Brevet FR2504975A1 — publié le 19821105

La présente invention concerne un rotor muni d'au- bes, tel que celui de compresseurs ou de turbines de tur- bomachines. Il existe de nombreuses façons de fixer les aubes profilées sur le moyeu des rotors de turbomachines L'in- vention porte sur le type de fixation dans lequel on uti- lise une rainure en queue d'aronde qui s'étend dans le sens périphérique et dans laquelle sont montées les aubes par leur racine ou pied, également en queue d'aronde Ce type de fixation est décrit, par exemple, dans le brevet britannique NO 1 187 227. Les fixations par rainure périphérique posent de nombreux problèmes, mais elles sont moins coûteuses, plus faciles à réaliser et elles permettent en outre une écono- mie de poids par rapport aux autres types de fixation. Les problèmes posés par les fixations de ce type sont liés à la nécessité de prévoir une rainure d'accès, qui s'enfonce dans les flancs de la rainure en queue d' aionde et par laquelle chaque aube doit être enfilée pour pouvoir être introduite dans cette dernière. Une fois que sa racine est correctement engagée dans la rainure périphérique, chaque aube doit être amenée dans la partie de celle-ci qui lui revient et la dernière aube doit être immobilisée, soit à l'aide d'une attache supplémentaire, soit en décalant toutes les aubes de façon que deux d'entre elles soient décalées par rapport à la rainure d'accès Cette dernière doit aussi être obturée pour empêcher que les gaz pénètrent dans la rainure péri- phérique. Un autre problème lié à la présence d'une rainure d'accès est que celle-ci est habituellement située dans des zones fortement sollicitées et il peut arriver que les concentrations de tensions dues à la présence de cette rainure soient inacceptables De plus, lorsqu'il s'agit des aubes du premier étage d'une soufflante ou compres- seur basse pression, qui risquent d'être endommagées par l'impact de corps étrangers, la solidité relative des fi- xations par fente périphérique ne peut être exploitée à fond à cause des restrictions rigoureuses qu'impose la né- cessite de munir les aubes d'une racine étroite, qui peut être introduite dans la rainure d'accès. L'invention a donc pour objet d'éliminer les incon- vénients ci-dessus et de réaliser une fixation par rainure périphérique qui ne nécessite par la présence d'une rainu- re d'accès. A cet effet, dans la fixation selon l'invention, la section radiale de la rainure périphérique est dimension- née, conformée et agencée relativement à la configuration et aux dimensions de la racine en queue d'aronde des aubes de façon que les aubes puissent être montées dans la rainu- re en introduisant dans celle-ci un flanc, qui s'étend dans le sens périphérique, de la racine de chacune d'elles, puis en faisant pivoter l'extrémité extérieure de l'aube ainsi engagée dans une direction parallèle à l'axe de rotation du moyeu de façon à introduire dans la rainure un second flanc, qui s'étend dans le sens périphérique, de la dite racine, et en alignant l'aube radialement dans la rainure, des moyens de support étant prévus, qui interviennent pour maintenir les aubes par une pression exercée vers l'exté- rieur du moyeu, dans une position dans laquelle des faces des flancs de la racine en queue d'aronde tournées vers 1 ' extérieur viennent en appui contre des faces tournées vers l'intérieur du profil en queue d'aronde de la rainure. De toute façon, l'invention sera bien comprise à 1 ' aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cette fixation: Fig 1 est une vue en coupe radiale d'étages de compresseur d'une turbomachine dont les aubes sont mainte- nues par le dispositif de fixation selon l'invention; Fig 2 est une vue en coupe radiale partielle illus- trant le montage des aubes de l'étage final du compresseur de fig 1; Fig 3 est une vue en coupe radiale représentant un dispositif de fixation légèrement différent de celui de fig 1. Les figures 1 et 2 montrent une partie du rotor du compresseur haute pression d'une turbomachine pour l'aéronautique, dans lequel le dernier étage comporte le dispositif de fixation selon l'invention. Le moyeu Il comporte plusieurs disques annulaires 12, dont chacun comprend un renflement central 13, un voi- le 14 et une couronne 15 Les couronnes 15 de disques ad- jacents sont soudées les unes aux autres pour former un moyeu 11 de rotor de compresseur multi-étagé. L'étage final du compresseur