Brevet FR2978793A1 — publié le 20130208

Rotor de turbine pour une turbomachine La présente invention concerne un rotor de turbine pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Dans une turbomachine classique, le rotor de la turbine comporte des disques à la périphérie desquels sont réalisés des alvéoles de montage de pieds d'aubes. Les disques sont centrés sur l'axe de la turbomachine et sont reliés entre eux et à un arbre de turbine par des brides. Un disque amont peut comprendre une bride annulaire aval de fixation par des moyens du type vis-écrou à une bride annulaire amont d'un disque aval. Un flasque annulaire est monté entre les disques amont et aval et entoure au moins la bride amont du disque aval, pour retenir axialement les aubes sur le disque aval en prenant appui sur leurs pieds par sa partie d'extrémité aval. Ce flasque porte en outre des léchettes destinées à coopérer avec des blocs de matériau abradable montés sur des aubes fixes d'un distributeur situé axialement entre les disques amont et aval précités. Les léchettes et les blocs abradables forment des moyens d'étanchéité du type joint à labyrinthe. Dans le cas où les disques amont et aval sont fixés entre eux par leurs brides, le flasque comporte une bride annulaire intercalée axialement entre les brides des disques. Un espace annulaire est délimité entre le flasque et la bride amont du disque aval et est, en amont, alimenté en air de refroidissement qui est guidé jusqu'aux alvéoles du disque aval pour les ventiler. En fonctionnement, les dilatations thermiques différentielles et les forces centrifuges font que le flasque est sollicité radialement vers l'extérieur. Sa partie d'extrémité aval a tendance à se déplacer radialement vers l'extérieur et à s'écarter de la face radiale amont du disque aval (déversement du flasque). L'air de refroidissement peut alors s'échapper de l'espace annulaire et de l'air chaud peut entrer en amont des pieds d'aubes 2 dans les passages longitudinaux précités, ce qui perturbe la ventilation des dents du disque et réduit les performances de la turbine et sa durée de vie. Une solution pour remédier à ce problème consiste à augmenter le niveau de serrage du flasque sur la bride. Toutefois, cela entraîne des surcontraintes locales importantes sur la bride, qui peuvent diminuer sa durée de vie. Le document FR 2 928 406, au nom de la Demanderesse, propose une autre solution au problème du déversement du flasque. Dans ce document, les pieds d'aubes comportent des plates-formes adjacentes les unes aux autres de façon à délimiter la paroi interne d'une veine de circulation de gaz. Des dents font saillie des plates-formes et coopèrent avec des dents de la périphérie radialement externe du flasque de façon à assurer son maintien. Des dents d'accrochage supplémentaires sont en outre prévues sur le disque et sur le flasque. Lors de son montage, la position angulaire du flasque doit être déterminée précisément et le flasque doit être monté de façon à ce que ses dents se placent axialement derrière les dents des plates-formes et du disque, le flasque étant ensuite pivoté de façon à ce que lesdites dents coopèrent entre elles afin d'assurer le maintien axial du disque. Un tel montage est relativement complexe. En outre, des tolérances dimensionnelles très faibles sont nécessaires. En effet, dans le cas contraire, un jeu de montage serait nécessaire entre les dents du flasque, d'une part, et celles des pieds d'aubes et du disque, d'autre part. Dans ce cas, un léger décollement du flasque par rapport à la paroi radiale amont du disque pourrait se produire en fonctionnement, de sorte que le phénomène de déversement ne serait pas complètement résolu. La complexité des différentes pièces augmente également le coût d'un tel rotor. La demande de brevet FR 11/52883, au nom de la Demanderesse propose une autre solution au problème du déversement du flasque. Cette solution consiste à disposer d'un flasque pourvu de moyens d'appui radial d'une partie d'extrémité aval du flasque sur le disque, empêchant le flasque de s'écarter du disque en fonctionnement. Cette solution nécessite également un flasque de structure complexe et des tolérances dimensionnelles très faibles. