Brevet FR2697051A1 — publié le 19940422

ROTOR DE TURBOMACHINE COMPRENANT UN DISQUE DONT LE POURTOUR EST OCCUPE PAR DES ALVEOLES OBLIQUES QUI ALTERNENT AVEC DES DENTS DE SECTION TRANSVERSALE VARIABLE DESCIPTION L'invention se rapporte à un rotor de turbomachine sur le pourtour duquel des alvéoles obliques, destinés à la réception de pieds d'aubes, alternent avec des dents de séparation et de rétention des aubes Ces dents ont dans l'invention des sections transversales dont la forme varie suivant l'axe du rotor. Dans une conception courante de construction de rotors à aubes pour moteurs d'avion, les alvéoles sont réalisés par des brochages axiaux ou obliques et ont des sections invariables sur toute la longueur du rotor Il en va alors de même des pieds d'aubes qui sont glissés dans les alvéoles et entre les dents et qui servent de support aux pales. Dans le cas général o la veine de circulation des gaz qui entoure le rotor a un diamètre intérieur variable, les pieds d'aubes présentent des portions à section rectangulaire dont la hauteur (c'est-à-dire l'extension dans le sens radial) varie linéairement le long du rotor, sans que leur épaisseur soit modifiée Ces portions relient les bulbes des pieds d'aube, qui sont logés dans les alvéoles, aux pales et à des plates-formes jointives qui délimitent la veine de circulation On les appelle des échasses. Pour faciliter la transition des efforts, dus pour l'essentiel au champ centrifuge, de la pale à l'échasse et ensuite au pied de l'aube, le concepteur s'attache à minimiser les déports dans le sens -Ad r circonférentiel entre la pale, l'échasse et le pied, l'optimum étant de parvenir à inscrire la section à la base de la pale, c'est-à-dire au niveau de la plate- forme, dans la section de l'échasse. Cet objectif est rendu difficile à atteindre en raison de la cambrure de la pale et de son inclinaison dans le sens de la circonférence appelée calage. Dans une certaine mesure, le concepteur pourra tenir compte de la cambrure de la pale en augmentant la largeur de l'échasse, ceci évidemment au détriment de la masse. Le concepteur pourra, par ailleurs, utiliser des alvéoles obliques et non plus axiaux afin d'avoir la direction de l'échasse et du pied de l'aube la plus proche possible de la direction correspondant au calage de la pale. L'utilisation d'alvéoles obliques (dix, quinze, voire plus de vingt degrés) en fonction du calage de la pale sera cependant grandement contrariée par l'augmentation des contraintes locales dans les dents du disque et dans les alvéoles, ceci dans les endroits o la direction des brochages croise les extrémités du rotor à angle aigu Dans les alvéoles du disque on constate en effet la répartition des contraintes en forme de X, bien connue des spécialistes. Des recherches ont été entreprises par la société déposante pour alléger les pieds d'aubes en leur conférant des formes variables et amincies, au moins hors des alvéoles, afin de diminuer le volume de matière qui les constituait et réduire ainsi les contraintes dans les dents, mais cette solution n'était pas suffisante car des concentrations de contraintes importantes apparaissaient sur les dents des disques à r t r ' 2697051 cause des hétérogénéités des efforts, notamment centrifuges, produits par Les pieds et qui étaient La conséquence des variations de section et de poids Le Long des pieds. On propose avec La présente invention de remédier à ces concentrations de contrainte en faisant varier également La rigidité des dents dans le sens axial selon diverses modalités qui dépendent en particulier de la répartition exacte des efforts de la direction des brochages. L'invention est plus précisément relative à un rotor de turbomachine comprenant un disque entaillé d'alvéoles obliques séparés par des dents composées d'un élargissement extérieur radialement et d'un col joignant L'élargissement à une jante du disque sur Lequel toutes les dents sont implantées, et des aubes composées d'une pale et d'un pied Logé dans une des rainures; dans La réalisation, elle est caractérisée en ce que Les élargissement sont composés de deux parties voisines situées chacune sur un côté du col et dont L'une devient plus haute, et l'autre moins haute le Long des brochages, les parties devenant moins hautes vers Les extrémités en angle aigu des dents, Les brochages étant obliques IL faut noter que le brevet américain 3 661 475 décrit des dents surmontées de nervures croisées de support de plates-formes qui délimitent La veine de circulation, et que le réseau de plates-formes est conique, de tel Le sorte que les nervures ont une hauteur variable, mais cette conception doit être distinguée de celle de l'invention car les dents elles-mêmes ont une section uniforme: Les nervures n'ont guère d'effet sur La résistance mécanique des dents aux efforts produits pendant Le fonctionnement. Les figures suivantes i L Lustrent La 4 _ réalisation: les figures 1 et 1 A représentent la réalisation de l'invention, le rotor étant montré en coupe par l'axe puis en direction de l'axe; les figures 2, 3 et 4 correspondent à trois coupes transversales et selon les lignes II-II, III-III et IV-IV de la figure 1; la figure 5 est une vue extérieure de la réalisation