Brevet FR2961249A1 — publié le 20111216

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général du refroidissement d'un disque de rotor de turbomachine. Elle vise plus précisément un dispositif permettant de refroidir les alvéoles d'un tel disque dans lesquelles sont montées des aubes. L'un des domaines d'application de l'invention est celui des turbines basse-pression de turbomachines aéronautiques du type à double corps et double flux. Chaque étage de la turbine basse-pression d'une turbomachine se compose d'un distributeur formé d'une pluralité d'aubes fixes disposées dans une veine d'écoulement et d'une roue mobile placée derrière le distributeur et formée d'une pluralité d'aubes mobiles également disposées dans la veine d'écoulement et montées par leur pied dans des alvéoles d'un disque de rotor. Les disques de rotor de la turbine sont généralement assemblés entre eux au moyen de viroles qui sont fixées entre elles par des liaisons boulonnées traversant des brides de fixation. Pendant le fonctionnement, la veine d'écoulement de la turbine basse-pression est traversée par des gaz dont la température est très élevée. Pour éviter d'endommager les disques de rotor et les aubes montées sur ceux-ci, il est connu de refroidir ces pièces en faisant cheminer de l'air frais dans les alvéoles des disques de rotor. A cet effet, l'une des solutions connues consiste à prélever de l'air plus frais (par exemple dans le compresseur haute-pression de la turbomachine) pour l'acheminer via un circuit de refroidissement jusqu'aux alvéoles des disques de rotor. En pratique, pour chaque disque de rotor, les alvéoles sont ventilées par de l'air provenant d'une cavité de diffusion d'air formée entre une virole du disque et un flasque de maintien des aubes monté contre cette virole. Cette cavité de diffusion est alimentée en air frais provenant du compresseur en passant par des encoches ménagées dans la bride de fixation de la virole du disque entre les liaisons boulonnées. L'air vient ventiler les alvéoles du disque de rotor pour le refroidir en circulant axialement dans celles-ci de l'amont vers l'aval puis est évacué dans la veine d'écoulement de la turbine. On pourra se référer au document EP 2,009,235 qui décrit un exemple d'un tel circuit de refroidissement. Or, ce type de circuit de refroidissement n'est pas applicable à toutes les turbines basse-pression existantes. En particulier, pour des raisons de gain de masse, certaines turbines basse-pression présentent des assemblages de deux (ou plus) disques de rotor dans lesquels les viroles respectives de ces disques sont fixées entre elles par simple soudure. Il est également possible de fabriquer cet assemblage de plusieurs disques de rotor en une seule et même pièce. Aussi, les disques de rotor d'un tel assemblage sont dépourvus de brides de fixation et de flasque de maintien de sorte que la mise en oeuvre d'un circuit de refroidissement tel que celui décrit précédemment n'est pas possible. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un dispositif de refroidissement des alvéoles d'un disque de rotor qui s'applique à ce type particulier de turbine. Ce but est atteint grâce à un dispositif de refroidissement des alvéoles d'un disque de rotor de turbomachine, comprenant : un disque de rotor comprenant : à sa périphérie, une pluralité d'alvéoles axiales ouvertes vers l'extérieur et destinées à recevoir chacune le pied d'une aube, et une virole annulaire qui s'étend vers l'amont depuis une face latérale amont du disque, ladite virole ayant un épaulement annulaire extérieur espacé axialement de la face latérale amont du disque et muni à son extrémité libre de dents formant crabot, un flasque annulaire de maintien des aubes disposé autour de la virole du disque en ménageant avec celle-ci un espace annulaire formant une cavité de diffusion d'air, ledit flasque comprenant : un épaulement annulaire extérieur monté en appui contre la face latérale amont du disque, et un épaulement annulaire intérieur muni de dents formant crabot coopérant axialement avec les dents de l'épaulement extérieur de la virole du disque ; la virole du disque étant percée par des orifices de ventilation débouchant dans la cavité de diffusion d'air pour l'alimenter en air de refroidissement, ladite cavité de diffusion d'air débouchant dans les alvéoles du disque à leur extrémité amont pour les refroidir. Un tel dispositif de refroidissement est remarquable en ce qu'il ne nécessite pas la présence de brides de fixation traversée