Brevet FR2459363A1 — publié le 19810109

L'invention concerne, d'une manière générale, les turbo- machines et, plus précisément, la stabilisation axiale des aubes de celles-ci. Les turbomachines à écoulement axial comportent de maniè- re générale une ou plusieurs rangées d'aubes qui tournent dans un carter extérieur, tout près de celui-ci. Dans le cas d'une turbine, les gaz moteurs qui s'écoulent axialement dans le carter produisent du travail pour faire tourner les aubes, et dans le cas d'un compresseur ou d'une soufflante, les gaz qui s'écoulent dans le carter sont comprimés par les aubes, celles-ci exerçant un travail sur les gaz. Dans l'un et l'au- tre cas, le souci du rendement fait souhaiter que le bout des aubes soit le plus près possible du carter pour réduire la fuite d'air dans l'intervalle. Bien entendu, il est également nécessaire qu'aucune interférence notable ne puisse se produi- re entre les aubes en rotation et le carter fixe. Une méthode communément utilisée consiste à placer dans le carter entourant les aubes un matériau usable par frotte- ment, tel que nid d'abeilles ou équivalent, et à établir un léger jeu entre ces composants. La dilatation d'origine méca- nique fait roder par les aubes le matériau usable par frotte- ment ou leur fait découper une gorge dans celui-ci, ce qui réalise une étanchéité entre eux. Toutefois, même après for- mation d'une gorge, la façon différente dont les aubes tour- nantes et le carter fixe se dilatent sous l'effet des efforts mécaniques et de la chaleur fait qu'il se produit encore des frottements occasionnels, lesquels transmettent aux aubes des forces résistantes. Comme on donne obligatoirement aux aubes une certaine torsion pour qu'elles compriment l'air en tour- nant, le bout des aubes fait un certain angle avec l'axe de rotation. Dans ces conditions, quand il se produit un frotte- ment, il y a transmission aux aubes d'une force résultante à deux composantes: l'une tangentielle et l'autre axiale. Dans la mesure o les forces de frottement sont axiales, el- les tendent à faire sortir axialement les aubes de leursen- coches en queue d'aronde. Si les frottements sont suffisamment forts, il peut arriver que ces forces axiales fassent effecti- vement sortir les aubes de leurs encoches,ce qui provoque des dégats importants dans la turbomachine. En résumé, l'invention présente les aspects suivants - on donne au bout des aubes une forme telle que, quand elles tournent dans le carter environnant et frottent contre lui, les forces résultantes agissant sur les aubes sont pra- tiquement tangentielles. On réduit donc notablement les com- posantes axiales de la force de frottement résultante, ou on les élimine, ce qui supprime l'inconvénient que représente la sortie des aubes de leur disque ou leur rotor de retenue, - le bout des aubes a un profil dentelé de telle façon que, quand les dents frottent contre le carter environnant, les forces axiales agissant sur les deux flancs de chaque dent ont une résultante de direction sensiblement tangentiel- le, - le bout des aubes reçoit par façonnage une série de dents dont le sommet se trouve sur la face de compression des aubes. Un des flancs de chacune des dents est sensiblement a- ligné avec l'axe de rotation de l'aube, et son autre flanc est sensiblement aligné dans la direction tangentielle de l'aube. Avec cette disposition, toute force axiale agissant sur l'aube en raison du frottement de celle-ci sur le carter se trouve pratiquement éliminée. - un flanc de chacune des dents est aligné de façon à former un petit angle avec le vecteur tangentiel de l'aube, de façon que ce flanc n'entre pas en contact avec le carter quand son autre flanc frotte contre le carter. La description qui va suivre se réfère aux figures an- nexées, qui représentent respectivement: Fig. 1, une vue en perspective d'une soufflante et de son carter mettant en oeuvre la présente invention; Fig. 2, une vue en perspective du bout de l'une des au- bes; Fig. 3, une représentation schématique du bout des aubes suivant la réalisation recommandée de l'invention; et Fig. 4, une vue de bout faite suivant la ligne 4-4 de la figure 3. Sur la Figure 1, on voit en 10 l'invention appliquée au bout 11 des aubes 12 disposées en rangée circulaire à l'inté- t4S9363 rieur d'un carter 13 qui les entoure à une certaine distance. Les aubes 12 sont fixées individuellement dans le moyeu d'un rotor 14 au moyen d'un dispositif qui les retient, tant ra- dialement qu'axialement, dans le rotor 