Brevet FR3021689A1 — publié le 20151204

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine des turbomachines, et plus spécifiquement un disque de turbomachine ainsi qu'un procédé pour son équilibrage. On entend par « turbomachine », dans le présent contexte, toute machine dans laquelle peut s'opérer un transfert d'énergie entre un écoulement de fluide et au moins un aubage, comme, par exemple, un compresseur, une pompe, une turbine, ou bien une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Certaines turbomachines à combustion interne, telles que les turbines de gaz, les turbomoteurs, les turboréacteurs à simple ou double flux, ou les turbopropulseurs, permettent la conversion de l'énergie chimique d'un carburant en énergie mécanique par combustion de ce carburant dans le fluide de travail, opérée dans une chambre de combustion. Typiquement ces turbomachines comportent au moins un compresseur en amont de la chambre de combustion et au moins une turbine, en aval de la chambre de combustion, couplée au compresseur pour son actionnement par une détente partielle du fluide de travail chauffé par la combustion du carburant. Normalement, un restant d'énergie thermique du fluide de travail peut alors être récupéré en tant qu'énergie mécanique par une tuyère de réaction et/ou au moins une turbine supplémentaire couplée à un arbre moteur. Les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation normal du fluide de travail à travers la turbomachine. Dans les turbomachines, en particulier celles dites à flux axial, chaque aubage mobile est normalement formé autour d'un disque qui, pendant le fonctionnement de la turbomachine assure la transmission d'un couple de rotation entre l'aubage et un arbre de rotation et retient en même temps les aubes de cet aubage contre les forces centrifuges générées par leur rotation. Même si dans certains les aubes et le disque forment un ensemble monobloc (on parle alors de DAM pour « disque aubagé monobloc » ou, en anglais, « blisk »), il est plus fréquent que les aubes soient formées séparément et leurs pieds soient engagés dans des alvéoles d'ancrage radiaux de pieds d'aube, distribués régulièrement sur une périphérie du disque, autour d'un axe central de rotation du disque. Afin d'assurer que les aubes soient montées dans un sens correct, ces 3021689 2 disques sont typiquement équipés d'organes de détrompage. Grâce à ces organes de détrompage, les pieds des aubes ne peuvent être reçus dans les alvéoles d'ancrage qu'avec l'orientation correcte. En fonctionnement, ces disques peuvent tourner à des vitesses 5 extrêmement élevées, de l'ordre de plusieurs milliers de tours par minute. Il est donc particulièrement important d'assurer un équilibrage précis de ces disques. Dans l'état de la technique, on connaît plusieurs techniques pouvant être utilisées pour cet équilibrage. Ainsi, une première technique proposée est celle d'usiner un cordon d'équilibrage sur au moins un 10 secteur du disque. Ce cordon d'équilibrage peut être soit fraisé soit tourné, de manière excentrique, dans la masse du disque. Toutefois, cette technique présente certains inconvénients. Tout d'abord, elle introduit une pénalité en termes de masse du disque, ce que l'on cherche généralement à éviter, en particulier dans le domaine aéronautique. Ensuite, le 15 positionnement de ce cordon d'équilibrage est soumis à d'importantes contraintes aérodynamiques et d'interférence avec d'autres pièces de la turbomachine qui limitent l'application potentielle de cette première technique. Une deuxième technique proposée est celle de l'équilibrage par rivets, qui pose toutefois aussi des problèmes d'incrément de masse et 20 d'interférence avec d'autres pièces. Finalement une autre technique proposée est celle de l'usinage de festons sur une bride intérieure du disque, en distribuant ces festons de manière inégale autour de l'axe central de rotation du disque. Bien que cette solution ne présente pas l'inconvénient d'ajouter une masse supplémentaire au disque, ces festons 25 peuvent présenter d'autres inconvénients, et notamment faciliter un déplacement non souhaité d'autres éléments montés sur cette bride. Objet et résumé de l'invention 30 L'invention vise à remédier à ces inconvénients. En particulier, la présente divulgation vise à proposer un disque de turbomachine, comprenant au moins une pluralité d'alvéoles radiales d'ancrage de pieds d'aube et un ensemble d'organes de détrompage, qui permette un équilibrage précis sans pénalité de masse et sans interférence mécanique 35 avec d'autres pièces. 