Brevet FR2686941A1 — publié le 19930806

"Ailette de rotor comportant des talons anti- oscillants et rotor de moteur à turbine à qaz comportant de telles ailettes La présente invention concerne les ailettes tournantes de machines à écoulement axial et elle a trait, plus spécifiquement, à des talons de racine ou emplanture de pied d'ailette utilisés pour réduire l'oscillation des ailettes. Un rotor classique de moteur à turbine à gaz comporte une pluralité d'ailettes de rotor ou plus particu- lièrément d'ailettes de turbine s'étendant radialement vers l'extérieur en travers du trajet d'écoulement d'un fluide moteur Les ailettes classiques de turbine comprennent, d'une façon générale, une section de plan à profil en L montée sur une plate-forme qui, à son tour, est supportée radialement vers l'extérieur d'une section de pied d'ailette par un corps de pied d'ailette L'ailette est montée normalement sur le pourtour d'un disque de rotor à son pied par sa racine ou emplanture encastrée dans une fente découpée dans le pour- tour Une ailette peut comporter un bandage à mi-envergure comme il est classique avec les ailettes de soufflante ou un bandage ou frettage d'extrémité comme on peut le trouver dans les ailettes de turbine basse pression. Un type classique d'ailette de rotor comporte une racine qui s'étend axialement et qui a une forme curviligne et qui est appelé racine en queue d'aronde La racine est conçue pour être glissée axialement dans une fente de forme assortie appelée fente en queue d'aronde Dans le pourtour du disque, entre les fentes, sont formés des piliers ou cloisons qui sont adaptés pour être en contact et pour porter contre des lobes ou talons, s'étendant tangentiellement, de la racine en queue d'aronde sous l'effet de la force centrifuge créée pendant le fonctionnement du moteur. Les racines en queue d'aronde à talon unique ou à talons multiples sont utilisées dans toute l'industrie des turbomachines comme moyen de fixation des ailettes au disque. Les racines en queue d'aronde à talons multiples comportent des ensembles, empilés radialement, de talons s'étendant tangentiellement et axialement et, par suite de leur concep- tion et des tolérances de base, réduisent à un minium le degré d'oscillation axiale et tangentielle des ailettes dans leur fente grâce au fait que les talons supérieur et infé- rieur agissent comme réducteur de moment de couple Toute- fois, les racines en queue d'aronde à un seul talon limitent la rotation axiale et tangentielle uniquement lorsque la forme de section transversale curviligne en queue d'aronde vient en contact avec sa surface correspondante de fente en queue d'aronde du disque ou lorsque les plate-formes ou les bords du bandage des ailettes adjacentes viennent en contact ou encore lorsque le talon de l'ailette vient en contact avec le disque, ce qui, dans tous les cas, se traduit par un cumul plus important de tolérances avec par conséquent une augmen- tation du degré de rotation des ailettes. Une minimisation du degré d'oscillation tangen- tielle des ailettes est importante pour Minimiser l'usure des queues d'aronde La nécessiter de minimiser la quantité de désengagement des bandages adjacents d'ailettes est particu- lièrement important dans les conceptions d'ailettes compor- tant des bandages à mi-envergure ou des bandages d'extrémité et le désengagement de ces bandages est fonction du degré de mouvement oscillant axial et tangentiel des racines en queues d'aronde. Le problème est particulièrement aigu aux vitesses de rotation faibles des rotors de turbine o là force centrifuge maintenant les talons contre leurs surfaces en forme de queue d'aronde correspondantes orientées vers l'intérieur est au plus marginale et les ailettes peuvent osciller, c'est-à-dire s'incliner, dans la direction tangen- tielle. C'est pourquoi, pour minimiser le degré d'oscilla- tion d'ailettes de rotor à un seul talon dans le cas d'ailet- tes conçues de manière à être introduites' axialement dans les fentes entre les piliers en queue d'aronde des disques de rotor, la présente invention prévoit des talons anti-oscil- lants qui s'étendent axialement et qui portent contre les surfaces supérieures, ou surfaces orientées radialement le plus vers l'extérieur, des piliers en queue d'aronde corres- pondants. Le mode de réalisation préféré de la présente invention prévoit, dans une disposition mutuelle en série, radialement vers l'intérieur, une ailette de rotor comportant un plan à profil en aile s'étendant radialement vers l'exté- rieur depuis une plate-forme d'ailette qui est supportée par un corps qui est relié à une racine s'étendant axialement et linéaire qui permet de monter et de mettre en place l'ailette dans la direction axiale en l'introduisant dans des fentes en queue d'aronde s'étendant axialement et linéaires, formées entre les piliers d'un disque de rotor La racine comprend, à son extrémité située radialement vers l'intérieur, des talons de racine qui s'étendent tangentiellement et qui sont axialement linéaires et ont une forme de section transversale épousant essentiellement la forme de la fente du disque de rotor et permettent de maintenir l'ailette sur le disque pendant le fonctionnement du moteur Les talons anti-oscil- lants sont disposés radialement vers l'extérieur de la racine et s'étendent tangentiellement depuis le corps et