Brevet FR3025554A1 — publié le 20160311

i Rotor de turbomachine avec segment de rétention axiale des aubes Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des turbomachines, tels que les moteurs à turbine à gaz pour aéronef et vise le montage d'aubes sur un disque de rotor de la turbomachine. Elle s'applique plus particulièrement au montage d'aubes sur un disque de rotor de turbine à basse pression. Etat de la technique Il est connu des moteurs à turbine à gaz, tels que des turboréacteurs, à turbine axiale avec un rotor de turbine formé de disques pourvus d'aubes en périphérie, disposées radialement sur le pourtour de leur jante. Selon un mode de montage des aubes, des alvéoles sensiblement axiaux sont ménagés sur la jante des disques et le pied des aubes, à section en forme de queue d'aronde par exemple, est logé dans un alvéole individuel comportant des portions de surface tournées vers l'axe du rotor contre lesquelles les portions de surface correspondantes du pied prennent appui radialement assurant la rétention radiale des aubes lorsque le rotor tourne autour de son axe. L'introduction des pieds d'aube dans leur logement alvéolaire individuel est effectuée axialement depuis une des faces du disque. Ce mode d'assemblage se retrouve communément dans le rotor basse pression du moteur. En fonctionnement, les aubes sont soumises outre les efforts centrifuges à des efforts aérodynamiques présentant une composante axiale ; elles doivent donc être maintenues dans leur logement respectif sans qu'elles puissent se déplacer axialement. Elles sont, dans ce but, arrêtées axialement par un élément de rétention axiale. Celui-ci peut être formé d'une pluralité de segments angulaires qui sont appliqués contre 3025554 2 la face transversale de la jante du disque et qui bout à bout constituent un ensemble annulaire. Le brevet FR 2918106 au nom de la demanderesse décrit un dispositif de retenue axiale formé d'une pluralité de segments angulaires. Selon l'enseignement de ce document, il permet également la correction du 5 balourd par la sélection appropriée de la masse des segments angulaires. L'élément de rétention axiale peut aussi être formé d'un seul anneau ou segment appliqué sur la face de la jante et contre lequel les pieds prennent appui axialement. L'anneau comprend une fente radiale qui permet de réduire son diamètre au montage sur la jante. 10 Divers moyens de retenue de l'élément de rétention axiale existent. Lorsqu'il est formé d'une pluralité de segments angulaires mis bout à bout ceux-ci peuvent être retenus dans une rainure annulaire, ouverte radialement vers l'extérieur, usinée sur une face transversale du disque. Lorsqu'il est formé d'un seul anneau ou segment annulaire celui-ci est par exemple logé dans une 15 rainure transversale ouverte radialement vers l'axe du rotor, formée par des crochets saillant axialement au niveau des pieds d'aubes et est maintenu en place par un flasque composant le rotor, tel que le disque support d'éléments d'étanchéité à labyrinthe. La présente invention concerne un élément ou segment de rétention 20 axiale annulaire ; celui-ci présente une fente radiale de façon à réduire son diamètre lors du montage. Ce type de segment annulaire fendu radialement est susceptible d'engendrer un balourd perceptible sur le disque sur lequel il est monté, lorsque son diamètre est relativement important. Cela oblige alors à tenir compte du 25 manque de matière à l'endroit de la fente lors de l'équilibrage du rotor en rotation, sinon un balourd est engendré. Son impact sur le balourd du rotor est en effet négligeable pour les turbines de faible diamètre. Cependant pour les moteurs à fort taux de dilution 3025554 3 donc de fort diamètre, ce balourd peut engendrer des vibrations qui dépassent un seuil tolérable du point de vue mécanique. Ce balourd pourrait être compensé par enlèvement de matière sur l'anneau, à l'opposé de la fente. Cependant si cette opération permet d'annuler 5 le balourd à froid, à chaud le segment se dilate et la fente se referme, créant de nouveau un balourd. Le balourd pourrait être corrigé lors de l'équilibrage moteur par la mise en place de clips sur le rotor de turbine. Cependant cela nécessite que les segments soient bloqués en rotation et l'équilibrage serait valable uniquement à 10 un régime donné. Exposé de l'invention Le présent déposant s'est fixé comme objectif de remédier au problème 15 de balourd susceptible d'être engendré par la mise en place d'un élément de rétention axiale de ce type avec un segment annulaire fendu. Cet objectif est atteint, conformément à l'invention, avec un rotor de turbomachine comportant un disque avec une jante, des alvéoles axiaux sur la jante et des aubes logées par leur pied dans les alvéoles axiaux, les aubes étant 20 bloquées dans une direction axiale par un segment annulaire de rétention axiale disposé contre une face transversale de la jante, caractérisé par le fait que ledit segment annulaire de rétention axiale comprend au moins deux anneaux, lesdits anneaux présentant chacun une fente radiale. Par cet agencement, on peut disposer les anneaux en opposition autour 25 de l'axe du rotor de manière à ce que le centre de gravité de l'ensemble soit centré sur l'axe du rotor. Il est possible d'avoir deux anneaux ou plus de deux anneaux constituant le segment, la condition étant de retrouver le centre de gravité sur l'axe. De préférence le segment comprend deux anneaux. 