Brevet FR2522063A1 — publié le 19830826

La présente invention concerne des machines rotatives à flux axial et, plus particulièrement, les aubes mobiles de ces machines. On a élaboré, dans l'industrie des turbines à gaz pour avions, les concepts destinés à permettre le démontage d'aubes de ventilateur individuelles hors des sections de ventilateurs des turboréacteurs à double flux, mais ces concepts ont un plus large champ d'appli- cation tant dans cette industrie que dans d'autres. Les turbines à gaz d'avions de conception mo- derne sont du type des turboréacteurs équipés de grandes aubes mobiles qui sont habituellement situées à l'extré- mité avant du réacteur Ces aubes sont appelées "aubes de ventilateur" et elles sont utilisées pour accélérer le flux d'air dirigé par-dessus à peu près à la manière d'une hélice. Du fait qu'elles sont localisées à l'extrémité avant du réacteur, ces aubes sont susceptibles d'être endommagées par des objets étrangers, notamment par suite de la présence de débris ramassés le long de la piste d'envol d'un aéroport et aspirés dans le réacteur. Les grands oiseaux sont une cause relativement fréquente de détérioration du ventilateur Les aubes endommagées doivent être remplacées afin de rétablir l'efficacité aérodynamique du ventilateur et empêcher un déséquilibre destructeur du rotor. Les talons des aubes de ventilateur sont habi- tuellement réalisés avec une géométrie de section trans- versale en queue d'aronde et ils s'étendent de l'avant à l'arrière en travers du bord d'un disque support Les attaches des talons sont habituellement inclinées cir- conférentiellement par rapport à la ligne centrale ou à l'axe du réacteur Les aubes de grande envergure com- portent un ou plusieurs bandages en un point intermédiai- re de leur envergure ou à leur tête Un bandage de ce type est constitué d'éléments s'étendant latéralement à partir de l'intrados et de l'extrados des aubes en une relation d'opposition avec les éléments de banda- ges des aubes adjacentes En combinaison, les élé- ments des bandages forment une couronne annulaire (vu le long de l'axe du réacteur) Le plan de la relation d'opposition entre des éléments de bandages adjacents est non parallèle à l'axe de l'attache de l'aube, assu- rant ainsi un verrouillage de chaque aube individuelle dans l'assemblage. Afin d'éviter de devoir démonter toutes les aubes d'un étage de rotor pour en remplacer une seule, tout en supprimant par la même occasion les dépenses qu'entraîne une telle opération, les hommes de science et les ingénieurs sont à la recherche de nouvelles conceptions d'aubes et de nouvelles techniques pour leur assemblage. Suivant la présente invention, le démontage d'une seule aube renforcée hors d'une machine rotative à flux axial est rendu possible en prévoyant une sail- lie cunéiforme à la base de la rainure de fixation du disque, de telle sorte que l'on puisse faire osciller l'aube autour de cette saillie cunéiforme lors du re- trait partiel de cette aube hors de la rainure, permet- tant ainsi le désengagement de l'aube à l'écart des bandages des aubes adjacentes. Les caractéristiques principales de la pré- sente invention résident dans les saillies cunéiformes qui s'étendent vers l'extérieur à partir de la base de chaque rainure de fixation du disque, ainsi que dans les surfaces coniques définies aux bases des sections de talons des aubes correspondantes Un retrait par- tiel de la section de talon d'une aube à l'écart de la rainure de fixation correspondante a pour effet d'ac- croître l'espace radial défini entre elles en permet- mettant ainsi, à l'aube, d'osciller autour de la sail- lie cunéiforme. Un avantage principal de la présente invention réside dans le fait qu'il est possible de démonter une seule aube de l'assemblage de rotor Dans une instal- lation d'aéronef, le démontage d'une aube de ventila- teur peut être effectué in situ sans retirer le moteur de l'aéronef Ce désassemblage est effectué sans re- courir à de plus grands jeux entre les pièces à l'état installé Un basculement de l'aube dans une première direction sur la saillie cunéiforme permet de la retirer partielle- ment en dépit de la relation non parallèle existant entre l'axe de la rainure de fixation et les plans le long desquels des bandages adjacents entrent mutuelle- ment en contact Un basculement de l'aube dans une seconde direction permet un déplacement circonfé- rentiel du bandage de l'aube autour du bord de fuite de l'aube adjacente, si bien que l'aube peut alors être retirée complètement de la rainure de fixation. Les caractéristiques et avantages précités de la présente invention, ainsi que d'autres apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée en se référant aux dessins annexés dans les- quels: la figure 1 est une vue en élévation de face simplifiée d'une partie de l'assemblage de ventilateur d'un turboréacteur à gaz à double flux; la figure 2 est une vue éclatée en perspective illustrant la saillie cunéiforme contre laquelle vient appuyer le talon d'une aube; la figure 3 est une vue prise suivant la li- gne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est