Brevet FR2963383A1 — publié le 20120203

L'invention se rapporte au domaine général des rotors ou roues mobiles de turbine à gaz, et en particulier mais non exclusivement aux rotors de turbine basse pression d'une turbomachine aéronautique. La turbine basse pression d'une turbomachine aéronautique est composée de plusieurs étages, chaque étage se composant d'un distributeur (c'est-à-dire d'une grille d'aubes fixes) et d'une roue mobile placée derrière le distributeur. Typiquement, un rotor de turbine basse-pression se compose d'un disque de rotor muni à sa périphérie d'alvéoles dans lesquelles sont engagés les pieds des aubes. Un flasque annulaire fixé sur le disque de rotor permet d'assurer un maintien axial des aubes sur le disque. Il est actuellement habituel de remplacer les aubes métalliques d'un tel rotor par des aubes réalisées en matériau composite, le disque de rotor restant métallique. L'utilisation d'un matériau composite pour la réalisation des aubes se justifie par la très bonne tenue aux températures élevées auxquelles sont soumises les aubes, ainsi que par la densité plus faible des matériaux composites (dans un rapport de l'ordre de 3,5 fois moins dense pour des matériaux composites par rapport à du métal). Cependant, le recours aux matériaux composites pour la réalisation des aubes d'une roue mobile de turbine à gaz pose le problème de leur maintien dans les alvéoles du disque. En effet, en fonctionnement, les différences de dilatation entre le disque (réalisé en métal) et les aubes (réalisées en matériau composite, en particulier en CMC pour composite à matrice céramique) peuvent engendrer des pertes de contact au niveau des portées des pieds des aubes. Dans certains cas, cette perte de contact peut conduire au basculement de l'aube dans l'alvéole autour d'une direction parallèle à l'axe central de symétrie de la turbomachine. Il est connu d'avoir recours à une cale placée entre le fond de l'alvéole et la face intérieure du pied de l'aube. Le document FR 2 918 129 prévoit le recours à une cale en matériau élastiquement déformable avec un tronçon longitudinal ayant un profil transversal en forme d'arc. Cependant, une telle cale ne permet pas toujours de contrer 35 suffisamment les mouvements de basculement précités entre le pied de l'aube et l'alvéole correspondant. En outre, le recours à une cale présente un certain nombre d'inconvénients, parmi lesquels le fait d'être coûteuse et de nécessiter une fabrication sur mesure de chaque cale, incompatible avec une fabrication en série. Il faut en effet adapter et ajuster les côtes de chaque cale à son futur emplacement en fonction de la géométrie du couple alvéole et pied d'aube qui lui est associé. De plus, il existe des risques d'erreurs de montage, d'interversion de cales ainsi qu'une gestion de la traçabilité des cales relativement lourde. La présente invention a pour objectif de fournir une solution alternative aux cales permettant de surmonter les inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, selon la présente invention, on propose une aube de turbomachine réalisée en matériau composite et présentant un pied avec l'extrémité en forme de bulbe apte à s'engager dans une alvéole d'un disque de rotor, caractérisée en ce que l'extrémité du pied de l'aube est équipée, du côté de l'une de ses faces frontales, d'une portion en saillie comportant deux ailes symétriques par rapport au plan médian du pied et comprenant chacune une face d'appui apte à limiter le basculement de l'aube par rapport au disque de rotor. De cette manière, on comprend que par l'association entre d'une part la portion en saillie de chaque aube, formant une excroissance avec deux ailes, et d'autre part le disque, ou plus précisément une face de retenue du disque, il est possible d'engendrer un contact entre ces éléments, et ce pour empêcher, ou tout au moins limiter fortement le basculement précité. Cette solution présente aussi l'avantage supplémentaire, de permettre, en outre, une fabrication et un montage standards, en série, pouvant être industrialisés. L'invention porte aussi sur un rotor de turbomachine comprenant des aubes telles que celle qui vient d'être présentée précédemment et un disque métallique muni d'alvéoles à sa périphérie pour le logement des pieds des aubes, le disque étant équipé d'une face de retenue tournée en direction de la périphérie du disque et sur laquelle s'appuie la face d'appui des ailes de la portion en saillie de chaque aube. Selon une disposition avantageuse, la face de retenue est formée sur un épaulement annulaire tourné en direction de la périphérie (face externe) du disque et placé sur l'une des faces frontales du disque. Ainsi, l'extrémité des