Brevet FR2278003A1 — publié le 19760206

La présente invention a pour objet un rotor de turbomachine à flux axial, et elle s'applique plus particulièrement, quoique non exclusivement, à la réalisation de rotors de compresseurs, notamment pour installations motrices à turbine à gaz. Ce rotor est du type comportant un tambour formé d'au moins deux viroles annulaires coaxiales, à savoir, une première virole et une seconde virole disposées l'une à la suite de l'autre suivant l'axe du rotor et assemblées entre elles bout à bout par soudage, la première au moins de ces deux viroles étant creusée d'une gorge annulaire définissant, dans ladite virole, un profil en forme de C comportant une branche annulaire intérieure (de plus petit rayon) et une branche annulaire extérieure (de plus grand rayon), l'ouverture de ladite gorge étant tournée vers la seconde virole. Dans un tel rotor, les deux branches annulaires de la première virole délimitent, en coopération avec la seconde virole,un .alvéole annulaire qui permet d'alléger sensiblement le rotor et d'a méliorer sa tenue en présence de la force centrifuge. Dans un rotor connu de ce type, seule la branche annulaire extérieure (de plus grand rayon) de la première virole est fixée par soudage à la seconde virole. I1 en résulte que la structure résistante du rotor - qui doit assurer la transmission du couple moteur et s'opposer aux déformations en flexion du rotor - est constituée uniquement par le "voile" mince extérieur formé par ladite branche extérieure (ou par l'ensemble des branches extérieures des viroles successives, dans le cas d'un tambour formé d'une pluralité de viroles). Cette disposition connue présente divers inconvénients, dont le plus grave est constitué par le fait que la structure résistante du rotor étant par nature assez sensible à la flexion (en raison de l'existence des alvéoles d'allègement précités), et se trouvant de plus à proximité immédiate du stator, risque d'entre gravement endommagée en cas de frottement ou de choc accidentel contre des aubes de stator (à la suite, par exemple, d'une légère flexion du tambour de rotor ou d'un léger défaut dans les paliers dudit rotor). Un autre inconvénient résulte du fait que les alvéoles d'allègement du tambour ne sont pasesbturés de façon étanche à leur périphérie intérieure. Ils ont donc tendance à se remplir progressi vement d'huile si, comme il est fréquent, on se trouve en présence d'un film d'huile tapissant la paroi intérieure du tambour et du aux fuites inévitables (sous forme liquide et surtout sous forme de vapeur se condensant à l'arrêt de la machine) des labyrinthes d'étanchéité associés aux paliers du rotor. Ces alvéoles étant, par contre, obturés de façon étanche à leur périphérie extérieure, par suite des sDudures,lthuile qui y a pénétré ne peut plus s'en échapper et risque de provoquer, en fonctionnement, des balourds gênants.Pour éviter ces balourds, on a déjà songé-à percer les alvéoles à leur périphérie extérieure. Mais ces perçages créent autant d'amorces de criques préjudiciables à la tenue en fatigue de l'ensemble du rotor. La présente invention vise, d'une manière générale, à fournir un rotor de turbomachine dans lequel ces inconvénients sont supprimés ou, tout au moins, fortement réduits. Elle prévoit, à cet effet, que, dans un rotor à tambour du type défini au préambule, seule la branche annulaire intérieure de la première virole (c'est-à-dire la branche de plus petit rayon) est fixée par soudage à la seconde virole. Dans le rotor conforme à l'invention, la structure résistante du tambour est constituée maintenant uniquement par le "voile" mince intérieur formé par ladite branche annulaire intérieure (ou par ltensemble des branches intérieures des viroles successives, dans le cas d'un tambour formé d'une pluralité de viroles). Ce voile intérieur étant éloigné du stator, il ne risque donc plus d'être endommagé par contact éventuel avec des aubes de stator. En outre, en raison de la continuité d'étanchéité conférée par les soudures au voile intérieur, les fuites d'huile éventuelles ne peuvent plus se rassembler dans les alvéoles ; elles s'écoulent le long de la paroi intérieure du tambour et sont évacuées axialement vers l'arrière. Les balourds dus à la présence d'huile dans les alvéoles sont donc éliminés. Suivant un mode d'exécution de l'invention, la branche annulaire extérieure de la première virole est hors de contact avec la seconde virole. et détermine avec cette dernière une fente annulaire qui permet d'accéder, depuis l'espace entourant extérieurement le tambour, au joint entre la seconde virole et la branche annulaire intérieure de la première virole. Cette disposition facilite l'assemblage des deux viroles par soudage ainsi que le contrôle ultérieur de ' a SOU dPre. e référence, le soudage des deux viroles l'une à l'autre eot réalisé par bombardement électronique, ce qui ormet d'assembler