Brevet FR2797906A1 — publié le 20010302

La présente invention concerne une couronne d'aubes pour une turbine à gaz, notamment de moteur d'avion, comportant au moins un support et au moins une aube avec une lame ayant une surface, l'aube fixée à un support ayant au5 moins un socle, au niveau d'un segment d'extrémité. Les couronnes d'aubes comportent de manière générale un support, par exemple un disque, une partie de boîtier ou une bande de recouvrement avec plusieurs aubes fixées dans des cavités correspondantes. L'utilisation de couronnes d'aubes mobiles, comme par exemple des rotors assemblés dans une turbine à gaz, génère dans les aubes des couples de flexion statiques liés aux forces engendrées par les gaz et les forces centrifuges, et des couples de flexion dynamiques liés aux oscillations des aubes. Pour cette raison, il est important de diminuer les contraintes mécaniques qui en résultent dans la zone transitoire entre l'aube et le support. Cela est également important pour des rotors à aubage intégral, à la transition entre les aubes respectives et la surface périphérique du support. Des couronnes d'aubes directrices assemblées sont des couronnes d'aubes qui comportent en général comme support pour la fixation des aubes, une bande de recouvrement extérieure, annulaire et le cas échéant une bande de recouvrement intérieure, annulaire, et ces couronnes sont assemblées pour former une pièce intégrale. Les aubes sont placées dans les passages respectifs de la bande de couverture et y sont fixées par brasage ou soudage. La bande de recouvrement annulaire peut être réalisée sous la forme d'un segment ou d'un anneau plat, s'étendant autour de l'axe de la turbine à gaz. Les aubes de couronnes d'aubes sont ainsi dirigées principalement dans la direction radiale. Même lors de l'utilisation d'une couronne d'aubes directrices assemblées dans une turbine à gaz, sous l'effet des forces développées par les gaz et des oscillations des aubes, il y a des couples statiques et dynamiques appliqués aux aubes. Les tensions mécaniques résultantes dans la zone périphérique entre les aubes et la bande de couverture ou le support doivent être aussi faibles que possible. Le document EP 0 945 594 Ai décrit une aube mobile refroidie pour une turbine à gaz. Cette aube comprend un socle et un passage d'air de refroidissement, à l'intérieur. La transition entre le socle et la surface de l'aube le long de toute la périphérie a d'abord une forme elliptique, puis elle se poursuit de manière adjacente par une ligne droite et de façon adjacente par une courbure jusqu'à la pointe de l'aube. Le document JP 8 177 401 A décrit un rotor de turbine ayant un disque et un grand nombre d'aubes périphériques, s'étendant essentiellement dans la direction radiale. Ces aubes ont leur centre de gravité chaque fois décalé du côté aspiration de l'aube, et la transition entre la surface de l'aube et la surface périphérique du disque est sous la forme d'un rayon de cercle ou d'un arc d'ellipse. La présente invention a pour but de développer une couronne d'aubes correspondant au type défini ci-dessus, et dans laquelle les tensions mécaniques engendrées par les couples de flexion soient aussi réduites que possible, de même que la longueur axiale de la couronne d'aubes. Pour résoudre ce problème, l'invention concerne une couronne d'aubes correspondant au type défini ci-dessus, caractérisée en ce que la zone transitoire entre la surface de la lame de l'aube et le socle, présente au moins deux rayons différents, par exemple avec des centres de courbure différents et le rayon adjacent à la surface de la lame est le plus grand et celui adjacent au socle est le plus petit. Il est avantageux que le segment périphérique d'un support adjacent au socle ou à la lame, présente un rayon de courbure qui diminue dans la zone transitoire entre la surface de la lame de l'aube et le socle, ou que dans le segment périphérique, la longueur axiale de la couronne d'aubes soit inférieure par exemple à celle d'une zone transitoire en forme d'arc de cercle réalisée dans