Brevet FR2963806A1 — publié le 20120217

Dispositif de blocage d'un pied d'une aube de rotor 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. 10 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 15 tournée vers l'axe du moteur et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure. De manière classique, en référence à la figure 1, un étage de turbine basse pression, par exemple, comprend des disques de rotor successifs 1 comportant chacun des rainures axiales ou obliques 11 dans lesquelles sont engagées des aubes 2 par leurs pieds 3, les aubes 2 s'étendant 20 radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe X du moteur. Les aubes 2 sont retenues radialement dans les rainures par leurs pieds 3 en forme de sapin, ce qui permet en outre de ménager un espace entre le pied 3 et le fond de la rainure pour permettre une circulation d'air qui est guidée dans le corps des aubes pour les ventiler. Les aubes 2 sont 25 retenues axialement en amont par un anneau d'étanchéité 4 comportant des lamelles d'étanchéité, l'anneau d'étanchéité 4 étant connu de l'homme du métier sous la désignation « anneau labyrinthe ». Pour retenir les aubes 2 axialement en aval, un secteur d'anneau circonférentiel 5 est monté entre 30 une gorge 6 du disque de rotor 1 et un crochet aval 7 du pied 3 d'aube 2. Ainsi, en position d'utilisation, le secteur d'anneau 5 bloque le déplacement axial de l'aube 2 vers l'aval, l'aube 2 demeurant solidaire du disque de rotor 1. Actuellement, les pieds 3 des aubes 2 sont en matériau métallique. Pour diminuer la masse du 35 moteur, il est proposé de former des pieds 3 en matériau composite. Le mode de fixation actuel d'un pied métallique ne peut pas être transposé pour la fixation d'un pied en matériau composite. En effet, un matériau composite traditionnel ne permet pas de former simplement des zones concaves dans le pied d'aube. Ainsi, il est difficile de former un crochet aval dans le pied d'aube pour assurer la rétention axiale en aval de l'aube par un secteur d'anneau. En outre, la fabrication 40 d'un pied d'aube, ayant une forme en sapin, en matériau composite n'est pas privilégiée. En effet,5 au cours du fonctionnement du moteur, des dilatations différentielles apparaissent et les dents du pied en forme de sapin ne sont plus en appui dans la rainure du disque de rotor. La rétention radiale de l'aube n'est pas satisfaisante. Afin d'éliminer au moins certains de ces inconvénients, l'invention concerne un dispositif de blocage d'un pied d'une aube de rotor dans une rainure d'un disque de rotor d'une turbomachine, comportant : - un secteur d'anneau circulaire destiné à être monté, transversalement à l'axe de la turbomachine, dans une gorge du disque de rotor ; - au moins une cale de blocage, solidaire et orthogonale au secteur d'anneau, s'étendant parallèlement à l'axe du secteur d'anneau de manière à supporter radialement le pied de l'aube dans la rainure ; et - au moins une dent de blocage s'étendant depuis le secteur d'anneau radialement par rapport à l'axe du secteur d'anneau de manière à bloquer le déplacement axial du pied de l'aube dans la rainure. Grâce au dispositif, on peut avantageusement bloquer le pied d'une aube de rotor en queue d'aronde et ne comportant pas de crochet de blocage axial, en particulier, une aube en matériau composite. En outre, ce dispositif de montage simple permet de bloquer radialement et axialement une aube avec un disque de rotor selon l'art antérieur. Un tel dispositif monobloc permet de garantir un positionnement correct de chaque dent et de chaque cale destinée à bloquer le pied d'aube. En outre, le dispositif est rapide à monter dans le rotor étant donné que chaque dispositif peut comporter plusieurs dents et plusieurs cales de blocage. De préférence, le dispositif comporte des moyens de ventilation, ménagés dans ledit secteur d'anneau, agencés pour permettre une évacuation d'un flux d'air circulant entre le fond de la rainure et la cale de blocage. La cale de blocage permet de créer un espace de ventilation entre le pied d'aube et le fond de la rainure dans lequel circule un flux d'air qui est évacué par lesdits moyens de ventilation. De préférence encore, les moyens de ventilation sont alignés avec la direction selon laquelle s'étend la dent de blocage. Ainsi, le flux d'air de ventilation refroidit la cale de blocage, le pied d'aube et le fond de la rainure qui sont alignés axialement avec la dent de blocage. Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'au moins un orifice de ventilation. Un orifice est simple à usiner dans le secteur d'anneau et permet l'évacuation du flux d'air de ventilation.40 Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'au moins une encoche de ventilation ménagée dans la partie du secteur d'anneau destinée à être insérée dans la gorge du disque de rotor. Une encoche de ventilation permet d'alléger la masse du dispositif tout en permettant l'évacuation du flux d'air. De préférence, le secteur d'anneau comporte un bord intérieur crénelé. Selon un aspect de l'invention, le secteur d'anneau comporte une partie radiale intérieure, destinée à être montée dans la gorge du disque de rotor, et une partie radiale extérieure, depuis laquelle s'étend la dent de blocage, qui sont décalées axialement l'une par rapport à l'autre selon l'axe d'anneau. De manière avantageuse, ce décalage permet de positionner de manière précise le dispositif de blocage sans créer de porte-à-faux important pour la cale de blocage par rapport à sa fixation dans la gorge. Un basculement du dispositif de blocage est alors limité. L'invention vise également un rotor d'une turbomachine comprenant un disque de rotor, au moins une aube de rotor et au moins un dispositif de blocage tel que présenté précédemment, le disque de rotor comportant une rainure dans laquelle est logé un pied de l'aube et une gorge dans laquelle est monté le dispositif de blocage, la cale de blocage du dispositif de blocage s'étendant entre le pied d'aube et le fond de la rainure. De préférence, le disque de rotor s'étendant axialement de l'amont vers l'aval, la gorge est ménagée à l'extrémité aval du disque de rotor de manière à bloquer un déplacement axial vers l'aval de l'aube dans la rainure. Selon un aspect de l'invention, le pied de l'aube de rotor comporte une enveloppe en matériau composite. Le pied d'aube en matériau composite, de préférence à matrice céramique, est simple à fabriquer et permet de former un rotor comportant tous les avantages d'un rotor selon l'art antérieur avec des aubes métalliques. Selon un autre aspect de l'invention, le pied de l'aube de rotor possède une forme en queue d'aronde. Grâce au dispositif de blocage selon l'invention, l'aube peut être bloquée radialement ce qui empêche tout défaut de positionnement de l'aube dans son logement lorsque le rotor est à l'arrêt. L'invention sera mieux comprise en référence au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une vue en coupe radiale d'un disque de rotor d'une turbomachine dans lequel est monté une aube de rotor selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une première forme de réalisation d'un dispositif de blocage selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un rotor selon l'invention comportant un dispositif de blocage selon la figure 2, le dispositif de blocage bloquant axialement une unique aube de rotor montée dans le disque de rotor ; - la figure 4 est une vue en coupe radiale du rotor de la figure 3 selon l'axe A-A ; - la figure 5 est une vue en perspective d'une deuxième forme de réalisation d'un dispositif de blocage selon l'invention ; et - la figure 6 est une vue en perspective d'une troisième forme de réalisation d'un dispositif de blocage selon l'invention. L'invention va maintenant être présentée pour un rotor d'une turbomachine formant un étage de turbine basse pression. Le rotor comporte un disque de rotor de turbine basse pression 1, s'étendant axialement selon un axe X comme représenté sur la figure 3, dans lequel sont formées des rainures axiales ou obliques 11 dans lesquelles sont engagées des aubes 2 par leurs pieds 3, les aubes 2 s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe X du moteur. Le disque de rotor 1 comporte une gorge annulaire 6 s'étendant radialement vers l'intérieur ménagée en aval de la rainure 11 du disque de rotor 1. L'invention est ici décrite pour un blocage en aval mais il va de soi qu'elle s'applique de manière similaire pour un blocage axial en amont. Le rotor comporte en outre un dispositif de blocage 8 d'un pied 3 d'une aube de rotor 2 dans une rainure 11 du disque de rotor 1 qui va être maintenant présenté en référence aux figures 2 à 6. De manière préférée, le dispositif de blocage 8 comporte autant de cales de blocage 82 que de dents 83. De préférence, chaque aube 2 de disque de rotor 1 est bloquée par une cale 82 et une dent de blocage 83. Le nombre de cales 82 est égal aux nombres d'aubes 2 à bloquer. Dans cet exemple, le disque de rotor 1 comporte 98 rainures 11 pour recevoir autant d'aubes 