3021689 3 Ce but est atteint grâce au fait que le centre de masse dudit ensemble d'organes de détrompage est décalé par rapport à l'axe central de rotation du disque de manière à compenser au moins partiellement un balourd du reste du. disque. Dans le présent contexte, on entend 5 « ensemble » dans un sens large, couvrant éventuellement un ensemble d'un seul organe de détrompage. Il couvre néanmoins aussi la possibilité que cet ensemble comprenne une pluralité d'organes de détrompage. Grâce à ces dispositions, l'équilibrage fin du disque devient possible, sans pénalité de masse et sans autre inconvénient technique, puisqu'un 10 seul organe de détrompage pourrait déjà suffire à assurer la fonction de détrompage pour l'ensemble des aubes. Ainsi, afin d'obtenir la distribution inégale de la masse, ledit ensemble d'organes de détrompage peut lui-même être distribué inégalement autour de l'axe central de rotation du disque, avec des 15 organes de détrompage, ou même un seul organe de détrompage, sur un seul secteur angulaire du disque, de manière à décaler radialement le centre de masse de l'ensemble d'organes de détrompage par rapport à son axe central de rotation. Alternativement ou en complément à cette distribution inégale des 20 organes de détrompage, le décalage du centre de masse de cet ensemble d'organes de détrompage, quand il comprend une pluralité d'organes de détrompage, peut aussi être obtenu avec une distribution inégale de la masse entre ces organes de détrompage. Ainsi, au moins un organe de détrompage de ladite pluralité d'organes de détrompage présenterait une 25 masse inférieure à au moins un autre organe de détrompage de ladite pluralité, pour décaler le centre de masse de l'ensemble vers le ou les organes de détrompage de masse supérieure. Au moins un organe de détrompage dudit ensemble peut en particulier prendre la forme d'un têton de détrompage en saillie radiale, 30 afin de faciliter l'assemblage de l'aubage. Toutefois d'autres formes sont également envisageables. La présente divulgation concerne également une turbomachine comprenant au moins un tel disque, ainsi qu'un procédé d'équilibrage d'un disque de turbomachine présentant au moins une pluralité d'alvéoles 35 radiales d'ancrage de pieds d'aube, distribués régulièrement sur une périphérie du disque, autour d'un axe central de rotation du disque, et une 3021689 4 pluralité d'organes de détrompage, situés aussi sur la périphérie du disque pour assurer le montage des aubes dans un sens correct, comprenant une étape consistant à décaler le centre de masse dudit ensemble d'organes de détrompage par rapport à l'axe central de rotation du disque, de 5 manière à compenser au moins partiellement un balourd du reste du disque. Ce décalage du centre de masse de la pluralité d'organes de détrompage peut notamment être mis en oeuvre par usinage au moins partiel d'au moins un organe de détrompage dudit ensemble, par exemple par fraisage au moins partiel d'au moins un organe de détrompage dudit 10 ensemble et/ou par tournage desdits organes de détrompage autour d'un axe de tournage latéralement décalé par rapport audit axe central de rotation. En usinant de manière inégale les organes de détrompage, il est ainsi possible de décaler leur centre de masse global en une direction déterminée afin de compenser au moins partiellement un balourd du reste 15 du disque. Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, 20 à la lecture de la description détaillée qui suit, de deux modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une turbomachine comprenant plusieurs disques d'aubes ; 25 - la figure 2 est une vue en perspective d'un disque de turbomachine avec des alvéoles d'ancrage de pieds d'aube et des têtons de détrompage ; - les figures 3A à 3C sont des vues de détail du montage d'une aube sur le disque de la figure 2 ; 30 - la figure 4 est une vue frontale d'un disque de turbomachine suivant un premier mode de réalisation ; et - la figure 5 est une vue frontale d'un disque de turbomachine suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention. 