ses viroles dé à terminées d'usinage et facilite les réparations éventuelles. En outre, avec ce procédé, les pièces sont soudées presque instantanément. Le temps de chauffe étant très réduit, l'énergie thermique ne se propage guère aux zones voisines et ne provoque donc pas de déformation ou d'altération des propriétés mécaniques du tambour. On notera également que cette opération étant pratiquée généralement sous vide, elle n'entraîne pas de contamination chimique du métal soudé. Suivant un mode d'exécution préféré, applicable au cas où chacune des deux viroles porte, à sa périphérie extérieure, une couronne d'aubes rotoriques dont chacune est équipée, radialement au-delà de sa racine de fixation à la virole, d'une plate-forme ou talon de pied, les talons respectifs des aubes portées par la deuxième virole sont disposés dans le prolongement axial de la branche extérieure de la première virole, sensiblement en butée axiale contre cette branche. Ces talons permettent ainsi d'obturer sensiblement la fente annulaire précitée et de définir, en coopération avec ladite branche extérieure, une surface sensiblement lisse et continue, léchée par l'écoulement de fluide qui parcourt la turbomachine. Cette surface ne faisant pas partie de la structure résistante du rotor, elle peut sans inconvénient supporter un contact accidentel avec les aubes de stator. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention La figure 1 est une vue en demi-coupe axiale avec arrachement partiel, d' une turbomachine équipée d'un rotor du type à tambour, conforme à l'invention ; La figure 2 est une vue partielle, en perspective, du rotor représenté à la figure 1 La figure 3 est une vue à plus grande échelle, en demi crupeaaxiale, du tambour de rotor représenté à la figure t. r a figure ' cn a représenté une @@@@@@@@@@@@ à @@ axial, en ltoccurerce un compresseur comprenant un rotor R et un stator S. La turbomachine est à plusieurs étages (par exemple, trois), et elle comprend des couronnes d'aubes rotoriques R1, Jazz, R2 R3 portées par le rotor R, et des couronnes d'aubes statoriques S0, 7 2 . 32 53 portées par le stator 5. L'invention concerne plus q spécialement le rotor R. Ce rotor est du type à tambour formé de plusieurs (par exemple, trois) viroles coaxiales V1, V2, ... V3 disposées l'une à la suite de l'autre suivant l'axe longitudinal du rotor et assemblées entre elles bout à bout. La première virole V1 et la dernière virole V3 portent, chacune, l'un des éléments d'un labyrinthe d'étanchéité 10 ou 11 dont l'autre élément est solidaire du stator 5. Chacune des viroles Vl , V2 ... V3 présente, à sa périphé- rie extérieure, des moyens permettant de fixer les aubes d'une couronne d'aubes rotoriques correspondante, par exemple les aubes R1 pour la virole V1. Dans l'exemple représenté, ces moyens comprennent une rainure annulaire 12 convenablement profilée (par exemple, en queue d'aronde) apte à coopérer avec une racine d'aube 13 de profil complémentaire. Pour mettre en place une aube rotorique, on introduit radialement sa racine 13 dans la rainure 12 et on la fait pivoter ensuite de 900 autour de l'axe de l'aube, jusqu'à ce que les profils respectifs de l'aube et de la racine soient en correspondance. Chaque aube rotorique R1, R2 ... R3 est équipée, radialement au-delà de sa racine 13 de fixation à la virole V1, V2 ... V3, d'une plate-forme ou talon de pied 14 reposant sur un décrochement 15 de la virole. On considèrera ci-après (voir également la figure 3) un ensemble constitué par une première virole V1 et une deuxième virole V2 disposées à la suite l'une de l'autre. La première, au moins, de ces viroles - à savoir, la virole V1 - est creusée d'une gorge annulaire 16 obtenue, par exemple, par usinage au tour. Cette gorge définit, dans ladite virole, un profil en forme de C comportant une branche annulaire extérieure a (de plus grand rayon) et une branche annulaire intérieure V1b (de plus petit rayon). L'ouverture de la gorge 1 C est tournée vers a seconde virole V2. La virole V@ est elle-même creusée (par exemple, par usi- nage au tour), en face de la gorge 16 de la virole V1 , d'un évi dement annulaire 17 délimité notamment par un épaulement annulaire 18. L'épaulement 18 est situé dans le prolongement axial de la branche annulaire intérieure V1b de la virole V1 et vient en butée, suivant une surface de joint 19, contre ladite branche. Au joint 19, les deux viroles V1 et V2 sont soudées l'une à l'autre, avan tageusement par bombardement électronique. La soudure des deux viroles V1 et V2 au joint t9 repré sente la seule liaison qui existe entre ces viroles. En effet, comme le montre la figure 3, la branche annulaire extérieure Va de la virole V1 est hors de contact avec la virole V2 et détermine avec cette dernière une fente annulaire 20 qui permet d'accéder, depuis l'espace entourant extérieurement le tambour V1 - V2 ... V3, au joint précité 