Brevet FR2940353A1 — publié le 20100625

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des aubes de turbomachine en matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice. Le domaine visé est celui des roues mobiles à aubes pour moteurs aéronautiques ou turbines industrielles. La réalisation d'aubes en matériau composite pour des turbomachines a déjà été proposée. On pourra par exemple se référer à la demande de brevet FR 08 58090 (non publiée à ce jour) déposée conjointement aux noms de Snecma et de Snecma Propulsion Solide qui décrit la fabrication d'une aube de turbomachine par réalisation d'une préforme fibreuse par tissage tridimensionnel et densification de la préforme par une matrice. Par rapport à une aube métallique obtenue de fonderie, une aube en matériau composite présente certains inconvénients liés notamment au montage de celle-ci sur un disque de rotor réalisé en métal. En effet, il est connu que le métal du disque et le matériau composite des aubes ont des coefficients de dilatation thermique très éloignés, ce qui pose d'évidents problèmes d'ajustement des pieds d'aube sur le disque lors de leur montage sur celui-ci. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une roue mobile de turbomachine à aubes en matériau composite, caractérisée en ce qu'elle comporte : un disque glissière comprenant à sa périphérie extérieure une rainure circonférentielle dont l'ouverture est plus étroite que son fond ; une pluralité d'aubes en matériau composite ayant chacune un pied d'aube engagé dans la rainure du disque glissière et présentant une section longitudinale adaptée à la section longitudinale de la rainure du disque glissière afin d'y être maintenu radialement par coopération de forme ; et un disque d'orientation fixé coaxialement autour du disque glissière et comprenant à sa périphérie extérieure une pluralité de fentes axiales ouvertes à une extrémité, chaque fente présentant une section transversale adaptée à la section transversale d'un pied d'aube afin de le maintenir angulairement par coopération de forme. L'assemblage des aubes en matériau composite sur la roue est réalisé de la manière suivante. Les aubes sont d'abord insérées les unes après les autres par engagement de leur pied dans la rainure du disque glissière. Le disque d'orientation est ensuite monté autour du disque glissière de sorte que les pieds d'aube viennent chacun s'engager dans une fente du disque d'orientation. Le disque d'orientation est alors fixé sur le disque glissière. La roue mobile selon l'invention présente ainsi un montage efficace d'aubes en matériau composite sur un disque de rotor métallique. Cet assemblage permet notamment de maîtriser les problèmes de différences de dilatation entre le matériau composite constituant les aubes et le métal des disques de la roue. La rainure du disque glissière peut comprendre à une extrémité axiale une paroi latérale reliant son fond à son ouverture. Dans ce cas, chaque pied d'aube comporte de préférence une encoche axiale coopérant avec un rebord de la paroi latérale de la rainure du disque glissière. La roue peut également comporter un anneau de positionnement reliant le fond de la rainure du disque glissière à son ouverture à l'autre extrémité axiale de la rainure. Dans ce cas, chaque pied d'aube comporte de préférence une autre encoche axiale coopérant avec un rebord de l'anneau de positionnement Alternativement, la rainure du disque glissière peut comprendre à chaque extrémité axiale une paroi latérale reliant son fond à son ouverture. Dans ce cas, chaque pied d'aube comporte de préférence deux encoches axiales coopérant chacune avec un rebord des parois latérales de la rainure du disque glissière. De préférence, la roue comprend en outre des moyens de maintien radial du disque d'orientation autour du disque glissière. L'invention concerne également une turbomachine comportant au moins une roue mobile telle que définie précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue partielle en perspective et en éclaté d'une roue mobile selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est une vue de la roue de la figure 1 une fois assemblée ; - les figures 3 et 4 sont des vues de la roue de la figure 2, respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale ; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une roue mobile selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une roue mobile selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation L'invention est applicable à différents types de roues mobiles munies d'aubes en matériau composite de turbomachine, notamment des roues mobiles de compresseur et de turbine de différents corps de turbines à gaz, par exemple une roue mobile de turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique, telle que celle illustrée par les figures 1 à 4. Pour la suite de la description, les termes � amont � et � aval � seront définis par rapport au sens d'écoulement du flux gazeux traversant la turbine basse-pression. La roue mobile 1 représentée sur les figures 1 à 4 comporte notamment un disque glissière 10 métallique qui est centré sur l'axe 2 de rotation de la roue. De façon connue en soi pour le montage d'aubes à attache