Brevet FR2953555A1 — publié le 20110610

L'invention concerne le domaine des rotors de turbomachine et, plus particulièrement, le maintien des aubes de rotor sur un disque de rotor. Un turboréacteur à soufflante avant et à double corps, par exemple, comprend classiquement, d'amont en aval, une soufflante, un étage compresseur basse pression, un étage compresseur haute pression, une chambre de combustion, un étage de turbine haute pression et un étage de turbine basse pression. Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans le turboréacteur. De même, par convention dans la présente demande, les termes « intérieur » et « extérieur » sont définis radialement par rapport à l'axe du moteur. Ainsi, un cylindre s'étendant selon l'axe du moteur comporte une face intérieure tournée vers l'axe du moteur et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure. En référence à la figure 1, un étage de turbine basse pression, par exemple, comprend des disques de rotor successifs 10 comportant chacun des rainures axiales ou obliques dans lesquelles sont engagés des pieds 23 d'aubes 20, les aubes 20 s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe du moteur. Chaque disque de rotor 10 comprend des « moustaches » formées de part et d'autre du disque 10, désignées par la suite moustache amont et moustache aval. La moustache amont du disque de rotor 10 est formée par une bride annulaire radiale 11 reliée à la face amont du disque de rotor par une virole annulaire tronconique 12 évasée vers l'aval. De même, la moustache aval du disque de rotor 10 est formée par une bride annulaire radiale reliée à la face aval du disque de rotor par une virole annulaire tronconique évasée vers l'amont. Toujours en référence à la figure 1, les pieds 23 des aubes 20 sont retenus radialement dans les rainures par leur section bulbeuse, dite en queue d'aronde, et, axialement, par un jonc annulaire amont 30 en butée axiale sur une partie amont des pieds 23 des aubes 20. Le jonc 30 est retenu radialement dans des crochets radiaux ménagés dans la plateforme 21 des aubes 20 et axialement par un flasque 1 de maintien du jonc 30. Toujours en référence à la figure 1, le flasque 1 se présente sous la forme d'une pièce de révolution, dont l'axe de révolution est confondu avec celui de la turbomachine, comprenant un bord de fixation amont, boulonné à la bride amont 11 du disque de rotor 10, une partie centrale tronconique évasée vers l'aval et un bord aval libre en appui sur le jonc 30. Le flasque 1 est précontraint axialement de manière à exercer un effort axial orienté vers l'aval sur la face amont du jonc 30, empêchant ainsi le déplacement du jonc 30 aussi bien axialement que radialement. Le flasque 1 recouvre extérieurement la virole tronconique amont 12 du disque de rotor 10, permettant ainsi de protéger thermiquement le disque de rotor 10 contre la température élevée des gaz sortant de la chambre de combustion du moteur. Un canal de refroidissement est ménagé entre le flasque 1 et la virole amont 12 du disque de rotor 10 afin de guider un flux d'air frais, prélevé en amont de l'étage de turbine basse pression, dans les rainures de maintien des aubes 20 ménagées dans le disque de rotor 10. L'air circule dans les rainures, sous les pieds 23 des aubes 20, refroidissant le disque 10 et protégeant ce dernier à l'encontre de températures excessives. La partie centrale tronconique du flasque 1 épouse la forme tronconique de la virole amont 12 du disque de rotor 10 de manière à ce que le canal de refroidissement soit de section constante entre le flasque 1 et la partie tronconique amont 12 du disque de rotor 10. En fonctionnement, sous l'effet des forces centrifuges et des dilatations 30 thermiques dues aux gaz à hautes températures issus de la chambre de combustion du moteur, la précontrainte axiale qui est appliquée sur le jonc 30 par le flasque 1 n'est pas suffisante. Le flasque 1 « se décolle » du jonc 30 ; c'est-à-dire qu'il n'est plus plaqué sur le jonc 30. En effet, le bord libre aval du flasque 1 a tendance à se déplacer radialement vers l'extérieur du moteur. Comme le flasque 1 est maintenu par son bord de fixation amont à la bride amont 11 du disque de rotor 10, un couple se forme entre le bord de fixation du flasque 1 et sa partie centrale