Brevet FR2661945A1 — publié le 19911115

BANDE DE RECOUVREMENT POUR UNE ROUE A AUBES INTEGRALE. L'invention concerne une bande de recouvrement pour une roue à aubes intégrale, présentant sur la périphérie, au moins une fente de séparation en forme de "Z" comprenant des fentes d'amortissement de largeur de fente la plus faible possible et disposées de manière à former un angle par rapport à la direction de l'axe, ainsi que des tronçons de fente ouverts qui s'y raccordent. Dans les turboréacteurs, l'interstice d'étanchéité entre les aubes tournantes et le carter de réacteur qui est fixe, constitue une grandeur d'influence d'une importance considérable pour le rendement du réacteur Pour rendre le plus faible possible l'interstice d'étanchéité dans le cas de turbines, il est connu d'équiper celles-ci d'une bande de recouvrement qui est montée sur les extrémités d'aubes Dans le cas de turbines à aubes montées individuellement ou par groupe, la bande de recouvrement est constituée de tronçons de bande montés sur les aubes, qui coopèrent avec les tronçons voisins à la manière d'une denture. Dans le cas d'une roue de turbine intégrale il n'est pas possible de mettre en oeuvre une bande de recouvrement d'une telle construction Les bandes de recouvrement du type de celle mentionnée en introduction, connues jusqu'ici, comportent un nombre de fentes de séparation qui sont prévues environ toutes les trois à cinq aubes et qui sont destinées à compenser les dilatations apparaissant en fonctionnement instationnaire, pour ne pas soumettre ces pièces fortement sollicitées à des contraintes supplémentaires Ces fentes de séparation s'étendent sensiblement de manière parallèle aux cordes de la partie centrale du profil des aubes voisines, pour maintenir aussi faible que possible l'affaiblissement de la liaison entre l'extrémité d'aube et la bande de recouvrement dans la zone des rayons de raccordement Par ailleurs, les fentes de séparation présentent un court tronçon central qui s'étend sensiblement de manière perpendiculaire aux deux tronçons adjacents, de sorte que les fentes présentent sensiblement une allure en forme de "Z" Ce tronçon central de fente doit présenter dans ce cas, une largeur de fente très faible qui doit disparaître en cours de fonctionnement en raison des dilatations thermiques, de manière à ce que les tronçons de bande de recouvrement voisins soient liés entre-eux par friction par ce tronçon central de fente Ceci permet d'amortir efficacement par friction, les vibrations des aubes et des tronçons de bande de recouvrement qui y sont liés, les vibrations étant en plus désaccordées Les deux tronçons latéraux de fente (appelés fentes libres) adjacents à un tronçon central de fente sont dimensionnés, quant à leur largeur de fente, de telle sorte qu'il n'y apparaisse jamais de contact, sous aucune condition. L'inconvénient de la configuration actuellement connue de la bande de recouvrement, réside dans le fait que le tronçon central de fente (unique) ne peut être fabriqué avec une largeur de fente suffisamment faible telle qu'elle serait souhaitable pour obtenir un comportement optimal en fonctionnement, parce que les outils à érosion utilisés doivent présenter une rigidité suffisante et donc une épaisseur appropriée Pour des raisons de techniques de fabrication, il n'est possible de fabriquer qu'une fente de longueur finie qui ne peut pas présenter une largeur inférieure à environ 2/10 à 3/10 mm. Il en résulte de moins bonnes propriétés d'amortissement et de désaccord pour les vibrations qui apparaissent Ceci conduit donc à des vibrations de plus grande amplitude, et ainsi à l'apparition de fortes sollicitations de la matière dans les aubes et la plaque de recouvrement. A partir de là, le but de l'invention consiste à améliorer une bande de recouvrement du type de celle mentionnée en introduction, de manière à ce que d'une part soit possible un déplacement périphérique libre, des tronçons de bande de recouvrement, en vue de garantir une compensation des dilatations