des conditions limites correspondantes. De plus les tensions mécaniques liées aux couples de flexion sont inférieures à celles existant en l'absence d'arrondi ou dans le cas d'un arrondi en arc de cercle. La courbure qui diminue ou son tracé peuvent correspondre à différentes fonctions. La zone transitoire est réalisée avec au moins deux rayons différents, et diminuant successivement en direction du socle. Cela permet une réalisation relativement simple de la zone transitoire. Par comparaison avec un arrondi en arc de cercle, les tensions mécaniques liées aux couples de flexion sont plus faibles pour un même volume. De plus, la longueur axiale de la plate-forme est réduite grâce à de tels moyens. Pour un même niveau de tension dans la zone transitoire, le volume de l'arrondi réalisé avec une telle courbure est inférieur à celui d'un arrondi en arc de cercle. De plus les déviations par rapport à la conception aérodynamique optimale sont inférieures. En outre, la longueur axiale du socle de même que la masse sont réduites. La zone transitoire est réalisée avec au moins deux rayons différents et des centres de courbure différents; le rayon adjacent à la surface de la lame de l'aube est le plus grand et ceux en direction du socle diminuent successivement. Selon une variante de réalisation, la zone transitoire dans une zone adjacente du socle peut être plus étroite que la courbure au niveau de la surface de la lame de l'aube, avec une fonction continue quelconque, par exemple des segments de droite. La couronne d'aubes peut être une couronne d'aubes mobiles, notamment un rotor assemblé dont les aubes sont des aubes mobiles et dont le support est un rotor, par exemple un disque ou un anneau. Dans une réalisation d'un rotor à aubage intégral, les aubes mobiles s'étendent essentiellement dans la direction radiale et sont fixées au niveau de la surface périphérique du support de rotor, par exemple un disque ou un anneau; dans ce cas le socle est constitué par un segment de la surface périphérique du support de rotor ou segment périphérique adjacent à l'aube; la zone transitoire entre la surface de la lame au niveau de ce segment périphérique se poursuit avec une courbure allant en diminuant. A l'état assemblé, la surface du socle constitue également, pour une couronne directrice, un segment de la surface périphérique comprenant par ailleurs la surface de la bande de recouvrement. En variante, la couronne d'aubes peut être une couronne d'aubes directrices assemblée, ayant comme support, au moins une bande de recouvrement intérieure et une bande extérieure avec au moins un passage pour la fixation des aubes en forme d'aubes directrices. En variante, on peut réaliser une couronne d'aubes directrices par coulée ou fraisage, de sorte que les passages ne sont pas nécessaires, et la zone transitoire du côté du support rejoint un segment périphérique. Une telle couronne directrice peut être réalisée par segments ayant trois ou quatre aubes directrices et un nombre correspondant de passages dans la bande de recouvrement, ou encore sous la forme d'un cercle ou d'un anneau continu. La présente invention sera décrite ci-après de manière détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'une aube coupée avec un socle ou un segment périphérique correspondant à un exemple de réalisation de la couronne d'aubes selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe d'une lame d'aube avec un socle ou un segment périphérique selon un exemple de réalisation de la couronne d'aubes de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe d'une lame d'aube avec un socle ou un segment périphérique selon un autre exemple de réalisation d'une couronne d'aubes selon l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective d'un rotor intégral correspondant à un autre exemple de réalisation de la couronne d'aubes selon l'invention. La figure 1 montre un exemple de réalisation d'une couronne d'aubes selon l'invention, en vue de dessus, montrant une partie d'une couronne directrice, avec la bande de recouvrement 1 coupée, et