ailes de la portion en saillie s'appuis sur la face de retenue formée par cet épaulement annulaire tourné en direction de la périphérie (ou face externe) du disque. Il faut relever que pour assurer le contact entre la portion en saillie de chaque aube et ledit épaulement annulaire, ce dernier peut être continu ou discontinu. Dans ce dernier cas, l'épaulement annulaire est formé de tronçons s'étendant chacun sur un secteur angulaire suffisant pour permettre l'appui des deux ailes de la portion en saillie associée. L'invention porte également sur une turbine basse pression qui comprend au moins une aube telle que celle qui vient d'être présentée précédemment. L'invention porte par ailleurs sur une turbomachine qui comprend au moins une aube telle que celle qui vient d'être présentée précédemment. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en 20 référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective montrant partiellement le rotor selon l'invention pendant le montage entre une aube et un alvéole du disque, selon une première variante d'un premier mode de réalisation, 25 - la figure 2 est une vue partielle en projection depuis la face frontale du disque, après montage de l'aube dans l'alvéole, - la figure 3 est une vue partielle en perspective d'une aube, montrant le pied de l'aube, pour une deuxième variante du premier mode de réalisation du rotor selon l'invention, 30 - la figure 4 est une vue similaire à la figure 3 pour une troisième variante du premier mode de réalisation du rotor selon l'invention, - la figure 5 est une vue similaire à la figure 3 pour une première variante d'un deuxième mode de réalisation du rotor selon 35 l'invention, - les figures 6A et 6B sont des vues en section partiellement transparente de l'ensemble formé de l'aube et du disque, dans un plan radial, montrant l'appui de l'une des deux ailes de la portion en saillie sur le disque, selon deux possibilités de montage, - les figures 7, 8A et 8B sont respectivement similaires aux figures 5, 6A et 6B pour une deuxième variante de réalisation du deuxième mode de réalisation du rotor selon l'invention. Dans la présente demande, sauf précision contraire, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz (de l'amont vers l'aval) à travers la turbomachine. Par ailleurs, on appelle axe de la turbomachine, l'axe de symétrie radiale de la turbomachine. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la turbomachine, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe de la turbomachine et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Sauf précision contraire, les adjectifs et adverbes axial, radial, axialement et radialement sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale précitées. Enfin, sauf précision contraire, les adjectifs interne et externe sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne (i.e. radialement interne) d'un élément est plus proche de l'axe de la turbomachine que la partie ou la face externe (i.e. radialement externe) du même élément. Sur la figure 1, il apparaît une aube 10 présentant un pied 12 de type bulbe, surmonté d'une plateforme 14 qui se prolonge radialement par la pale 16. Pour le montage de cette aube 10 sur le disque 20, le pied 12 est destiné à venir se loger dans une alvéole 22 de forme complémentaire s'étendant axialement. Chaque alvéole 22 est définie entre deux portions de disque 24, pleins, en forme de nervure, dirigées, comme les alvéoles 22, de façon axiale, à savoir parallèlement à l'axe X-X' de la turbomachine. L'ouverture et le fond 22a des alvéoles 22, ainsi que le sommet 24a des nervures 24, sont tournés en direction de la périphérie ou face externe 25 du disque 20. La face frontale ou jante du disque 20, constituant dans les exemples de réalisation décrits ci-après en relation avec les figures 1 à 8, la face frontale amont du disque 20, est équipée d'un épaulement annulaire 26 sortant, qui est continu et situé dans la portion interne, circulaire, de la face frontale amont du disque 20 (sur la figure 1, cet épaulement annulaire 26 est situé le long du bord interne de la face frontale amont du disque 20). Sur les figures 1 et 2, cet épaulement annulaire 26 est continu et délimite une face de retenue 27 annulaire tournée en direction de la périphérie ou face externe 25 du disque 20. Afin de coopérer avec cette face de retenue 27, le pied 12 de l'aube 10 comporte une portion en saillie 121. Plus précisément, dans le cas du premier mode de réalisation visible sur les figures 1 à 4, la portion en saillie 121 dépasse, en la prolongeant, de la face inférieure ou base 12a du pied 12 de l'aube qui prend appui au fond 22a de l'alvéole 22, du côté de l'extrémité amont 12b du pied 