une vue en coupe prise sui- vant la ligne 4-4 de la figure 1; la figure 5 est une vue agrandie du talon d'une aube de ventilateur, illustrant l'aptitude d'une aube partiellement'retirée à basculer autour de la saillie cunéiforme à la base de la rainure de fixation; la figure 6 est une vue en perspective illus- trant le retrait partiel d'une aube de rotor individuel- le hors de l'assemblage; la figure 7 est une vue en perspective illus- trant le retrait partiel séquentiel de deux aubes de rotor adjacentes sans aucune interférence entre le ban- dage de l'aube rétractée le plus en avant et le banda- ge de l'aube adjacente; et la figure 8 est une vue en perspective illus- trant le déplacement circonférentiel de l'aube rétractée le plus en avant dans une position dans laquelle il n'y a aucune interférence entre le bandage de cette aube et la section de surface portante de l'aube adjacente. On décrira ci-après le meilleur mode de mise en oeuvre de l'invention en se référant à la section de ventilateur d'un turboréacteur à gaz à double flux. Une partie d'un assemblage de rotor de ventilateur est illustrée dans la vue en élévation de face de la figu- re 1 Plusieurs aubes mobiles 12 s'étendent vers l'ex- térieur à partir de la périphérie d'un disque de rotor 14 Chacune de ces aubes mobiles comporte une section de surface portante 16, une section de pied-18 et une section de talon 20 Chaque section de pied 18 défi- nit une partie de la paroi intérieure du parcours d'écoulement 22 pour les gaz du milieu de travail. Chaque section de talon vient s'engager dans une rainu- re de fixation 24 située à la périphérie du disque La section de surface portante de chaque aube comporte un extrados 26 et un intrados 28 Des segments de banda- ge 30 et 32 s'étendent latéralement à partir de l'ex- trados et de l'intrados de l'aube respectivement en une relation d'opposition avec les segments de bandages des aubes adjacentes En combinaison, les segments de bandages d'aubes adjacentes forment une couronne annu- laire s'étendant circonférentiellement autour de la turbine Le bandage illustré est localisé en un point médian de l'envergure de l'aube et il est appelé ban- dage de "mi-envergure" La localisation du bandage dans le sens de l'envergure varie en fonction de la conception de la turbine Dans certaines formes de réalisation, on utilise des bandages multiples tandis que, dans d'autres, un seul bandage est localisé à la tête des aubes. La configuration de la section de talon de chaque aube et la géométrie de la rainure de fixation correspondante sont illustrées dans la vue éclatée en perspective de la figure 2 La géométrie de fixation est du type générique connu sous le nom de "talon en queue d'aronde" Toutefois, par rapport à la forme classique, la géométrie est modifiée en ce sens que la surface inférieure 34 va en diminuant en cône du bord de fuite 38 au bord d'attaque 36, formant ainsi un talon à section transversale décroissante La rai- nure de fixation 24 comporte une saillie cunéiforme 40 s'étendant à partir du centre du fond de cette rainure depuis la face avant 42 jusqu'à la face arrière 44 du disque La surface supérieure 46 de la saillie cunéi- forme et la surface inférieure de la section de talon de l'aube sont adaptées l'une à l'autre sous un anglet mesuré par rapport à un plan parallèle à la ligne cen- trale de la turbine La section de talon de l'aube mo- bile et la rainure de fixation du disque sont profilées pour définir un espace libre croissant entre la base de la section de talon de l'aube et la rainure de fixation à mesure que l'aube est retirée axialement de cette der- nière Dans le mode d'assemblage, les aubes 12 sont emprisonnées axialement sur le disque 14 par un moyen classique non représenté spécifiquement. Les concepts intégrés à l'appareil décrit ici permettent le démontage et le réassemblage in situ d'une aube mobile individuelle, comme cela pourrait être requis après la mise en service dans une turbine suite à une détérioration des aubes par un objet étranger. Dans une construction classique, ce démontage et ce ré- assemblage in situ d'une seule aube sont impossibles en raison de l'interférence circonférentielle existant en- tre des segments de bandages adjacents, ainsi que de l'interférence axiale existant entre les segments de bandages et les parties des sections de surfaces portan- tes adjacentes qui s'étendent vers l'avant Comme on peut le cons- tater en figure 3, l'axe A de l'attache du talon des au- 1 S bes peut ne pas être parallèle au plan d'intersection B, si bien que les aubes maintenues dans une position axia- le sur le disque se bloquent mutuellement Même sans entrave directe, chaque aube est dans l'impossibilité de se déplacer axialement au-delà de la distance Y en- tre le segment de bandage 30 situé à l'extrados de cet- te aube et la section de surface portante 16 de l'aube adjacente. La géométrie réétudiée de la section de talon et de la rainure de fixation suivant la présente inven- tion permet un déplacement axial et circonférentiel com- biné de l'aube grâce auquel les segments de bandage de cette dernière peuvent être