Brevet FR2903138A1 — publié le 20080104

Titre de l'invention Aube mobile et disque de rotor de turbomachine, et dispositif d'attache d'une telle aube sur un tel disque. Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des attaches d'aubes mobiles sur un disque de rotor d'une turbomachine. Plus particulièrement, l'invention concerne une aube mobile calée et un disque de soufflante de turbomachine sur lequel est montée une telle aube, ainsi qu'un dispositif d'attache d'une telle aube sur un tel disque. Dans une turbomachine, les aubes mobiles du rotor de la soufflante, du compresseur ou d'étages de turbines sont montées sur des disques par emmanchement de parties mâles formées par les pieds des aubes dans des cavités (ou alvéoles) formées dans les disques de rotor, cet emmanchement mâle étant par exemple du type en queue d'aronde ou en sapin de façon à ce que les aubes soient retenues radialement sur les disques de rotor. Des moyens sont par ailleurs prévus pour bloquer axialement les pieds des aubes dans les cavités des disques. Généralement, les pieds de telles aubes mobiles sont montés dans des cavités qui sont orientées parallèlement à l'axe de rotation du disque de rotor qui les supporte. Cependant, dans certaines situations, il peut être prévu d'orienter les cavités du disque de rotor de sorte qu'elles forment un angle avec l'axe de rotation dudit disque. On parle alors de calage des aubes. Dans ce cas, les cavités du disque ont typiquement un profil rectiligne. Une aube présentant un fort calage (c'est-à-dire ayant une orientation formant un angle supérieur à 15 avec l'axe de rotation du disque) pose toutefois des problèmes. En effet, une fois celle-ci montée dans la cavité correspondante du disque de rotor, il existe une disproportion d'épaisseurs de chaque côté du pied de l'aube. Cet écart de forme qui est dû au calage du pied de l'aube et qui s'accentue avec la longueur du disque et l'angle de calage entraîne une usure prématurée des pieds d'aube, voire une incompatibilité de technologie due aux épaisseurs restantes trop faibles. L'une des solutions connues pour remédier à cet inconvénient est de réaliser un surdimensionnement du diamètre extérieur du disque de 2903138 2 rotor et de celui de la cavité du disque pour contrer l'écart d'épaisseurs de chaque côté du pied d'aube. Or, en pratique, cette solution n'est pas idéale car cela implique une mise en rotation de masse additionnelle qui ne servirait que pour un côté de l'attache de l'aube. 5 Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une attache d'aube mobile sur disque de rotor de turbomachine qui permet de garder des épaisseurs constantes de 10 chaque côté du pied de l'aube sur toute la longueur du disque afin d'en limiter l'usure et la masse. Ce but est atteint grâce à une aube mobile de turbomachine, comportant à une extrémité un pied d'attache destiné à être engagé et retenu radialement dans une cavité de forme correspondante d'un disque 15 de rotor et une surface aérodynamique s'étendant depuis le pied, et dans laquelle, conformément à l'invention, le pied de l'aube présente un profil de forme hélicoïdale. L'aube peut constituer une aube de soufflante de la turbomachine. 20 L'invention a aussi pour objet un disque de rotor de turbomachine, comportant à sa périphérie une pluralité de cavités s'étendant longitudinalement entre les deux extrémités axiales opposées du disque et destinées chacune à recevoir un pied d'aube de forme correspondante, caractérisé en ce que chaque cavité présente un profil 25 longitudinal de forme hélicoïdale. De préférence, les cavités du disque forment chacune en développé une droite ayant une orientation longitudinale qui forme un angle avec l'axe de rotation du rotor compris entre 15 et 40 . L'invention a encore pour objet un dispositif d'attache d'une 30 aube mobile sur un disque de rotor de turbomachine, comportant un disque ayant à sa périphérie une pluralité de cavités s'étendant longitudinalement entre les deux extrémités axiales opposées du disque, et une pluralité d'aubes mobiles comportant chacune à une extrémité un pied d'attache engagé et retenu radialement par coopération de forme 35 dans l'une des cavités du disque et une surface aérodynamique s'étendant depuis le pied, caractérisé en ce que les cavités et le pied d'attache des 2903138 3 aubes mobiles présentent chacun un profil longitudinal de forme hélicoïdale. L'utilisation combinée de formes hélicoïdales pour le pied des aubes et les cavités du disque permet de conserver des épaisseurs 5 constantes de chaque côté du pied de l'aube sur toute la longueur du disque de rotor. Ceci est du au fait que la forme générale du pied des aubes et des cavités du disque suivent le profil cylindrique du disque comme cela est le cas pour un filetage de vis. De la sorte, on évite le surdimensionnement des diamètres extérieurs et des cavités du disque. 