12. Cette portion en saillie 121 comporte deux ailes 121a et 121b symétriques de part et d'autre du plan médian du pied 12. Les deux ailes 121a et 121b se terminent par une face d'extrémité formant une face d'appui 122, sensiblement plane, apte et destinée à venir contre la face de retenue 27. Par ailleurs, l'envergure ou étendue transversale de la portion en saillie 121, délimitée entre l'extrémité libre des deux ailes 121a et 121b, est plus importante que la distance la plus grande séparant les deux faces latérales 12c du pied 12 de l'aube 10. De cette façon, on empêche ou on limite le basculement autour d'une direction parallèle à l'axe central X-X' de symétrie de la turbomachine (flèche 30 sur la figure 2). Par ailleurs, cette disposition a pour avantage de limiter le basculement par l'effet du rapport des bras de levier. On comprend que les faces d'appui 122 peuvent être usinées pour que leur emplacement, forme et état de surface soit adaptés pour venir en appui contre la face de retenue 27 de l'épaulement 26. L'aube 10 étant de préférence réalisée en matériau composite, selon une disposition avantageuse, le pied 12 de l'aube 20 comporte un insert A dont une portion fait partie de la portion en saillie 121 ou constitue la portion en saillie 121. Cet insert A fait ainsi partie intégrante du pied 12 de l'aube 10, et se limite de préférence à une étendue axiale relativement limité, du côté de l'extrémité (amont) du pied 12. Alternativement (cas de figure non représenté), l'insert s'étend à l'intérieur du pied 12 de l'aube 10 sur une étendue axiale correspondant à plus d'un tiers, voire plus de la moitié de l'étendue axiale de celle du pied 12, voire sur toute l'étendue axiale de celle du pied 12. Par ailleurs, dans le cas du premier mode de réalisation visible sur les figures 1 à 4, l'insert A présente en section (section radiale ou transversale) une forme de Y inversé avec les deux branches supérieures du Y qui appartiennent à ou constituent les deux ailes 121a et 121b de la portion en saillie 121. Cette forme en Y inversé de la portion en saillie permet d'augmenter les bras de levier engendrés par le contact entre les faces d'appui 122 et la face de retenue 27 de l'épaulement 26, et afin de réduire au minimum le basculement résiduel du pied 12 de l'aube 10. Le pied 12 de l'aube fait en général partie intégrante de l'aube 10 tout au long du procédé de fabrication de l'aube en CMC ou composite à matrice céramique. Cet insert A peut être réalisé également en CMC, pour composite à matrice céramique, avec une préforme ou texture constituée d'un enchevêtrement de fils, par exemple un tissage tridimensionnel, noyée dans une matrice en céramique. Ainsi, dans ce cas, l'insert A comporte une préforme fibreuse et une matrice en matériau céramique. C'est cette configuration qui est avantageusement choisie pour les solutions illustrées sur les figures 4, 5, et 7. Alternativement, cet insert A peut être réalisé uniquement dans une matrice en céramique. C'est cette configuration qui est avantageusement choisie pour la solution illustrée sur la figure 3. Dans les deux cas, cette matrice de l'insert A est de même composition chimique que celle de l'aube 10, et se trouve dans la continuité géométrique de la matrice de l'aube 10 (on coulera et on cuira la matrice en céramique de l'insert A et celle du reste de l'aube 10, y compris du pied 12, simultanément, de façon à constituer une seule et même matrice). Dans le cas de l'exemple illustré sur la figure 1, la portion en saillie 121, et en particulier chaque aile 121a ou 121b, comporte une partie (centrale, tournée en direction du plan médian du pied 12) constituée d'une portion de l'insert A et une autre partie (externe, qui est tournée en direction opposée à celle du plan médian du pied 12) qui ne résulte pas de l'insert A mais de la fabrication du reste de l'aube 10, y compris le pied 12, et qui est formée d'une préforme ou texture noyée dans une matrice et qui se trouve collée par cette matrice à l'insert A. Selon les autres variantes du premier mode de réalisation (figures 3 et 4) et selon le deuxième mode de réalisation (figures 5 à 8), la portion en saillie 121, et en particulier chaque aile 121a ou 121b, est constituée uniquement d'une portion de l'insert A. Si l'on se reporte à la figure 3 représentant la deuxième variante de réalisation du premier mode de réalisation, outre le fait que la portion en saillie 121 résulte uniquement de l'insert A (en étant de préférence constitué de liant/matrice céramique et d'une préforme), il apparaît que la portion en saillie 121 présente une forme dans laquelle les deux ailes 121a et 121b du Y inversé sont plus aplaties que dans le cas de la première