thermiques s'effectuant avec de faibles contraintes, et que d'autre part la fente de séparation soit réalisée de manière si étroite au niveau des tronçons qui se touchent en cours de fonctionnement, pour permettre un amortissement par friction suffisant des vibrations Par ailleurs, la bande de recouvrement devra être indépendante de dilatations différentes du disque, c'est à dire être libre périphériquement. Conformément à l'invention, ce but est atteint en ce que les fentes d'amortissement parallèles entre- elles constituent les deux branches de la fente de séparation en forme de "Z", sont orientées de manière à former un angle de 70 ' à 90 par rapport à la direction d'axe (a), et se ferment par établissement d'un contact étroit dans les conditions de fonctionnement, tandis que l'âme du "Z" est réalisée sous la forme d'une fente ouverte s'étendant en direction des bords de la bande de recouvrement L'angle ci-dessus vaut de préférence 80 "- ". Les avantages essentiels de l'invention résident dans le fait que, tout en conservant une surface de contact de grandeur inchangée entre des tronçons de bande de recouvrement voisins, l'on est en présence d'une fente plus étroite, et qu'un renforcement de l'ensemble est possible en raison du contact de friction pouvant s'effectuer par l'intermédiaire de deux surfaces parallèles En définitive, les vibrations qui apparaissent, de plusieurs aubes reliées entre-elles par un tronçon de bande de recouvrement, sont amorties de manière efficace puisque les fentes d'amortissement sont de configuration telle qu'il s'y produit une compression en cours de fonctionnement Cette fente d'amortissement très étroite est avantageusement indépendante des dilatations périphériques de la bande de recouvrement. L'agrandissement à une valeur comprise entre 70 et 90 ', de l'angle sous lequel sont disposés les deux fentes d'amortissement par rapport à la direction axiale, a pour conséquence que la dilatation périphérique de la bande de recouvrement, apparaissant par exemple lors de la montée en régime du réacteur, peut s'effectuer librement. En outre, la dilatation périphérique n'influence que très faiblement l'effet d'amortissement au niveau de la fente d'amortissement, c'est à dire que la fonction d'amortissement est indépendante du point de fonctionnement de la turbine. Un autre avantage réside dans le fait que la détorsion des aubes apparaissant au cours du fonctionnement, en raison des forces centrifuges, peut être mise à profit pour une réduction efficace de la fente d'amortissement et pour la création d'une force de pression ayant un effet d'amortissement efficace, puisque conformément à l'invention, l'angle des fentes d'amortissement prend une valeur si élevée. Par ailleurs, conformément à l'invention, les fentes d'amortissement présentent une largeur de fente inférieure à 0,1 mm En effet, un autre avantage de l'invention réside dans le fait que la fente d'amortissement très étroite peut être fabriquée de manière plus simple et plus précise en raison du doublement du nombre de fentes et donc de la réduction de moitié de la longueur des deux parties de fente, ce qui conduit d'autre part à une optimisation des moitiés de bande de recouvrement du fait des fentes plus courtes. Selon une configuration préférée de l'invention, les tronçons de fente ouverts ou libres s'étendent de manière à former un angle d'environ 45 par rapport à la direction d'axe, en étant disposés de manière sensiblement parallèle à la moitié, située du côté du bord arrière, des profils d'aubes voisins. Un développement avantageux de l'invention prévoit que sur la périphérie extérieure sont formées deux lèvres d'étanchéité périphériques, espacées entre-elles, et que les fentes d'amortissement sont disposées dans la zone des lèvres d'étanchéité De telles lèvres d'étanchéité s'étendant en direction périphérique, sont connues, en vue de définir l'interstice d'étanchéité résiduel entre la bande de recouvrement et la paroi extérieure de carter du canal d'écoulement, située