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose un rotor de turbine pour une turbomachine, comprenant un disque comportant au moins une bride amont ou aval et portant des aubes dont les pieds sont engagés dans des alvéoles de la périphérie externe du disque, un flasque annulaire monté autour de la bride pour la retenue axiale des aubes sur le disque et délimitant avec la bride un espace annulaire destiné à alimenter en air de refroidissement les alvéoles du disque, et des moyens de maintien de la périphérie radialement externe du flasque, caractérisé en ce que la périphérie radialement externe du flasque est équipée de moyens d'étanchéité coopérant avec une paroi radiale du disque et aptes à se déformer ou à se déplacer de façon à compenser la déformation ou le déplacement du flasque en fonctionnement, afin d'assurer l'étanchéité de l'espace annulaire quelle que soit la position du flasque en fonctionnement. Le flasque est ainsi maintenu, dans une certaine mesure, au niveau de sa périphérie radialement externe. Un léger jeu de montage peut toutefois être prévu afin de réduire les contraintes de fabrication et faciliter le montage et il n'est plus nécessaire de réaliser des pièces avec des tolérances dimensionnelles très faibles. Les moyens d'étanchéité sont en outre aptes à assurer l'étanchéité de l'espace annulaire, même lorsqu'il existe de légers écarts dimensionnels ou lors de la déformation ou du déplacement du flasque en fonctionnement. Les moyens d'étanchéité compensent les jeux entre la périphérie externe du flasque et la paroi radiale du disque, qui sont susceptibles de varier en fonctionnement. Ces moyens peuvent se déplacer et se déformer pour compenser ces jeux. Avantageusement, les moyens d'étanchéité s'étendent axialement en regard des alvéoles du disque et sont destinés à coopérer avec la paroi radiale du disque et des parois radiales des pieds des aubes afin d'assurer l'étanchéité de l'espace annulaire. Les moyens d'étanchéité peuvent se déformer pour compenser les jeux axiaux entre les parois radiales du disque et des pieds d'aubes. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens d'étanchéité comprennent un joint annulaire monté dans une gorge d'une paroi radiale du flasque, destinée à être en appui contre ladite paroi radiale du disque. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la gorge comporte une paroi périphérie externe tronconique et évasée en direction de la paroi radiale du disque. Selon une autre caractéristique de l'invention, les pieds des aubes comportent des plates-formes adjacentes dans lesquelles sont ménagées des gorges adjacentes et agencées en regard d'une gorge de la périphérie externe du flasque, un segment annulaire étant engagé dans lesdites gorges de manière à assurer le maintien du flasque sur les plates-formes des pieds d'aubes. Avantageusement, le segment est déformable entre une position de montage dans laquelle il est entièrement logé dans la gorge du flasque et une position de fonctionnement dans laquelle il s'étend pour partie dans les gorges des pieds d'aubes et pour partie dans la gorge du flasque. Le segment peut être maintenu en position de montage, par exemple à l'aide d'un outillage approprié. De manière avantageuse, le flasque comporte, à sa périphérie radialement externe, des ouvertures débouchant dans la gorge du flasque et destinées au passage de griffes d'un outillage de maintien du segment dans sa position de montage. L'invention concerne en outre une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor de turbine du type précité. L'invention concerne enfin un procédé de montage d'un rotor de turbine du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à - monter les pieds d'aubes dans les alvéoles du disque, - monter le segment dans la gorge du flasque et le maintenir dans sa position de montage à l'intérieur de cette gorge, par exemple à l'aide d'un outillage, - placer le flasque contre le disque de manière à ce que les gorges des plates-formes des pieds d'aubes soient situées en regard du segment, - relâcher le segment de manière à ce qu'il se déforme dans sa position de fonctionnement dans laquelle il maintient la périphérie radialement externe du flasque sur les pieds d'aubes, les moyens d'étanchéité pouvant alors assurer l'étanchéité de l'espace annulaire entre la bride et le flasque. 