Brevet FR3003893A1 — publié le 20141003

Aube de turbomachine La présente invention concerne une aube de turbomachine ainsi qu'une roue de turbine, en particulier une roue de turbine basse pression. Une roue de turbine comporte classiquement un disque dont la périphérie radialement externe est formée avec une série de dents délimitant entre elles des alvéoles servant au montage d'aubes. Chaque aube comporte une pale reliée par une plate-forme à une paroi radiale médiane s'étendant axialement et prolongée radialement à l'intérieur par un pied d'aube destiné à être monté dans un alvéole du disque. La plate-forme et ladite paroi médiane délimitent deux cavités latérales situées de part et d'autre de ladite paroi médiane et débouchant circonférentiellement, destinées à loger des organes d'étanchéité. Plus particulièrement, la plate-forme de chaque aube comporte une paroi principale en forme de portion de cylindre ou de portion de cône, prolongée à l'amont par un rebord radial dit amont, s'étendant circonférentiellement, lui-même prolongé à son extrémité radialement interne par un becquet s'étendant vers l'amont. Par ailleurs, une nervure s'étend vers l'aval depuis le rebord amont, en regard du becquet amont, ladite nervure définissant des surfaces d'appui amont, tournées radialement vers l'intérieur et situées de part et d'autre de la paroi médiane. En outre, la paroi principale de la plate-forme forme un becquet à son extrémité aval. Un rebord dit aval s'étend circonférentiellement et radialement vers l'intérieur depuis une zone aval de la paroi principale de la plate-forme. L'extrémité libre du rebord aval forme des surfaces d'appui aval, tournées radialement vers l'intérieur et situées de part et d'autre de la paroi médiane. La paroi principale, les rebords amont et aval et la nervure de la plate-forme s'étendent latéralement de part et d'autre de la paroi médiane de l'aube. Une cavité latérale est ainsi délimitée de chaque côté de la paroi médiane, par la paroi principale, par les rebords amont et aval, par la nervure et par la paroi médiane. En position de montage, les plates-formes des aubes sont disposées circonférentiellement de manière adjacente et entourent les dents du disque. Les surfaces d'appui amont et aval viennent en appui au niveau des extrémités amont et aval des dents adjacentes correspondantes, le pied de l'aube étant écarté du fond de l'alvéole correspondante. Les bords longitudinaux des plates-formes des aubes sont séparés les uns des autres en direction circonférentielle par de faibles jeux. Chaque organe d'étanchéité précité est engagé pour partie dans l'une des cavités latérales d'une aube et pour partie dans la cavité latérale opposée de l'aube directement adjacente. Les organes d'étanchéité précités sont, en fonctionnement, sollicités radialement vers l'extérieur par centrifugation et viennent en appui radial sur des faces internes des plates-formes pour limiter les fuites de gaz entre les bords longitudinaux des plates-formes. Ces organes peuvent également assurer un amortissement des vibrations auxquelles les aubes sont soumises en fonctionnement. Une telle structure, connue notamment du document FR 2 972 759 au nom de la Demanderesse, permet de maintenir efficacement les aubes en position dans les alvéoles et limite les fuites entre les plates-formes des aubes. Cette structure présente toutefois une masse relativement élevée, qu'il convient de réduire afin d'améliorer les performances de la turbomachine. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose une aube de turbomachine comportant une pale reliée par une plate-forme à une paroi radiale médiane, s'étendant axialement et prolongée radialement à l'intérieur par un pied d'aube destiné à être monté dans un alvéole d'un disque, la plate-forme et ladite paroi médiane délimitant deux cavités latérales situées de part et d'autre de ladite paroi médiane et débouchant circonférentiellement, destinées à loger des organes d'étanchéité, caractérisée en ce que lesdites cavités sont ouvertes vers l'aval, deux ailettes faisant saillie de part et d'autre de ladite paroi médiane, au niveau de son extrémité aval, lesdites ailettes étant destinées à venir en appui sur deux dents adjacentes du disque entre lesquelles est formé l'alvéole. Selon l'invention, le rebord radial aval a été supprimé et les 10 cavités latérales sont ouvertes vers l'aval. Ceci permet de réduire significativement la masse de l'aube, sans impacter ses caractéristiques mécaniques ou ses performances aérodynamiques. Les ailettes faisant saillie de part et d'autre