est muni d'une fente en queue d'aronde 16, qui s'étend dans le sens périphéri- que et sert au montage des aubes Cette fente 16 présente deux faces 17, 18 tournées radialement vers l'intérieur, contre lesquelles réagissent les forces centrifuges et des gaz qui s'exercent sur les aubes 19 Les faces 17, 18 s'étendent obliquement par rapport au plan radial 4 qui s'étend à travers le voile 14, de sorte que les forces de réaction se coupent en un point qui, dans le sens radial, se trouve dans l'alignement du centre de gravité de chaque aube 19. Les aubes 19 ont une partie 20 à profil aérodynami- que, une embase 21 et une racine ou pied 22 en queue d'a- ronde La racine en queue d'aronde 22 présente deux faces 24, 25 tournées radialement vers l'extérieur, dont l'obli- quité est identique à celle des faces 17, 18, de sorte qu' en service les faces 24, 25 viennent respectivement en ap- pui contre les faces 17, 18 Une plaque d'étanchéité seg- mentée 26 est prévue pour supporter les aubes de façon que leur racine vienne en contact avec ces dernières faces et que chaque aube soit immobilisée dans une position centra- le La racine 22 a un flanc 27 plus long que son autre flanc 28 et lorsque l'aube 19 est immobilisée dans sa po- sa position centrale, son axe de symétrie est décalé par rapport à l'axe de montage, de façon que l'axe de symétrie de la racine 22 soit plus proche de la ligne d'action des des forces centrifuges qui s'exercent sur la racine 22. La rainure 16 de fixation de l'aube et la racine 22 de cette dernière ne sont, l'une comme l'autre, pas sy- métriques par rapport au plan 45; la rainure présente une cavité plus longue (mesurée à partir du plan 45) pour lo- ger le flanc le plus long 27 de la racine et pour facili- ter le montage des aubes dans la rainure et une cavité moins longue pour loger l'autre flanc 28 La rainure 16 a un profil tel que sa profondeur est supérieure à l'é- paisseur de la partie dé la racine 22 située radialement en deçà des faces 24, 25 et les dimensions de la partie la plus large et de la partie la plus étroite de la rainure 16, tout comme celles de la partie la plus large et de la partie la plus étroite de la racine 22, sont choisies et placées les unes relativement aux autres de façon que les aubes puissent être montées dans la rainure de la manière représentée à la figure 2. Comme le montre cette figure 2, on introduit tout d'abord de l'arrière du compresseur le nez du flanc le plus long 27 dans la cavité la plus longue de la rainure, puis on fait glisser doucement le nez de l'autre flanc 28 le long du côté opposé de la partie la plus étroite de la rainure en faisant basculer vers l'avant la tête de l'aube. Toutes les aubes 19 sont montées de cette manière dans la rainure et chaque aube est tirée radialement vers l'exté- rieur pour amener les faces 24, 25 des flancs 27, 28 en appui contre les faces respectives 17, 18 de la rainure. Lorsqu'on a mis en place environ la moitié des aubes, on introduit alors un segment de la plaque d'étanchéité 26 dans un évidement 29 de la face inférieure de l'embase 21 des aubes 19 et dans un évidement périphérique 30 de la couronne du moyeu Il et on le fait tourner pour maintenir les aubes On place ensuite d'autres segments dans les é- videments 29 et 30 et l'on monte les aubes restantes en les traînant dans la rainure pour les poser sur les au- tres segments On introduit enfin un segment légèrement modifié pour maintenir en place les segments déjà montés et le jeu d'aubes complet Chaque segment présente des fa- ces de contact étanche 31, 32, qui viennent en appui con- tre les flancs et le fond de l'évidement 30 du moyeu 11, ainsi que des faces analogues 33, 34, qui coopèrent avec les flancs et le fond de l'évidement 29 de l'embase En outre, les joints entre les segments adjacents de la pla- que d'étanchéité 26 sont à chevauchement pour empêcher le passage de l'air et le bord avant de l'embase 21 de chaque aube coopère avec la couronne 15 du moyeu, l'ensemble don- nant un montage étanche à l'air et réduisant les fuites d' air sous les embases 21. Pour empêcher les aubes 19 de tourner autour du dis- que dans la rainure 16, le bord avant de l'embase d'une ou de plusieurs aubes peut présenter une découpe dont le fond vient en butée contre un doigt 35 qui saille dans un évi- dement de la couronne 15 o vient se loger l'embase De même, les segments de la plaque 26 sont empêchés de