Brevet FR3049643A1 — publié le 20171006

ROUE À PALES RAPPORTÉES ET TURBOMACHINE EQUIPÉE D'UNE TELLE ROUE 1. Domaine technique de l'invention L'invention concerne une roue à pales rapportées, telle qu'une roue de turbine, notamment une turbine haute-pression, ou une roue de compresseur. L'invention concerne également une turbomachine équipée d'une telle roue à pales rapportées. 2. Arrière-plan technologique Une roue à pales rapportées, telle qu'une roue de turbine haute-pression, comprend de manière connue un disque mobile en rotation autour d'un axe de rotation. Ce disque présente une première face, dite face avant, une face opposée, dite face arrière et comprend en périphérie une pluralité de logements de réception d'une pluralité de pales. La roue de turbine comprend également une pluralité de pales logées dans la pluralité de logements de réception. Pour ce faire, chaque pale comprend une tête solidaire d'un pied qui est engagé dans un des logements de réception qui s'ouvre à la périphérie du disque mobile. Il est courant que les pieds de pales soient logés dans les logements de réception du disque par une liaison glissière. Il est également connu de recourir à des pieds de pales qui présentent la forme d'un sapin, conjuguée à la forme des logements de réception ménagés en périphérie du disque mobile, auquel cas on parle de liaison glissière « pied de sapin ». Quel que soit le type de liaison glissière, pied de sapin ou autre, il est nécessaire de créer en complément de la liaison glissière, une liaison d'arrêt axial pour empêcher tout déplacement axial des pales par rapport au disque mobile. Cette liaison d'arrêt axiale doit en outre être pérenne dans le temps tout en s'adaptant à des sollicitations thermomécaniques sévères. L'une des solutions couramment utilisée pour créer une telle rétention axiale des pales consiste à emprisonner toutes les pales entre un taquet solidaire 30 du disque mobile et un flasque indépendant solidarisé au disque par des moyens 3049643 2 adaptés. L'un des inconvénients de cette solution est l'encombrement et le poids générés par l'utilisation d'un flasque indépendant, ce qui peut être rédhibitoire pour certaines applications, notamment dans le secteur des hélicoptères pour lequel le poids est un paramètre critique. 5 Les inventeurs ont donc cherché à proposer une nouvelle solution permettant de réaliser simplement une rétention axiale des pales sur une roue à pales rapportées, sans modifier sensiblement l'encombrement et le poids de la roue. 3. Objectifs de l'invention 10 L'invention vise à fournir une roue à pales rapportées, telle qu'une roue de turbine haute-pression, qui pallie au moins certains des inconvénients des roues connues. L'invention vise en particulier à fournir une roue à pales rapportées, telle qu'une roue de turbine, qui présente une fonctionnalité de rétention axiale des 15 pales de la roue par rapport au disque qui empêche tout déplacement axial relatif des pales par rapport au disque de la roue. L'invention vise à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une telle roue qui présente une fonctionnalité de rétention axiale des pales pérenne au cours du temps. 20 L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une roue qui présente une fonctionnalité de rétention axiale qui ne génère ni surpoids, ni encombrement additionnels. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une roue qui présente une fonctionnalité de rétention axiale des pales qui ne génère ni 25 surcout, ni difficultés additionnelles de fabrication. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une roue qui assure une rétention axiale des pales et qui supporte des sollicitations thermomécaniques sévères. L'invention vise aussi à fournir une turbomachine équipé d'une telle roue. 4. Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne une roue à pales rapportées, telle 3049643 3 qu'une turbine haute-pression ou une roue de compresseur, comprenant un disque mobile en rotation autour d'un axe de rotation et présentant une face, dite face avant, une face opposée, dite face arrière et comprenant en périphérie une pluralité de logements de réception d'une pluralité de pales, chaque pale comprenant une 5 tête solidaire d'un pied engagé dans un desdits logements s'ouvrant à la périphérie du disque mobile. Une roue de turbine selon l'invention est caractérisée en ce que chaque pale comprend une rainure formée dans son pied de pale et s'étendant selon une direction perpendiculaire à la direction radiale, dite direction azimutale, lesdites 10 rainures de ladite pluralité de pales formant ensemble une gorge circulaire discontinue de réception d'une