des figures 1 à 4. Le rotor 1 de la figure 1 comprend un disque 2 qui doit être relié à d'autres par exemple au moyen de soudures Le disque 2 comporte une jante 3 extérieure qui reçoit des aubes 4 de rotor ou aubes mobiles Dans cette réalisation précise, le pied de chaque aube 4 est engagé dans la rainure associée par un mouvement d'insertion vers l'arrière et bute contre l'avant du disque 2 par un becquet 5; les aubes 4 sont de plus munies à l'arrière de saillies en forme de béquets 6 On place alors un joint circulaire 7 dans les creux que les béquets délimitent Le joint circulaire 7 empêche que les aubes 4 ne glissent vers l'avant car il s'étend également devant les dents du disque 2, entre les béquets 6 Ce mode de montage est classique et de nombreuses publications en décrivent des exemples. On voit sur les figures 1 A, 2, 3 et 4 que la jante 3 est composée d'alvéoles 8 et de dents 9 qui alternent; les dents 9 se composent chacune d'un élargissement 10 situé à l'extérieur dans le sens radial et d'un col 11 qui relie l'élargissement 10 à la jante 3 du disque 2, sur laquelle toutes les dents 9 sont implantées Les aubes 4 sont quant à elles composées d'une pale 12 et d'un pied 13 lui-même composé d'un bulbe 14 engagé dans un alvéole 8 associé sous deux élargissements 10 consécutifs et d'une I À es ''1 2697051 échasse 15 qui s'étend entre deux élargissements 10 consécutifs et en dépasse plus ou moins Une plate- forme 16 supporte une pale 12 L'échasse 15 s'étend entre le bulbe 14 et la plate-forme 16 et correspond à un rétrécissement de la Largeur du bulbe 14 La plate- forme 16 est par contre assez large car la pale 12 est curviligne et oblique, et les plates-formes 16 doivent être jointives pour délimiter la veine de circulation de gaz. Il convient de distinguer une partie gauche 17 et une partie droite 18 sur chaque élargissement 10 (cf figure 2) Ces parties 17 et 18 sont voisines, chacune sur un côté du col 11 concerné et toutes deux limitées radialement vers l'extérieur par une face extérieure 19 L'originalité de la réalisation de l'invention consiste en ce que la face 19 a un dévers, ou une inclinaison le long de la circonférence du disque 2, qui varie à chaque section transversale: la face 19 a deux flancs à peu près symétriques 20 et 21 à gauche et à droite (qui correspondent chacun à une des parties 17 et 18) sur la figure 2, puis on constate que le flanc gauche 20 se bombe alors que le flanc droit 21 se creuse sur la figure 3; et plus encore sur la figure 4; quand on se déplace en direction axiale, une des parties devient plus volumineuse, et l'autre moins. En d'autres termes, le disque 2 a une surface extérieure de forme complexe et formée de partie tantôt en saillie, tantôt en creux par rapport aux cercles C 2, C 3 ou C 4 que donnerait l'intersection d'un cylindre ou d'un cône et d'un plan transversal La surface extérieure de la jante du disque 2 n'est donc plus une surface de révolution comme dans les conceptions connues. La forme de la face extérieure 19 peut être vrillée ou hélicoldale, avec une transition sans discontinuité entre Les trois sections représentées. L'effet est exactement Le même que dans La réalisation précédente Cette disposition se justifie ainsi en se reportant à La figure 9: si Les dents 9 et Les a Lvéoles 8 résultent de brochages obliques et ont une direction Y faisant un angle A avec l'axe X du disque 2, les parties de moins grande hauteur des dents 9 doivent être situées aux endroits 23 o les bords Latéraux des dents 9, orientés dans La direction Y, coupent les bords 24 du disque 2 en faisant un angle aigu ( 900-A), car La rigidité de ces endroits 23 serait mal adaptée à celle des endroits 25 situés en regard sur l'autre face de l'alvéole 8, vis-à-vis des efforts à subir. Les variations de dimension et de forme de ces éléments du rotor sont normalement continues, pour éviter des concentrations de contraintes excessives, mais elles ne sont pas obligatoirement Linéaires sur toute la longueur du rotor Elles peuvent être plus accentuées sur une partie de cette Longueur ou ne concerner que cette partie, Le reste étant à section uniforme Le concepteur choisira selon la répartition des contraintes qu'il voudra obtenir. Il est aussi possible de tenir compte de l'évolution axiale des efforts au niveau du pied de l'aube pour obtenir finalement des dents de formes plus complexe. REVENDICATIONS 1 Rotor de turbomachine comprenant un disque ( 2) entaillé d'alvéoles ( 8) séparés par des dents ( 9) composées d'un élargissement ( 10) extérieur radialement et d'un col ( 11) joignant l'élargissement à une jante ( 3) du disque sur lequel toutes les dents ( 9) sont implantées, et des aubes ( 4) composées d'une pale ( 12) et d'un pied ( 13) logé dans un des alvéoles, caractérisé en ce que les élargissements ( 10) sont composés de deux parties voisines situées chacune sur un côté du col ( 11) et dont l'une devient plus haute, et l'autre moins haute dans une même direction, le long des brochages, les parties devenant moins hautes vers les extrémités en angle aigu des dents, les brochages étant obliques. 2 Rotor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les dents possèdent une face extérieure ( 19) vrillée. I D