par des liaisons boulonnées pour former un assemblage avec un autre disque de rotor. En particulier, la virole du disque de rotor de ce dispositif de refroidissement peut être reliée par simple soudure à la virole d'un autre disque de rotor placé devant. De préférence, le flasque de maintien des aubes comprend une bride axiale frettée sur une bride axiale correspondante de la virole du disque. De la sorte, le flasque de maintien est maintenu sur la virole du disque, d'une part radialement par frettage de sa bride axiale sur celle de la virole du disque, et d'autre part axialement par crabotage entre sa bride intérieure et la bride extérieure de la virole du disque. De préférence encore, le flasque de maintien des aubes porte des léchettes radiales d'étanchéité destinées à coopérer avec la surface annulaire interne d'un distributeur disposé en amont du disque de rotor. L'invention concerne également un étage de turbine basse-pression d'une turbomachine et une turbomachine comprenant un dispositif de refroidissement tel que défini 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 un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une turbine basse-pression montrant l'emplacement du dispositif de refroidissement selon l'invention ; et - la figure 2 représente un dispositif de refroidissement selon l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation L'invention est applicable à différents types d'ensembles rotatifs d'une turbomachine, et notamment à une turbine basse-pression d'une turbomachine aéronautique du type à double corps et double flux, telle que celle représentée partiellement sur la figure 1. La turbine basse-pression 10 comprend notamment une pluralité d'étages successifs centrés sur un axe longitudinal X-X de la turbomachine (seuls les trois premiers étages sont représentés sur la figure 1). Chacun de ces étages se compose d'un distributeur formé d'une pluralité d'aubes fixes 12 disposées dans une veine d'écoulement 14 et d'une roue mobile placée derrière le distributeur et formée d'une pluralité d'aubes mobiles 16 également disposées dans la veine d'écoulement 14 et montées par leur pied dans des alvéoles 18 d'un disque de rotor 20. Les disques de rotor 20 de la turbine basse-pression sont centrés sur l'axe longitudinal X-X. Ils peuvent être dépourvus de « poireau » comme représenté sur les figures ou bien en posséder un. Chacun d'entre eux comprend une virole annulaire amont 22 qui s'étend vers l'amont depuis une face latérale amont du disque et une virole annulaire aval 24 qui s'étend vers l'aval depuis une face latérale aval du disque. Les disques sont assemblés entre eux au moyen de ces viroles 22, 24. Plus précisément, le disque du deuxième étage de la turbine est relié au disque du premier étage par un cordon de soudure 25 entre les extrémités libres de leur virole amont et aval, respectivement. Alternativement, cet assemblage entre ces deux disques aurait pu être réalisé en fabriquant les disques et leurs viroles en une seule et même pièce. Quant au disque du troisième étage de la turbine, il est relié au disque du deuxième étage par des liaisons boulonnées 26 entre leur virole amont et aval, respectivement. La turbine basse-pression comprend également un arbre de rotor (non représenté sur les figures) centré sur l'axe longitudinal X-X et logé à l'intérieur des disques de rotor 20. Cet arbre de rotor est également relié à l'assemblage des trois disques, par exemple au moyen d'une bride boulonnée, de façon à les entraîner en rotation. De façon connue, de l'air frais est prélevé dans la veine d'écoulement du flux gazeux traversant la turbomachine en amont de la turbine basse-pression, par exemple au niveau d'un étage du compresseur haute-pression (non représenté) de celle-ci. Cet air chemine jusqu'à une cavité annulaire 28 formée à l'intérieur des disques de rotor. Cet air est destiné à venir ventiler les alvéoles des disques des différents étages de la turbine pour les refroidir. La figure 2 illustre de façon plus précise comment cet air permet de ventiler les alvéoles du disque de rotor appartenant au deuxième étage de la turbine. Un flasque annulaire 30 de maintien des aubes centré sur l'axe longitudinal X-X est disposé autour de la virole amont 22 du disque en ménageant avec celle-ci un espace annulaire formant une cavité de diffusion d'air 32. Au niveau de son extrémité aval, ce flasque comprend un épaulement annulaire extérieur 34 (c'est-à-dire qui s'étend radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe