Brevet FR2960589A1 — publié le 20111202

Roue à aubes pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion La présente invention concerne une roue à aubes pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une roue à aubes, par exemple d'une turbine basse pression, comporte en général un disque de rotor formé à sa périphérie externe avec des alvéoles de montage des pieds d'aubes, les aubes comportant des plates-formes qui délimitent intérieurement une veine annulaire d'écoulement d'un fluide et qui sont reliées aux pieds des aubes montés axialement dans les alvéoles du disque de rotor. Les aubes comportent en outre des becquets annulaires s'étendant sensiblement axialement vers l'amont au niveau des plates-formes et destinés à limiter le passage de fluide hors de la veine annulaire. Dans le cas d'aubes en métal, celles-ci sont réalisées en une seule pièce par fonderie, les becquets étant formés avec les plates-formes et les pieds des aubes. La réalisation d'aubes de fonderie permet d'obtenir de bonnes tolérances dimensionnelles, c'est-à-dire des pièces avec des dimensions précises correspondant sensiblement aux spécifications. Les aubes présentent toutefois une masse importante. Afin de remédier à cet inconvénient, on a proposé de réaliser tout ou partie des aubes en matériau composite à matrice céramique (CMC). Les tolérances de fabrication des aubes en CMC sont toutefois supérieures à celles des aubes métalliques réalisées par fonderie. De plus, la fabrication de ces aubes est complexe car elle fait appel à un tissage et nécessite de former sur l'aube au niveau de la plate-forme interne deux couches de texture dont l'une constitue la surface délimitant la veine et le becquet et dont l'autre sert à l'anti-bascule de l'aube et au recouvrement aval. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose une roue à aubes pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant un disque de rotor formé à sa périphérie externe avec des alvéoles de montage des pieds d'aubes, les aubes comportant des plates-formes délimitant intérieurement une veine annulaire d'écoulement de fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce rapportée sur une face amont du disque de rotor à la périphérie externe de ce disque et comportant un becquet annulaire s'étendant sensiblement axialement vers l'amont au niveau des plates-formes et destiné à limiter le passage de fluide hors de la veine annulaire, des moyens d'étanchéité étant prévus entre ladite pièce et les extrémités amont des plates-formes des aubes. La réalisation du becquet sous la forme d'une pièce distincte du reste des aubes permet de simplifier la fabrication en CMC de ces dernières. Bien entendu, bien que l'invention ne vise pas particulièrement cette invention, la même structure pourrait être utilisée pour des aubes réalisées en fonderie par exemple. Les moyens d'étanchéité entre la pièce formant le becquet et les aubes permettent d'éviter les fuites tout en tenant compte des tolérances de fabrication des aubes en CMC, de façon à s'assurer que l'ensemble du flux d'air traversant la veine de circulation correspondante passe entre les pales des aubes. La pièce comportant le becquet peut être de forme annulaire continue ou se présenter sous la forme de plusieurs secteurs distincts agencés bout à bout en formant un anneau. La pièce est alors dite sectorisée. Selon une caractéristique de l'invention, ladite pièce comporte une paroi annulaire s'étendant sensiblement radialement, destinée à venir en appui contre le disque de rotor, une paroi annulaire s'étendant sensiblement axialement vers l'amont, formant le becquet, et un rebord annulaire s'étendant sensiblement axialement vers l'aval, destiné à venir en appui sur la périphérie externe du disque de rotor et comportant des encoches débouchant axialement vers l'aval et traversées radialement par les pieds des aubes. Les pieds d'aubes peuvent ainsi être maintenus dans les encoches contre toute tendance au basculement. Avantageusement, la paroi de la pièce s'étendant sensiblement radialement comporte des ouvertures de refroidissement destinées à être disposées en regard des alvéoles du disque de rotor. De cette manière, il est possible de refroidir la zone de fixation des aubes sur le disque de rotor. