Brevet FR3039203A1 — publié le 20170127

ENSEMBLE DE DISQUE DE ROTOR DE TURBOMACHINE COMPORTANT AU MOINS UN PALIER À ROULEMENT INTÉGRÉ DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine général des disques de rotor de turbomachine portant des aubes, et plus particulièrement au domaine des disques de soufflante de turboréacteur à double flux (encore appelés « turbofan » en anglais). L'invention s'applique à tout type de turbomachines terrestres ou 10 aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. Elle concerne ainsi plus précisément un ensemble de disque de rotor de turbomachine comportant un disque de rotor et au moins un palier à roulement intégré à ce disque, un module de compression de turbomachine comportant un tel ensemble de 15 disque de rotor, ainsi qu'une turbomachine comportant un tel module de compression. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Dans un turboréacteur à double flux, la compression principale de l'air est assurée par la soufflante placée à l'amont du compresseur basse pression. Plus précisément, le rôle de la soufflante est de réaliser la compression initiale du flux d'air 20 entrant dans le turboréacteur, ce flux étant ensuite séparé en deux parties : la majeure partie, appelée flux secondaire ou flux froid, contourne toute la partie chaude du turboréacteur ; tandis que l'autre partie, appelée flux primaire ou flux chaud, traverse tout le turboréacteur en passant par le compresseur basse pression, le compresseur haute pression, les chambres de combustion et les turbines haute pression et basse 25 pression. La soufflante est constituée d'un disque central de soufflante sur lequel sont fixées des aubes, le disque central encaissant principalement les efforts centrifuges, provoqués par la masse des aubes, et les efforts de poussée aérodynamique, ainsi que 3039203 des efforts de balourd pour des cas de charges ultimes. Dans ce contexte, l'intégration du disque de rotor et de tous les éléments de guidage en rotation est complexe. A titre d'exemple, la figure 1 représente une vue en coupe d'une partie amont de turboréacteur 10 à double flux, d'axe principal de rotation T, comprenant une soufflante S reliée par un palier amont 2' aux parties fixes du turboréacteur 10. La soufflante S permet d'accélérer le flux d'air, entrant dans le turboréacteur 10, avant son entrée dans les étages d'un compresseur basse pression CBP, puis d'un compresseur haute pression CHP. La soufflante S comporte ainsi un disque de rotor 1' portant des aubes 3', ce disque 1' pouvant être raccordé par vissage 4 à l'extrémité amont 5a d'un arbre basse pression 5 monté sur un palier amont 2' et un palier aval 6. Les paliers amont 2' et aval 6 sont soutenus par des pièces de support reliées à une partie fixe du turboréacteur 10, désignée par exemple pour le palier amont 2' par ST' pour stator. La figure 2 représente, en coupe, une partie de l'entrée d'une soufflante S d'un turboréacteur 10 à double flux comprenant un disque de rotor 1' selon une réalisation classique de l'art antérieur. Selon cette réalisation, les charges mécaniques transitant par le disque de rotor 1' imposent le dimensionnement de l'ensemble, et donc le diamètre des paliers. Comme on peut le voir sur cette figure 2, afin de garantir l'intégration du disque de rotor 1' de la soufflante S, celui-ci est positionné en porte à faux P par rapport au palier amont 2' de guidage en rotation, et son diamètre est imposé par les pièces reliant le palier 2' au disque 1'. Or, ce positionnement en porte à faux P provoque un mauvais cheminement de l'effort, ainsi qu'un surclimensionnement, sur-longueur axiale, du turboréacteur 10 dans son ensemble. De plus, dans une telle configuration, le rapport de moyeu, qui correspond au rapport de la distance R' entre la partie externe du disque de rotor 1' et l'axe de rotation T du turboréacteur 10 (ou axe moteur) sur le rayon fan, c'est-à-dire la distance entre le sommet de l'aube 3' prise au bord d'attaque et l'axe de rotation T, est assez élevé, ce qui oblige à augmenter le diamètre du- turboréacteur 10 si l'on souhaite augmenter le taux de dilution. La consommation en carburant d'un turboréacteur 10 à double flux est liée au taux de dilution et aux performances