sont linéaires d'une façon générale dans la direction axiale Les talons anti-oscillants portent contre les surfaces, tournées radialement le plus vers l'extérieur, des piliers en queue d'aronde adjacents entre lesquels se trouve la fente en queue d'aronde associée. Un mode de réalisation plus particulier prévoit un plan à profil d'aile comportant un segment de bandage d'extrémité qui s'étend axialement et qui porte de façon étanche contre le segment de bandage d'extrémité adjacent pendant le fonctionnement du moteur. Parmi les avantages assurés par l'ailette de rotor de la présente invention, on trouve son aptitude à empêcher une oscillation tangentielle sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des racines à talons multiples ou en forme de sapin Ceci permet l'utilisation de racines et de fentes en queue d'aronde qui exigent des piliers plus courts et des disques plus petits et de poids plus faible que ceux que l'on utiliserait autrement Un autre avantage de la présente invention est qu'elle minimise le degré d'usure des assembla- ges en queue d'aronde et réduit le degré de désengagement des bandages à mi-envergure ou des bandages d'extrémité entre les bandages correspondants des ailettes adjacentes. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective sectionnée d'une partie d'un disque de rotor de turbine basse- pression pour moteur à turbine à gaz d'avion représentant une ailette de rotor selon le mode de réalisation préféré de la présente invention, et la figure 2 est une vue en coupe de l'ailette de rotor et d'une partie du disque de la figure 1. En se référant à la figure 1, on voit qu'une partie d'un rotor 8 de moteur à turbine à gaz, de façon typique une partie de la turbine bassepression, comporte un disque 10 comprenant un pourtour 12 pourvu d'une pluralité de fentes 14 d'implantation d'ailettes qui s'étendent axialement d'une façon générale et qui sont disposées circonférentiellement et se présentent sous la forme de fentes en queue d'*aronde, usinées de façon traversante et formant entre elles des piliers ou cloisons 16 en queue d'aronde La fente 14 en queue d'aronde est conçue pour recevoir une ailette 20 de turbine comportant un plan 22 à profil d'aile s'étendant radialement vers l'extérieur depuis une plate-forme 24 d'ailette comportant une jupe protectrice 26 Partiellement cachée à la vue et, de ce fait indiqué en traits interrompus, se trouve un corps 28 de pied d'ailette qui supporte une plate-forme 24 à son extrémité située radialement vers l'extérieur et qui est reliée, à son autre extrémité, à une racine de pied d'ailette 30 en queue d'aronde La racine 30 épouse la forme de la fente 14 en queue d'aronde et est conçue pour être reçue dans cette fente Le corps 28 est incliné dans la direction axiale pour supporter la plate- forme de configuration convergeant de manière à définir convenablement le trajet du fluide moteur au-delà de l'ailet- te. On remarquera qu'il est fréquent que les fentes pour ailettes, les ailettes et/ou leurs racines, leurs corps et leurs plate- formes soient exactement parallèles à l'axe du moteur mais qu'ils peuvent être légèrement inclinés dans la direction circonférentielle ou direction tangentielle pour des raisons dynamiques et structurales Une telle direction est considérée comme s'étendant axialement d'une façon générale dans le cas de la présente demande de brevet. En se référant à la figure 2, on voit que des talons anti-oscillants 34 sont disposés radialement vers l'extérieur du pied 30, que ces talons s'étendent tangentiel- lement depuis le corps 28 et qu'ils sont linéaires d'une façon générale dans la direction axiale Les talons anti- oscillants 34, au nombre de deux pour chaque ailette, sont formés de manière à porter, et portent effectivement, contre les surfaces correspondantes 36 qui sont tournées radialement le plus vers l'extérieur et que comportent les piliers ou cloisons adjacents 16 en queue d'aronde entre lesquels se trouve la fente associée 14 en queue d'aronde Les talons anti-oscillants 34 comportent un demi-lobe d'une section transversale de forme légèrement angulaire Dans une varian- te, les talons anti-oscillants 34 sont décrits comme étant une saillie angulaire qui est conçue pour porter et réagir uniquement contre les surfaces des piliers adjacents qui sont tournées radialement le plus vers l'extérieur Ceci est en opposition avec la section transversale arrondie du lobe de la racine 30 en queue d'aronde à un seul talon qui est conçu pour porter et réagir uniquement contre les surfaces 37 des piliers adjacents qui sont orientées radialement vers l'inté- rieur Cette particularité constitue une caractéristique de réduction de poids car la conception de racine à un seul talon des racines et des fentes en queue d'aronde supprime la nécessité de la présence, sur la racine, d'un second talon complet et, sur le pilier, d'une fente associée, ce talon et cette fente étant utilisés pour réduire l'oscillation de l'ailette Dans la présente invention, seule les fentes et les racines en queue d'aronde peuvent être conçues pour supporter les contraintes engendrées par les forces centrifu- ges des ailettes tournantes Cette caractéristique permet également d'utiliser des conceptions plus simples de racines et de fentes en queue d'aronde à la place des conceptions plus compliquées en forme de