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 demi-vue, en coupe longitudinale, d'un rotor de turbine de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue partielle et en coupe d'un rotor de turbine selon l'invention, - les figures 3 et 4 sont des vues partielles, en perspective et en coupe, du rotor de turbine de la figure 2, - les figures 5 à 8 illustrent les différentes étapes du montage du rotor de turbine des figures 2 à 4. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un rotor de turbine basse-pression de l'art antérieur, ce rotor comportant plusieurs disques 1, 2, à la périphérie desquels sont réalisés des alvéoles 3 de montage de pieds d'aubes 4. Les disques 1, 2 sont centrés sur l'axe 5 de la turbomachine et sont reliés entre eux et à un arbre de turbine par des brides annulaires 6. Les pieds d'aubes 4 sont surmontés de plates-formes 7 adjacentes les unes aux autres de façon à délimiter la paroi interne d'une veine de circulation de gaz. Des dents 8 font saillie des plates-formes, radialement vers l'intérieur. Seulement deux disques, respectivement amont 1 et aval 2, sont représentés en figure 1. Le disque amont 1 comprend une bride annulaire aval 9 de fixation à une bride annulaire amont 10 du disque aval 2. La fixation est réalisée par boulonnage. Un flasque annulaire 11 de maintien des pieds d'aubes 4 est monté autour de la bride 10 et s'étend axialement entre les disques 1, 2 jusqu'aux alvéoles 3 du disque aval 2, de façon à former des butées axiales pour les pieds d'aubes 4 de ce disque 2. Le flasque 11 comporte une bride annulaire interne 12 à son extrémité amont qui est intercalée axialement entre les brides 6, et fixée à celles-ci par boulonnage. La bride 12 comporte des orifices radiaux 13 de passage d'air de refroidissement. La périphérie radialement externe du flasque comporte des dents 14 coopérant avec les dents 8 des plates-formes 7 de manière à assurer le maintien en position du flasque 11. Des dents d'accrochage supplémentaires 14, 15 sont en outre prévues, respectivement sur le disque 2 et sur le flasque 11. Le flasque 11 porte également des léchettes 16 destinées à coopérer avec des blocs 17 de matériau abradable montés sur des aubes fixes 18 d'un distributeur situé axialement entre les disques 1, 2. Les léchettes 16 et les blocs abradables 17 forment des moyens d'étanchéité du type joint à labyrinthe. Le flasque 11 délimite avec la bride 10 un espace annulaire 19 de circulation d'air de ventilation. La face aval du flasque vient en appui contre la face amont du disque 2 de manière à réaliser l'étanchéité de l'espace annulaire 19. En fonctionnement, de l'air de ventilation pénètre à travers les orifices 13 de la bride 11 dans l'espace annulaire 19 formé entre le flasque 11 et la bride 10 et est guidé par le flasque jusqu'aux passages longitudinaux entre les pieds d'aubes 4 et les fonds des alvéoles 13 du disque aval 2. Comme indiqué précédemment, le montage d'un tel flasque 11 est relativement complexe. En outre, des tolérances dimensionnelles très faibles sont nécessaires au niveau des zones d'accrochage du flasque 11 sur le disque 2 et sur les pieds d'aubes 4, si l'on veut éviter tout décollement du flasque 11 par rapport à la face amont du disque 2. Une forme de réalisation de l'invention remédiant à ces inconvénients est illustrée aux figures 2 à 4. Le rotor de turbine selon l'invention diffère du rotor de l'art