bague de rétention axiale desdites pales. En d'autres termes, une roue selon l'invention comprend, pour chaque pied de pale, une rainure qui s'étend selon la direction azimutale, c'est-à-dire selon une direction perpendiculaire à la direction radiale de la roue. 15 L'ensemble des rainures des différentes pales réparties sur la circonférence de la roue mobile forme une gorge circulaire discontinue de réception d'une bague de rétention axiale des pales. Selon l'invention, une bague de rétention axiale est donc logée dans la gorge circulaire formée par l'ensemble des rainures ménagées dans les pieds des 20 pales. Cette bague de rétention est par exemple un jonc formé dans un matériau souple de manière à pouvoir se loger dans la gorge circulaire discontinue des pieds de pales. La bague étant logée dans la gorge circulaire formée par la succession des différentes rainures des pieds de pales, elle s'oppose, par contact mécanique 25 direct, entre d'une part, les pales et la bague, et d'autre part entre la bague et le disque, à tout déplacement axial relatif des pales par rapport au disque de la roue. En d'autres termes, la bague de rétention axiale vient se loger entre les pieds de pales et le disque et forme une butée axiale contre laquelle viennent buter les pieds de pales. 30 L'invention permet en outre de doter la roue d'une fonctionnalité de rétention axiale des pales par rapport au disque sans néanmoins générer un 3049643 4 surpoids ou une complexité additionnelle. Avantageusement et selon l'invention, chaque pied de pale comprend une attache destinée à être montée par coulissement dans un des logements s'ouvrant à la périphérie du disque mobile, ladite attache présentant une forme d'un pied de 5 sapin. Une attache en forme de pied de sapin permet de fiabiliser et faciliter la liaison disque/pale. Avantageusement et selon l'invention, pour chaque pale, la rainure formée dans le pied de pale est délimitée par une butée s'étendant radialement et 10 empêchant tout déplacement axial vers l'avant de ladite pale par contact mécanique entre cette butée et ladite bague de rétention axiale, qui vient elle-même en butée contre le disque mobile. En d'autres termes, la bague empêche tout déplacement axial des pales de l'arrière vers l'avant par le contact mécanique direct entre la butée radiale des 15 pieds de pales et la bague de rétention d'une part et le contact mécanique direct entre la bague de rétention et le disque d'autre part. En d'autres termes, la bague de rétention axiale ne retient la pale que de l'arrière vers l'avant. Les faces avant et arrière sont définies par rapport au flux circulant dans la turbomachine. L'invention selon cette variante permet donc une rétention axiale 20 de l'arrière vers l'avant des pales rapportées. Selon un autre mode de réalisation, pour chaque pale, la rainure formée dans le pied de pale est délimitée par une butée s'étendant radialement pour empêcher tout déplacement axial vers l'arrière de ladite pale par contact mécanique entre cette butée et ladite bague de rétention axiale, qui vient elle- 25 même en butée contre le disque mobile. Cette autre variante permet une rétention axiale dans l'autre sens. Dans le cas préférentiel d'une rétention axiale de l'arrière vers l'avant par la bague de rétention axiale, le blocage inverse (de l'avant vers l'arrière) est obtenu par des taquets ménagés sur le disque mobile. Pour ce faire, 30 avantageusement et selon l'invention, ledit disque mobile comprend une pluralité de taquets radiaux agencés au niveau de la face arrière du disque, en périphérie du 3049643 5 disque, et formant chacun une butée de rétention axiale d'une pale en empêchant tout déplacement axial vers l'arrière de ladite pale par contact mécanique entre le taquet radial et la pale. Cette variante permet de bloquer le déplacement axial de l'avant vers 5 l'arrière des pales par des taquets usinés au sommet du disque. En outre, ces taquets sont ménagés sur la face arrière du disque qui est légèrement moins chaude que la face avant lors d'une utilisation normale. Avantageusement et selon l'invention, ledit disque mobile comprend une pluralité d'interpales, chaque interpale comprenant un plot formant saillie de la 10 face arrière du disque et empêchant tout déplacement radial de ladite bague de rétention axiale. Selon cette variante, chaque interpale est équipée d'un plot qui s'étend en saillie de la face arrière du disque de manière à bloquer radialement la bague de rétention axiale. Cela permet d'éviter un délogement de la bague de rétention 15 axiale de la gorge circulaire discontinue formée par l'ensemble des rainures ménagées dans les pieds de pales. Avantageusement et selon l'invention, la bague de rétention axiale comprend au moins une zone découpée de manière à faciliter son logement dans ladite gorge circulaire discontinue. 