longitudinal X-X) qui est monté en appui contre la face latérale amont du disque. Cet épaulement extérieur permet d'assurer une rétention axiale des pieds des aubes montées dans les alvéoles 18 du disque. Le flasque comprend également un épaulement annulaire intérieur 36 (c'est-à-dire qui s'étend radialement vers l'intérieur par rapport à l'axe longitudinal X-X) espacé axialement vers l'amont par rapport à l'épaulement extérieur 34. Cet épaulement intérieur est muni à son extrémité libre de dents 38 formant un crabot. De plus, la virole amont 22 du disque de rotor 20 comprend un épaulement annulaire extérieur 40 espacé axialement de la face latérale amont du disque et muni à son extrémité libre de dents 42 formant un crabot. Les dents 38 de l'épaulement intérieur 36 du flasque de maintien des aubes coopèrent axialement avec les dents 42 de l'épaulement extérieur 40 de la virole amont du disque de rotor pour assurer par crabotage un maintien axial du flasque 30 sur la virole amont 22 du disque. Le maintien radial de ce même flasque sur la virole amont du disque est assuré au moyen d'une bride axiale 44 formée à l'extrémité amont du flasque et frettée sur une bride axiale 46 correspondante de la virole amont du disque. La cavité de diffusion d'air 32 délimitée radialement entre la virole amont 22 du disque et le flasque 30 de maintien des aubes débouche dans les alvéoles 18 du disque à l'extrémité amont de celles-ci. Elle est alimentée en air provenant de la cavité 28 formée à l'intérieur des disques de rotor par l'intermédiaire d'orifices de ventilation 48 percés dans la virole amont 22 du disque et débouchant dans cette cavité de diffusion d'air. De la sorte, l'air frais présent dans la cavité 28 formée à l'intérieur des disques de rotor alimente la cavité de diffusion d'air 32 en empruntant ces orifices de ventilation 48 puis se diffuse dans chaque alvéole 18 du disque de rotor pour les ventiler. De façon avantageuse, le flasque 30 de maintien des aubes porte des léchettes radiales d'étanchéité 50 qui sont destinées à coopérer avec la surface annulaire interne 52 du distributeur du deuxième étage de la turbine qui est disposé en amont du disque de rotor. On notera que le flasque de maintien des aubes est une pièce annulaire de 360° afin d'assurer une étanchéité de la cavité de diffusion d'air. Par ailleurs, afin de permettre son montage, le flasque de maintien des aubes doit posséder un diamètre intérieur supérieur aux diamètres extérieurs des disques de rotor des étages inférieurs de la turbine. REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement des alvéoles d'un disque de rotor de turbomachine, comprenant : un disque de rotor (20) comprenant : à sa périphérie, une pluralité d'alvéoles axiales (18) ouvertes vers l'extérieur et destinées à recevoir chacune le pied d'une aube (16), et une virole annulaire (22) qui s'étend vers l'amont depuis une face latérale amont du disque, ladite virole ayant un épaulement annulaire extérieur (40) espacé axialement de la face latérale amont du disque et muni à son extrémité libre de dents (42) formant crabot, un flasque annulaire (30) de maintien des aubes disposé autour de la virole du disque en ménageant avec celle-ci un espace annulaire (32) formant une cavité de diffusion d'air, ledit flasque comprenant : un épaulement annulaire extérieur (34) monté en appui contre la face latérale amont du disque, et un épaulement annulaire intérieur (36) muni de dents (38) formant crabot coopérant axialement avec les dents de l'épaulement extérieur de la virole du disque ; la virole du disque étant percée par des orifices de ventilation (48) débouchant dans la cavité de diffusion d'air pour l'alimenter en air de refroidissement, ladite cavité de diffusion d'air débouchant dans les alvéoles du disque à leur extrémité amont pour les refroidir. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le flasque (30) de maintien des aubes comprend une bride axiale (44) frettée sur une bride axiale (46) correspondante de la virole (22) du disque. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le flasque (30) de maintien des aubes porte des léchettes radiales d'étanchéité (50) destinées à coopérer avec la surface annulaire interne (52) d'un distributeur disposé en amont du disque de rotor. 4. Etage de turbine basse-pression d'une turbomachine comprenant un dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. . Turbomachine comprenant un dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.