Brevet FR3048015A1 — publié le 20170825

AUBE DE TURBOMACHINE, COMPRENANT UN PIED AUX CONCENTRATIONS DE CONTRAINTE REDUITES DESCRIPTION Le sujet de l'invention est une aube de turbomachine comprenant un pied aux concentrations de contrainte réduites. Certaines aubes de turbomachine, dont un exemple est représenté à la figure 1, comportent l'agencement suivant. Il s'agit d'une aube fixe de redressement de l'écoulement dans une veine extérieure 2 d'une turbomachine à double veine, en aval d'une soufflante 3, mais d'autres catégories d'aubes peuvent être équipées de l'invention, ou, par extension, d'autres bras (notamment radiaux) de turbomachines. L'aube 1 comprend une pale 4 en travers de la veine extérieure 2, une extrémité de tête 5 boulonnée à un carter extérieur 6 et, de l'autre côté, un pied 7 relié à un carter intérieur 8 séparant la veine extérieure 2 de la veine intérieure 9. Le pied 7 comporte une plate-forme 10 qui a une direction principale d'extension parallèle ou essentiellement parallèle à la direction axiale X-X de la turbomachine, s'étend sur une section de cercle, et il comprend encore une bride 11 à une extrémité 34 (ici, une extrémité aval) de la plate-forme 10 dans la direction X-X, qu'on fixe au carter intérieur 8 par des boulons 12 (l'invention resterait applicable si la bride était fixée au carter extérieur 6). L'aube 1 est monobloc, la pale 4 étant liée directement à la plate-forme 10. La figure 2 est un agrandissement d'une zone située à l'arrière de l'aube 1 montrant mieux la bride 11, ainsi que les parties qui lui sont adjacentes, à savoir une extrémité de la plate-forme 10 et une portion de la pale 4, limitée par le bord de fuite 13 de celle-ci. Cette région de l'aube 1 est soumise à de grandes concentrations de contrainte, qui peuvent compromettre sa tenue à la fatigue. Ces concentrations de contrainte apparaissent surtout dans une zone 15 de la pale 4, adjacente au raccordement 16 du bord de fuite 13 avec la plate-forme 10, avec une structure monobloc de l'aube 1. Une autre zone notable de concentrations de contrainte est observée à l'extrémité libre 17, la plus éloignée de la plate-forme 10 en direction radiale Y-Y de la turbomachine, de la bride 11. 3048015 2 L'objet de l'invention est d'atténuer ces concentrations de contrainte. On y parvient au moyen d'une aube de turbomachine, comprenant une pale et un pied, le pied comprenant une plate-forme et une bride, la pale et la bride étant monobloc avec la plate-forme et s'étendant respectivement dans des sens opposés d'une direction radiale de la 5 turbomachine à partir de la plate-forme, la pale comprenant un bord raccordé à la plate- forme, la plate-forme s'étendant à partir d'une extrémité dans une direction essentiellement axiale de la turbomachine, caractérisée en ce que le pied comprend une gorge s'étendant, à partir de ladite extrémité, entre la plate-forme et la bride, et s'enfonçant dans ladite direction essentiellement axiale vers un fond de la gorge au-delà 10 d'un raccordement dudit bord de la pale et de la plate-forme. L'invention est fondée sur la constatation que les concentrations de contrainte, surtout dans la zone 15 de la pale 4 mentionnée ci-dessus, s'expliquent par une transmission directe des efforts produits par la fixation de l'aube 1 et qui apparaissent dans la bride 11. La gorge a pour but essentiel de supprimer la communication directe entre la 15 zone 15 de la pale 4, adjacente à la fois au bord 13 et au pied 7, et la bride 11. La zone 15, étant alors située près d'une portion beaucoup plus souple de l'aube 1, est soulagée ; les efforts qui étaient responsables de la concentration de contrainte sont transmis à d'autres parties de l'aube 1, mais sans faire apparaître de concentrations de contrainte importantes. Certains perfectionnements à cette conception de base permettent de 20 renforcer la souplesse de l'agencement et de diminuer encore les concentrations de contrainte aux zones critiques : c'est notamment le cas si la plate-forme comprend un talon, correspondant à un épaississement de la plate-forme dans la direction radiale, s'étendant au-delà du fond de la gorge dans la direction essentiellement axiale, et un col raccordant le talon à la bride, délimité par une face de la gorge et s'étendant 25 principalement dans ladite direction essentiellement axiale depuis la bride jusqu'au talon ; si l'épaisseur du col est inférieure à l'épaisseur minimale de la bride ou si le point de raccordement du bord de la pale et de la plate-forme se trouve, dans ladite direction essentiellement axiale, entre ladite extrémité de la plate-forme et au moins une face de la bride donnant vers ladite extrémité. 