20 Selon cette variante, la bague comprend au moins une fente ménagée sur sa circonférence de manière à faciliter l'installation de la bague dans la gorge circulaire discontinue formée par l'ensemble des rainures ménagées dans les pieds de pales. Avantageusement et selon l'invention, la bague de rétention axiale 25 comprend un ergot anti-rotation configurée pour pouvoir être agencé entre deux pales successives, une fois la bague logée dans ladite gorge circulaire discontinue. Cette ergot anti-rotation qui est formé par une excroissance axiale de la bague permet de bloquer la bague en rotation par contact mécanique direct entre l'ergot et les deux pales agencées de part et d'autre de l'ergot, une fois la bague 30 logée dans la gorge circulaire discontinue. Avantageusement et selon l'invention, la bague de rétention axiale est 3049643 6 formée dans un matériau élastique adapté pour conserver ses propriétés mécaniques propres à haute température. L'invention concerne également une turbomachine comprenant au moins une roue de turbine haute-pression selon l'invention. 5 L'invention concerne également une roue de turbine et une turbomachine caractérisées en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. 5. Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la 10 lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'une roue de turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une turbomachine 15 selon un mode de réalisation de l'invention comprenant une roue de turbine selon un mode de réalisation de l'invention 6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Sur la figure, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d'illustration et de clarté. En outre, les éléments 20 identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes références sur les différentes figures. Dans toute la description détaillée qui suit en référence aux figures, sauf indication contraire, les termes « axial », « radial » et « azimutal » sont utilisés à titre non limitatif par rapport à l'axe de rotation X'X de la roue de turbomachine. En d'autres termes, ces termes font référence, pour la pale 10 25 référencée, au trièdre A, R, Z tel que représenté sur la figure 1, l'axe A étant parallèle à l'axe X'X de rotation de la roue. Selon le mode de réalisation des figures, une roue 22 à pales rapportées est une roue de turbine haute pression qui comprend un disque 3 mobile en rotation autour d'un axe X'X de rotation qui présente une face, dite face 5 avant, une face 30 opposée, dite face 4 arrière et comprenant en périphérie 6 une pluralité de logements de réception d'une pluralité de pales 10. 3049643 7 Selon d'autres modes de réalisation non décrits, la roue à pales rapportées peut être une roue de compresseur ou une roue de turbine basse pression. Selon le mode de réalisation des figures, la face 5 avant est la face qui, en utilisation normale de la roue, reçoit en premier le flux circulant dans la 5 turbomachine, et la face 4 arrière est la face opposée. En d'autres termes, le flux circule dans la roue en suivant une trajectoire orientée de X à X'. Chaque pale 10 comprend une tête 11 solidaire d'un pied 12 engagé dans un des logements s'ouvrant à la périphérie 6 du disque 3 mobile. La tête 11 présente un profil aérodynamique prédéterminé. Le pied 12 de chaque pale 10 présente selon le mode de réalisation de la figure 1 une forme de pied de sapin. Ce pied 12 en forme de pied de sapin coopère avec les bords du logement de réception ménagé dans le disque 3. Cette forme particulière assure la rétention radiale des pales 10 dans le disque 3. En outre, chaque pied 12 de pale comprend une rainure 13 qui s'étend 15 selon la direction azimutale, c'est-à-dire que la rainure suit la courbure du disque, perpendiculairement à la direction radiale. Les pales sont réparties sur la périphérie du disque 3 de telle sorte que l'ensemble des rainures 13 de l'ensemble des pales forme une gorge circulaire discontinue de réception d'une bague 14 de rétention axiale des pales. 20 Bien évidemment, sur la figure 1, seule une portion angulaire de la roue 22 est représentée. Pour chaque pale, la rainure 13 ménagée dans son pied de pale est délimitée par une butée 15 qui s'étend radialement vers le centre du disque de manière à former une butée qui empêche tout déplacement axial vers la face avant 25 5 de la pale. Cette rétention axiale de l'arrière vers l'avant des pales résulte d'un contact mécanique entre cette butée 15 et la bague 14 de rétention axiale, qui vient elle-même en butée contre le disque 3 mobile. La rétention axiale de l'avant vers la face arrière 4 est obtenue par l'intermédiaire de taquets 16 radiaux agencés en périphérie du disque 3. Chaque 30 taquet 16 forme une butée qui empêche tout déplacement axial vers la face arrière 4 de la pale associée à ce taquet. 