14. Sur l'extrémité avant du rotor 14 est fixée une coiffe 16 qui assure à l'air un écoulement aérodynamique régulier radialement vers l'exté- rieur en direction des aubes 12. De chaque côté des aubes 12 dépasse tangentiellement une nageoire intermédiaire 15 qui s'emboîte avec elle de l'aube contiguë pour empêcher toute contrainte vibratoire locale. Enveloppant concentriquement la rangée d'aubes 12, le carter 13 forme la limite extérieure du flux d'air à travers les aubes 12. La distance radiale entre la surface intérieure du carter 13 et le bout 11 des aubes 12 est de préférence uni- forme et la plus petite posssible sur tout le pourtour pour que la fuite d'air entre ces éléments soit faible ou nulle. Pour faciliter l'obtention de cet ajustement serré et faire face à d'occasionnels frottements, on dispose sur la surface intérieure du carter 13 contiguë au bout Il des aubes un ma- tériau relativement tendre 17 usable par frottement, tel qu'u- ne structure en nid d'abeilles ou équivalent. Le but recher- ché est de permettre au bout 11 des aubes de frotter occasion- nellement contre le matériau usable par frottement 17 et d'y découper des gorges circulaires pour réaliser une étanchéité qui s'oppose à l'écoulement axial de l'air entre ces éléments. Si l'on examine maintenant l'aube 12 de la figure 2, on voit que le corps de l'aube est convexe et concave, respecti- vement sur ses faces d'aspiration 18 et de compression 19. Sur l'extrémité radialement intérieure de l'aube 12 se trouve une plateforme 21 en forme de T destinée à se loger dans une encoche du disque. Sur l'extrémité radialement extérieure de l'aube 12, le bout 11 comporte une série de dents 22 obtenues par la réalisation d'évidements 23 sur la face de compression 19 de l'aube. Chacune des dents 22 possède un flanc longitudi- nal et un flanc avant 24 et 26 respectivement orientés radia- lement par rapport à l'axe de rotation de l'aube, autrement dit longitudinalement par rapport à l'aube elle-même. Ainsi, chacun des évidements 23 est délimité par les flancs longitu- dinaux et avant des dents contiguës et par un fond 25. On notera que l'angle de raccordement 27 entre dents contiguës 22 est de préférence arrondi pour réduire la concentration des contraintes dans cette zone. Les profondeurs circulaire et radiale des évidements 23 sont déterminées par la résis- tance et le rendement qu'on demande à chaque installation particulière. La présente invention concerne l'alignement souhaité du flanc longitudinal 24 et du flanc avant 26 des dents 22 par rapport à l'axe de rotation des aubes, car ce sont ces dents qui sont exposées à frotter contre la surface intérieure du carter qui les entoure. Si l'on se reporte aux figures 3 et 4, on y voit un bout 11 d'aube, pourvu d'une série de dents 22, qui tourne dans le sens indiqué. Il est évident que si un tel bout d'au- be frotte contre le carter qui l'entoure, ce seront les dents 22 elles-mêmes qui entreront en contact avec celui-ci, puis- que, comme représenté, leur sommet est orienté dans le sens de la rotation. En cours de frottement,- des forces sont donc transmises à l'aube 12 par l'intermédiaire du flanc longitu- dinal 24 et du flanc avant 26 des dents. Le but de la présen- te invention est d'éliminer ou de réduire le plus possible toute composante axiale de force s'exerçant sur les aubes. Dans la réalisation recommandée, le flanc longitudinal 24 de chacune des dents 22 est sensiblement aligné avec l'axe de rotation ou, en d'autres termes, normal à la direction tangentielle à la rotation. Par conséquent, si cette surface vient à frotter contre le carter extérieur, toutes les forces de réaction seront dans la direction tangentielle, autrement dit normales à l'axe de rotation. Ainsi, aucune force axiale ne sera transmise à l'aube 12 du fait du frottement de cette surface contre le carter. Le flanc avant 26 de chacune des dents 22 peut être normal au flanc longitudinal 24 ou prati- quement aligné avec la direction tangentielle à la rotation, auquel cas il ne frotterait pas contre le carter et ne serait donc soumis à aucune force de réaction. Toutefois, il est préférable que cette surface présente, comme indiqué, un lé- ger décalage angulaire@, qui la cache effectivement derrière le flanc longitudinal 24, de façon à être sûr qu'elle ne frot- tera pas contre la paroi du carter. De cette façon, les seu- les surfaces qui frotteront seront celles des flancs longi- tudinaux 24, et leur alignement est tel que les seules forces