3048015 3 Il est à noter que l'invention s'applique volontiers aux agencements où la bride comprend une portion centrale amincie entre deux portées coniques concentriques, la portion centrale étant percée de trous de boulonnage, les portées coniques étant dirigées vers l'extrémité de la plate-forme. 5 Selon d'autres perfectionnements, conduisant ici aussi à éviter des concentrations de contrainte locales : la bride se raccorde au talon par une surface arrondie ; ou la gorge s'ouvre vers ladite extrémité de la plate-forme et est délimitée par deux faces convergeant vers le fond, et le fond est formé par une surface arrondie joignant lesdites faces. 10 Le bord de pale concerné peut être le bord de fuite, comme dans l'exemple des figures 1 et 2, ou le bord d'attaque de la pale ; les problèmes sont toutefois normalement plus aigus avec le bord de fuite, la pale étant plus fine à cet endroit. On passe maintenant à une description complète d'un mode de réalisation particulier de l'invention, qui permettra de bien saisir ses différents aspects, 15 caractéristiques et avantages, en référence aux figures suivantes : - la figure 1, déjà décrite, représente une aube de l'art antérieur ; - la figure 2 est un agrandissement de la figure 1 montrant une région d'extrémité de plate-forme de l'aube ; - la figure 3 représente la même région pour une aube caractéristique de 20 l'invention ; - la figure 4 est un agrandissement de la figure 3 ; - et les figures 5 et 6 représentent deux variantes de conception de l'aube. On se reporte aux figures 3 et 4. Par rapport à la conception représentée à la figure 2, la bride 11 est désormais séparée de la plate-forme 10 par une gorge 18. Cette 25 gorge 18 est délimitée par une face 19 conique du côté de la bride 11, et une autre face 20, conique ou comme ici cylindrique, du côté de la plate-forme 10, les faces 19 et 20 convergeant l'une vers l'autre et se raccordant à un fond 21 de gorge arrondi. La gorge 18 est assez profonde, de son ouverture jusqu'au fond 21, pour s'étendre sur toute l'épaisseur de la bride 11 et la séparer ainsi de la pale 4 dans une direction radiale Y-Y de la turbomachine. Le fond 21 s'étend, en projection dans la direction axiale X-X et vers l'amont 3048015 4 (d'après le sens de l'écoulement du fluide autour de l'aube 1), au-delà du point de raccordement 32 du bord 31 de la pale 4 à la plate-forme 10. En amont du fond 21 de la gorge 18 dans la direction axiale X-X, la plate-forme 10 est épaissie, en direction radiale Y-Y, par un talon 22, qui se raccorde à la bride 11 par un col 23. Le col 23, délimité par la face 5 19, a une épaisseur plus petite qu'une épaisseur minimale 24 de la bride 11 (ici à une portion centrale amincie 25, recevant des trous de boulonnage 26, et limitée par deux portées coniques 27 et 28 concentriques, ainsi qu'il est usuel pour les brides de ce genre). D'autres arrondis 29 et 30 sont disposés aux raccords concaves de la bride 11 et du talon 22, et du talon 22 avec la plate-forme 10 proprement dite. 10 Il est à remarquer, par rapport aux conceptions habituelles, que le bord 31 de la pale 4 du côté de la bride 11 est repoussé vers l'extrémité 34 de la plate-forme 10, de manière que son point de raccordement 32 avec la plate-forme 10 s'étende au-delà d'au moins une des faces de la bride 11 (ici la face de la portion centrale amincie 25) qui sont dirigées vers ladite extrémité 34 dans la direction axiale X-X. 15 La bride 11 est montée souplement sur la plate-forme 10 par le col 23 fin, Le coin de la pale 4 adjacent au point de raccordement 32 est aussi monté souplement sur la plate-forme 10, dont l'extrémité au-dessus de la gorge 18 forme un bec 33 également fin sur laquelle ce coin, et donc le point de raccordement 32, s'étend. La souplesse accrue de l'aube 1 à ces endroits permet de réduire les concentrations de contrainte, en diffusant les 20 efforts vers des zones avoisinantes moins chargées. Il est donc avantageux que la gorge 18 soit relativement large entre les faces 19 et 20 pour accentuer l'assouplissement à des endroits immédiatement voisins de l'aube 1 (le col 23 et le bec 33).11est encore avantageux que la gorge 18 soit suffisamment profonde jusqu'au fond 21, afin d'allonger le col 23 et le bec 33 avec le même effet d'assouplissement, et de rendre plus