variante du premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, l'insert A formant presque un T inversé. Si l'on se reporte à la figure 4 représentant la troisième variante de réalisation du premier mode de réalisation, outre le fait que la portion en saillie 121 résulte uniquement de l'insert A (en étant de préférence constitué de liant/matrice céramique uniquement), il apparaît que la portion en saillie 121 présente une forme qui s'appuie sur toute la largeur de la surface inférieure ou base 12a du pied 12 et dans laquelle les deux ailes 121a et 121b sont plus aplaties que dans le cas de la première variante du premier mode de réalisation (figures 1 et 2) et s'étendent latéralement sur une plus grande envergure que dans le cas de la première variante des la figure 3. On se reporte maintenant au deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 5 et 6 (première variante), ainsi que sur les figures 7, 8A et 8B (deuxième variante). Dans ce cas, l'insert A présente en section (section radiale ou transversale) une forme de T avec la branche supérieure horizontale du T qui comporte les deux ailes 121a et 121b de la portion en saillie 121. Plus précisément, cette branche supérieure horizontale du T constitue les deux ailes 121a et 121b de la portion en saillie 121. Dans le premier mode de réalisation (Figures 1 à 4), comme dans le cas du deuxième mode de réalisation (Figures 5 à 8), ladite portion en saillie 121 dépasse des deux faces latérales 12c du pied 12 de l'aube 10. En d'autres termes, l'envergure ou étendue transversale de la portion en saillie 121, entre l'extrémité libre des deux ailes 121a et 121b, est plus importante que la distance la plus grande séparant les deux faces latérales 12c du pied 12. Il faut noter que selon le deuxième mode de réalisation (Figures 5 à 8), la portion en saillie 121 ne dépasse pas de la face inférieure ou base 12a du pied 12. Comme on peut le voir sur la figure 5, l'insert A en forme de T est logé à l'intérieur du pied 12 de l'aube 10, à l'emplacement de l'extrémité amont 12b du pied 12, à l'exception des deux ailes 121a et 121b qui sortent depuis les faces latérales 12c du pied 12, au dessus du bulbe. Dans ce cas, la présence de l'insert A n'engendre pas une longueur plus importante du pied 12 de l'aube (dimension axiale). Pour le montage, selon une première solution visible sur la figure 6A, on utilise un disque 20 de l'art antérieur, non modifié, les deux ailes 121a et 121b venant en appui sur le sommet 24a des deux nervures 24 adjacente à l'alvéole 22 recevant le pied 12 de l'aube 10 concernée. Selon une deuxième configuration de montage, visible sur la figure 6B, on utilise un disque 2.0 modifié présentant un épaulement annulaire 26 rentrant, qui est situé dans la portion externe, circulaire, de la face frontale amont du disque 20 (sur la figure 6B, cet épaulement annulaire 26 est situé le long du bord externe de la face frontale amont du disque 20). De ce fait, cet épaulement annulaire 26 s'appuie sur la face frontale des nervures 24 de sorte qu'il est discontinu (il est formé de secteurs angulaires identiques et régulièrement espacés correspondant aux nervures 24 séparées entre elles par les alvéoles 22) et débouche sur la face externe 25 ou périphérie du disque 20. Dans ce cas, les deux ailes 121a et 121b viennent en appui sur la face de retenue 27 annulaire discontinue tournée en direction de la périphérie ou face externe 25 du disque 20. Dans le cas de la troisième variante du deuxième mode de réalisation, illustrée sur les figures 7 et 8, l'insert A en forme de T est logé au niveau du pied 12 de l'aube 10, à l'emplacement de l'extrémité amont 12b du pied 12. Plus précisément, cet insert A est entièrement situé dans le prolongement axial de la face frontale 12b du pied, le pied du T formé par l'insert prolongeant sensiblement le contour du bulbe du pied 12. Ainsi, dans ce cas, la portion en saillie 121 dépasse d'une face frontale du pied de l'aube. Par ailleurs, l'envergure ou étendue transversale de la portion en saillie 121, entre l'extrémité libre des deux ailes 121a et 121b, est plus importante que la distance la plus grande séparant les deux faces latérales 12c du pied 12 de l'aube 10. Par ailleurs, les deux ailes 121a et 121b sont dans ce cas située radialement à un emplacement localisé au dessus du bulbe, entre le bulbe et la plateforme 14. Dans ce cas, la présence de l'insert A engendre une longueur plus importante du pied 12 de l'aube (dimension axiale). Dans le cas de la deuxième variante du deuxième mode de réalisation, comme on le voit sur les figures 8A et 8B, le montage de l'aube 10 s'effectue grâce aux nervures 24. Plus précisément, dans ce cas, les