2. Dans cet exemple, pour bloquer les aubes 2 dans les rainures 11, on dispose de 11 dispositifs de blocage 8 dont 10 comportent neuf cales 82 et dont un comporte huit cales 82, chaque dispositif 8 comportant autant de cales 82 que de dents de blocage 83. II va de soi que le nombre de cales 82 par dispositif 8 peut varier en fonction du nombre d'aubes du disque de rotor 1 ou du nombre de dispositifs 8 utilisés pour bloquer les aubes 2 d'un disque de rotor 1. En référence à la figure 2, le dispositif de blocage 8 comporte, de manière générale, un secteur d'anneau circulaire 81, au moins une cale de blocage 82 et au moins une dent de blocage 83 pour bloquer axialement le pied 3 d'une aube de rotor 3 logée dans une rainure 11 du disque de rotor 1 tout en permettant la ventilation de la rainure 11. De manière plus précise, le secteur d'anneau circulaire 81 est destiné à être monté, transversalement à l'axe de la turbomachine, dans une gorge 6 du disque de rotor 1. Par définition, un secteur d'anneau circulaire est défini par rapport à un axe qui est désigné par la suite axe d'anneau S qui est orienté de l'arrière vers l'avant sur la figure 2 et qui définit la direction axiale. Par la suite, les termes « avant » et « arrière » sont définis par rapport à l'axe d'anneau S. Le secteur d'anneau 81 s'étend radialement par rapport à l'axe d'anneau S selon la direction radiale d'axe R, représenté sur la figure 2, qui est dirigé de l'intérieur vers l'extérieur. Le secteur d'anneau circulaire 81 possède un rayon de courbure constant et est aplati dans la direction axiale S, sa dimension radiale étant plus longue que sa dimension axiale. Le secteur d'anneau 81 possède un angle ouvert de l'ordre de 30° mais il va de soi que cet angle peut être différent. La partie radiale intérieure 84 du secteur d'anneau 81 est décalée axialement par rapport à sa partie radiale extérieure 85 comme représenté sur la figure 2. Autrement dit, la partie radiale intérieure 84 est en avant de la partie radiale extérieure 85 de manière à permettre le logement de l'extrémité radiale intérieure 84 dans la gorge 6 du disque de rotor 1 tout en permettant à la partie radiale extérieure 85 de venir s'appuyer radialement dans la rainure 11 du disque de rotor 1 comme représenté sur la figure 3. Cette caractéristique sera détaillée par la suite au cours de l'exemple de mise en oeuvre de l'invention. La cale de blocage 82 du dispositif de blocage 8, de forme rectangulaire, est solidaire et orthogonale au secteur d'anneau 81, la cale 82 s'étendant depuis la face arrière du secteur d'anneau 81, parallèlement à l'axe d'anneau S. La cale de blocage 82 est agencée pour supporter radialement le pied 3 d'aube 2 dans la rainure 11 du disque de rotor 1. En référence à la figure 2, la cale de blocage 82 est solidaire de la partie supérieure 85 du secteur d'anneau 81 de manière à surélever le pied 3 d'aube 2 par rapport au fond de la rainure 11 pour permettre une circulation d'air dans la rainure 11 du disque de rotor 1. La cale de blocage 82 du dispositif de blocage 8 est aplatie selon la direction radiale R, sa dimension axiale étant plus longue que sa dimension radiale. La longueur de la cale de blocage 82 définie selon l'axe d'anneau S est configurée pour supporter le pied 3 d'aube 2. A titre d'exemple, la longueur de la cale de blocage 82 correspond à environ 80% de la longueur du pied 3 d'aube 2 comme représenté sur la figure 4. II va de soi que la longueur de la cale de blocage 82 peut varier. De préférence, la longueur de la cale de blocage 82 est au moins égale à la moitié de la longueur du pied d'aube 3 pour répartir les efforts sur la cale de blocage 82. La dent de blocage 83 du dispositif de blocage 8 est solidaire et orthogonale à la cale de blocage 82. La dent de blocage 83, de forme rectangulaire, s'étend depuis la partie supérieure 85 du secteur d'anneau 81 selon la direction radiale R vers l'extérieur, c'est à dire radialement par rapport à l'axe du secteur d'anneau S, de manière à bloquer le déplacement axial du pied d'aube 3 dans la rainure 11 du disque de rotor 1. La longueur de la dent 83, définie selon l'axe radial R, est configurée, dans cet exemple, pour s'étendre jusqu'au diamètre extérieur du disque de rotor 1 lorsque le dispositif de blocage 8 est en position montée comme représenté sur la figure 3. Les dimensions de la dent de blocage 83, en particulier sa longueur et sa largeur, sont définies pour résister aux déplacements axiaux du pied 3 d'aube 2 lors d'une rotation du rotor. La