35 3021689 5 Description détaillée de l'invention Une turbomachine, plus spécifiquement un turboréacteur 1 à double flux, est illustrée sur la figure 1. Ce turboréacteur 1 comporte une 5 soufflante 2 avec un redresseur 3, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 5, une chambre de combustion 6 annulaire, une turbine haute pression 7, une turbine basse pression 8, et une tuyère 9, ainsi qu'un premier arbre rotatif 10 et un deuxième arbre rotatif 11. Chacun des compresseurs 4,5 et des turbines 7,8 comprend une pluralité 10 d'étages, chacun de ces étages comprenant un aubage fixe d'aubes de redressement, et un aubage mobile formé d'aubes solidaires d'un disque tournant. Lesdits premier et deuxième arbres rotatifs 10,11 sont coaxiaux et servent à assurer l'actionnement des compresseurs 5,6 et de la soufflante 2 par les turbines 7, 8. Le premier arbre rotatif 10 couple en 15 rotation les disques tournants de la turbine haute pression 7 et du compresseur haute pression 5, de telle manière qu'une détente partielle des gaz de combustion issus de la turbine haute pression 7 serve à actionner le compresseur haute pression 5 pendant le fonctionnement du turboréacteur 1, tandis que le deuxième arbre rotatif 11 couple en rotation 20 les disques tournants de la turbine basse pression 8 et du compresseur basse pression 4, ainsi que la soufflante 2, de telle manière que la détente supplémentaire des gaz de combustion dans la turbine basse pression 8 serve à actionner le compresseur basse pression 4 ainsi que la soufflante 3 pendant le fonctionnement du turboréacteur 1. Finalement, la tuyère 9 25 sert à obtenir une détente finale des gaz de combustion générant une poussée par réaction en direction opposée à l'éjection des gaz. Toutefois, la plus grande partie de la poussée générée par ce turboréacteur sera généralement celle générée par la soufflante. La figure 2 illustre un disque 20 d'un étage de la turbine haute 30 pression 7. Ce disque 20, destiné à porter un aubage mobile comprend une pluralité d'alvéoles radiaux 21 d'ancrage de pieds d'aube, distribués régulièrement sur sa périphérie, autour d'un axe central de rotation X du disque 20. Par ailleurs, pour sa connexion aux autres disques tournants de la turbine haute pression 7 ainsi qu'au premier arbre rotatif 10, ce disque 35 20 comprend aussi une bride festonnée 22 sur sa face avant. 3021689 6 Afin d'assurer le montage de chaque aube sur le disque 20 dans le sens correct, le disque 20 illustré comprend aussi un ensemble d'organes de détrompage 23, situés aussi sur la périphérie du disque 20 et décalés par rapport à un plan bissecteur B des alvéoles 21 perpendiculaire à l'axe 5 central de rotation X. Dans l'exemple illustré, ces organes de détrompage 23 prennent la forme de têtons en saillie radiale disposés entre alvéoles 21 adjacentes, mais d'autres formes et dispositions pourraient également être considérées par la personne du métier. Comme illustré sur les figures 3A à 3C, ces organes de détrompage 10 23 peuvent coopérer avec la forme de la plateforme 25 et du pied 26 d'une aube 27 pour assurer l'engagement de l'aube 27 dans le sens correct. Dans l'exemple illustré, la plateforme 25 présente un bord inférieur sensiblement plus élevé du côté amont, offrant un jeu radial j par rapport au têton formant organe de détrompage 23 quand le pied 26 est 15 glissé en direction axiale dans l'alvéole 21, de telle manière que cet organe de détrompage 23 puisse etre reçu dans une cavité 28 sous la plateforme 25 quand l'aube 27 est montée dans le sens correct. Si l'aube 27 était inversée par rapport au plan B, comme illustré sur la figure 3B, une interférence verticale b entre l'organe de détrompage 23 et le bord 20 inférieur aval de la plateforme 25 empêcherait de continuer l'engagement du pied d'aube 26 dans l'alvéole 21. En fonctionnement, le disque 20 tourne à une très haute vitesse, typiquement de plusieurs milliers de tours par minute. Il est donc crucial d'équilibrer ce disque 20 avec la plus grande précision possible, pour 25 éviter des balourds pouvant engendrer des vibrations, du bruit, de la fatigue et une usure plus rapide des pièces mobiles du turboréacteur 1. Pour cela, il est possible de mettre à contribution la masse des organes de détrompage 23, en distribuant de manière inégale autour de l'axe de rotation du disque 20 afin de décaler leur centre de masse global 30 par rapport à l'axe de rotation X, et ainsi compenser au moins partiellement un balourd du reste du disque 20. Comme il peut suffire d'un seul organe de détrompage 23 pour assurer l'orientation correcte d'au moins l'une des aubes 27, qui peut servir de référence aux autres, suivant un premier mode de réalisation il est possible d'assurer cette distribution 35 inégale de la masse des organes de détrompage 23 par une distribution inégale des organes de détrompage 23 eux-mêmes. Ainsi, dans un 3021689 7 premier mode de réalisation illustré sur la figure 4, certains des organes de détrompage 23 initialement présents sur la périphérie du disque 20 ont été usinés, plus précisément fraisés. Ainsi, tous les organes de détrompage 23 initialement présents