de la paroi médiane permettent d'assurer le bon positionnement de l'aube sur le disque, par 15 appui sur les dents adjacentes correspondantes. Selon une caractéristique de l'invention, la plate-forme comporte au moins une partie amont radialement interne définissant au moins une surface d'appui amont tournée radialement vers l'intérieur, au moins une ailette définissant une surface d'appui aval tournée radialement vers 20 l'intérieur telle que la ligne passant par lesdites surfaces d'appui amont et aval est sensiblement perpendiculaire à l'axe médian de l'aube. De cette manière, il est possible de contrôler aisément la perpendicularité entre la ligne ou le plan passant par les surfaces d'appui amont et aval et l'axe médian de l'aube, de façon à garantir un bon 25 positionnement de l'aube sur le disque. Selon une autre caractéristique de l'invention, la plate-forme comporte une paroi principale en forme de portion de cylindre ou de portion de cône, prolongée à l'amont par un rebord radial s'étendant circonférentiellement, lui-même prolongé par un becquet s'étendant vers 30 l'amont. Dans ce cas, la plate-forme peut comporter au moins une nervure s'étendant vers l'aval depuis le rebord radial, en regard du becquet amont, ladite nervure comportant une surface radialement interne définissant ladite surface d'appui amont. Une telle nervure forme notamment un raidisseur permettant d'augmenter la résistance mécanique de l'aube. De plus, la paroi principale de la plate-forme peut être prolongée à l'aval par un becquet s'étendant vers l'aval. La plate-forme peut comporter au moins une nervure s'étendant radialement vers l'intérieur depuis la paroi principale, en regard des ailettes. Comme précédemment, une telle nervure forme notamment un raidisseur permettant d'augmenter la résistance mécanique de l'aube. Enfin, le bord aval de la paroi médiane peut comporter un renfoncement s'étendant entre la nervure et les ailettes, de manière à réduire encore la masse de l'aube. L'invention concerne également une roue de turbine pour une turbomachine, comportant un disque dont la périphérie radialement externe comprend une série de dents délimitant entre elles des alvéoles, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une aube du type précité, le pied de l'aube étant engagé dans l'un des alvéoles du disque de telle sorte que les ailettes de l'aube soient aptes à prendre appui radialement vers l'intérieur sur les dents adjacentes du disque, le pied de l'aube étant écarté du fond de l'alvéole correspondante. 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 vue de côté d'une partie d'une aube de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue correspondant à la figure 1, d'une aube selon l'invention, 3003 893 5 - la figure 3 est une vue en perspective d'une partie de l'aube selon l'invention, - la figure 4 est une vue de l'arrière, c'est-à-dire de l'aval, illustrant en détail la forme et la position des ailettes de l'aube selon 5 l'invention, - la figure 5 est une vue illustrant le montage d'une aube dans un disque d'une roue de turbine selon l'invention, - la figure 6 est une vue en perspective illustrant de façon schématique une étape de contrôle de la géométrie de l'aube selon 10 l'invention. La figure 1 illustre une aube mobile 1 de turbine basse-pression selon l'art antérieur, comportant une pale 2 reliée par une plate-forme 3 à une paroi radiale médiane ou échasse 4 s'étendant axialement et prolongée radialement à l'intérieur par un pied d'aube 5 en forme générale 15 de queue d'aronde, destiné à être monté dans un alvéole 6 de forme complémentaire d'un disque 7 (figure 5). La plate-forme 3 comporte une paroi principale 8 en forme de portion de cylindre, de portion de cône ou de portion géométrique en trois dimensions, prolongée à l'amont par un rebord amont 9 s'étendant 20 radialement et circonférentiellement, lui-même prolongé par un becquet 10 s'étendant vers l'amont. De plus, une nervure 11 s'étend vers l'aval depuis le rebord amont 9, en regard du becquet amont, ladite nervure 11 définissant deux surfaces d'appui amont 12, tournées radialement vers l'intérieur et situées de part et d'autre de la paroi médiane 4. La partie aval 25 de la paroi principale 8 forme un becquet aval 13. Un rebord 14 dit aval s'étend circonférentiellement et radialement vers l'intérieur depuis une zone aval de la paroi principale 8 de la plate-forme 3. L'extrémité libre du rebord aval 14 forme deux surfaces d'appui aval 15, tournées radialement vers l'intérieur et situées de part et 30 d'autre de la paroi médiane 4. 