antérieur en ce que la périphérie externe 20 du flasque 11 peut être montée avec un jeu de montage sur les pieds d'aubes 4, la périphérie radialement externe 20 du flasque 11 étant équipée de moyens d'étanchéité aptes à se déformer ou à se déplacer de façon à compenser la déformation ou le déplacement du flasque en fonctionnement, afin d'assurer l'étanchéité de l'espace annulaire quelle que soit la position du flasque en fonctionnement. Plus particulièrement, les plates-formes 7 comportent des crochets ou des dents 8 s'étendant radialement vers l'intérieur et délimitant des gorges 21 s'étendant circonférentiellement. La périphérie radialement externe 20 du flasque 11 comporte également une gorge annulaire 22, agencée en regard des gorges 21 des plates-formes 7. Un segment annulaire 23 est engagé dans les gorges 21, 22 de manière à assurer le maintien du flasque 11 sur les plates-formes 7 des pieds d'aubes 4. Le segment 23 est élastiquement déformable entre une position de montage dans laquelle il est entièrement logé dans la gorge 22 du flasque 11 et une position de fonctionnement dans laquelle il s'étend pour partie dans les gorges 21 des plates-formes 7 et pour partie dans la gorge 22 du flasque 11. La profondeur de la gorge 22 est, dans un exemple de réalisation de l'invention comprise entre 2,5 et 2,7 mm, celle des gorges 21 est comprise entre 1,2 et 1,4 mm et la dimension radiale h (figure 6) de la section du segment 23 est sensiblement identique à celle de la profondeur de la gorge 22. Un jeu axial j de montage est prévu entre le segment 23 et les gorges 21, 22, ce jeu j étant au minimum de 0,1 mm. Ce jeu j permet de faciliter le montage du flasque 11 et d'autoriser la fabrication de pièces avec des tolérances dimensionnelles plus élevées que dans l'art antérieur, c'est-à-dire moins contraignantes. Le flasque 11 comporte, à sa périphérie radialement externe 20, des ouvertures 24 (figure 3) débouchant axialement dans la gorge 22 du flasque 11 et vers l'amont, destinées au passage de griffes d'un outillage de maintien du segment 23 dans sa position de montage. Les ouvertures 24 sont de préférence au nombre de trois et régulièrement espacées sur la circonférence. L'outillage, qui n'est pas représenté ici, permet de réduire le diamètre du segment 23 par rapprochement des griffes, de manière à faciliter son montage dans les gorges 21 des plates-formes 7. La paroi radiale aval 25 du flasquel1, destinée à être en appui contre la paroi radiale amont 26 (figure 6) du disque 2, comporte une gorge 27 dans laquelle est disposé un jonc annulaire d'étanchéité 28. Dans l'exemple représenté, le jonc 28 s'étend en amont et en regard des alvéoles 3 du disque 2. Le jonc 28 est tubulaire et élastiquement déformable. Plus particulièrement, le jonc 28 peut être déformé de manière à augmenter son diamètre externe. La gorge 27 comporte une paroi périphérie externe tronconique 29 évasée en direction de la paroi radiale amont 26 du disque 2, et une paroi périphérique interne 30 cylindrique, le fond de la gorge 27 présentant une section arrondie correspondant à la section circulaire du jonc. Dans un exemple de réalisation, l'angle a de la paroi externe 30 tronconique 29 par rapport à l'axe 5 du rotor est compris entre 40 et 45 0. Le diamètre externe minimum du jonc 28 (représenté avec une section creuse mais pouvant être de section pleine) est notamment déterminé par des contraintes fonctionnelles dépendant du déplacement du flasque 11 en fonctionnement : sa taille doit être suffisamment importante pour ne pas être bloqué entre la paroi radiale aval 25 du flasquel 1 et la paroi radiale 26 du disque 2 ou les parois radiales des pieds d'aube 4. Le flasque 11 constitue un moyen d'arrêt axial des pieds d'aubes 4 vers l'amont. Un segment annulaire 31 est en outre monté contre la face radiale aval 32 du disque 2, ledit segment 31 étant retenu à sa périphérie externe par des crochets 33, et à sa périphérie interne par un flasque aval 34. Ce segment 31 forme un