aérodynamiques. Il existe ainsi un besoin pour 3039203 3 permettre une augmentation du taux de dilution en augmentant la section aérodynamique et/ou en diminuant le rapport de moyeu (à diamètre extérieur de nacelle inchangé) et pour permettre une diminution de la longueur totale axiale du turboréacteur 10, de sorte à permettre une diminution de la traînée aérodynamique. EXPOSÉ DE L'INVENTION Par conséquent, il existe un besoin pour proposer une nouvelle solution d'intégration du disque de rotor et des paliers précités au sein d'une turbomachine, notamment un turboréacteur à double flux. L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins 10 mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. L'invention vise tout particulièrement à proposer un disque de rotor de turbomachine compact, ou à bas rapport de moyeu, qui intègre le palier de guidage en rotation. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un ensemble de 15 disque de rotor de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte : - un disque de rotor, destiné à porter des aubes d'un module de compression de turbomachine, - au moins un palier à roulement pour le guidage en rotation du module de compression, intégré au disque de rotor, 20 ledit au moins un palier comprenant une bague intérieure, destinée à être portée par un arbre de stator de la turbomachine, et une bague extérieure intégrée au disque de rotor, ledit au moins un palier étant ainsi intégré au disque de rotor. Grâce à l'invention, il est possible d'obtenir une nouvelle conception de disque de rotor de turbomachine à palier intégré. L'invention permet également de 25 simplifier la structure rotor d'un module de compression de turbomachine, et notamment d'une soufflante de turboréacteur à double flux. De façon avantageuse, l'invention peut en outre permettre de répondre au besoin d'augmentation du diamètre de la section aérodynamique du flux sans augmenter le diamètre de la turbomachine ou encore d'augmenter le taux de dilution, sans pour autant augmenter l'encombrement maximum 3039203 4 de l'ensemble rotor du module de compression. Ainsi, de façon générale, l'invention peut permettre une réduction de l'encombrement, une réduction du nombre de pièces utilisées, et donc une diminution de coût et de masse, une facilité de montage et de démontage, ainsi qu'une diminution de la consommation de la turbomachine. L'ensemble de disque de rotor selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles. De façon avantageuse, ledit au moins un palier est au moins partiellement superposé radialement au disque de rotor. Autrement dit, il existe au moins une même 10 direction radiale passant à la fois par le disque de rotor et ledit au moins un palier. Le disque de rotor peut avantageusement comporter une partie intérieure et une partie extérieure, ainsi qu'une partie de raccordement s'étendant sensiblement radialement entre les parties intérieure et extérieure pour les raccorder ensemble, la partie intérieure, la partie extérieure et la partie de raccordement délimitant ensemble 15 une cavité interne du disque de rotor, ledit au moins un palier à roulement étant logé dans ladite cavité interne, entre les parties extérieure et intérieure. Le disque de rotor peut encore être dépourvue d'une telle cavité interne pour loger ledit au moins un palier à roulement. En particulier, ledit au moins un palier à roulement peut être intégré intérieurement au disque de rotor, le disque de rotor 20 pouvant être de tout type, et par exemple du type disque simple ou disque à poireau. En outre, selon une variante, la bague extérieure dudit au moins un palier à roulement peut être constituée par une pièce rapportée directement sur le disque de rotor, notamment sur la partie extérieure du disque de rotor. En variante encore, l'ensemble de disque de rotor peut comporter une bague 25 intermédiaire rapportée directement sur le disque de rotor, notamment sur la partie extérieure du disque de rotor, et s'étendant axialement entre la bague extérieure dudit au moins un palier à roulement et le disque de rotor, notamment la partie extérieure du disque de rotor. En variante encore, la bague extérieure dudit au moins un palier à roulement 30 peut être constituée par le