marteau, le disque glissière 10 comprend, à sa périphérie extérieure, une rainure circonférentielle 12 dont l'ouverture 14 est plus étroite que son fond 16. Plus précisément, la rainure 12 du disque glissière comprend, à son extrémité axiale amont, une paroi latérale amont 18, et à son extrémité axiale aval, une paroi latérale aval 20, ces parois latérales 18, 20 reliant le fond 16 à l'ouverture 14 de la rainure. La roue mobile 1 comprend également une pluralité d'aubes 100 en matériau composite ayant chacune un pied d'aube 102 qui est engagé dans la rainure 12 du disque glissière 10. Chaque aube est réalisée en matériau composite à partir de procédés connus de l'homme du métier. On pourra par exemple se référer à la demande de brevet FR 08 58090 qui décrit la fabrication d'une telle aube comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel de fils et densifié par une matrice. Chaque pied d'aube 102 comporte deux encoches axiales 104 coopérant avec des rebords correspondants 22 des parois latérales 18, 20 de la rainure 12 du disque glissière. Ainsi, comme notamment représenté sur la figure 3, chaque pied d'aube 102 présente, en coupe longitudinale (c'est-à-dire selon un plan radial passant par l'axe 2 de rotation de la roue), une section adaptée à la section longitudinale de la rainure 12 du disque glissière. De la sorte, les aubes 100 peuvent être maintenues radialement sur le disque glissière par coopération de forme. Les encoches 104 formées dans les pieds d'aube 102 sont ajoutées au cours du processus de fabrication de l'aube, soit par l'utilisation d'inserts de formes correspondantes lors du tissage de l'aube, soit par usinage du pied après la première infiltration. Les aubes 100 sont montées (et démontées) par leur pied dans la rainure 12 du disque glissière 10 au niveau d'au moins une zone 24 d'introduction des aubes qui est pratiquée dans les rebords 22 des parois latérales 18, 20 du disque glissière (figure 1). Cette zone d'introduction des aubes correspond à un élargissement de l'ouverture 14 de la rainure 12 sur une distance angulaire supérieure à la largeur d'un pied d'aube 102. Alternativement, si la largeur de leur pied 102 leur permet par rapport à la largeur de l'ouverture 14 de la rainure, les aubes 100 pourraient être montées (et démontées) dans la rainure du disque glissière à n'importe quelle position angulaire de celle-ci en pivotant l'aube selon son axe principal (l'aube est présentée dans la rainure selon sa largeur). Dans ce cas, la présence d'au moins une zone d'introduction des aubes 24 telle que décrite ci-dessus s'avère également nécessaire pour le montage de la dernière aube. La roue mobile 1 comprend également un disque d'orientation 200 métallique qui est fixé coaxialement autour du disque glissière 10. Ce disque d'orientation 200 est plus précisément monté autour du disque glissière par l'aval. Au niveau sa périphérie intérieure, il comprend une portion d'attache 202 sensiblement radiale qui vient en appui axial contre une portion d'attache 26 sensiblement radiale du disque glissière 10, ces portions d'attache étant munies de perçages (204, 28, respectivement) pour le passage de systèmes de fixation (non représentés sur les figures), par exemple de type vis/écrou. Au niveau de sa périphérie extérieure, le disque d'orientation 200 comprend une portion 206 sensiblement longitudinale munie d'une pluralité de fentes axiales 208 qui sont ouvertes à leur extrémité amont. Chaque fente 208 présente, en coupe transversale (c'est-à-dire selon un plan radial perpendiculaire à l'axe 12), une section adaptée à la section transversale d'un pied d'aube 102 correspondant (voir la figure 4). De la sorte, les fentes 208 du disque d'orientation permettent de maintenir angulairement chaque pied d'aube par coopération de forme, c'est-à-dire d'éviter toute rotation des pieds d'aube autour de leur axe principal. L'assemblage des aubes 100 sur la roue mobile 1 est réalisé de la manière suivante. Les aubes 100 sont d'abord insérées les unes après les autres par engagement de leur pied 102 dans la rainure 12 du disque glissière 10. Le disque d'orientation 200 est alors monté autour du disque glissière de sorte que les pieds d'aube 102 viennent chacun s'engager dans une fente 208 du disque d'orientation. Les systèmes de fixation sont alors introduits dans les perçages 204, 28 respectifs du disque d'orientation et du disque glissière afin d'assurer une fixation du disque d'orientation sur le disque glissière. Il est à noter que le contact entre les pieds d'aube 102 en matériau composite et les fentes 208 métalliques du disque d'orientation pourra être évité en interposant entre ces éléments un tissu par exemple en silicium (non représenté). On décrira maintenant, en liaison avec la figure 5, une roue mobile 1' selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Par rapport au premier mode de réalisation, la rainure du disque glissière 10' de la roue mobile décrite ici comprend une unique paroi latérale 18' reliant son fond 16' à son ouverture 14', cette paroi latérale étant formée à l'extrémité axiale amont de la rainure. Cette paroi latérale 18' comporte notamment un rebord 22' coopérant avec une encoche axiale amont 104 