moyen d'arrêt axial des pieds d'aubes 4 vers l'aval. D'autres moyens pourraient être prévus pour réaliser cet arrêt axial vers l'aval. En d'autres termes, ce segment 31 n'est pas essentiel au fonctionnement de l'invention. En fonctionnement, le rotor est entraîné en rotation et le jonc annulaire 28 est plaqué par centrifugation contre la paroi tronconique 29 de la gorge 27. Les efforts centrifuges générés lors du fonctionnement normal de la turbomachine suffisent à provoquer la déformation du jonc 28. Celui-ci est entraîné vers l'aval par la surface tronconique 29, de manière à ce qu'il soit en appui contre les faces radiales amont du disque 2 et des pieds d'aubes 4. Lors de ce déplacement vers l'aval, le diamètre du jonc 28 est augmenté. La section du jonc 28 se déforme également de sorte qu'il s'écrase contre les faces radiales amont précitées, de façon à compenser un éventuel désalignement entre ces faces, c'est-à-dire d'éventuels jeux axiaux entre ces faces. Le flasque 11 peut se déformer ou se déplacer, dans la limite du jeu de montage j entre le segment 23 et les parois latérales des gorges 21. Dans ce cas, bien que la paroi radiale aval 25 du flasque 11 ne soit plus en appui sur les parois radiales amont 26 du disque 2 et des pieds d'aubes 4, le jonc annulaire 28 assure l'étanchéité de l'espace annulaire 19, celui-ci étant toujours maintenu en appui sur lesdites surfaces radiales amont 26 grâce aux forces centrifuges en jeu. Les dimensions du jonc 28 et le jeu de montage j sont déterminées de sorte que le jonc 28 ne s'échappe pas de la gorge 27 lors de la déformation maximale ou du déplacement maximal du flasque 11. Le jonc annulaire 28 est ainsi apte à assurer l'étanchéité de l'espace annulaire 19 quelle que soit la position du flasque 11 en fonctionnement, lorsque celui-ci est déformé ou déplacé par rapport à sa position d'origine visible à la figure 2. Lorsque la vitesse de rotation du rotor est relativement faible, la face radiale aval 25 du flasque 11 vient en général en appui contre les faces radiales amont 26 du disque 2 et des pieds d'aubes 4. Le flasque 11 peut alors éventuellement assurer seul l'étanchéité de l'espace annulaire 19. Dans ce cas, le jonc 28 peut éventuellement être rappelé vers le fond de la gorge 27 et ne plus être en appui contre les faces radiales amont 26 précitées. Toutefois, à l'arrêt du moteur, le flasque 11 peut être encore chaud et être décollé de la face radiale 26 du disque 2. Le décollement du flasque n'est donc pas nécessairement fonction que du régime de rotation du rotor. L'essentiel est que, lorsque le flasque 11 se décolle du disque 2 et des pieds d'aubes 4 en cas d'augmentation de la vitesse de rotation ou en cas de dilatation thermique du flasque 11, le jonc 28 soit déjà en appui contre les paroi radiales amont 26 du disque 2 et des pieds d'aubes 4 de façon à assurer l'étanchéité de l'espace annulaire 19. Le jonc 28 est donc de préférence en appui sur le disque 2 pendant les phases de rotation du moteur, c'est-à-dire lorsque que le moteur consomme (soit dès le ralenti sol). Le montage du rotor de turbine selon l'invention va maintenant être décrit, en référence aux figures 5 à 8. Les pieds 4 des aubes sont tout d'abord montés dans les alvéoles 3 du disque 2 (figure 5) et le segment 23 est monté dans la gorge annulaire 22 du flasque 11 et maintenu dans sa position de montage à l'aide de l'outillage (figure 6). Le jonc annulaire 28 est monté dans la gorge 27 du flasque 11 puis le flasque 11, le segment 23 et le jonc annulaire 28 sont montés en amont du disque 2, le segment 23 se positionnant sous les gorges 21 des plates-formes 7 (figure 7). L'outillage est retiré, le segment 23 retrouvant élastiquement sa position de fonctionnement dans laquelle il s'étend, pour partie, dans la gorge 22 du flasque 11 et, pour partie, dans les gorges 11 des plates-formes 7 (figure 8). Le flasque 11 est alors maintenu par sa périphérie externe 20, à l'aide du segment 23, et le jonc annulaire 28 est