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'étanchéité comprennent un joint monté dans au moins une rainure ou une gorge formée dans ladite pièce à la jonction entre le becquet et le rebord annulaire, ladite pièce et/ou le joint étant aptes à se déplacer radialement vers l'extérieur par effet centrifuge lors du fonctionnement de la turbomachine, afin de plaquer le joint contre des bords amont des plates-formes. Le joint peut être encastré dans le becquet ou mobile par rapport à celui-ci. Dans le premier cas, le déplacement radial par effet centrifuge du becquet est nécessaire afin que le joint soit correctement plaqué contre les bords amont des plates-formes. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le joint présente une section en U dont les branches sont montées dans des rainures ou des gorges radiales de ladite pièce. Dans une variante de réalisation de l'invention, le joint est torique et la gorge comporte une paroi tronconique d'appui du joint dirigée radialement de l'intérieur vers l'extérieur et axialement de l'amont vers l'aval, de façon à ce que le joint soit pressé de l'amont vers l'aval contre des bords amont des plates-formes. De cette manière, lors du fonctionnement de la turbomachine, le joint se déplace le long de la paroi tronconique sous l'effet de la force centrifuge, jusqu'à se plaquer contre les bords amont des plates-formes. Les bords amont des plates-formes peuvent comporter une paroi s'étendant sensiblement radialement vers l'intérieur, contre laquelle le joint est destiné à venir en appui. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite pièce est serrée axialement sur le disque de rotor par un flasque amont de liaison du disque de rotor à un autre disque de rotor. Le flasque peut classiquement s'étendre entre deux disques de rotor successifs et porte des léchettes formant un joint à labyrinthe par coopération avec un bloc abradable d'un distributeur agencé entre les deux disques de rotor. De façon avantageuse, la paroi de ladite pièce s'étendant radialement comporte un plot d'anti-rotation faisant saillie axialement vers l'amont, destiné à être engagé dans un orifice d'une paroi radiale du flasque amont. Le pion, le rebord et la paroi de ladite pièce s'étendant radialement interdisent la rotation de la pièce par rapport au disque de rotor. De manière préférée, les aubes sont réalisées en matériau composite à matrice céramique (CMC). L'invention concerne en outre une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant au moins une roue à aubes telle que définie ci-dessus, en particulier une roue de turbine basse-pression. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'une roue à aubes selon une première forme de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe axiale de la roue à aubes de la figure 1 ; la figure 3 est une vue agrandie, de face, montrant notamment le pion d'anti-rotation de la roue des figures 1 et 2 ; la figure 4 est une vue en coupe axiale, illustrant le montage du pion d'anti-rotation dans le flasque et dans la paroi de ladite pièce s'étendant sensiblement radialement ; la figure 5 est une vue en perspective d'une partie d'une roue à aubes selon une deuxième forme de réalisation de l'invention ; la figure 6 est une vue en perspective d'une partie d'une roue à aubes selon une troisième forme de réalisation de l'invention. Les figures 1 à 3 représentent une première forme de réalisation d'une roue à aubes 1 pour turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant un disque de rotor 2 annulaire dont la périphérie externe comporte des alvéoles 3 en queue d'aronde pour le montage axial de pieds d'aubes 4 (figure 3). Des dents 5 sont ainsi formées entre les alvéoles 3, les extrémités aval des dents 5 étant pourvues de crochets 6 tournés radialement vers l'intérieur. Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation du fluide lors du fonctionnement de la turbomachine. Les sommets des dents 5 sont de plus sensiblement plans. Le disque de turbine 2 est également pourvu d'un rebord cylindrique 7 s'étendant axialement vers l'aval dans une zone située radialement au niveau de la base des alvéoles 3, une gorge 8 située sensiblement en regard des crochets 6 étant formée dans ce rebord 7. La gorge 8 et les crochets 6 servent à la fixation de moyens d'arrêt axiaux (non représentés) des pieds 4 des aubes 9. Les aubes 9 comportent des pales 10 s'étendant radialement, des plates-formes 11 délimitant intérieurement une veine annulaire