3003 893 6 La paroi principale 8, les rebords amont 9 et aval 14 et la nervure 11 de la plate-forme 3 s'étendent latéralement de part et d'autre de la paroi médiane 4 de l'aube 1. Une cavité latérale 16 est ainsi délimitée de chaque côté de la 5 paroi médiane 4, par la paroi principale 8, par les rebords amont 9 et aval 14, par la nervure 11 et par la paroi médiane 4. Comme indiqué précédemment, chaque cavité 16 est destinée à loger une partie d'un organe d'étanchéité (non représenté). Un doigt 17 s'étend radialement vers l'intérieur depuis la paroi 10 médiane 4 ou le rebord aval 14. Le doigt 17 et le rebord aval 14 forment une rainure 18 débouchant radialement vers l'intérieur et servant à l'insertion d'un organe d'arrêt permettant de maintenir l'aube 1 en position sur le disque 7, comme cela est connu en soi. En position de montage, les plates-formes 3 des aubes 1 sont 15 disposées circonférentiellement de manière adjacente et entourent les dents 19 du disque 7 (figure 5). Les surfaces d'appui amont 12 et aval 15 viennent en appui sur les extrémités amont et aval des dents adjacentes correspondantes 19 du disque 7, le pied 5 de l'aube 1 étant écarté du fond de l'alvéole correspondante 6 du disque 7. 20 Les bords longitudinaux des plates-formes 3 des aubes 1 sont séparés les uns des autres en direction circonférentielle par de faibles jeux. Chaque organe d'étanchéité précité est engagé pour partie dans l'une des cavités latérales 16 d'une aube 1 et pour partie dans la cavité latérale opposée 16 de l'aube 1 directement adjacente. 25 Les organes d'étanchéité précités sont, en fonctionnement, sollicités radialement vers l'extérieur par centrifugation et viennent en appui radial sur les parois principales 8 des plates-formes 3 pour limiter les fuites de gaz entre les bords longitudinaux des plates-formes 3. Ces organes peuvent également assurer un amortissement des vibrations auxquelles les 30 aubes 1 sont soumises en fonctionnement. 3003 893 7 Une telle structure, connue notamment du document FR 2 972 759 au nom de la Demanderesse, permet de maintenir efficacement les aubes 1 en position dans les alvéoles 6 et limite les fuites entre les plates-formes 3 des aubes 1. Cette structure présente toutefois une masse 5 relativement élevée, que l'on souhaite réduire afin d'améliorer les performances de la turbomachine. L'invention remédie à cet inconvénient en proposant une aube 1 plus légère, visible sur les figures 2 à 6. Cette aube 1 est dépourvue de rebord radial aval 14 s'étendant 10 sur toute la longueur de la paroi médiane 4. Elle comporte, comme précédemment, une pale 2 reliée par une plate-forme 3 à une paroi radiale médiane 4 s'étendant axialement et prolongée radialement à l'intérieur par un pied d'aube 5 en forme générale de queue d'aronde, destiné à être monté dans un alvéole 6 de forme 15 complémentaire d'un disque 7 (figure 5). Comme précédemment, la plate-forme 3 comporte une paroi principale 8 en forme de portion de cylindre ou de portion de cône, prolongée à l'amont par un rebord radial amont 9 s'étendant circonférentiellement, lui-même prolongé par un becquet 10 s'étendant vers 20 l'amont. De plus, une nervure 11 s'étend vers l'aval depuis le rebord radial 9, en regard du becquet amont 10, ladite nervure 11 définissant deux surfaces d'appui amont 12 tournées radialement vers l'intérieur et situées de part et d'autre de la paroi médiane 4. L'extrémité aval de la paroi principale 8 est prolongée par un 25 becquet 13 s'étendant vers l'aval. Une nervure 20 s'étend en outre radialement vers l'intérieur, depuis une zone aval de la paroi principale 8. Une rainure radiale 18 débouchant radialement vers l'intérieur est formée entre la nervure 20 et un doigt 17 s'étendant radialement vers l'intérieur depuis le becquet aval 13. Cette rainure 18 sert, comme précédemment, à 30 l'insertion d'un organe d'arrêt permettant de maintenir l'aube 1 en position sur le disque 7. Selon l'invention, deux ailettes 21 font saillie de part et d'autre de ladite paroi médiane 4, au niveau de son bord aval 22, lesdites ailettes 21 étant destinées à venir en appui sur deux dents adjacentes 19 du disque 7 entre lesquelles est formé l'alvéole 6 servant au montage du pied 5 de l'aube 1. Les surfaces radialement internes des ailettes 21 forment des surfaces d'appui aval 23 (figure 4). Les lignes B passant par lesdites surfaces d'appui amont et aval sont sensiblement perpendiculaires à l'axe médian A de l'aube (figure 3). Le bord aval 22 de la paroi médiane 4 peut également comporter un renfoncement 23 s'étendant entre la nervure 20 