tronconique. Le bord libre du flasque 1 tend à s'écarter par rapport à sa position de montage, le bord libre se déplaçant vers l'amont. La précontrainte axiale exercée par le flasque 1 sur le jonc 30 diminue. Ainsi, le jonc 30 est libre de se déplacer radialement et axialement par rapport au disque de turbine 10, le maintien axial des pieds 23 des aubes 20 n'étant alors plus assuré. D'autre part, comme le flasque 1 n'est plus plaqué contre le jonc 30, des gaz chauds pénètrent dans le canal de refroidissement par le bord libre aval du flasque 1. De l'air chaud circule dans les rainures du disque de turbine 10 qui n'est alors plus suffisamment refroidi. Afin de résoudre ces inconvénients, il a été proposé dans la demande FR0854591 de SNECMA, déposée le 4 Juillet 2008, un flasque de maintien 2 d'un jonc de retenue 30 comprenant au moins une partie intermédiaire comportant une portion évasée vers le bord de fixation du flasque comme représenté sur la figure 2. Le flasque 2 forme un ressort permettant d'exercer un effort axial plus important en comparaison à un flasque selon l'art antérieur tel que représenté à la figure 1. Suite à ces modifications, il a été constaté que l'effort de serrage axial exercé sur le jonc 30 était trop conséquent et conduisait à des déformations du flasque 2 au niveau de sa liaison boulonnée entre son bord de fixation amont et la bride amont 11 du disque de rotor 10. Une telle déformation induit un défaut de maintien du jonc 30 sur sa partie radialement extérieure comme représenté sur la figure 3. L'effort de serrage axial peut également être lié à des tolérances introduites lors 5 de la fabrication ou du montage du flasque précontraint avec le jonc de maintien. Afin de résoudre cet inconvénient tout en assurant un maintien et une étanchéité au niveau des pieds des aubes, la demanderesse propose un ensemble d'un jonc de retenue d'au moins une aube d'un disque de rotor d'une turbomachine et d'un 10 flasque de maintien dudit jonc, le flasque et le jonc étant des pièces de révolution d'axe X, le flasque comprenant un bord de fixation destiné à être relié au disque de rotor et un bord libre destiné à s'appuyer sur le jonc de retenue, ensemble caractérisé par le fait que le flasque est en appui sur le jonc de manière à ce que la force d'appui du flasque sur le jonc possède une composante axiale et une 15 composante radiale par rapport à l'axe de révolution X. Grâce à l'invention, tout effort axial excessif est avantageusement converti en un effort radial supplémentaire qui vient renforcer le maintien du jonc de retenue par le flasque. De préférence, le bord libre du flasque s'étend radialement et possède une face d'appui sur le jonc qui s'étend obliquement par rapport à l'axe de révolution X des pièces dans un plan radial passant par ledit axe de révolution X. 25 La face d'appui oblique du flasque permet avantageusement de décomposer la force exercée par le flasque en une composante radiale et axiale, la valeur de la pente pouvant être déterminée pour paramétrer la répartition de ladite force entre sa composante radiale et sa composante axiale. 20 De préférence encore, le jonc s'étend radialement et possède une face d'appui sur le flasque qui s'étend obliquement par rapport à l'axe de révolution X des pièces dans un plan radial passant par ledit axe de révolution X. La face d'appui oblique du jonc permet avantageusement de décomposer la force exercée par le flasque en une composante radiale et axiale, la valeur de la pente pouvant être déterminée pour paramétrer la répartition de ladite force entre sa composante radiale et sa composante axiale. De préférence, le flasque est en appui sur le jonc selon une ligne d'appui annulaire. De manière préférée, la face d'appui du jonc est plane. De préférence, la face d'appui du bord libre du flasque se présente sous la forme d'une courbe dans un plan radial passant par l'axe de révolution X. De préférence, le bord libre du flasque possède une section croissante radialement depuis l'extérieur vers l'intérieur dans un plan radial passant par 20 l'axe de révolution X. Selon une forme de réalisation préférée, le jonc se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale dont la section est décroissante radialement de l'extérieur vers l'intérieur. De préférence, le flasque comprend, entre son bord de fixation et son bord libre, une partie intermédiaire formant un ressort agencée pour compresser axialement le bord libre du flasque sur le jonc de retenue. 