disque de rotor lui-même, notamment par la partie extérieure 3039203 5 du disque de rotor, les éléments du roulement dudit au moins un palier étant directement au contact du disque de rotor. Par ailleurs, ledit au moins un palier à roulement peut être choisi parmi tous types de paliers à roulement, et notamment parmi des paliers à roulement à billes, à aiguilles, à rouleaux et/ou coniques, entre autres. De plus, ledit au moins un palier à roulement peut comprendre un palier ou plusieurs paliers. En particulier, il peut comprendre un palier double, par exemple du type à double rangée, notamment de billes ou de rouleaux, ou encore deux paliers disposés côte à côte. 10 En outre, l'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un module de compression de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de disque de rotor tel que défini précédemment, et une pluralité d'aubes portées par le disque de rotor. De façon préférentielle, le module de compression est une soufflante de 15 turboréacteur à double flux. Par ailleurs, l'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbomachine, notamment un turboréacteur à double flux, caractérisée en ce qu'elle comporte un module de compression tel que défini précédemment. L'ensemble de disque de rotor, le module de compression et la turbomachine 20 selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée 25 qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente une vue en coupe d'une partie amont de turboréacteur à double flux comprenant une soufflante reliée par un palier amont aux parties fixes du turboréacteur, 3039203 6 - la figure 2 représente, en coupe, une partie de l'entrée de la soufflante d'un turboréacteur à double flux comprenant un disque de rotor selon l'art antérieur, - les figures 3A, 3B et 3C représentent, en coupe, trois exemples de réalisation d'un ensemble de disque de rotor conformes à l'invention, 5 - la figure 4 illustre, en coupe, la comparaison par superposition entre un disque de rotor selon l'art antérieur et un ensemble de disque de rotor conforme à l'invention, et - les figures 5 et 6 représentent, en coupe, deux autres exemples de réalisation d'ensembles de disque de rotor conformes à l'invention. 10 Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 15 Dans toute la description, il est noté que les termes amont et aval sont à considérer par rapport à une direction principale F d'écoulement normal des gaz (de l'amont vers l'aval) pour une turbomachine 10. Par ailleurs, on appelle axe T de la turbomachine 10, l'axe de symétrie radiale de la turbomachine 10. La direction axiale de la turbomachine 10 correspond à l'axe de rotation T de la turbomachine 10. Une direction 20 radiale de la turbomachine 10 est une direction perpendiculaire à l'axe T de la turbomachine 10. En outre, sauf précision contraire, les adjectifs et adverbes axial, radial, axialement et radialement sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale précitées. De plus, sauf précision contraire, les termes intérieur et extérieur sont utiFisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est 25 plus proche de l'axe T de la turbomachine 10 que la partie extérieure du même élément. Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites précédemment dans la partie relative à l'état de la technique antérieure et au contexte technique de l'invention. En référence aux figures 3A, 3B et 3C, on a représenté, en coupe, trois exemples de réalisation d'un ensemble E de disque de rotor 1 conformes à l'invention. 3039203 7 Dans ces exemples, on considère que le disque de rotor 1 est un disque de rotor d'une soufflante S d'un turboréacteur 10 à double flux. Toutefois, ce choix n'est nullement limitatif. Dans chacun de ces trois exemples des figures 3A, 38 et 3C, l'ensemble E de disque de rotor 1 comporte un disque de rotor 1 portant des aubes 3 de soufflante S, et un palier à roulement 2 pour le guidage en rotation de la soufflante S. De façon avantageuse et conforme à l'invention, ce palier 2 est intégré au disque de rotor 1. Plus précisément, le palier 2 comprend une bague intérieure 2i, portée par un arbre de stator ST du turboréacteur 10, et une bague extérieure 2e intégrée au 10 disque de rotor 1. Comme on peut le