tour- ner dans les évidements 2 et 30 par la présence d'ergots 36 dont ils sont munis et qui viennent en butée contre des ergots similaires 37, qui saillent sur la couronne 15 ou sur les aubes. La figure 3 montre une partie d'un compresseur bas- se pression d'une turbomachine d'aéronautique du type à double flux, le dit compresseur ayant deux étages, dont chacun comporte un système de fixation selon l'invention. Pour la clarté des explications, les éléments similaires à ceux déjà décrits en référence aux figures 1 et 2 sont désignés à la figure 3 par les mêmes références Les dif- férences principales avec la forme d'exécution déjà décri- te résident dans les moyens qui supportent les aubes 19 dans les rainures de montage 16 respectives et dans le sens du montage des aubes dans ces rainures. On monte les aubes 19 du premier étage du compres- seur de l'avant, en introduisant le flanc avant 27 de la racine dans la partie la plus large de la cavité de la rai- nure 16 et en faisant basculer ensuite les aubes vers 1 ' arrière Au lieu d'utiliser une plaque d'étanchéité segmen- tée pour maintenir les aubes 19 dans une position o leurs faces 24, 2 viennent en appui contre les faces 17, 18 de la rainure, on supporte ces aubes par leur embase 21. A cet effet, le bord arrière, qui s'étend dans le sens périphérique, de l'embase 21 de chaque aube est chan- freiné pour qu'il présente une face inclinée 40 tournée radialement vers l'intérieur Cette face 40 vient en appui contre une face 41 d'inclinaison correspondante, prévue sur un prolongement de la couronne 15 et tournée vers 1 ' extérieur Chaque embase 21 présente sur son bord avant une face 43 tournée radialement vers l'intérieur, qui vient en appui sur une face 42 tournée vers l'extérieur et prévue sur le bord arrière, qui s'étend dans le sens péri- phérique, d'une virole de nez amovible 44 Cette virole est boulonnée sur la couronne 15 du moyeu et elle main- tient les embases 21 en appui contre les faces 41, 42. On peut empêcher la rotation des aubes 19 du premier étage autour du moyeu dans la rainure 16, soit par un con- tact frottant entre les bords de l'embase et la virole 44 et la couronne 15, respectivement, soit au moyen de canne- lures complémentaires (ou d'évidements et de doigts) entre les embases 21 et la couronne 15 ou entre les embases et la virole 44, ou encore par la présence d'une petite sail- lie au fond de la rainure 16, qui coopére avec une saillie formée sur la racine d'au moins une des aubes. En ce qui concerne la rangée des aubes 19 du second étage du compresseur, ces aubes sont aussi supportées dans la rainure de montage 16 par leur embase 21, mais elles sont introduites dans cette rainure de l'arrière du com- 3 O presseur Par contre, dans ce cas, le bord avant de l'em- base 21 présente une face tournée vers l'intérieur, qui vient en appui sur une face tournée vers l'extérieur for- mée dans un évidement de la couronne 15 du moyeu 11, tan- dis que le bord arrière de l'embase présente une face in- clinée, tournée radialement vers l'intérieur, qui repose sur une face inclinée, tournée vers l'extérieur, d'une bri- de amovible 46 boulonnée sur la couronne 15. On peut voir que le profil en queue d'aronde de la racine 22 des aubes 19 ne présente pas une différence de longueur des flancs 27 et 28 aussi prononcée que dans la forme d'exécution précédente Néanmoins, les dimensions de la partie étroite et de la partie large de chaque rainure 16, en relation avec celles de la partie étroite et de la partie large de la racine 22 de chaque aube 19, sont choi- sies et placées de façon à permettre le montage des aubes dans les dites rainures en introduisant un flanc de la ra- cine de chaque aube et en faisant ensuite basculer l'aube dans le sens axial. Les rainures 16 peuvent, si on le désire, être symé- triques, à condition qu'au moins une extrémité axiale de leur partie large soit assez profonde pour permettre l'in- troduction du flanc de la racine en queue d'aronde de la manière décrite plus haut. Il est également possible de donner aux racines en queue d'aronde un profil symétrique, à condition qu'il y ait les flancs 27, 28 et les faces 17, 18 un chevau- chement suffisant pour maintenir les aubes lorsqu'elles sont alignées sur le plan radial dans les rainures 16. REVENDICATIONS - 1. Rotor muni d'aubes pour une turbomachine, com- prenant un moyeu qui présente une rainure de montage