d'écoulement de fluide, formées à la base des pales 10 et reliées aux pieds 4 des aubes 9. Les plates-formes 11 comportent une partie centrale 12 oblique par rapport à la direction axiale, prolongée par une partie amont 13 recourbée radialement vers l'intérieur. De manière connue, les plates-formes 11 des aubes 9 sont 5 disposées côte à côte et des moyens sont prévus pour assurer l'étanchéité entre les bords latéraux 14 opposés des plates-formes 11. La roue à aubes 1 comporte de plus une pièce métallique 15 rapportée sur une face amont 16 du disque de rotor 2 à la périphérie externe de ce disque et comportant un becquet annulaire 17 s'étendant 10 sensiblement axialement vers l'amont au niveau des plates-formes 11 et destiné à limiter le passage de fluide hors de la veine annulaire. Plus particulièrement, cette pièce 15 comporte une paroi annulaire 18 s'étendant sensiblement radialement, destinée à venir en appui contre la face amont 16 du disque de rotor 2, une paroi annulaire cylindrique s'étendant 15 sensiblement axialement vers l'amont vers un distributeur et formant le becquet 17, et un rebord cylindrique annulaire 19 s'étendant sensiblement axialement vers l'aval, destiné à venir en appui sur la périphérie externe du disque de rotor 2 et comportant des encoches 20 débouchant axialement vers l'aval et traversées radialement par les pieds 4 des aubes 9. Le rebord 20 19 comporte ainsi des dents ou pattes 21 formées entre deux encoches 20, en appui sur la périphérie externe plane des dents 5. Cette pièce 15 peut être annulaire ou sectorisée. Ladite pièce 15 est serrée sur la face amont 16 du disque de rotor 2 par un flasque 22 d'une pièce de liaison entre deux disques de rotor 25 successifs, cette pièce portant des léchettes qui forment un joint à labyrinthe avec un bloc abradable porté par un distributeur agencé entre les deux disques de rotor. Un plot 23 est monté dans un trou de la paroi radiale 18 de ladite pièce 15, ledit plot 23 comportant une partie en saillie 24 (figure 4) de plus 30 faible diamètre s'étendant axialement vers l'amont, et qui est engagée dans une encoche 25 ménagée dans le flasque 22 et débouchant en périphérie externe de celui-ci. Le plot 23 permet d'éviter la rotation de la pièce 15 sur le disque de rotor. La paroi radiale 18 est en outre pourvue d'ouvertures de refroidissement disposées en regard des alvéoles 3 du disque de rotor 2. Des moyens d'étanchéité sont de plus prévus entre ladite pièce et les extrémités amont des plates-formes des aubes. Dans la forme de réalisation des figures 1 à 3, ces moyens d'étanchéité comportent un joint 26 de section en U dont les branches 27 sont montées dans des gorges radiales de ladite pièce 15. Le joint 26 s'étend en périphérie externe de la pièce 15, en regard des bords amont 28 des plates-formes 11. Le joint 26 peut être encastré dans la pièce 15 ou monté mobile dans les gorges et peut être annulaire ou sectorisé. Il peut être métallique. En fonctionnement, le disque de rotor 2, les aubes 9 et la pièce 15 sont entraînés en rotation. Sous l'effet des efforts centrifuges, le joint 26 et/ou la pièce 15 se déplacent radialement vers l'extérieur jusqu'à ce que le joint 26 soit plaqué contre les bords amont 28 des plates-formes 11. Le joint 26 est suffisamment déformable pour pouvoir compenser les tolérances dimensionnelles j (figure 3) dues au procédé de fabrication des aubes en CMC. La figure 6 montre une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le joint 26 est torique et est monté dans une gorge de la pièce 15 comportant une paroi tronconique 29 d'appui du joint 26 dirigée radialement de l'intérieur vers l'extérieur et axialement de l'amont vers l'aval, de façon à ce que le joint 26 soit pressé de l'amont vers l'aval contre les bords amont 28 des plates-formes 11. Lors du fonctionnement de la turbomachine, le joint 26 se déplace le long de la paroi tronconique 29 sous l'effet de la force centrifuge, jusqu'à venir se plaquer contre les bords amont 28 des plates-formes 11. Dans cette forme de réalisation également, le bord radialement interne de la paroi radiale 18 de la pièce 15 comporte un rebord ou un crochet 30 s'étendant vers l'amont et venant se coincer sous un décrochement du flasque 22. Un tel crochet coopérant avec le flasque 22 pourrait également être utilisé dans la première forme de réalisation. Une autre variante de réalisation