voir sur les trois figures 3A, 38 et 3C, le palier 2 est intégré au disque de rotor 1, étant en particulier superposé radialement au disque de rotor 1. Ainsi, l'invention se propose d'intégrer directement une partie du palier 2 sur le disque de rotor 1. Plus spécifiquement, le disque de rotor 1 comporte une partie 15 extérieure le, partie portant les aubes 3, et une partie intérieure 11. Elles sont raccordées par une partie de raccordement lr qui s'étend sensiblement radialement entre les parties intérieure li et extérieure le. De cette façon, les trois parties intérieure li, extérieure le et de raccordement lr délimitent ensemble une cavité interne Ci du disque de rotor 1, permettant de loger le palier à roulement 2 entre les parties extérieure le et intérieure 20 1i, l'extrémité amont de l'arbre de stator ST étant également logée au moins en partie dans cette cavité interne Ci. Pour réaliser cette intégration d'un palier 2 au sein du disque de rotor 1, trois solutions sont envisagées en référence aux figures 3A, 38 et 3C. Ainsi, comme selon l'exemple de la figure 3A, la bague extérieure 2e du palier 25 à roulement 2 peut être constituée par une pièce rapportée directement sur la partie extérieure le du disque de rotor 1. En variante, comme selon l'exemple de la figure 38, l'ensemble Ede disque de rotor 1 peut comporter une bague intermédiaire axisymétrique 7 rapportée directement sur la partie extérieure le du disque de rotor 1 et s'étendant axialement entre la bague 30 extérieure 2e du palier à roulement 2 et la partie extérieure le du disque de rotor 1. 3039203 Selon cette variante, la présence de la bague intermédiaire 7 peut permettre d'améliorer la durabilité de l'ensemble E proposé. En effet, en cas d'usure notamment, la bague intermédiaire 7 peut être remplacée. En variante encore, comme selon l'exemple de la figure 3C, la bague extérieure 2e du palier à roulement 2 peut être constituée par la partie extérieure le du disque de rotor 1 lui-même, les éléments du roulement du palier 2 étant directement au contact du disque de rotor 1. Autrement dit, une surface du disque de rotor 1 peut jouer le rôle de bague extérieure du palier 2 à roulement. Cette variante permet avantageusement de diminuer le rapport de moyeu. 10 La figure 4 illustre, en coupe, la comparaison par superposition entre un disque de rotor 1 selon l'art antérieur et un ensemble E de disque de rotor 1 conforme à l'invention. Sur cette figure, l'ensemble E de disque de rotor 1 est représenté en traits pointillés, tandis que le disque de rotor 1 selon l'art antérieur et son environnement sont 15 représentés en traits continus. En réalité, la figure 4 correspond à la superposition des figures 2 et 3A. On constate ainsi la diminution du rapport de moyeu grâce à l'invention, la distance R entre la partie externe du disque de rotor 1 et l'axe de rotation T du turboréacteur 10 étant plus faible que la distance R' décrite précédemment en référence 20 à la figure 2, et également la diminution de longueur axiale de l'ensemble proposé par l'invention, et ainsi le gain G en compacité axiale du disque de rotor 1. Avantageusement, la solution proposée par l'invention permet de diminuer l'encombrement total de l'ensemble rotor de la soufflante S et d'augmenter la section aérodynamique à diamètre extérieur constant. Quant au rapport de moyeu, le gain 25 potentiel pour la solution proposée en référence à la figure 3A est d'environ 20 %, comparativement à la réalisation décrite à la figure 2, et peut atteindre près d'environ 27 % pour la solution proposée en référence à la figure 3C, comparativement à la solution décrite à la figure 2. 3039203 9 Par ailleurs, en référence aux figures 5 et 6, on a représenté, en coupe, deux autres exemples de réalisation d'un ensemble E de disque de rotor 1 conformes à l'invention. Comme précédemment, dans ces exemples, on considère que le disque de rotor 1 est un disque de rotor d'une soufflante S d'un turboréacteur 10 à double flux, ce choix n'étant nullement limitatif. A la différence des exemples des figures 3A, 3B et 3C décrits précédemment, le disque de rotor 1 des exemples de réalisation des figures 5 et 6 ne comporte pas de cavité interne Ci dans laquelle serait situé le palier à roulement 2. 