3025554 4 Conformément à une autre caractéristique, lesdits anneaux sont immobilisés contre la jante par un moyen de retenue axiale. Il peut s'agir comme dans l'art antérieur d'un disque labyrinthe. De préférence, les anneaux sont disposés concentriquement l'un dans 5 l'autre, en étant dans un même plan transversal par rapport à l'axe du disque. Cette disposition présente l'avantage d'utiliser les nouveaux segments annulaires en substitution des segments de l'art antérieur sans avoir à modifier les autres pièces du rotor. Plus particulièrement, dans le but de les maintenir ensemble dans le même plan transversal sans pièce auxiliaire, les anneaux sont 10 maintenus en contact entre eux, le long de portions de surface inclinées par rapport à l'axe du disque. Dans ce cas le maintien en place de l'un des anneaux entraîne le maintien de l'autre. Selon un autre mode de réalisation, les anneaux sont maintenus en contact entre eux, le long de portions de surface formant des épaulements transversaux. 15 Conformément à une autre caractéristique, les anneaux fendus sont agencés les uns par rapport aux autres de manière à ce qu'en régime stabilisé du moteur, le segment ne présente pas de balourd. Selon un mode de réalisation, les sections des anneaux et les fentes des anneaux sont réparties autour de l'axe du disque de manière à annuler tout balourd. 20 Selon un mode de réalisation, le segment de rétention axiale comprend deux anneaux fendus dont les fentes sont diamétralement opposées. La section des anneaux et les matériaux dont ils sont constitués sont choisis de telle manière que le balourd créé par un anneau soit compensé par celui de l'autre, quelle que soit la température. Pour un même matériau, l'anneau intérieur a 25 ainsi une section plus importante. La relation entre la masse volumique, l'allongement et la section doit être conservée d'un anneau à l'autre. 3025554 5 Conformément à une autre caractéristique, le rotor comprend un moyen pour empêcher la rotation des éléments les uns par rapport aux autres. Ce moyen anti rotation est par exemple formé d'un tenon sur l'un des anneaux coopérant avec une encoche ménagée sur l'autre anneau. 5 Présentation des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de 10 la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - La figure 1 représente en coupe axiale partielle, un rotor de turbine 15 composé de plusieurs disques aubagés boulonnés entre eux ; - La figure 2 montre un élément de rétention axiale formé de deux anneaux fendus. - Les figures 3 et 4 montrent schématiquement deux assemblages différents d'anneaux de rétention ; 20 - La figure 5 illustre par des flèches les déplacements relatifs des bords des fentes lors d'une phase dilatation des anneaux de rétention axiale. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention 25 La figure 1 est un exemple, non limitatif, d'un rotor 1 de turbomachine à quatre disques 2. Les disques sont pourvus d'une jante 3 dans laquelle des alvéoles ont été réalisés par brochage. Les aubes 4 sont disposées radialement sur le pourtour de la jante et leurs pales définissent la veine parcourue par les 3025554 6 gaz de la machine. Les aubes sont retenues dans les alvéoles par leur pied. Ceux-ci ont une section en queue d'aronde ou sapin. Les alvéoles sont conformés de manière à assurer la rétention radiale des aubes lorsque le rotor est en mouvement de rotation autour de son axe. Les disques 2 sont liés les uns 5 aux autres par boulonnage 7 de leurs brides amont et aval, 5 et 6. Un disque ou flasque à labyrinthe 8 est boulonné entre les brides 5 et 6 de deux disques 2 adjacents. Ces disques 8 sont dits labyrinthes car ils comportent des lames radiales transversales 9 par rapport à l'axe du rotor formant des joints d'étanchéité à labyrinthes en coopérant avec un anneau statorique abradable 10 10 disposé en vis-à-vis en extrémité radiale interne de la roue 11 statorique inter étage. Ce joint a pour fonction de limiter les fuites de gaz entre les roues de turbine. De façon connue, les aubes sont disposées dans les alvéoles par engagement axial. Sur la figure 1, on voit des segments annulaires 15 plaqués 15 contre la face amont de la jante des disques et glissés dans des rainures 4r usinées sous les plateformes des aubes 4. Les segments eux-mêmes sont maintenus en position par les disques labyrinthes 8 qui s'appuient contre eux. La rétention axiale des aubes dans leur logement respectif est ainsi assurée dans ce mode de réalisation par la combinaison des segments 15 des rainures 4r et 20 des disques labyrinthes 8. Pour résoudre le problème du décentrage du centre de gravité dû au manque de matière de la fente radiale, on réalise le segment, conformément à l'invention, en au moins deux éléments annulaires dont les fentes sont réparties autour de