25 De préférence encore, la section par un plan radial passant par l'axe de révolution X de la partie intermédiaire du flasque comprend au moins deux portions courbes, la portion courbe la plus proche du bord de fixation étant radialement extérieure à la portion courbe la plus proche du bord libre. L'invention sera mieux comprise en référence au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente une vue en coupe radiale d'un disque de rotor de moteur à turbine à gaz sur lequel est monté un premier flasque de maintien d'un jonc selon l'art antérieur ; - la figure 2 représente une vue en coupe radiale d'un disque de rotor de moteur à turbine à gaz sur lequel est monté un deuxième flasque de maintien d'un jonc selon l'art antérieur ; - la figure 3 représente la déformation du flasque de la figure 2 sous l'effet d'une contrainte axiale excessive sur le jonc de retenue; - la figure 4 représente une vue en coupe radiale avec un flasque selon l'invention ; et - la figure 5 représente une vue en coupe rapprochée du disque de rotor de la figure 4 dans laquelle la force d'appui du flasque sur le jonc est schématisée. L'invention va maintenant être présentée pour un disque de rotor de turbine basse pression d'un moteur à turbine à gaz. Les références utilisées pour les éléments du disque de rotor de turbine basse pression du moteur de la figure 4 de structure ou fonction identique, équivalente ou similaire à celles des éléments du disque de rotor de turbine basse pression du moteur de la figure 1 sont les mêmes. En référence à la figure 4, l'étage de turbine basse pression comprend des disques de rotor successifs 10 comportant chacun des rainures axiales ou obliques dans lesquelles sont engagés des pieds 23 d'aubes 20, les aubes 20 s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe du moteur. Chaque disque de rotor 10 comprend des « moustaches » formées de part et d'autre du disque 10, désignées par la suite moustache amont et moustache aval. La moustache amont du disque de rotor 10 est formée par une bride annulaire radiale 11 reliée à la face amont du disque de rotor par une virole annulaire tronconique 12 évasée vers l'aval. De même, la moustache aval du disque de rotor 10 est formée par une bride annulaire radiale reliée à la face aval du disque de rotor par une virole annulaire tronconique évasée vers l'amont. Toujours en référence à la figure 4, les pieds 23 des aubes 20 sont retenus radialement dans les rainures par leur section bulbeuse, dite en queue d'aronde, et, axialement, par un jonc annulaire amont 30 en butée axial sur une partie amont des pieds 23 des aubes 20. Le jonc 30 est retenu radialement dans des crochets radiaux ménagés dans la plateforme 21 des aubes 20 et axialement par un flasque de maintien du jonc 30, référencé par la suite flasque 50. Le flasque 50 de maintien du jonc de retenue 30 d'une aube 20 du disque de rotor 10 se présente sous la forme d'une pièce annulaire de révolution d'axe X, confondu avec l'axe de la turbomachine, comprenant un premier bord de fixation 51, une partie intermédiaire 52 et un bord libre 53. Le flasque 50 s'étend selon l'axe X du moteur. Dans cet exemple, le flasque 50 est monté extérieurement à la moustache amont du disque de rotor 10. Les bords amont et aval du flasque 50 correspondent respectivement au bord de fixation 51 et au bord libre 53 du flasque 50. Il va de soi que le flasque 50 pourrait également être monté sur une partie aval du disque de rotor 10. Le bord de fixation 51 du flasque 50 est ici boulonné avec la bride radiale de fixation amont 11 du disque de rotor 10. Le bord de fixation amont 51 du flasque 50 se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale 51 orientée vers l'intérieur, c'est-à-dire dirigée vers l'axe X du moteur. Ladite couronne annulaire de fixation 51 comprend des orifices traversants axiaux qui sont alignés axialement avec des orifices traversants axiaux ménagés dans la bride de fixation amont 11 du disque de rotor 10 de manière à permettre le passage de boulons de fixation non représentés. Les boulons de fixation sont verrouillés