10 Plus précisément, dans l'exemple de réalisation de la figure 5, le disque de rotor 1 est du type « disque simple », comportant le palier à roulement 2 qui est alors intégré intérieurement au disque 1. Par ailleurs, dans l'exemple de réalisation de la figure 6, le disque de rotor 1 est du type « disque à poireau », comportant le palier à roulement 2 qui est alors intégré intérieurement au disque 1 en aval d'un poireau 8 du disque 1. Ainsi, pour chacun des deux exemples de réalisation des figures 5 et 6, le palier à roulement 2 est situé entre le disque 1 et l'arbre de stator ST du turboréacteur 10. Par ailleurs, comme expliqué précédemment, chaque palier 2 comprend une 20 bague intérieure 21, portée par l'arbre de stator ST du turboréacteur 10, et une bague extérieure 2e intégrée intérieurement au disque de rotor 1, par superposition radiale au disque de rotor 1. Pour réaliser cette intégration du palier 2 au sein du disque de rotor 1, plusieurs solutions peuvent être envisagées. 25 Ainsi, comme représenté aux figures 5 et 6, la bague extérieure 2e du palier à roulement 2 peut être constituée par une pièce rapportée directement sur le disque de rotor 1, comme selon l'exemple précédent de la figure 3A. Toutefois, en variante, l'intégration du palier à roulement 2 au disque de rotor 1 peut également être réalisée comme enseigné précédemment par les réalisations des 30 figures 3B et 3C. 3039203 10 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier. REVENDICATIONS1. Ensemble (E) de disque de rotor 1) de turbomachine (10), caractérisé en ce qu'il comporté: - un disque de rotor (1), destiné à porter des aubes ) d'un module de compression (S) de turbomachine (10), - au moins un palier à roulement (2) pour le guidage en rotation du module de compression (S), intégrés au disque de rotor (1), ledit au moins un palier (2) comprenant une bague intérieure (21), destinée à être portée 10 par un arbre de stator (ST) de la turbomachine (10), et une bague extérieure (2e) intégrée au disque de rotor (1), ledit au moins un palier (2) étant ainsi intégré au disque de rotor (1). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque de rotor 15 (1) comporte une partie intérieure (11) et une partie extérieure (le), ainsi qu'une partie de raccordement (1r) s'étendant sensiblement radialeMent entre les parties intérieure (1i) et extérieure (le) pour les raccorder ensemble, la partie intérieure (11), la partie extérieure (1e) et la partie de raccordement (1r) délimitant ensemble une cavité interne (Ci) du disque de rotor (1), ledit au moins un palier à roulement (2) étant logé dans ladite cavité 20 interne (Ci), entre les parties extérieure (le) et intérieure (1i). 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la bague extérieure (2e) dudit au moins un palier à roulement (2) est constituée par une pièce rapportée directement sur le disque de rotor (1). 25 4. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une bague intermédiaire (7) rapportée directement sur le disque de rotor (1) et s'étendant axialement entre la bague extérieure (2e) dudit au moins un palier à roulement (2) et le disque de rotor (1). 30 3039203 12 5. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la bague extérieure (2e) dudit au moins un palier à roulement (2) est constituée par le disque de rotor (1) lui-même, les éléments du roulement dudit au moins un palier (2) étant directement au contact du disque de rotor (1). 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un palier à roulement (2) est choisi parmi des paliers à roulement à billes, à aiguilles, à rouleaux et/ou coniques. 10 7. Module de compression (5) de turbomachine (10), caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble (E) de disque de rotor (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et une pluralité d'aubes (3) portées par le disque de rotor (1). 15 8. Module selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est une soufflante (S) de turboréacteur (10) à double flux. 9. Turbomachine (10), caractérisée en ce qu'elle comporte un module de compression (S) selon la revendication 7 ou 8. 20 10. Turbomachine selon a revendication 9, caractérisée en ce qu'elle est un turboréacteur (10) à double flux.