transmises sont des forces dans le sens tangentiel. Pour ré- duire la possibilité de voir la partie non dentée 28 du bout 11 frotter sur le carter, il peut être souhaitable de biseau- ter cette surface, comme indiqué sur la Figure 4. Bien enten- du, le choix de l'angle a du biseau peut se faire de façon à convenir à une installation particulière. En ce qui concerne l'angle e de la Figure 3, on a trouvé qu'il doit être compris de manière générale entre 1,5 et 10 degrés. Plus précisément, on peut choisir convenablement cet angle e en fonction d'un angle 0 dont la tangente est sensi- blement égale au quotient vitesse de vibration axiale du bout d'aube vitesse périphérique tangentielle du bout d'aube L'angle e doit, de préférence, être supérieur d'au moins un degré à l'angle 0. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Aube tournant à l'intérieur d'un carter, cette aube (12) ayant un bout (1.1) dont la forme est telle que s'il est amené à frotter contre la paroi (17) du carter (13), il est soumis à une force résultante qui s'exerce sur lui dans une direction sensiblement normale à l'axe de rotation de l'aube. 2 - Aube suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle possède une face d'aspiration (18) et une face de com- pression (19), et en ce que de plus, le bout de l'aube est de manière générale aligné pour faire un certain angle avec l'axe de rotation. 3 - Aube suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le bout de l'aube comporte une série de dents (22), réali- sées par façonnage, dont le sommet se trouve sur la face de compression de l'aube. 4 - Aube suivant la revendication 3, caractérisée en ce que chacune des dents de la série possède un premier flanc (24) qui est sensiblement parallèle à l'axe de rotation de l'aube. 5 - Aube suivant la revendication 4, caractérisée en ce que chacune des dents possède un autre flanc (26) qui est sen- siblement normal au premier flanc. 6 - Aube suivant la revendication 4, caractérisée en ce que chacune des dents possède un autre flanc qui est sensible- ment parallèle au sens de rotation de l'aube. 7 - Aube suivant la revendication 4, caractérisée en ce que chacune des dents possède un autre flanc dont l'alignement est tel qu'il fasse un petit angle avec le sens de rotation de l'aube. 8 - Aube suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l'autre flanc des dents fait avec le premier flanc des dents un angle inférieur à 90 degrés. 9 - Aube suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le petit angle est compris entre 1,5 et 10 degrés. 10 - Aube suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le petit angle est choisi en fonction d'un angle 0, dont la tangente est sensiblement égale au quotient vitesse de vibration axiale du bout d'aube vitesse périphérique tangentielle du bout d'aube 11 - Aube suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le petit angle est supérieur de au moins 1 degré à un angle 0 dont la tangente est égale au quotient vitesse de vibration axiale du bout d'aube vitesse périphérique tangentielle du bout d'aube 12 - Aube suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la structure de raccordement entre dents contiguës est de forme curviligne, pour réduire au maximum les concentra- tions de contraintes en ce point. 13 - Aube aérodynamique perfectionnée, du type ayant une face de compression (19) et une face d'aspiration (18) se terminant au niveau d'un bout d'aube, et destinée à tourner dans un carter, aube caractérisée en ce qu'elle comporte une série de dents (22) façonnées sur le bout de l'aube et dont le sommet se trouve sur la face de compression de l'aube, ces dents possédant chacune un premier flanc (24) qui est sensiblement parallèle à l'axe de rotation de l'aube. 14 - Aube suivant la revendication 13, caractérisée en ce que chaque dent possède un autre flanc (26) qui est sensi- blement normal au premier flanc. - Aube suivant la revendication 13, caractérisée en ce que chaque dent possède un autre flanc qui est sensiblement parallèle au sens de rotation de l'aube. 16 - Aube suivant la revendication 13, caractérisée en ce que chaque dent possède un autre flanc disposé de façon à faire un petit angle avec le sens de rotation de l'aube. 17 - Aube suivant la revendication 16,- caractérisée en ce que chaque autre flanc fait avec le premier flanc des dents un angle inférieur à 90 degrés. 18 - Aube suivant la revendication 16, caractérisée en ce que le petit angle est compris entre 1,5 et 10 degrés.