par des écrous pour maintenir le disque de turbine 10 solidaire du flasque 50. La partie intermédiaire 52 du flasque 50, reliée en amont au bord de fixation 51 du flasque 50 et en aval au bord libre 53 du flasque 50, comprend une première portion amont, sensiblement radiale qui est en décrochement vers l'amont par rapport au bord de fixation radial 51, et une deuxième portion aval tronconique évasée de l'aval vers l'amont. Autrement dit, la portion tronconique de la partie intermédiaire 52 du flasque 50 est évasée vers le bord de fixation 51 du flasque 50. C'est cette dernière définition de la direction de l'évasement qui sera retenue par la suite, cette définition s'appliquant aussi bien à un flasque 50 monté sur une partie amont que sur une partie aval d'un disque de rotor 10. Autrement dit, la section par un plan radial de la partie intermédiaire 52 du flasque 50 comprend au moins deux portions courbes dont les concavités sont orientées dans des sens opposés. La portion courbe la plus proche du bord de fixation 51 est radialement extérieure à la portion courbe la plus proche du bord libre 53. En outre, la concavité de la portion courbe la plus proche du bord de fixation est orientée vers l'intérieur, la concavité de la portion courbe la plus proche du bord libre étant orientée vers l'extérieur du moteur. La section par un plan radial de la partie intermédiaire 52 du flasque 50 comprend ici un point d'inflexion. En raison de sa forme, la partie intermédiaire 52 du flasque 50 peut se déformer axialement à la manière d'un ressort pour rattraper et tirer partie des efforts centrifuges qui sont appliqués sur le flasque 50 en fonctionnement. Le comportement en fonctionnement de la partie intermédiaire 52 du flasque 50 est détaillé dans l'exemple de mise en oeuvre de l'invention ci-dessous. En référence aux figures 4 et 5, le bord libre 53 du flasque 50 se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale pleine 53, orientée vers l'extérieur du moteur, dont la face aval 54 est en appui sur le jonc 30, plus précisément, sur la face amont 31 du jonc 30. La face d'appui aval 54 du bord libre 53 du flasque 50 se présente sous la forme d'une courbe dans un plan radial passant par l'axe de révolution X. Ainsi, le contact entre le flasque 50 et le jonc 30 est réalisé selon un unique point de contact dans un plan radial passant par l'axe de révolution X. Autrement dit, le flasque 50 et le jonc 30 sont en contact selon une ligne d'appui circonférentielle annulaire. En référence à la figure 5, le bord libre 53 du flasque 50 possède une section croissante radialement depuis l'extérieur vers l'intérieur dans un plan radial passant par l'axe de révolution X de manière à ce que la face d'appui 54 du flasque 50 sur le jonc 30 s'étende obliquement par rapport à l'axe de révolution X du flasque 50 dans un plan radial passant par ledit axe de révolution X. Dans cet exemple, le bord libre 53 du flasque comprend une face aval d'appui 52 oblique et une face amont, opposée à la face aval, qui s'étend radialement. Grâce à ce positionnement, le flasque 50 contraint axialement et radialement le jonc 30 ce qui permet de le maintenir fermement. Une nervure annulaire 531, saillante longitudinalement vers l'aval, est ménagée sur la face aval du flasque 50, radialement intérieure à la face d'appui 54, et permet de maintenir radialement le bord intérieur du jonc 30, le bord extérieur du jonc 30 étant maintenu par insertion dans une rainure radiale ménagée dans la plateforme 21 des aubes 20 du disque de rotor 10. Cette nervure annulaire 531 est ici facultative et vient compléter le maintien radial du jonc 30 dans l'hypothèse où la force exercée radialement par le bord libre 53 du flasque 50 ne serait pas suffisante. Le jonc 30 se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale dont l'axe de révolution X est confondu avec celui du flasque 50 lorsque les pièces sont montées ensemble. Le jonc 30 s'étend radialement et possède une face amont d'appui 31, en contact avec la face aval d'appui 54 du flasque 50, qui s'étend obliquement par rapport à l'axe de révolution X des pièces dans un plan radial passant par ledit axe de révolution X. En référence à la figure 5, le jonc 30 comprend une portion radialement extérieure dont la section est