l'axe, de manière à ce que le centre de gravité de l'ensemble soit 25 localisé sur l'axe. Par exemple, le segment comprend deux anneaux concentriques 15a et 15b, coplanaires, dont les fentes radiales 15af et 15bf sont diamétralement opposées, comme on le voit sur la figure 2. Les deux anneaux sont ainsi agencés de façon à assurer la nullité du balourd à chaud comme à 3025554 7 froid. Comme indiqué plus haut, les deux anneaux 15a et 15b ont pour un même matériau, des sections transversales et des tailles de fente adaptées pour que le balourd soit compensé quelle que soit la température. Conformément à une autre caractéristique, un moyen anti rotation est 5 prévu entre les deux anneaux afin qu'ils conservent leur position relative pendant le fonctionnement du moteur. Ce moyen prend par exemple la forme d'encoches 15ae et 15be sur les deux anneaux dans lesquelles on a disposé un tenon 16, voir figure 5. Il faut observer cependant, qu'au cours de la dilation, un balourd faible apparaît sur le segment du fait de la présence des encoches car 10 les anneaux ne se dilatent pas de manière totalement symétrique à partir des encoches 15ae et 15be. Sur la figure 5, on a représenté par des flèches le déplacement des bords des encoches en liaison avec la distance par rapport à l'encoche sur chaque anneau. La longueur des flèches représentées est en proportion de la longueur de l'arc de segment depuis l'encoche respective. 15 Ainsi D1 est de plus faible longueur de segment que D2 depuis l'encoche correspondante sur le segment. Quelle que soit la position de l'encoche, le balourd maximal a la même valeur et est observé lorsque la moitié de la dilatation maximale est réalisée. Son axe B est perpendiculaire à la droite reliant les fentes, dans la direction opposée au demi-périmètre contenant 20 l'encoche. Les calculs montrent que ce balourd est très faible devant le balourd maximal généré dans le cas d'un segment à un seul anneau, il est de moins de 2%. En outre ce phénomène n'est que transitoire car, une fois la dilatation complétée, le balourd est à nouveau nul. Sur la figure 3, on a représenté en coupe axiale la disposition des 25 anneaux 15a et 15b du segment lorsque celui-ci est en position entre l'aube 4 et le disque labyrinthe 8. Sur cette figure les deux anneaux concentriques sont maintenus axialement l'un par rapport à l'autre par leurs surfaces de contact 15c, qui sont inclinées vers l'axe. En appuyant contre l'anneau interne 15a le 3025554 8 disque labyrinthe 8 exerce également une force axiale sur l'anneau extérieur 15b par le biais des surfaces 15c par lesquelles les deux anneaux sont en contact. La figure 5 montre une variante de réalisation. Au lieu de surfaces 5 inclinées, on a prévu des épaulements complémentaires 15c'. L'appui axial sur l'anneau interne 15a se transmet à l'anneau externe 15b par ces surfaces d'épaulement 15c'. D'autres variantes sont bien sûr à la portée de l'homme du métier. Par exemple, on a décrit un mode de réalisation avec une paire de 10 segments. Il est possible de réaliser un segment remplissant les mêmes fonctions avec trois ou quatre anneaux concentriques, équilibrés autour de l'axe du rotor. REVENDICATIONS1. Rotor de turbomachine comportant un disque (2) avec une jante (3), des alvéoles axiaux sur la jante et des aubes (4) logées par leur pied dans les alvéoles axiaux, les aubes étant bloquées dans une direction axiale par un segment (15) annulaire de rétention axiale disposé contre la jante (3), caractérisé par le fait que ledit segment (15) de rétention axiale comprend au moins deux anneaux (15a, 15b), les anneaux présentant chacun une fente radiale (15af, 15bf). 2. Rotor selon la revendication précédente dont les deux anneaux (15a, 15b) sont retenus axialement par un moyen de retenue axiale, tel qu'un disque (8) labyrinthe. 3. Rotor selon la revendication précédente dont les anneaux (15a, 15b) sont disposés concentriquement dans un même plan transversal par rapport à l'axe du disque. 4. Rotor selon la revendication précédente dont les anneaux sont en contact les uns par rapport aux autres par des portions de surface inclinées par rapport à l'axe du disque. 5. Rotor selon la revendication 3 dont les anneaux sont en contact par des portions de surface formant des épaulements transversaux. 6. Rotor selon l'une des revendications précédentes dont les anneaux fendus sont agencés les uns par rapport aux autres de manière à ce qu'en régime stabilisé du moteur le segment de rétention axiale qu'ils forment ne présente pas de balourd. 7. Rotor selon la revendication précédente dont les surfaces des sections transversales des anneaux et les fentes sont réparties autour de l'axe du disque de manière à annuler tout balourd. 3025554 10 8. Rotor selon l'une des revendications précédentes comprenant un moyen pour empêcher la rotation des anneaux les uns par rapport aux autres. 9. Segment de rétention axiale pour rotor de turbomachine selon l'une 5 des revendications précédentes, comprenant deux anneaux concentriques fendus radialement. 10. Turbomachine comprenant au moins un rotor selon l'une des revendications 1 à 8.