apte à assurer l'étanchéité de l'espace annulaire 19 en fonctionnement. On constate que le montage d'un tel rotor est relativement simple par rapport à l'art antérieur. REVENDICATIONS1. Rotor de turbine pour une turbomachine, comprenant un disque (2) comportant au moins une bride amont (10) ou aval et portant des aubes dont les pieds (4) sont engagés dans des alvéoles (3) de la périphérie externe du disque (2), un flasque annulaire (11) monté autour de la bride (10) pour la retenue axiale des aubes sur le disque (2) et délimitant avec la bride (10) un espace annulaire (19) destiné à alimenter en air de refroidissement les alvéoles (3) du disque (2), et des moyens de maintien (21, 22, 23) de la périphérie radialement externe (20) du flasque (11), caractérisé en ce que la périphérie radialement externe (20) du flasque (11) est équipée de moyens d'étanchéité (28) coopérant avec une paroi radiale (26) du disque et aptes à se déformer ou à se déplacer de façon à compenser la déformation ou le déplacement du flasque (11) en fonctionnement, afin d'assurer l'étanchéité de l'espace annulaire (19) quelle que soit la position du flasque (11) en fonctionnement. 2. Rotor de turbine selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (28) s'étendent axialement en regard des alvéoles (3) du disque (2) et sont destinés à coopérer avec la paroi radiale (26) du disque et des parois radiales des pieds (4) des aubes afin d'assurer l'étanchéité de l'espace annulaire (19). 3. Rotor de turbine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent un joint annulaire (28) monté dans une gorge (27) d'une paroi radiale (25) du flasque (11), destinée à être en appui contre la paroi radiale (26) du disque (2). 4. Rotor de turbine selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gorge (27) comporte une paroi périphérie externe tronconique (29) et évasée en direction de la paroi radiale (26) du disque (2). 5. Rotor de turbine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé 30 en ce que les pieds (4) des aubes comportent des plates-formes (7) adjacentes dans lesquelles sont ménagées des gorges (21) agencées enregard d'une gorge (22) de la périphérie externe (20) du flasque (11), un segment annulaire (23) étant engagé dans lesdites gorges (21, 22) de manière à assurer le maintien du flasque (11) sur les plates-formes (7) des pieds d'aubes (4). 6. Rotor de turbine selon la revendication 5, caractérisé en ce que le segment (23) est déformable entre une position de montage dans laquelle il est entièrement logé dans la gorge (22) du flasque (11) et une position de fonctionnement dans laquelle il s'étend pour partie dans les gorges (21) des pieds d'aubes (4) et pour partie dans la gorge (22) du flasque (11). 7. Rotor de turbine selon la revendication 6, caractérisé en ce que le flasque (11) comporte, à sa périphérie radialement externe (20), des ouvertures (24) débouchant dans la gorge (22) du flasque (11) et destinées au passage de griffes d'un outillage de maintien du segment (23) dans sa position de montage. 8. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor de turbine selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Procédé de montage d'un rotor de turbine selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - monter les pieds d'aubes (4) dans les alvéoles (3) du disque (2), - monter le segment (23) dans la gorge (22) du flasque (11) et le maintenir dans sa position de montage à l'intérieur de cette gorge (22), par exemple à l'aide d'un outillage, - placer le flasque (11) contre le disque (2) de manière à ce que les gorges (21) des plates-formes (7) des pieds d'aubes (4) soient situées en regard du segment (23), - relâcher le segment (23) de manière à ce qu'il se déforme dans sa position de fonctionnement dans laquelle il maintient la périphérie radialement externe (20) du flasque (11) sur les pieds d'aubes (4), les moyens d'étanchéité (28) assurant l'étanchéité de l'espace annulaire (19) entre la bride (10) et le flasque (11).