19. On notera (voir figure 1) la forme et la disposition par ticulières des plates-formes ou talons de pied 14 des aubes R2 por tées par la virole V2. En effet, ces talons sont disposés dans le prolongement axial de la branche annulaire extérieure Va de la virole V1 et ils viennent sensiblement en butée axiale contre cette branche. Ils obturent ainsi sensiblement la fente annulaire 20 pré citée et contribuent à définir, éncoopération avec ladite branche extérieure, une surface de rotor sensiblement lisse et continue, léchée par l'écoulement de fluide qui parcourt la turbomachine. Des entretoises 21 peuvent éventuellement être prévues entre aubes suc cessives d'une même couronne d'aubes (voir figure 2). Pour chaque paire de viroles, telles que V1 - V2, l'espace annulaire 16 - 17 délimité par les deux branches annulaires Vla Vîb de la première pirole V1 et par la deuxième virole V2, consti tue un alvéole annulaire qui permet d'alléger sensiblement la por- tion de tambour définie par lesdites viroles. La disposition décrite pour l'assemblage de la paire de viroles V1 et V2 est répétée pour l'assemblage de la paire de vi roles V2 et V3 (on notera, en particulier, la présence des bran- ches annulaires V2a et V2b), et ainsi de suite, d'une extrémité du rotor à l'autre. On obtient ainsi, en définitive, up tambour de rotor V1 V2 . V3 fortement allégé grâce à la présence des alvéoles annulai res 16 - 17 précités, et dans lequel la structure résistante est constituée exclusivement par un "voile" intérieur V1b - 18 - V2b - 18, rigide et continu, qui s'étend sur toute la longueur axiale du rotor et à travers lequel passe la totalité des efforts de torsion et de flexion. Cette structure résistante, étant protégée de tout contact avec les aubes statoriques 51 52 ... 53 ne risque donc pas d'être endommagée en fonctionnement. Au voisinage du stator, on trouve, au contraire, un "voile" discontinu Vîa - 20 - V2a - 20 ..., qui ne joue aucun rôle dans la transmission des efforts et dont la souplesse est suffisante pour pouvoir, sans inconvénient grave, supporter un contact accidentel avec les aubes du stator. On notera, par ailleurs, que l'existence des fente annulaires 20 entre deux viroles successives, facilite le soudage des deux viroles au joint 19 et permet également un can- trôle ultérieur aisé de la soudure. En outre, grâce à la continuité du voile intérieur Vlb 18 - V2b - 18 ... dont l'étanchéité résulte de la présence des soudures aux joints 19, les alvéoles 16 - 17 sont à l'abri des infiltrations d'huile, causes de balourds. L'invention a été décrite en supposant que la turbomachine R - S est un compresseur, mais elle est évidemment applicable à d'autres turbomachines à flux axial, telles que turbines à gaz ou à vapeur, ou encore certaines pompes. Il va de soi que le mode de réalisation représenté n'est qu'un exemple et qu'il serait possible de le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVEDICATIONS Rotor de turbomachine à flux axial, du type comportant un tambour formé d'au moins deux viroles annulaires coaxiales, à savoir : une première virole et une seconde virole disposées l'une à la suite de l'autre suivant l'axe du rotor et assemblées entre elles bout à bout par soudage, la première au moins de ces deux viroles étant creusée d'une gorge annulaire définissant, dans ladite virole, un profil en forme de C compprtant une branche annulaire intérieure (de plus petit rayon) et une branche annulaire extérieure (de plus grand rayon), l'ouverture de ladite gorge étant tournée vers la seconde virole, caractérisé en ce que seule la branche annulaire intérieure de la première virole est fixée par soudage à la seconde virole. 2. Rotor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la branche annulaire extérieure de la première virole est hors de contact avec la seconde virale et détermine avec cette dernière une fente annulaire qui permet d'accéder, depuis l'espace entourant extérieurement le tambour, au joint entre la seconde virole et la branche annulaire intérieure de la première virole. 3. Rotor suivant la revendication 2, dans lequel chacune des deux viroles porte, à sa périphérie extérieure, une couronne d'aubes rotoriques dont chacune est équipée, radialement au-delà de sa racine de fixation à la virole, d'une plate-forme ou talon de pied, caractérisé en ce que les talons respectifs des aubes portées par la deuxième virole sont disposés dans le prolongement axial de da branche extérieure de la première virole, sensiblement en butée axiale contre cette branche, de manière à obturer sensiblement ladite fente annulaire et à définir en coopération avec ladite branche extérieure une surface de rotor sensiblement lisse et continue, léchée par l'écoulement de fluide qui parcourt la machine. 4. Rotor suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux viroles sont soudées l'une à l'autre par bombardement électronique.