correspondante des pieds 102 des aubes 100. La roue mobile 1' comprend en outre un anneau de positionnement 300 reliant le fond 16' de la rainure du disque glissière 10' à son ouverture 14' à l'autre extrémité axiale de la rainure (c'est-à-dire à son extrémité axiale aval). Cet anneau de positionnement 300 comporte notamment une portion longitudinale formant rebord 302 qui est destiné à coopérer avec l'encoche axiale aval 104 des pieds d'aube 102. Le disque d'orientation 200 reste identique à celui décrit en liaison avec le premier mode de réalisation. Par rapport au premier mode de réalisation, la roue mobile 1' décrite ici présente l'avantage de posséder un coût de fabrication plus faible puisque le disque glissière peut être réalisé par tournage (et ne nécessite pas la réalisation d'encoches au fraisage pour la réalisation de la rainure). On décrira maintenant, en liaison avec la figure 6, une roue mobile 1" selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans celui-ci, le disque glissière 10' de la roue mobile 1" est identique à celui décrit dans le deuxième mode de réalisation, c'est-à-dire que sa rainure comprend une unique paroi latérale 18' reliant son fond 16' à son ouverture 14'. L'extrémité axiale aval de la rainure du disque glissière est dépourvue de paroi latérale de sorte que la rainure est ouverte à cette extrémité aval. Le disque d'orientation 200' présente une portion de maintien 210 sensiblement radiale qui est située dans le prolongement aval de sa portion longitudinale 206' munie des fentes. Cette portion de maintien 210 forme ainsi une butée axiale pour le maintien axial des aubes 100' dans la rainure du disque glissière. Les aubes 100' ne comportent ainsi qu'une seule encoche axiale amont 104' au niveau de leur pied 102'. La roue mobile 1" décrite en liaison avec ce troisième mode de réalisation présente également un coût de fabrication plus faible que celle du premier mode de réalisation (l'usinage du disque glissière et la fabrication des aubes sont plus aisés). En outre, la masse de la roue est réduite, notamment celle du disque glissière. Selon une disposition avantageuse de l'invention commune à l'ensemble des modes de réalisation décrits ci-dessus, la roue mobile 1, 1', 1" comprend en outre des moyens de maintien radial du disque d'orientation autour du disque glissière. Ces moyens sont réalisés au niveau du disque glissière 10, 10' qui comprend un épaulement annulaire 30, 30' formé dans le prolongement radial de la paroi latérale amont 18, 18' de la rainure. Lors du montage du disque d'orientation 200, 200' autour du disque glissière, la portion longitudinale 206, 206' du disque d'orientation vient se loger sous cet épaulement 30, 30' de façon à assurer un maintien radial du disque d'orientation. REVENDICATIONS1. Roue mobile (1, 1', 1") de turbomachine à aubes en matériau composite, caractérisée en ce qu'elle comporte : un disque glissière (10, 10') comprenant à sa périphérie extérieure une rainure circonférentielle (12) dont l'ouverture (14, 14') est plus étroite que son fond (16, 16') ; une pluralité d'aubes (100, 100') en matériau composite ayant chacune un pied d'aube (102, 102') engagé dans la rainure du disque glissière et présentant une section longitudinale adaptée à la section longitudinale de la rainure du disque glissière afin d'y être maintenu radialement par coopération de forme ; et un disque d'orientation (200, 200') fixé coaxialement autour du disque glissière et comprenant à sa périphérie extérieure une pluralité de fentes axiales (208) ouvertes à une extrémité, chaque fente présentant une section transversale adaptée à la section transversale d'un pied d'aube afin de le maintenir angulairement par coopération de forme. 2. Roue selon la revendication 1, dans laquelle la rainure du disque glissière (10') comprend à une extrémité axiale une paroi latérale (18') reliant son fond (16') à son ouverture (14'). 3. Roue selon la revendication 2, dans laquelle chaque pied d'aube (102') comporte une encoche axiale (104') coopérant avec un rebord (22') de la paroi latérale (18') de la rainure du disque glissière. 4. Roue selon l'une des revendications 1 et 2, comportant en outre un anneau de positionnement (300) reliant le fond (16') de la rainure du disque glissière (10') à son ouverture (14') à l'autre extrémité axiale de la rainure. 5. Roue selon la revendication 4, dans laquelle chaque pied d'aube (102') comporte une autre encoche axiale (104') coopérant avec un rebord (302) de l'anneau de positionnement (300).35 6. Roue selon la revendication 1, dans laquelle la rainure du disque glissière (10) comprend à chaque extrémité axiale une paroi latérale (18, 20) reliant son fond (16) à son ouverture (14), 7. Roue selon la revendication 6, dans laquelle chaque pied d'aube (102) comporte deux encoches axiales (104) coopérant chacune avec un rebord (20) des parois latérales (18, 20) de la rainure du disque glissière. 8. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre des moyens (30, 30') de maintien radial du disque d'orientation (200, 200') autour du disque glissière (10, 10'). 9. Turbomachine comportant au moins une roue mobile (1, 1', 1") selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.