10 L'invention a encore pour objet une turbomachine comportant au moins un dispositif d'attache tel que défini précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 15 ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif d'attache selon l'invention ; 20 - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques montrant la forme hélicoïdale des cavités du disque de rotor de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue partielle et en perspective d'une aube du dispositif de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue partielle et de côté du disque de la 25 figure 1. Description détaillée d'un mode de réalisation Le dispositif d'assemblage selon l'invention comporte un disque 100 de rotor, par exemple de soufflante de turbomachine, dont l'axe de 30 rotation 102 est confondu avec l'axe longitudinal de la turbomachine. Le dispositif comporte en outre une pluralité d'aubes mobiles 200, telles que par exemple des aubes de soufflante. De façon connue en soi, les aubes mobiles 200 comportent chacune à une extrémité un pied d'attache 202, par exemple du type en 35 queue d'aronde ou en forme de sapin, et une surface aérodynamique 204 s'étendant radialement lorsque l'aube est montée en situation depuis le 2903138 4 pied jusqu'à la tête de l'aube (non représentée sur les figures) et axialement entre un bord d'attaque et un bord de fuite (non représentés). Le disque 100 de rotor est muni à sa périphérie d'une pluralité de cavités (ou alvéoles) 104 qui s'ouvrent vers l'extérieur et s'étendent 5 longitudinalement entre les deux extrémités axiales opposées du disque, chacune de ces cavités étant destinée à recevoir un pied d'attache 202 de l'une des aubes mobiles 200. Les cavités et les pieds d'aubes ont des formes sensiblement correspondantes. Chaque cavité 104 du disque forme ainsi la partie femelle du dispositif d'attache, tandis que chaque pied 10 d'aube 202 en forme la partie mâle. Un anneau 106 ou tout autre système de retenue équivalent peut permettre de maintenir axialement les aubes 200 sur le disque 100. Une fois que les aubes sont montées sur le disque, l'anneau 106 vient en butée contre l'une des extrémités axiales du disque, bloquant ainsi les 15 aubes sur le disque. Quant au maintien radial des aubes 200 sur le disque 100, il est assuré par coopération de forme entre les cavités 104 du disque et les pieds des aubes de forme correspondante. Selon l'invention, le pied 202 des aubes 200 et les cavités 104 du disque 100 présentent chacun un profil de forme hélicoïdale. 20 Par forme hélicoïdale, il faut comprendre que le profil géométrique du pied des aubes en situation (c'est-à-dire lorsqu'elles sont montées sur le disque) et des cavités du disque présentent chacun une génératrice ayant une forme de courbe dont la tangente en chaque point fait un angle constant avec l'axe de rotation 102 du disque de rotor. 25 En d'autres termes, le profil du pied des aubes et des cavités du disque est réalisé en combinant simultanément deux mouvements : l'un de rotation autour de l'axe de rotation du disque, et l'autre de translation longitudinale suivant cet axe. Un tel profil géométrique est plus précisément schématisé sur 30 les figures 2 à 4. Sur la figure 2, est représenté un cylindre C dont le disque de rotor selon l'invention pourrait être une simple portion P. Ce cylindre C est muni d'une pluralité de courbes en forme d'hélices H centrées sur l'axe de révolution X du cylindre. La direction longitudinale (ou génératrice du 35 profil) des cavités du disque selon l'invention pourrait ainsi être schématisée par la portion P de ces hélices. 