illustrée à la figure 6, diffère de la précédente en que les bords amont 28 des plates-formes 11 comportent une paroi 31 s'étendant sensiblement radialement vers l'intérieur, contre laquelle le joint 26 est destiné à venir en appui lors du fonctionnement de la turbomachine. Chacune de ces formes de réalisation permet de séparer les becquets 17 du reste des aubes 9, de façon à faciliter la réalisation de ces dernières en un matériau du type CMC, et de réaliser de façon simple et efficace l'étanchéité entre les aubes 9 et la pièce 15 formant le becquet 17, afin de limiter les fuites. REVENDICATIONS1. Roue à aubes (1) pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant un disque de rotor (2) formé à sa périphérie externe avec des alvéoles (3) de montage des pieds d'aubes (4), les aubes (9) comportant des plates-formes (11) délimitant intérieurement une veine annulaire d'écoulement d'un fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce (15) rapportée sur une face amont (16) du disque de rotor (2) à la périphérie externe de ce disque (2) et comportant un becquet annulaire (17) s'étendant sensiblement axialement vers l'amont au niveau des plates-formes (11) et destiné à limiter le passage de fluide hors de la veine annulaire, des moyens d'étanchéité (26) étant prévus entre ladite pièce (15) et les extrémités amont (28) des plates-formes (11) des aubes (9). 2. Roue à aubes (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce (15) comporte une paroi annulaire (18) s'étendant sensiblement radialement, destinée à venir en appui contre le disque de rotor (2), une paroi cylindrique s'étendant sensiblement axialement vers l'amont, formant le becquet (17), et un rebord cylindrique (19) s'étendant sensiblement axialement vers l'aval, destiné à venir en appui sur la périphérie externe du disque de rotor (2), et comportant des encoches (20) débouchant axialement vers l'aval et traversées radialement par les pieds (4) des aubes (9). 3. Roue à aubes (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la paroi (18) de la pièce (15) s'étendant sensiblement radialement comporte des ouvertures de refroidissement destinées à être disposées en regard des alvéoles (3) du disque de rotor (2). 4. Roues à aubes (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité comprennent un joint (26) monté dans au moins une rainure ou une gorge formée dans ladite pièce (15) à la jonction entre le becquet (17) et le rebord annulaire (19), laditepièce (15) et/ou le joint (26) étant aptes à se déplacer radialement vers l'extérieur par effet centrifuge lors du fonctionnement de la turbomachine, afin de plaquer le joint (26) contre des bords amont (28) des plates-formes (11). 5. Roue à aubes (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le joint (26) présente une section en U dont les branches (27) sont montées dans des rainures ou des gorges radiales de ladite pièce (15). 6. Roue à aubes (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le joint (26) est torique et la gorge comporte une paroi tronconique (29) d'appui du joint (26) dirigée radialement de l'intérieur vers l'extérieur et axialement de l'amont vers l'aval, de façon à ce que le joint (26) soit pressé de l'amont vers l'aval contre des bords amont (28) des plates-formes (11). 7. Roue à aubes (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que les bords amont (28) des plates-formes (11) comportent une paroi (31) s'étendant sensiblement radialement vers l'intérieur, contre laquelle le joint (26) est destiné à venir en appui. 8. Roue à aubes (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite pièce (15) est serrée axialement sur le disque de rotor (2) par un flasque amont (22) de liaison du disque de rotor (2) à un autre disque de rotor. 9. Roue à aubes (1) selon la revendication 8, caractérisée en ce que la paroi (18) de ladite pièce (15) s'étendant radialement comporte un plot d'anti-rotation (23) faisant saillie axialement vers l'amont, destiné à être engagé dans un orifice (25) d'une paroi radiale du flasque amont (22). 10. Roue à aubes (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les aubes (9) sont réalisées en matériau composite à matrice céramique (CMC). 11. Turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant au moins une roue à aubes (1) selon l'une des revendications 1 à 10, en particulier une roue de turbine basse-pression.