sinueux le trajet de 25 transmission des efforts de la bride 11 au coin de la pale 4 et de diminuer ainsi leur intensité. Le talon 22 aide à une diffusion des contraintes, et encore donc à une réduction de leur concentration, à l'extrémité 34 de l'aube 1; les arrondis 29 et 30, de même que l'arrondi du fond 21, s'opposent aussi à des concentrations de contrainte locales. Si le bord 31 de la pale 4 est repoussé vers l'extrémité 34 de la plate- 30 forme 10, son profil à partir de la plate-forme 10 n'est pas critique en ce qui concerne la 3048015 5 réduction des concentrations de contrainte : les réalisations des figures 5 et 6 ont toutes deux donné de bons résultats à cet égard. Par rapport au profil du bord de fuite 13 de la figure 2, qui, à partir de la plate-forme 10 et en dirigeant dans une direction radiale extérieure, s'infléchit d'abord 5 brièvement vers l'avant puis vers l'aval, celui de la figure 5, appartenant à l'invention, s'infléchit vers l'amont sur une hauteur égale ou supérieure à la distance entre l'extrémité 34 et une face amont 35 du talon 22, avec une pente vers l'amont forte (environ 30°) près de la plate-forme 10, puis décroissante progressivement ; et celui de la figure 6, appartenant aussi à l'invention, s'infléchit vers l'amont avec une pente forte (supérieure à 10 30°) et approximativement constante sur une hauteur à peu près égale à la distance entre l'extrémité 34 et la face amont 35 ; puis, plus loin radialement vers l'extérieur, il s'infléchit légèrement vers l'aval avec une pente faible (environ 10°), avec un point d'inflexion 36 marqué avec la pente précédente. REVENDICATIONS1. Aube (1) de turbomachine, comprenant une pale (4) et un pied (7), le pied comprenant une plate-forme (10) et une bride (11), la pale (4) et la bride (11) étant monobloc avec la plate-forme (10) et s'étendant respectivement dans des sens opposés d'une direction radiale (Y-Y) de la turbomachine à partir de la plate-forme, la pale comprenant un bord (31) raccordé à la plate-forme, la plate-forme s'étendant, à partir d'une extrémité (34), dans une direction essentiellement axiale (X-X) de la turbomachine, caractérisée en ce que le pied comprend une gorge (18) s'étendant, à partir de ladite extrémité (34), entre la plate-forme (10) et la bride (11), et s'enfonçant dans ladite direction essentiellement axiale vers un fond (21) au-delà d'un point de raccordement (32) dudit bord de la pale et de la plate-forme. 2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plate-forme comprend un talon (22), correspondant, à un épaississement de la plate-forme (10) dans la direction radiale, s'étendant au-delà du fond (21) de la gorge (18) dans la direction essentiellement axiale (X-X), et un col (23) raccordant le talon (22) à la bride (11), délimité par une face (19) de la gorge (18) et s'étendant principalement dans ladite direction essentiellement axiale (X-X) depuis la bride jusqu'au talon. 3. Aube selon la revendication 2, caractérisée en ce que le col (23) a une épaisseur inférieure à une épaisseur minimale (24) de la bride (11). 4. Aube selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la bride (11) se raccorde au talon (22) par une surface arrondie (29). 5. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la gorge (18) s'ouvre vers ladite extrémité de la plate-forme et est délimitée par deux faces (19, 20) convergeant vers le fond (21), et le fond est formé par une surface arrondie joignant lesdites faces. 3048015 7 6. Aube selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites faces comprennent une face cylindrique (20) délimitant la plate-forme (10) et une face conique (19) délimitant la bride (11). 7. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la bride comprend une portion centrale amincie (25) entre deux portées coniques (27, 28) concentriques, la portion centrale étant percée de trous de boulonnage (26), les portées coniques étant dirigées vers ladite extrémité (34). 8. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit point de raccordement du bord de la pale et de la plate-forme se trouve, dans ladite direction essentiellement axiale (X-X), entre ladite extrémité (34) de la plate-forme et au moins une face (25) de la bride (11) dirigée vers ladite extrémité (34). 9. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit bord (31) est un bord de fuite de l'aube. 10. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée 20 en ce qu'elle est une aube fixe de la turbomachine. 5 10 15