une aube 9 coupée comprenant une lame 2 ayant une surface extérieure 3; l'extrémité libre de l'aube 9 est réalisée comme socle 4. La bande extérieure 15 comporte plusieurs passages 5 en général équidistants dans lesquels est logé chaque fois le socle 4 d'une aube en y étant fixé par exemple par brasure ou soudage. Pour réduire les contraintes mécaniques résultant des forces engendrées par les gaz ou les couples de flexion provoquant des vibrations, il est prévu entre la lame 2 et le socle 4 ou sa surface supérieure dirigée vers la lame 2, une zone transitoire 6 ayant une courbure 7 diminuant vers le socle 4. Cette surface du socle 4 constitue à l'état monté une partie de la surface périphérique par ailleurs formée par la surface de la bande de couverture. En variante, on peut réaliser également par coulée ou fraisage une couronne directrice avec un segment périphérique 12 adjacent au socle 4 ou à la surface périphérique de l'aube 9. La figure 2 montre une vue en coupe d'une aube 9, montrant une lame 2 avec une surface supérieure 3 et dont l'extrémité libre est un socle 4. Dans cette vue, la zone transitoire 6 apparaît clairement. Cette zone rejoint la surface 3 de la lame 2 au niveau du socle 4 pour réduire les contraintes mécaniques résultantes. La forme de la courbure 7 est définie principalement par la tension maximale autorisée dans la zone transitoire 6. Comme la zone transitoire 6 s'étend avec sa courbure 7, le long de toute la périphérie 8 de la lame 2, la longueur constructive axiale de la couronne directrice montée, est nécessairement augmentée par le socle 4. Pour cette raison, les écarts axiaux entre les rotors et les stators d'une turbine à gaz augmentent également. Cette augmentation de la dimension axiale doit toutefois être réduite au minimum. La zone transitoire 6 représentée dans l'exemple de réalisation de la figure 2 est définie par trois rayons de courbure Rl, R2, R3 correspondant à différents centres de courbure. Les rayons diminuent en partant de la surface 3 de la lame 2 vers le socle 4, c'est-à-dire que le rayon Ri adjacent à la surface 3 de la lame 2 est le plus grand et le rayon R3 adjacent au socle 4 est le plus petit. La zone transitoire 6 indiquée dans le plan de coupe de la figure 2 s'étend le long de toute la périphérie 8 de la lame 2 et notamment également au niveau de son arête avant et de son arête arrière. A la place du rayon R2, on peut avoir entre les rayons Rl et R3 un autre tracé pour la courbure 7, correspondant à une fonction continue quelconque par exemple formée par une succession de segments de droite. Les trois rayons différents, et en particulier le plus petit rayon R3 adjacent du socle 4, permettent de réduire la longueur axiale du socle 4 et ainsi celle de la couronne d'aubes, par comparaison avec un arrondi à un seul rayon de courbure. Par comparaison, pour les mêmes volumes de la zone transitoire 6, on a les tensions mécaniques plus faibles liées au couple de flexion engendré par le fonctionnement de la turbine à gaz sous l'effet des forces développées par les gaz et des oscillations des aubes. Dans une variante de couronne directrice réalisée par coulée ou fraisage, l'arrondi avec la courbure 7 rejoint un segment périphérique 12 du côté du support. Dans la zone transitoire 6, par comparaison avec un même niveau de tension, le volume de la zone transitoire 6 vers le socle 4 avec une courbure 7 allant en diminuant, est plus faible par rapport à un arrondi en arc de cercle; il en est de même de la masse et de la longueur axiale du socle 4. La figure 3 montre une variante d'exemple de réalisation. Dans cette variante, la courbure 7 de la zone transitoire 6 entre la surface 3 de la lame 2 et du socle 4 correspond à une forme elliptique représentée par une ellipse en traits interrompus. Elle est orientée pour que son axe principal (H) représenté en traits mixtes, soit dirigé essentiellement dans la direction radiale. Les moyens décrits ci-dessus peuvent être assurés de la même manière par le montage des aubes 9 sur une bande de recouvrement intérieure ou