péri- phérique, profilée en queue d'aronde, et une pluralité d' aubes à profil aérodynamique, dont la racine, profilée en queue dtaronde, est montée dans la dite rainure, caractéri- sé en ce que la section radiale de la rainure ( 16) est di- mensionnée, conformée et agencée relativement à la confi- guration et aux dimensions de la racine en queue d'aronde ( 22) des aubes ( 19) de façon que ces dernières puissent ê- tre montées dans la rainure ( 16) en introduisant dans cel- le-ci un flanc ( 27), qui s'étend dans le sens périphérique, de la racine de chacune d'elles, puis en faisant pivoter l'extrémité extérieure de l'aube ainsi engagée dans une di- rection parallèle à l'axe de rotation du moyeu ( 11) de fa- çon à introduire dans la rainure un second flanc ( 28), qui s'étend dans le sens périphérique, de la dite racine ( 221 et en alignant l'aube ( 19) radialement dans la rainure ( 16), des moyens de support ( 21,26,44,45) étant prévus, qui in- terviennent pour maintenir les aubes ( 19),par une pression exercée vers l'extérieur du moyeu, dans une position dans laquelle des faces ( 24,25) des flancs ( 27,28) de la racine en queue d'aronde ( 22) tournées vers l'extérieur viennent en appui contre des faces tournées vers l'intérieur ( 17,18) du profil en queue d'aronde de la rainure ( 16). 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque aube ( 19) est munie d'une embase ( 21) entre sa racine ( 22) et sa partie aérodynamique ( 20) et en ce que l'embase ( 21) comporte au moins une partie des moyens de support et présente deux bords qui s'étendent dans le sens périphérique et ont des faces ( 40,43) tournées vers l'intérieur qui viennent en appui contre des faces tournées vers l'extérieur ( 41,42) formées sur la structure ( 15) qui tourne avec le moyeu ( 11). 3 Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure ( 15) qui tourne avec le moyeu ( 11) com- prend un prolongement de ce dernier, qui ne forme avec lui qu'une seule pièce et est situé près d'un des bords de 1 ' embase ( 21) qui s'étendent dans le sens périphérique, et un ensemble amovible ( 26,44,45) situé près de l'autre de ces bords. 4 Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ensemble amovible comprend une virole de nez ( 44) d'un compresseur de la turbomachine. 5. Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ensemble amovible comprend une bride ( 45) qui est boulonnée sur le moyeu ( 11). 6. Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ensemble amosible comprend une plaque segmentée ( 26) logée dans un évidement ( 29) de l'embase ( 21) et dans un évidement ( 30) du moyeu ( 11). 7 Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque segmentée ( 26) est une plaque d'étanchéi- té qui diminue l'écoulement axial de l'air ou des gaz en- tre l'embase ( 21) et le moyeu ( 11). 8 Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une des aubes ( 19) est munie d'un moyen qui vient en contact avec un relief à la surface du moyeu ( 11) pour empêcher les aubes de tourner autour de ce dernier en glissant dans la rainu- re ( 16). 9 Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu sur les au- bes un ou plusieurs évidements dont le fond vient en appui contre un doigt ( 35) formé sur le moyeu ( 11) pour empêcher les aubes de tourner autour de ce dernier en glissant dans la rainure ( 16). 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins une des aubes ( 19) est munie de cannelures qui coopèrent avec des cannelures complémentaires formées sur le moyeu ( 11) pour empêcher les aubes de tourner autour de ce dernier en glissant dans la rainure ( 16). 11. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyeu ( 11) est un moyeu de compresseur et en ce que les faces ( 17,18) de la rainure ( 16) tournées vers l'intérieur, contre lesquelles viennent en appui les faces ( 24,25) de la racine en queue d'aronde ( 22) tournées vers l'extérieur, sont inclinées sur le plan radial afin que les forces de réaction aux forces centrifuges et à celles des gaz qui agissent sur les aubes ( 19) réagissent le long de lignes qui coupent le plan radial. 12 Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe de la section ra- diale de la racine ( 22) des aubes est décalé par rapport à l'axe de la partie aérodynamique ( 20). 13. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor ( 11) présente plusieurs rainures ( 16) et en ce qu'il y a plusieurs aubes ( 19) dans chaque rainure ( 16).