sur un secteur angulaire A de la 5 périphérie du disque 20 ont été entièrement effacés par fraisage, de manière à décaler le centre de masse de l'ensemble d'organes de détrompage 23 en sens opposé à ce secteur angulaire A. En effaçant ainsi un nombre plus ou moins grand d'organes de détrompage 23, il est possible de compenser, au moins partiellement, un balourd du reste du 10 disque 20 dans le sens du secteur angulaire A. Bien que dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, les organes de détrompage 23 usinés sur le secteur angulaire A sont effacés entièrement afin d'obtenir une distribution inégale des organes de détrompage 23 restants autour de l'axe central de rotation X, il est 15 également possible de déplacer le centre de masse de l'ensemble d'organes de détrompage 23 en n'usinant que partiellement certains d'entre eux. Par ailleurs, des procédés d'usinage autres que le fraisage peuvent également être appliqués avec cet objet. Ainsi, dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, un tournage du disque 20 autour d'un 20 axe de tournage X' parallèle et décalé par rapport à l'axe central de rotation X, a été effectué de manière à réduire de manière plus importante la masse des organes de détrompage 23 plus éloignés de l'axe de tournage X que ceux plus proches. On obtient ainsi aussi un déplacement du centre de masse de l'ensemble d'organes de détrompage 23 en 25 direction de l'axe de tournage X', déplacement pouvant être utilisé aussi pour compenser un balourd du reste du disque 20. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples 30 sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. REVENDICATIONS1. Disque (20) de turbomachine comprenant au moins : une pluralité d'alvéoles radiales (21) d'ancrage de pieds d'aube, distribuées régulièrement sur une périphérie du disque (20), autour d'un axe central de rotation (X) du disque (20), et un ensemble d'organes de détrompage (23), situés aussi sur la périphérie du disque (20) pour assurer le montage des aubes dans un sens correct, 10 le disque (20) étant caractérisé en ce que le centre de masse dudit ensemble d'organes de détrompage (23) est décalé par rapport à l'axe central de rotation (X) du disque (20), de manière à compenser au moins partiellement un balourd du restant du disque (20). 2. Disque (20) de turbomachine suivant la revendication 1, dans 15 lequel ledit ensemble d'organes de détrompage (23) est distribué inégalement autour de l'axe central de rotation (X) du disque (20). 3. Disque (20) de turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit ensemble d'organes de détrompage (23) comprend une pluralité d'organes de détrompage (23). 4. Disque (20) de turbomachine suivant la revendication 3, dans lequel au moins un organe de détrompage (23) de ladite pluralité d'organes de détrompage (23) présente une masse inférieure à au moins un autre organe de détrompage (23) de ladite pluralité. 5. Disque (20) de turbomachine suivant l'une quelconque des 25 revendications précédentes, dans lequel au moins un organe de détrompage (23) dudit ensemble prend la forme d'un têton de détrompage en saillie radiale. 6. Turbomachine (1) comprenant au moins un disque (20) suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 7. Procédé d'équilibrage d'un disque (20) de turbomachine présentant au moins une pluralité d'alvéoles radiales (21) d'ancrage de pieds d'aube, distribués régulièrement sur une périphérie du disque (20), autour d'un axe central de rotation (X) du disque (20), et une pluralité d'organes de détrompage (23), situés aussi sur la périphérie du disque 35 (20), comprenant une étape consistant à décaler le centre de masse dudit ensemble d'organes de détrompage (23) par rapport à l'axe central de rotation (X) du disque (20), de manière à compenser au moins partiellement un balourd du restant du disque (20). 8. Procédé d'équilibrage suivant la revendication 7, dans lequel le centre de masse dudit ensemble d'organes de détrompage (23) est décalé 5 par usinage au moins partiel d'au moins un organe de détrompage (23) dudit ensemble. 9. Procédé d'équilibrage suivant la revendication 8, dans lequel le centre de masse dudit ensemble d'organes de détrompage (23) est décalé par fraisage au moins partiel d'au moins un organe de détrompage (23) 10 dudit ensemble. 10. Procédé d'équilibrage suivant la revendication 8, dans lequel le centre de masse dudit ensemble d'organes de détrompage (23) est décalé par tournage desdits organes de détrompage (23) autour d'un axe de tournage (X') latéralement décalé par rapport audit axe central de rotation 15 (X).