et les ailettes 21, de manière à réduire encore la masse de l'aube 1. Comme cela est visible à la figure 5, après insertion du pied 5 de l'aube 1 dans l'alvéole correspondante 6 du disque 7, l'aube 1 est positionnée sur le disque 7 par appui des surfaces d'appui amont 12 et aval 23 sur les dents correspondantes 19 du disque 7. Dans cette position également, le pied 5 de l'aube 1 est maintenu écarté du fond de l'alvéole correspondante 6, de manière à éviter toute dégradation du fond de l'alvéole du disque 7 ou du pied 5 de l'aube 1. L'angle d'inclinaison et la forme des surfaces d'appui amont 12 et aval 23 sont fonction de l'angle et de la forme des surfaces des dents 19 du disque 7. Dans le cas représenté aux figures 2 à 6, les surfaces d'appui amont 12 et aval 23 sont inclinées par rapport à un plan perpendiculaire à la paroi médiane, d'un angle cc compris entre T T. ° (figure 4). Les surfaces d'appui amont 12 et aval 23 permettent également de contrôler la géométrie de l'aube 1. Pour cela, comme illustré à la figure 6, on place deux tiges 24 de part et d'autre du pied 5 de l'aube 1, de façon à ce que chaque tige 24 soit en appui sur les faces d'appui amont 12 et aval 23correspondantes, puis on contrôle que l'angle formée par chaque tige par rapport à l'axe médian A de l'aube est sensiblement égal à 90°. Un tel contrôle permet de garantir le bon positionnement de l'aube 1 sur le disque 7 et, ainsi, le bon fonctionnement de la turbomachine. REVENDICATIONS1. Aube (1) de turbomachine comportant une pale (2) reliée par une plate-forme (3) à une paroi radiale médiane (4) s'étendant axialement et prolongée radialement à l'intérieur par un pied d'aube (5) destiné à être monté dans un alvéole (6) d'un disque (7), la plate-forme (3) et ladite paroi médiane (4) délimitant deux cavités latérales (16) situées de part et d'autre de ladite paroi médiane (4) et débouchant circonférentiellement, destinées à loger des organes d'étanchéité, caractérisée en ce que lesdites cavités (16) sont ouvertes vers l'aval, deux ailettes (21) faisant saillie de part et d'autre de ladite paroi médiane (4), au niveau de son extrémité aval, lesdites ailettes (21) étant destinées à venir en appui sur deux dents adjacentes (19) du disque (7) entre lesquelles est formé l'alvéole (6). 2. Aube (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plate-forme (3) comporte au moins une partie amont radialement interne définissant au moins une surface d'appui amont (12) tournée radialement vers l'intérieur, au moins une ailette (21) définissant une surface d'appui aval (23) tournée radialement vers l'intérieur telle que la ligne (B) passant par lesdites surfaces d'appui amont (12) et aval (23) est sensiblement perpendiculaire à l'axe médian (A) de l'aube (1). 3. Aube (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la plate-forme (3) comporte une paroi principale (8) en forme de portion de cylindre ou en portion de cône, prolongée à l'amont par un rebord radial (9) s'étendant circonférentiellement, lui-même prolongé par un becquet (10) s'étendant vers l'amont. 4. Aube (1) selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la plate-forme (3) comporte au moins une nervure (11) s'étendant vers l'aval depuis le rebord radial (9), en regard du becquet amont (10), ladite nervure comportant une surface radialement interne définissant ladite surface d'appui amont (12). . Aube (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la paroi principale (8) de la plate-forme (3) est prolongée à l'aval par un becquet (13) s'étendant vers l'aval. 6. Aube (1) selon la revendication 3 ou 5, caractérisée en ce que 5 la plate-forme (3) comporte au moins une nervure (20) s'étendant radialement vers l'intérieur depuis la paroi principale (8), en regard des ailettes (21). 7. Aube (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que le bord aval (22) de la paroi médiane (4) comporte un renfoncement (23) s'étendant entre ladite nervure (20) et les ailettes (21). 8. Roue de turbine pour une turbomachine comportant un disque (7) dont la périphérie radialement externe comporte une série de dents (19) délimitant entre elles des alvéoles (6), caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une aube (1) selon l'une des revendications 1 à 7, le pied (5) de l'aube (1) étant engagé dans l'un des alvéoles (6) du disque (7) de telle sorte que les ailettes (21) de l'aube (1) soient aptes à prendre appui radialement vers l'intérieur sur les dents adjacentes (19) du disque (7), le pied (5) de l'aube (1) étant écarté du fond de l'alvéole correspondante (6).