constante et une portion radialement intérieure dont la section est décroissante radialement de l'extérieur vers l'intérieur, la portion extérieure du jonc 30 venant avantageusement se loger dans une rainure de la plateforme 21 des aubes 20 tandis que la portion intérieure est biseautée pour décomposer la force d'appui du flasque 50 selon une composante axiale et une composante radiale. Toujours en référence à la figure 5, le jonc 30 comprend une face d'appui 31 qui s'étend obliquement par rapport à l'axe de révolution X dans un plan radial passant par ledit axe de révolution X. Autrement dit, le jonc 30 comprend une face amont oblique, correspondant à la face d'appui 31, et une face aval, opposée à la face amont 31, s'étendant radialement. Le maintien du jonc 30 par le flasque 50 est détaillé dans l'exemple de mise en oeuvre de l'invention ci-dessous. Au cours du fonctionnement du moteur, le corps du flasque 50 est entraîné radialement vers l'extérieur en raison des forces centrifuges. De par sa forme, la partie intermédiaire 52 du flasque 50 pivote autour d'un point de rotation, les efforts centrifuges sont rattrapés et convertis en un effort axial supplémentaire en raison de la rotation qui vient s'ajouter à la précontrainte axiale introduite lors du montage. De la sorte, en référence à la figure 5, la force F exercée par le flasque 50 sur le jonc 30 est de plus en plus importante au fur et à mesure que les forces centrifuges appliquées sur flasque 50 augmentent. En raison du positionnement du flasque 50 par rapport au jonc 30, la force F exercée par le flasque 50 se décompose selon une composante axiale Fa et une composante radiale Fr. De par la forme bombée du bord libre 53 du flasque 50 et la forme biseautée du jonc 30, le flasque 50 est en appui sur le jonc 30 uniquement en un point, c'est-à-dire une zone dont la surface est faible par rapport à la surface du bord libre, par exemple, moins de 15% de la surface de la face d'appui 54 du bord libre 53. Le point de contact entre le flasque 50 et le jonc 30 peut avantageusement se déplacer en fonction des forces centrifuges appliquées au flasque 50 de manière à permettre un meilleur calage du jonc 30. En effet, la face d'appui 54 du flasque 50 vient caler radialement et axialement la face d'appui 31 du jonc 30 et entraîne un « effet de coin » venant immobiliser le jonc 30. Ainsi, lorsque la force axiale F exercée par le flasque 50 est excessive, celle-ci est décomposée sur la face oblique d'appui 31 du jonc 30 en une composante axiale Fa qui vient plaquer le jonc 30 contre la plateforme de l'aube 20 et une composante radiale Fr qui vient maintenir le jonc 30 dans son logement dans la plateforme de l'aube 20 comme représenté sur la figure 5. De manière préférée, le jonc 30 est monté avec un jeu dans la rainure de la plateforme 21 des aubes 20. Autrement dit, la portion extérieure du jonc 30 n'est pas en contact avec le fond de la rainure des plateformes des aubes. Ainsi, en cas de force axiale excessive exercée par le flasque 50, une partie de cette force F est convertie en effort radial qui vient repousser le jonc 30 dans le fond de la rainure ce qui vient modérer l'impact de la force exercée par le flasque 50. De manière avantageuse, la force axiale excessive, qui entraînait la déformation 5 du flasque, est convertie en une force de maintien radiale s'opposant à une telle déformation. De manière encore plus avantageuse, on détermine la pente des faces d'appui 31, 54 pour paramétrer la force exercée par le flasque 50 entre les composantes 10 radiale et axiale. Plus la pente est forte, plus la composante radiale de la force exercée par le flasque 50 sera importante. De manière préférée, on conserve une même forme de bord libre 53 du flasque 50 et on modifie uniquement la pente de la face d'appui 31 du jonc 30 pour paramétrer la répartition de la force exercée par le flasque 50. 