retirés tant des segments de bandage adjacents que da la section de surface por- tante de l'aube adjacente La figure 4 illustre un espace libre accru défini entre la surface inférieure 34 de la section de talon d'une aube et la surface supé- rieure 46 de la saillie cunéiforme 40 prévue à la base de la rainure de fixation A l'état installé, cet es- pace libre a une grandeur C 1; à l'état rétracté partiel- lement comme représenté par le profil en traits discon- tinus, l'espace libre a une grandeur C 2. Lors d'un retrait axial partiel, l'espace li- bre accru permet de faire basculer initialement l'aube autour de la saillie cunéiforme 40 pour rattraper l'ali- gnement différentiel de l'axe A du talon de l'aube et du plan d'intersection B des segments de bandage adja- cents, puis de la faire basculer autour de la saillie cunéiforme 40 afin de faire pivoter circonférentielle- ment le segment de bandage côté extrados à l'écart de la section de surface portante adjacente La figure 5 illustre l'aptitude de l'aube à basculer autour de la saillie cunéiforme dans un état partiellement rétracté. Les figures 6-8 illustrent les étapes séquen- tielles du retrait d'une aube mobile individuelle hors d'un disque de rotor dans une forme de réalisation de l'invention Bien qu'ils ne soient pas illustrés dans l'état installé sur une turbine à gaz, les principes du démontage et du réassemblage des aubes 12 à l'écart du disque de rotor 14 et sur ce dernier respectivement sont identiques L'entrave axiale directe par laquel- le les aubes sont emprisonnées sur le disque dans le mode complètement assemblé,a été supprimée. En figure 6, une des aubes 12 A est déplacée vers l'avant sur le disque 14 jusqu'à ce que le seg- ment de bandage côté extrados 30 A vienne buter contre la section de surface portante 16 de l'aube adjacente. On fait basculer légèrement l'aube dans le sens des aiguilles d'une montre à l'intérieur de la rainure de fixation afin de rattraper le défaut d'adaptation an- gulaire entre l'axe du talon et le plan d'intersection des segments de bandage En figure 7, une deuxième au- be mobile 12 B est déplacée vers l'avant dans le disque jusqu' à ce que son segment de bandage côté extrados 30 B vienne buter contre la section de surface portante 16 A de l'aube adjacente Dans la forme de réalisation il- lustrée, il n'y a aucune interférence circonférentiel- le entre le segment de bandage côté intrados 32 B et le segment de bandage côté extrados 30 C de l'aube ad- jacente 12 C Le nombre d'aubes 12 qui doivent être déplacées vers l'avant, dépend de la forme de réali - sation particulière, notamment de facteurs tels que la largeur des segments de bandage et la géométrie de là section de surface portante adjacente située au voi- sinage du bandage. En figure 8, on a imprimé, à l'aube 12 B, une rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une mon- tre à l'intérieur de la rainure de fixation, pour l'ame- ner dans une position dans laquelle le segment de ban- dage 30 B situé à son extrados peut se déplacer axiale- ment au-delà de la section de surface portante 16 A de l'aube adjacente Dans cette position, une seule aube peut être retirée complètement hors du disque Le ré- assemblage de cette aube est effectué par un processus inverse de celui prévu pour son démontage. Bien que l'invention ait été illustrée et dé- crite en se référant à des formes de réalisation dé- taillées, l'homme de métier comprendra que diverses modifications peuvent y être apportées tant dans sa forme que dans ses détails sans se départir de son es- prit et de son cadre tels qu'ils sont définis dans les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 Turbine à gaz à flux axial comportant un assemblage de rotor du type comprenant une rangée d'au- bes mobiles s'étendant vers l'extérieur à partir de la périphérie d'un disque de rotor, la section de surface portante de chacune de ces aubes mobiles comportant des segments de bandage qui s'étendent latéralement à par- tir de son intrados et de son extrados en une relation d'opposition avec les segments de bandagescorrespon- dants des aubes mobiles adjacentes, caractérisée par le perfectionnement comprenant: un moyen destiné à fixer chaque aube mobile à une rainure correspondante ménagée à la périphérie du dis- que de rotor, la section de talon de l'aube et la rainu- re de fixation du disque étant profilées pour définir un espace libre croissant entre la base de cette section de talon et cette rainure de fixation à mesure que l'aube est retirée axialement hors de cette dernière. 2 Turbine à gaz à flux axial suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que la rainure de fixation du disque comporte une saillie cunéiforme s'étendant à partir du centre du fond de cette rainure et dont la section transversale va en augmentant en cône de l'avant à l'arrière du disque, la section de talon de chaque aube mobile comportant une surface inférieure qui pré- sente une conicité correspondant à celle de la saillie cunéiforme de la rainure de fixation. Par procuration de UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION. Le mandataire est R Baudin.