dent de blocage 83 est agencée pour être alignée axialement avec la rainure 11 du disque de rotor 1. De préférence, la face arrière de la dent de blocage 83, appelée aussi face d'arrêt, possède une surface dont la dimension est inférieure à la section de la rainure 11 du disque de rotor 1 comme représenté sur la figure 3. Une telle dent de blocage 83 permet de remplir sa fonction de blocage axial tout en possédant une masse réduite du fait de ses dimensions réduites. Selon une forme de réalisation particulière non représentée, la dent de blocage 83 est pliable/rétractable pour permettre un montage simple du dispositif de blocage 8 dans la gorge 6, la dent 83 n'étant dépliée/sortie qu'après montage. Le dispositif de blocage 8 comporte en outre des moyens de ventilation ménagés dans le secteur annulaire 81, de préférence, dans sa partie extérieure 85, entre la zone de liaison de la cale de blocage 82 et la partie intérieure 84 du secteur annulaire 81 comme représenté sur la figure 4. Ces moyens de ventilation se présentent sous la forme d'ouvertures traversant dans la direction axiale le secteur d'anneau 81 de manière à permettre l'évacuation d'un flux d'air F circulant entre le fond de la rainure 11 et la cale de blocage 82 comme représenté sur la figure 4. De manière préférée, les moyens de ventilation sont alignés radialement avec la dent de blocage 83 ce qui permet de bloquer axialement le pied 3 d'aube 2 tout en permettant la ventilation de la rainure 11. Selon une première forme de réalisation, les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'orifices traversant circulaires 91 comme représentés sur les figures 2 à 4 dont le diamètre est calibré pour la ventilation. Des orifices circulaires 91 présentent l'avantage d'être simples à usiner. 35 Selon une deuxième forme de réalisation, en référence à la figure 5, les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'orifices traversant de section elliptique 92 dont le petit diamètre s'étend, de préférence, selon la direction radiale. Des orifices de section elliptique 92, réalisés par exemple par un perçage incliné, présentent l'avantage d'offrir un débit d'air important sans affecter la résistance mécanique selon la direction radiale du secteur d'anneau 81. En effet, la distance entre 40 le bord intérieur du secteur annulaire 81 et un orifice elliptique est plus importante que la distance30 entre le bord intérieur du secteur annulaire 81 et un orifice circulaire ce qui offre une meilleure tenue mécanique. Selon une troisième forme de réalisation, en référence à la figure 6, les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'encoches 93 formées depuis la partie intérieure 84 du secteur d'anneau 81 jusque dans sa partie extérieure 85. Autrement dit, l'extrémité intérieure du secteur d'anneau 81 est crénelée de manière à permettre la ventilation des rainures 11. Des encoches 93 présentent l'avantage d'alléger la masse du secteur d'anneau 81 tout en étant simple à usiner par perçage. Par ailleurs, les encoches 93 offrent un débit d'air de ventilation important. Le montage d'un dispositif de blocage 8 dans le rotor va être décrit plus en avant. Ce montage est décrit en référence à un dispositif comportant des moyens de ventilation selon la première forme de réalisation (orifices circulaires). La description du procédé de montage s'applique de manière similaire aux autres formes de réalisation des moyens de ventilation. En référence à la figure 3 représentant le disque de rotor 1 d'axe X, le dispositif de blocage 8 de la figure 2 est monté dans le disque de rotor 1 en plaçant les cales de blocage 82 axialement dans les rainures 11 du disque de rotor 1 et en insérant la partie intérieure 84 du dispositif de blocage 8 dans la gorge aval 6 du disque de rotor 1 de manière à ce que la partie supérieure 85 du secteur d'anneau 81 soit en appui radial dans le fond de la rainure 11 de manière à ménager un espace de circulation d'un flux d'air F entre la cale de blocage 82 et le fond de la rainure 11. Le décalage axial permet en outre d'éviter un basculement du dispositif de blocage 8 en limitant le porte-à-faux du dispositif de blocage 8. En effet, si l'aube 2 est en appui sur la cale 82, la partie intérieure 84 du dispositif de blocage 8 entre en contact avec la partie aval de la gorge 6 ce qui bloque le basculement vers l'amont de la cale 82. La cale de blocage 82 est parallèle au fond de la rainure 11 une fois montée. La dent de blocage 83 s'étend radialement par rapport à l'axe du moteur et