sapin des racines à talons multiples qui sont plus complexes, plus difficile à usiner et qui sont plus lourdes et plus coûteuses que celles des ailettes des ensembles de disque de la présente invention. En se référant de nouveau à la figure 1, on voit qu'un bandage d'ailette se présentant sous la forme d'un auvent d'extrémité 40 est disposé à l'extrémité, située radialement à l'extérieur, du plan 22 à profil d'aile et enferme radialement, en coopération avec la plate-forme 24, le fluide de travail Les bandages adjacents 40 comportent des profils de forme plane qui s'encastrent mutuellement et il est par conséquent important de réduire à un minimum l'oscillation de manière à obtenir une bonne étanchéité à l'interface entre les éléments de bandage adjacents La présente invention envisage l'utilisation des caractéristi- ques de talons anti-oscillants pour une turbine, un compres- seur, des ailettes de rotor de soufflante comportant des racines à un seul talon et pour des ailettes munies de bandage à mi-envergure ainsi que celles à bandage d'extrémi- té. Bien que l'on ait décrit un mode de réalisation préféré de la présente invention, il va de soi que la description qui précède n'a été doni -e qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Ailette ( 20) de rotor pouvant être soumise axialement à une charge dans des fentes ( 14) s'étendant d'une façon générale dans le sens axial et disposées circonféren- tiellement entre des piliers ou cloisons adjacents ( 16) d'un rotor ( 8) d'un moteur à turbine à gaz, ladite ailette étant caractérisée par le fait qu'elle comprend: un plan ( 22) à profil d'aile s'étendant radiale- ment vers l'extérieur depuis une plate-forme ( 24) d'ailette, un corps ( 28) supportant ladite plate-forme à son extrémité située radialement vers l'extérieur, ledit corps étant relié, à son extrémité située radialement vers l'intérieur, à une racine ( 30) qui s'étend et est linéaire dans le sens axial et qui permet de mettre en place l'ailette de rotor par introduction dans le sens axial dans les fentes comprises entre les piliers ( 16), des talons anti-oscillants ( 34) s'étendant tangen- tiellement depuis ledit corps disposé entre la plate-forme et la racine, lesdits talons ( 34) étant linéaires dans la direction axiale et por- tant contre les surfaces des piliers en queue d'aronde correspondants ( 16) qui sont orientées radialement le plus vers l'extérieur. 2 Ailette de rotor selon la revendication 1, caractérisée en ce que la racine ( 30) est une racine en queue d'aronde et que la fente ( 14) est une fente en queue d'aron- de. 3 Ailette de rotor selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'elle comprend, en outre, des segments de bandage ( 40) s'étendant tangentiellement depuis les côtés orientés tangentiellement du plan ( 22) à profil d'aile et ayant pour effet de porter de façon étanche contre les segments de bandage ( 40) des ailettes adjacentes ( 20) pendant le fonctionnement du moteur. 4 Ailette de rotor selon la revendication 3, caractérisée en ce que les segments de bandage ( 40) sont disposés à l'extrémité radialement extérieure du plan ( 22) à profil d'aile de manière à former des segments de bandage d'extrémité pour l'ailette. Rotor ( 8) de moteur à turbine à gaz, caracté- risé par le fait qu'il comprend: un disque ( 10) de rotor comprenant une pluralité de fentes ( 14) s'étendant axialement d'une façon générale et situées circonférentiellement entre des piliers ou cloisons adjacents ( 16) du pourtour ( 12) du disque ( 10) de rotor, une pluralité d'ailettes ( 20) de rotor disposées dans les fentes ( 14), lesdites ailettes pouvant être mises en place axialemant dans les fentes ( 14), chacune des ailettes ( 20) comprenant un plan ( 22) à profil d'aile s'étendant radiale- ment vers l'extérieur depuis une plate-forme ( 24) d'ailette, un corps ( 28) supportant la plate-forme ( 24) à son extrémité située radialement vers l'extérieur, ledit corps étant relié, à son extrémité située radialement vers l'intérieur à une racine ( 30) qui s'étend et est linéaire dans la direction axiale et qui permet d'introduire 1 ailette de rotor dans la direction axiale dans l es fentes entre les piliers ( 16), des talons anti-oscillants ( 34) s'étendant tangen- tiellement depuis le corps ( 28) disposé entre la plate-forme ( 24) et la racine ( 30), lesdits talons étant linéaires dans la direction axiale et por- tant contre les surfaces des piliers correspon- dants ( 16) en queue d'aronde qui sont orientées radialement le plus vers l'extérieur. 6 Rotor de moteur à turbine à gaz selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la racine ( 30) est une racine en queue draronde et que la fente ( 14) est une fente en queue d'aronde. 7 Rotor de moteur à turbine à gaz selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, des segments de bandage ( 40) qui s'étendent tangen- tiellement depuis les côtés, orientés tangentiellement, du plan ( 22) à profil en aile et qui portent de façon étanche contre les segments de bandage ( 40) des ailettes adjacentes pendant le fonctionnement du moteur. 8 Rotor de moteur à turbine à gaz selon la revendication 7, caractérisé en ce que les segments de bandage ( 40) sont disposés à l'extrémité radialement exté- rieure du plan ( 22) à profil en aile de manière à former des segments de bandage d'extrémité pour l'ailette.