deux nervures 24 délimitant l'alvéole dans laquelle est logée l'aube 10, présentent une extrémité amont 24b en saillie qui constitue une excroissance servant d'appui à la face d'appui 122 de l'une et respectivement de l'autre des deux ailes 121a et 121b de la portion en saillie 121. Dans le cas de la figure 8A, c'est la face supérieure (sommet 24a) de l'extrémité amont 24b qui sert d'appui à la face d'appui 122 de l'une et respectivement de l'autre des deux ailes 121a et 121b de la portion en saillie 121 (la face d'appui 122 est alors formée sur la face inférieure ou face interne des ailes 121a et 121b). Dans le cas de la figure 8B, l'extrémité amont 24b comporte un épaulement rentrant dans sa partie radialement interne, contre lequel vient en appui la face d'appui 122 de l'une et respectivement de l'autre des deux ailes 121a et 121b de la portion en saillie 121 (la face d'appui 122 est alors formée sur la face supérieure ou face externe des ailes 121a et 121b). Dans tous les cas de figure, l'aube 10 est montée sur le disque 20 en par insertion du pied 12 dans une alvéole 22, et ce en introduisant le pied 12 par la face avant ou face amont du disque 20 puis en faisant glisser axialement le pied 12 à l'intérieur de l'alvéole 22. On comprend des explications qui précèdent que l'existence de la portion en saillie 121 sur le pied de l'aube 12 et de l'épaulement annulaire 23 et/ou de l'extrémité amont 24b formant saillie sur le disque 20 ne gêne par un tel montage par engagement. REVENDICATIONS1. Aube (10) de turbomachine réalisée en matériau composite et présentant un pied (12) avec l'extrémité en forme de bulbe apte à s'engager dans une alvéole d'un disque (20) de rotor, caractérisée en ce que l'extrémité du pied (12) de l'aube (10) est équipée, du côté de l'une de ses faces frontales, d'une portion en saillie (21) comportant deux ailes (121a, 121b) symétriques par rapport au plan médian du pied (12) et comprenant chacune une face d'appui (122) apte à limiter le basculement de l'aube (10) par rapport au disque (20) de rotor. 2. Aube (10) de turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'envergure de la portion en saillie (21), entre l'extrémité libre des deux ailes (121a,121b), est plus importante que la distance la plus grande séparant les deux faces latérales (12c) du pied (12) de l'aube (10). 3. Aube (10) de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite portion en saillie (21) dépasse d'une face frontale (12b) du pied (12) de l'aube (10). 4. Aube (10) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite portion en saillie (21) dépasse des deux faces latérales (12c) du pied (12) de l'aube (10). 5. Aube (10) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite portion en saillie (21) dépasse de la face inférieure (12a) du pied (12) de l'aube (10). 6. Aube (10) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le pied (12) de l'aube (10) comporte un insert (A) dont une portion fait partie de ladite portion en saillie (21) fait partie de l'insert (A) ou constitue ladite portion en saillie 121. 7. Aube (10) de turbomachine selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'insert (A) comporte une préforme fibreuse et une matrice en matériau céramique. 8. Aube (10) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'insert (A) présente ensection une forme de Y inversé avec les deux branches supérieures du Y qui appartiennent à ou constituent les deux ailes (121a,121b) de la portion en saillie (21). 9. Aube (10) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que l'insert (A) présente en section une forme de T avec la branche supérieure horizontale du T qui comporte ou constitue les deux ailes (121a,121b) de la portion en saillie (21). 10. Rotor de turbomachine comprenant des aubes (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes et un disque (20) métallique muni d'alvéoles (22) à sa périphérie pour le logement des pieds (12) des aubes (10), caractérisé en ce que le disque (20) est équipé d'une face de retenue (27) tournée en direction de la périphérie (25) du disque (20) et sur laquelle s'appuie la face d'appui (122) des ailes (121a,121b) de la portion en saillie (21) de chaque aube (10). 11. Rotor selon la revendication 10, caractérisé en ce que la face de retenue (27) est formée sur un épaulement annulaire (26) tourné en direction de la périphérie (25) du disque (20) et placé sur l'une des faces frontales du disque (20). 12. Turbine basse pression, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins une aube (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 13. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une aube (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.25