est alignée axialement avec la rainure 11. En référence à la figure 4, les moyens de ventilation, ici des orifices circulaires 91, s'étendent à mi- hauteur de l'espace de circulation du flux d'air F entre la cale de blocage 82 et le fond de la rainure 11 ce qui permet d'assurer une bonne circulation d'air. Le pied 3 d'aube 2 est ensuite inséré dans la rainure 11 par déplacement axial de l'amont vers l'aval de manière à ce que le pied 2 soit en appui sur la surface extérieure de la cale de blocage 82 pour être retenu radialement et ainsi éviter un défaut de positionnement de l'aube 2 dans le disque 1, en particulier, lorsque le moteur est à l'arrêt. Par ailleurs, le pied 3 d'aube 2 est en appui sur la surface amont (surface d'arrêt) de la dent de blocage 83 pour être bloqué axialement. Grâce au dispositif de blocage 8 selon l'invention, il n'est pas nécessaire de recourir à une aube en pied de sapin ou de former un crochet dans le pied d'aube pour bloquer axialement l'aube 2. De préférence, le pied 3 de l'aube de rotor 2 possède une forme simple en queue d'aronde dont l'enveloppe est en matériau composite. C'est le dispositif de blocage 8, et non le pied 3 d'aube 2, qui remplit les fonctions de blocage axial, de blocage radial et de ventilation de la rainure 11 du disque de rotor 1. Un tel pied 3 est simple à fabriquer et possède une masse réduite. De manière préférée, l'enveloppe du pied 3 d'aube 2 est en matériau composite à matrice céramique (CMC). REVENDICATIONS1. Dispositif (8) de blocage d'un pied (3) d'une aube de rotor (2) dans une rainure (11) d'un disque de rotor (1) d'une turbomachine, comportant : un secteur d'anneau circulaire (81) destiné à être monté, transversalement à l'axe de la turbomachine, dans une gorge (6) du disque de rotor (1) ; au moins une cale de blocage (82), solidaire et orthogonale au secteur d'anneau (81), s'étendant parallèlement à l'axe (S) du secteur d'anneau (81) de manière à supporter radialement le pied (3) de l'aube (2) dans la rainure (11) ; et au moins une dent de blocage (83) s'étendant depuis le secteur d'anneau (81) radialement par rapport à l'axe (S) du secteur d'anneau (81) de manière à bloquer le déplacement axial du pied (3) de l'aube (2) dans la rainure (11). 2. Dispositif selon la revendication 1, comportant des moyens de ventilation (91, 92, 93), 15 ménagés dans ledit secteur d'anneau (81), agencés pour permettre une évacuation d'un flux d'air (F) circulant entre le fond de la rainure (11) et la cale de blocage (82). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens de ventilation (91, 92, 93) sont alignés avec la direction selon laquelle s'étend la dent de blocage (83). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 3, dans lequel les moyens de ventilation se présentent sous la forme d'au moins un orifice de ventilation (91, 92). 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 3, dans lequel les moyens de ventilation se 25 présentent sous la forme d'au moins une encoche de ventilation (93) ménagée dans la partie (84) du secteur d'anneau (81) destinée à être insérée dans la gorge (6) du disque de rotor (1). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le secteur d'anneau (81) 30 comporte une partie radiale intérieure (84), destinée à être montée dans la gorge (6) du disque de rotor (1), et une partie radiale extérieure (85), depuis laquelle s'étend la dent de blocage (83), qui sont décalées axialement l'une par rapport à l'autre selon l'axe d'anneau (S). 35 7. Rotor d'une turbomachine comprenant un disque de rotor (1), au moins une aube de rotor (2) et au moins un dispositif de blocage (8) selon l'une des revendications 1 à 6, le disque de rotor (1) comportant une rainure (11) dans laquelle est logé un pied (3) de l'aube (2) et une gorge (6) dans laquelle est monté le dispositif de blocage (8), la cale de blocage (82) du dispositif de blocage (8) s'étendant entre le pied (3) d'aube (2) et le fond de la rainure 40 (11). 10 20 8. Rotor selon la revendication précédente, dans lequel, le disque de rotor (1) s'étendant axialement de l'amont vers l'aval, la gorge (6) est ménagée à l'extrémité aval du disque de rotor (1) de manière à bloquer un déplacement axial vers l'aval de l'aube (2) dans la rainure (11). 9. Rotor selon l'une des revendications 7 à 8, dans lequel le pied de l'aube de rotor (2) comporte une enveloppe en matériau composite. 10. Rotor selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel le pied de l'aube de rotor (2) 10 possède une forme en queue d'aronde. 15