15 En ce qui concerne le refroidissement des aubes 20 du disque de rotor 10, un canal de refroidissement est ménagé entre le flasque 50 et la virole amont 12 du disque 10 afin de guider un flux d'air frais, prélevé en amont de l'étage de turbine basse pression, dans les rainures de maintien des aubes 20 ménagées dans 20 le disque de rotor 10. L'air circule dans les rainures, sous les pieds 23 des aubes 20, refroidissant le disque 10 et protégeant ce dernier à l'encontre de températures excessives. Dans cet exemple, le canal de refroidissement est de section non constante selon 25 l'axe du moteur en raison de la forme de la partie intermédiaire 52 du flasque 50. Une poche d'air de refroidissement se forme entre la première portion et la deuxième portion de la partie intermédiaire 52 du flasque 50. La poche d'air de refroidissement permet de refroidir efficacement la surface interne de la partie intermédiaire 52 du flasque 50, sa surface externe étant en contact avec des gaz à 30 hautes températures issus de la chambre de combustion. La portion courbe, ayant la forme d'un coude, formée entre la partie intermédiaire 52 et le bord libre aval 53 du flasque 50 permet de maitriser le débit d'air de refroidissement circulant dans les rainures du disque de rotor 10. Ainsi, le refroidissement du disque de rotor 10 n'est pas modifié en comparaison avec un jonc 30 qui serait retenu par un flasque selon l'art antérieur. L'invention a été décrite pour un flasque 50 comprenant une portion tronconique mais il va de soi que tout type d'évasement vers le bord de fixation d'une portion 10 de la partie intermédiaire du flasque 50 pourrait également convenir. L'invention a été ici présentée pour un flasque 50 comprenant une partie intermédiaire 52 formant ressort mais il va de soi que l'invention s'applique également à un flasque avec une partie intermédiaire tronconique rectiligne, telle 15 que représentée sur la figure 1. Revendications1. Ensemble d'un jonc (30) de retenue d'au moins une aube (20) d'un disque de rotor (10) d'une turbomachine et d'un flasque (50) de maintien dudit jonc (30), le flasque (50) et le jonc (30) étant des pièces de révolution d'axe X, le flasque (50) comprenant un bord de fixation (51) destiné à être relié au disque de rotor (10) et un bord libre (53) destiné à s'appuyer sur le jonc de retenue (30), ensemble caractérisé par le fait que le flasque (50) est en appui sur le jonc (30) de manière à ce que la force (F) d'appui du flasque (50) sur le jonc (30) possède une composante axiale (Fa) et une composante radiale (Fr) par rapport à l'axe de révolution X. 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le bord libre (53) du flasque (50) s'étend radialement et possède une face d'appui (54) sur le jonc (30) qui s'étend obliquement par rapport à l'axe de révolution X des pièces dans un plan radial passant par ledit axe de révolution X. 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le jonc (30) s'étend radialement et possède une face d'appui (31) sur le flasque (50) qui s'étend obliquement par rapport à l'axe de révolution X des pièces dans un plan radial passant par ledit axe de révolution X. 4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le flasque (50) est en appui sur le jonc (30) selon une ligne d'appui annulaire. 5. Ensemble selon l'une des revendications 3 à 4, dans lequel la face d'appui (31) du jonc (30) est plane.25 6. Ensemble selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel la face d'appui (54) du bord libre (53) du flasque (50) se présente sous la forme d'une courbe dans un plan radial passant par l'axe de révolution X. 7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le bord libre (53) du flasque (50) possède une section croissante radialement depuis l'extérieur vers l'intérieur dans un plan radial passant par l'axe de révolution X. 8. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le jonc (30) se présente sous la forme d'une couronne annulaire radiale dont la section est décroissante radialement de l'extérieur vers l'intérieur. 9. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le flasque (50) comprend, entre son bord de fixation (51) et son bord libre (53), une partie intermédiaire (52) formant un ressort agencée pour compresser axialement le bord libre du flasque (50) sur le jonc de retenue (30). 10. Ensemble selon l'une des revendications 9, dans lequel la section par un plan radial passant par l'axe de révolution X de la partie intermédiaire (52) du flasque (50) comprend au moins deux portions courbes, la portion courbe la plus proche du bord de fixation (51) étant radialement extérieure à la portion courbe la plus proche du bord libre (53).25