 suit. Les écrous 30 sont dévissés, ce qui libère le nez ogival de la première couronne d'ailettes du rotor. Les boulons 31 sont ensuite dévissés, ce qui permet de dégager par glissement vers l'avant la couronne de montage et les ailettes, les pieds 15 des ailettes se dégageant ainsi des rainures du disque de rotor. Les ailettes peuvent ensuite être dégagées de leur couronne de montage. Les couronnes d'aubes du stator peuvent ensuite être dégagées par un mouvement vers l'avant et en direction axiale, après dévissage des boulons (non représentés) qui les fi-20 xent à l'enveloppe du moteur. Le dévissage des boulons 33 qui fixent la couronne de montage du rotor du deuxième étage sur son disque permet ensuite de retirer les ailettes de ce rotor et leur couronne de montage. Les aubes des stators du deuxième et du troisième étage sont retirées de la même manière. 25 On voit donc que les couronnes de montage décrites combi nent chacune en une seule et même pièce amovible, les anneaux d'étanchéité, les éléments de verrouillage et les plaques d'étanchéité alors que tous ces éléments, sur les moteurs actuels, sont fixés séparément au rotor associé. 30 En outre, les figures 4 et 5 montrent comment un disposi tif d'amortissement des vibrations peut être réalisé d'une façon très simple dans le rotor conforme à l'invention. A cet effet, on peut donner aux semelles embryonnaires des ailettes une forme qui leur fait constituer des surfaces de frottement 35 amortissant les vibrations aux endroits où elles sont en contact avec la couronne de montage. Sur la figure 4, par exemple, les surfaces latérales 35 et 36 des semelles des ailettes sont inclinées, divergent vers l'extérieur et viennent s'appliquer contre des surfaces corres 71 k3kk5 7 2116522 pondantes de la couronne de montage. Sur la figure 5, les semelles des ailettes forment des lèvres latérales 37 et 38 de direction axiale, s'étendant respectivement sur l'un et l'autre côté de l'ailette, et qui viennent s'appliquer contre des 5 lèvres de forme correspondante portées par la couronne de montage. On comprend donc que, lorsque le rotor tourne, les forces centrifuges appliquent les unes contre les autres les surfaces correspondantes de la couronne de montage et des ailettes, 10 'd'où il résulte que les parties de la couronne de montage qui se trouvent entre les semelles des ailettes bénéficient d'un support additionnel qui les empêche de s'incurver vers l'extérieur, et que les surfaces de contact entre les semelles des ailettes et la couronne de montage freinent par frottement les 15 mouvements relatifs qui tendent à se produire entre ces éléments . De plus, lesdites surfaces de contact peuvent faciliter l'assemblage des éléments du rotor, en empêchant au cours de cette opération que les semelles des ailettes traversent com-20 plètement les fentes de la couronne de montage, ces semelles étant arrêtées par les lèvres rentrantes formées par la partie inférieure de ces fentes. En variante, ou en supplément, les barrettes 20 de la cage du rotor peuvent, comme on l'a représenté sur la figure 4, être 25 munies de nervures 40 en saillie radiale intérieure, qui diminuent leur incurvation vers l'extérieur par l'effet des forces centrifuges. Cette construction permet de disposer, dans les espaces délimités par les nervures 40 et les pieds 16 des ailettes, des amortisseurs qui peuvent se présenter sous la forme 30 de ressorts 42 à section en forme d'U. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les semelles des ailettes peuvent être supprimées, ces ailettes se réduisant alors à leurs surfaces profilées, et les fentes de la couronne de montage ayant la forme du profil de ces surfaces. 35 Dans ce cas, la mise en place des ailettes dans les fentes de la couronne de montage s'effectue par l'intérieur, ou bien chaque ailette peut être munie d'un pied séparé, soudé ou brasé à celle-ci après que sa partie profilée a été mise en place dans la couronne de montage. 71 8 2116522 Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. 71 43445 9 2116522 KEVEUDICATIOHS 1.- Rotor à ailettes pour moteurs à turbine à gaz, comprenant un disque de rotor annulaire muni sur sa périphérie d'une pluralité de rainures, et une pluralité d'ailettes profilées dont les pieds s'engagent dans ces rainures, ce rotor étant, ca- 5 ractérisé en ce qu'il comporte: une co-uronne de montage oui entoure la périphérie du disque u.e rotor, courc::^: de fen tes dans lesquelles se logent les ailettes du roter et formant, sur l'une au moins de ses faces d'extrémité, un élément d'étanchéité circulaire, continu et des moyens de fixation de façon 10 libérable de la couronne de montage au disque du rotor, 2.- Rotor à ailettes selon la Revendication 1, caractérisé en ce que chacune de ses ailettes forme une aemellc embryonnaire qui s'étend extérieurement à partir de ohaourxe de ses surfaces profilées, à proximité de son pied, et en ce que la 15 couronne de montage forme une cage délimitée par des barrettes s'étendant en direction axiale et ménageant entra elles des fentes dont les dimensions leur permettent de recevoir lesdites semelles des ailettes. 3.- Rotor à ailettes selon la Revendication 2} caractéri- 20 sé en ce que les semelles embryonnaires de ses ailettes ont une forme telle qu'elles constituent, pour les parties de la couronne de montage avec lesquelles elles sont en contact, un support d'appui qui leur permet de résister aux forces centrifuges qui tendent à les incurver radialement vers l'extérieur et 25 qu'elles constituent aussi pour les ailettes des amortisseurs de vibration. 4.- Rotor à ailettes selon l'une des Revendications précédentes, caractérisé en ce que sa couronne de montage porte à chacune de ses extrémité axiales une bride radiale qui consti- 30 "bue un moyen de verrouillage empêchant les pieds de montage des ailettes de se déplacer axialement dans les fentes qui les reçoivent. 5.- Rotor à ailettes selon la Revendication 4, caractérisé en ce que l'une desdites brides s'étend radialement jusqu'à 35 une circonférence intérieure, par rapport aux fentes précitées, et constitue ainsi une plaque d'étanchéité qui empêche l'air qui se trouve de l'un des côtés des ailettes de ftiir vers l'autre côté de celles-ci, au-dessous de la couronne de montage. 71 4 3445 10 2116522 6.- Rotor à ailettes selon l'une des Revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre des anneaux d'étanchéité portés par l'une et l'autre des faces d'extrémité de la couronne de montage est sensiblement égal au diamètre intérieur 5 du conduit de passage de l'air à l'aplomb de ces faces d'extrémité . 7o- Rotor à ailettes selon l'une des Revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites barrettes forment; des nervures de renforcement en saillie radiale intérieure, et de 10 direction axiale. 8.- Rotor à ailettes selon la Revendication 7» caractérisé en ce que lesdites nervures forment les parois latérales de cavités situées entre la périphérie du disque de rotor et la face intérieure de la périphérie de la couronne de montage, et 15 en ce qu'il est prévu des amortisseurs (42) logés dans ces cavités.