radialement plus à l'extérieur, ce type de disposition de deux lèvres d'étanchéité successives espacées entre-elles permettant de réduire au minimum l'écoulement dans l'interstice Dans le cas d'une division de l'anneau d'étanchéité, les fentes de séparation sont également réalisées pour les lèvres d'étanchéité, de sorte que l'interstice d'étanchéité résiduel effectif est augmenté du nombre de fentes de séparation En disposant, conformément à l'invention, les fentes d'amortissement dans la zone de ces lèvres d'étanchéité, les fentes résiduelles entre les tronçons de lèvres d'étanchéité sont sensiblement réduites, voire nulles Il en découle avantageusement une réduction de l'écoulement d'interstice. Selon une configuration préférée de l'invention, les deux fentes d'amortissement sont situées à une distance des bords de la bande de recouvrement, égale environ au quart de la largeur de la bande de recouvrement. Selon une autre configuration avantageuse de la bande de recouvrement, il est prévu que les tronçons de fente ouverts ou libres s'évasent fortement de manière conique dans la zone des bords de la bande de recouvrement Cela permet avantageusement de réduire la grandeur des parties de bande de recouvrement qui sont en porte-à-faux au niveau des zones d'extrémité des fentes libres, et qui sont sensibles aux vibrations, le danger de fissures dûes aux vibrations étant ainsi réduit. L'invention va maintenant être explicitée plus en détail, selon deux exécutions préférées, et au regard des dessins annexés qui montrent: Fig 1 une section droite partielle d'une roue de turbine intégrale, Fig 2 le détail II selon la figure 1, Fig 3 a une vue à partir de l'extérieur d'une bande de recouvrement, et Fig 3 b une vue à partir de l'extérieur d'une autre bande de recouvrement. Sur la figure 1 est représentée, en section droite et avec son axe de rotation (a), une roue de turbine intégrale ( 1) qui se compose essentiellement d'un disque de turbine ( 2) comportant des aubes ( 3) réparties sur sa périphérie, ainsi que d'une bande de recouvrement ( 4) formée sur les extrémités d'aubes La bande de recouvrement comporte deux lèvres d'étanchéité ( 5 a et 5 b) espacées entre-elles et définissant des interstices d'étanchéité étroits par rapport à un carter extérieur de turbine ( 6) simplement esquissé. Sur la figure 2 est représenté de manière agrandie, le détail (II) de la figure 1, les interstices d'étanchéité (d) définis entre le carter extérieur de turbine ( 6) et la bande de recouvrement ( 4) étant mieux visibles sur cette figure. La figure 3 a montre un détail d'une vue de la bande de recouvrement ( 4), selon la direction de la flèche (III) indiquée sur la figure 2 Sont représentés en partie, deux tronçons voisins de bande de recouvrement ( 4 a et 4 b) qui sont formés chacun sur un groupe de plusieurs, de préférence trois ou quatre aubes ( 3) En vue de pouvoir maintenir faible les contraintes produites par la force centrifuge élevée, dans les zones de transition ( 7) entre la bande de recouvrement ( 4) et les aubes ( 3), ces zones de transition sont pourvues d'un rayon de raccordement très grand, tel que cela est représenté par les lignes de délimitation ( 8) sur la figure 3 a. Dans chaque cas, deux tronçons voisins de bande de recouvrement ( 4 a et 4 b) sont séparés par une fente de séparation ( 9) qui se compose essentiellement de deux fentes d'amortissement (l Oa et l Ob) espacées entre-elles, et, disposées entre celles-ci et en direction des bords (lla et llb) de la bande de recouvrement, des fentes ouvertes ou libres ( 12 a, 12 b et 12 c) Les fentes libres ( 12 a, 12 b et 12 c) présentent des largeurs de fente d'environ 6/10 à 8/10 de mm, tandis que les fentes d'amortissement (l Oa et lob) présentent une largeur de fente d'environ 1/10 de mm à l'état froid En fonctionnement, les fentes d'amortissement sont normalement totalement fermées, c'est à dire que les tronçons de bande de recouvrement ( 4 a et 4 b) sont liés par friction, dans cette zone. La fente libre centrale ( 12 b) qui est disposée entre les deux fentes d'amortissement (i Qa et lob), est orientée de manière à former environ un angle de 45 par rapport à la direction d'axe (a) Avantageusement, les autres fentes libres ( 12 a et 12 c) ont sensiblement la même orientation Les fentes d'amortissement ( 10 a et lob) sont au contraire orientées de manière à former un angle d'environ 70 ' à 90 " par rapport à la direction d'axe (a), une valeur d'angle d'environ 80 '-85 ' étant la plus appropriée pour obtenir les avantages conformes à l'invention Les deux fentes d'amortissement (l Oa et lob) sont situées chacune respectivement à une distance des bords (lia et llb) valant environ le quart de la largeur (b) de la bande de recouvrement ( 4). La figure 3 b montre un autre mode de réalisation de l'invention qui diffère du mode de réalisation qui vient d'être décrit, par le fait que les deux fentes d'amortissement (l Oa et lob) sont disposées dans la zone des lèvres d'étanchéité ( 5 a et 5 b), ce qui présente l'avantage que les fentes entre les tronçons voisins de lèvres d'étanchéité peuvent être réduites à la valeur de la largeur de fente résiduelle des fentes d'amortissement (l Oa et lob), en cours de fonctionnement. Les zones d'extrémité des fentes libres extérieures ( 12 a et 12 c), situées du côté des bords de la bande de recouvrement, s'évasent fortement de manière conique, de sorte que les parties de plate-forme ( 13) en porte-à-faux, qui présentent une grande tendance à vibrer en cours de fonctionnement, sont réduites en dimensions, sans porter préjudice à la fonction de la bande de recouvrement ( 4) On réduit ainsi de manière avantageuse, la masse de plate-forme en port-à-faux. REVENDICATIONS. 1 Bande de recouvrement pour une roue à aubes intégrale, présentant sur la périphérie, au moins une fente de séparation en forme de "Z" comprenant des fentes d'amortissement de largeur de fente la plus faible possible et disposées de manière à former un angle par rapport à la direction de l'axe, ainsi que des tronçons de fente ouverts qui s'y raccordent, caractérisée en ce que les fentes d'amortissement (l Oa, lob) parallèles entre- elles constituent les deux branches de la fente de séparation ( 9) en forme de "Z", sont orientées de manière à former un angle de 70 ' à 90 par rapport à la direction d'axe (a), et se ferment par établissement d'un contact étroit dans les conditions de fonctionnement, tandis que l'âme du "Z" est réalisée sous la forme d'une fente ouverte ( 12 b) s'étendant en direction des bords (lla, l 1 b) de la bande de recouvrement. 2 Bande de recouvrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que sur la périphérie extérieure sont formées deux lèvres d'étanchéité périphériques ( 5 a, b), espacées entre-elles, et en ce que les fentes d'amortissement (loa, lob) sont disposées dans la zone des lèvres d'étanchéité ( 5 a, 5 b). 3 Bande de recouvrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fentes d'amortissement (l Oa, lob) présentent une largeur de fente inférieure à 0,1 mm. 4 Bande de recouvrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tronçons de fente ouverts ou libres ( 12 a, 12 b, 12 c) s'étendent de manière à former un angle d'environ 45 par rapport à la direction d'axe, en étant disposés de manière sensiblement parallèle à la il moitié, située du côté du bord arrière, des profils d'aubes voisins. Bande de recouvrement selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux fentes d'amortissement (l Oa, l Ob) sont situées à une distance des bords (lia, llb) de la bande de recouvrement, égale environ au quart de la largeur (b) de la bande de recouvrement. 6 Bande de recouvrement selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les tronçons de fente ouverts ou libres ( 12 a, 12 c) s'évasent fortement de manière conique dans la zone des bords (lla, llb) de la bande de recouvrement. 7 Bande de recouvrement selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle par rapport à la direction d'axe (a) a une valeur de 80 '-85-.