2903138 5 Sur la figure 3, est représenté en développé une partie du disque 100 du rotor avec ses cavités 104 de forme hélicoïdale. Les cavités 104 se sont développées en des segments de droites ayant chacun une orientation longitudinale qui forme un angle e constant avec l'axe de 5 rotation 102 du disque. Cet angle e est dépendant de la forme générale de la partie aérodynamique placé au dessus de l'attache sans qu'il y ait de restriction. Il peut être compris entre 15 et 40 par exemple. Quant au profil de forme hélicoïdale des pieds 202 des aubes 200, il est notamment représenté à la figure 4. Sur cette figure, le pied 10 d'attache d'une aube est du type en queue d'aronde avec une surface périphérique 206 destinée à se trouver en regard d'une surface correspondante 108 (figure 5) formant le fond d'une cavité du disque. Cette surface périphérique 206 présente un profil de forme hélicoïdale. Bien entendu, un pied d'attache du type en forme de sapin ou autre 15 présenterait les mêmes caractéristiques. La figure 5 permet d'apprécier pleinement les avantages apportés par la forme géométrique particulière des cavités du disque et du pied des aubes. Sur cette figure, est représenté en vue selon l'une des extrémités axiales du disque une cavité 104 dans laquelle est monté un 20 pied 202 d'une aube 200 selon l'invention. Le pied d'aube 202 est du type en queue d'aronde mais pourrait aussi bien être du type en forme de sapin ou autre. On constate qu'avec de telles formes hélicoïdales de la cavité 104 du disque et du pied 202 de l'aube, les épaisseurs el et e2 situées de 25 part et d'autre du pied sont sensiblement identiques et le restent sur toute la longueur du disque. Ceci est du au fait que les cavités suivent le profil cylindrique du disque. Pour une aube calée de l'art antérieur, ces épaisseurs seraient différentes, ce qui nécessiterait de sur-dimensionner les diamètres extérieurs et des cavités du disque avec les inconvénients 30 que l'on connaît. Avec la géométrie particulière de l'invention, de tels surdimensionnements ne sont plus nécessaires. On notera que la distance séparant la surface périphérique 206 du pied 202 des aubes de la surface correspondante 108 formant fond des cavités 104 permet de faciliter le montage et le démontage des pieds 35 d'aubes dans les cavités du disque. 2903138 6 On notera également que l'invention s'applique sans aucune restriction quant au choix de la forme du pied d'attache des aubes et des cavités du disque. En fonction de la mise en oeuvre de fabrication, la forme 5 générale de la génératrice des cavités du disque peut être débouchant (cas des figures 1 et 3) ou non débouchant. Le dispositif d'attache selon l'invention peut éventuellement comporter l'intégration d'une cale de forme hélicoïdale (non représentée sur les figures) répondant aux profils du pied d'aube et de la cavité et qui 10 s'intercale entre ces deux éléments. REVENDICATIONS 1. Aube mobile (200) de turbomachine, comportant à une extrémité un pied d'attache (202) destiné à être engagé et retenu radialement dans une cavité de forme correspondante d'un disque de rotor et une surface aérodynamique (204) s'étendant depuis le pied, caractérisée en ce que le pied de l'aube (202) présente un profil de forme hélicoïdale. 2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle constitue une aube de soufflante de turbomachine. 3. Disque (100) de rotor de turbomachine, comportant à sa périphérie une pluralité de cavités (104) s'étendant longitudinalement entre les deux extrémités axiales opposées du disque et destinées chacune à recevoir un pied d'attache d'une aube de forme correspondante, caractérisé en ce que chaque cavité (104) présente un profil longitudinal de forme hélicoïdale. 4. Disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que, en développé, les cavités (104) du disque forment chacune une droite ayant une orientation longitudinale qui forme un angle (0) avec l'axe de rotation (102) du rotor compris entre 15 et 40 . 5. Dispositif d'attache d'une aube mobile (200) sur un disque (100) de rotor de turbomachine, comportant : un disque (100) ayant à sa périphérie une pluralité de cavités (104) s'étendant longitudinalement entre les deux extrémités axiales opposées du disque ; et une pluralité d'aubes mobiles (200) comportant chacune à une extrémité un pied d'attache (202) engagé et retenu radialement par coopération de forme dans l'une des cavités (104) du disque (100) et une surface aérodynamique (204) s'étendant depuis le pied ; caractérisé en ce que les cavités (104) et le pied d'attache (202) 35 des aubes mobiles (200) présentent chacun un profil longitudinal de forme hélicoïdale. 2903138 8 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, en en développé, les cavités (104) du disque (100) forment chacune une droite ayant une orientation longitudinale qui forme un angle (0) avec 5 l'axe de rotation (102) du rotor compris entre 15 et 40 . 7. Turbomachine comportant au moins un dispositif d'attache selon l'une des revendications 5 et 6.