une bande de recouvrement extérieure et pour des couronnes d'aubes réalisées également de différentes manières. La figure 4 montre un exemple de réalisation d'une couronne d'aubes selon l'invention avec un rotor intégrant les aubes à un support 10 et ayant, au niveau de sa surface périphérique 11, plusieurs aubes mobiles 9 s'étendant essentiellement dans la direction radiale. Une telle couronne d'aubes peut par exemple se fabriquer par coulée ou par fraisage. Pour réduire les tensions mécaniques liées au couple de flexion ainsi que pour réduire la longueur axiale, les aubes 9 partant de la surface 3 de la lame 2 rejoignent dans la zone de transition 6, un segment périphérique 12 représenté en traits interrompus, adjacent à chaque aube 9, et appartenant à la surface périphérique 11 du support de rotor 10; cette zone de transition a une courbure 7 qui diminue vers ce segment périphérique 12. Les problèmes décrits à propos de l'exemple de réalisation précédent correspondant à la tension mécanique et à la longueur axiale, existent également dans un rotor dont la zone transitoire 6 rejoint non pas un socle 4, mais un segment 12 de la surface périphérique 11 du support de rotor 10; cette surface s'étend le long de toute la périphérie de la surface 3 de la lame 2, c'est-à-dire à la fois au niveau de son arête amont et de son arête aval. Selon une autre variante de réalisation, la zone transitoire 6 avec une courbure 7 diminuant en direction de du socle 4 peut s'utiliser pour un rotor assemblé. Dans le cas d'un rotor assemblé, les aubes 9 sont des aubes mobiles, fixées sur un support 10 dans des cavités de forme correspondante par des moyens de fixation amovibles, variables. La réalisation d'une telle application correspond essentiellement à celle des figures 2, 3; la zone adjacente au socle 4 des aubes 9 ne comporte pas de bande de recouvrement 1 comme dans le cas d'une couronne directrice, mais est le socle 13 d'une aube voisine. L'extension des socles 4, 13 dans la direction périphérique peut être modifiée dans une couronne d'aubes mobiles et est en général plus grande qu'aux figures 2 et 3. Les socles des aubes 9 constituent à l'état assemblé, une surface périphérique et ainsi les différents socles 4, 13 représentent des segments de périphérie. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Couronne d'aubes pour une turbine à gaz, notamment de moteur d'avion, comportant au moins un support et au moins une aube (9) avec une lame (2) ayant une surface (3), l'aube (9) fixée à un support ayant au moins un socle (4, 13), au niveau d'un segment d'extrémité, caractérisée en ce qu' une zone transitoire (6) entre la surface (3) de la lame (2) de l'aube et le socle (4, 13), présente au moins deux rayons différents (Rl, R2) avec des centres de courbure différents dont le rayon (Rl) adjacent à la surface (3) de la lame (2) est le plus grand et celui adjacent au socle (4) est le plus petit. 2 ) Couronne d'aubes selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle est réalisée sous la forme d'une couronne d'aubes mobiles de rotor, les aubes (9) étant des aubes mobiles et le support (1, 10) étant un disque ou un anneau. 3 ) Couronne d'aubes selon la revendication 1, caractérisée par une réalisation sous la forme d'un rotor à aubage intégral, dont les aubes (9) en forme de pales s'étendent essentiellement dans la direction radiale en étant fixées de manière intégrale dans la surface périphérique (11) du support de rotor (10), et dont le socle est un segment périphérique (12) de la surface périphérique (11) du support de rotor (10). 4 ) Couronne d'aubes selon la revendication 1, caractérisée par une réalisation comme couronne d'aubes directrices ayant au moins une bande de recouvrement (1) avec au moins un passage (5) pour la fixation de l'aube (9) réalisée comme aube directrice. ) Couronne d'aubes selon la revendication 4, caractérisée par une réalisation par segments de la couronne d'aubes avec trois ou quatre aubes directrices (9) et le nombre correspondant de passages (5) dans la bande de couverture5 (1).