3049643 8 En outre, le disque mobile comprend une pluralité d'interpales 17. Chaque interpale 17 comprend un plot 18 qui est en saillie par rapport à la face 4 arrière du disque et qui empêche tout déplacement radial de la bague 14 de rétention axiale. 5 Selon un mode de réalisation préférentiel, la bague est formée d'un matériau flexible et présentant des bonnes propriétés thermomécaniques. En outre, la bague 14 comprend au moins une zone 19 découpée qui permet de faciliter le logement de la bague 14 dans la gorge circulaire discontinue formée par les différentes rainures 13 des pieds de pales. La bague comprend en 10 outre un ergot 21 anti-rotation configurée pour pouvoir être agencé entre deux pales successives, une fois la bague logée dans la gorge circulaire discontinue. La figure 2 est une vue schématique d'une turbomachine d'un hélicoptère équipée d'une roue de turbine 22 selon le mode de réalisation de la figure 1. Le turbomoteur présente une symétrie axiale autour de l'axe central XX'. 15 Le turbomoteur comprend en outre un compresseur 31 centrifuge, une roue de turbine 22 haute-pression d'entrainement du compresseur 31 et des axes de puissance de l'hélicoptère (hélice, boite de transmission, etc.) via un arbre traversant 24, et une autre roue de turbine 23 d'entrainement (qui selon un mode de réalisation peut présenter une configuration similaire à la configuration de la 20 roue 22 haute-pression). Le turbomoteur comprend également une entrée radiale 25 d'un manchon de circulation 50 d'un flux d'air frais Fl et une chambre de combustion 26. Le compresseur 31 centrifuge comprend une roue 20 de compresseur équipée de pales 36 et est alimenté par l'air frais F1. Le compresseur comprend 25 également un couvercle 32 délimitant un canal annulaire dans lequel s'écoule le flux Fl et un diffuseur radial 33 à ailettes 34. Le flux F1 passe par le diffuseur radial 33 formé à la périphérie du compresseur pour être redressé par les ailettes 34 et acheminé vers des canaux 60 d'entrée de la chambre de combustion 26. 30 Une turbomachine équipée d'une roue 22 de turbine haute-pression selon l'invention présente des performances améliorées par rapport aux turbomachines 3049643 9 antérieures en garantissant dans le temps une rétention axiale des pales par rapport au disque sans néanmoins générer ni surpoids, ni une complexité de réalisation, ni un surcout de fabrication. Dans toute la description détaillée, la roue a été décrite comme une roue de 5 turbine haute pression. Selon d'autres modes de réalisation, la roue peut être une roue de compresseur ou une roue de turbine basse pression. En outre, la roue a été décrite avec la bague de rétention ménagée au niveau de la face arrière de la roue pour former une bague de rétention axiale de l'arrière vers l'avant des pales rapportées. Selon d'autres modes de réalisation, la 10 bague de rétention peut être ménagée au niveau de la face avant de la roue pour former une bague de rétention axiale de l'avant vers l'arrière des pales rapportées. REVENDICATIONS1. Roue à pales rapportées comprenant un disque (3) mobile en rotation autour d'un axe (X'X) de rotation et présentant une face, dite face avant (5), une face opposée, dite face arrière (4) et comprenant en périphérie (6) une pluralité de logements de réception d'une pluralité de pales (10), chaque pale (10) comprenant une tête (11) solidaire d'un pied (12) engagé dans un desdits logements s'ouvrant à la périphérie du disque (3) mobile, caractérisée en ce que chaque pale (10) comprend une rainure (13) formée dans son pied (12) de pale et s'étendant selon une direction perpendiculaire à la direction radiale, dite direction azimutale, lesdites rainures (13) de ladite pluralité de pales (10) formant ensemble une gorge circulaire discontinue de réception d'une bague (14) de rétention axiale desdites pales (10). 2. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque pied (12) de pale comprend une attache destinée à être montée par coulissement dans un desdits logements s'ouvrant à la périphérie du disque (3) mobile, ladite attache présentant une forme d'un pied de sapin. 3. Roue selon la revendication 2, caractérisée en ce que, pour chaque pale (10), ladite rainure (13) formée dans le pied (12) de pale est délimitée par une butée (15) s'étendant radialement et empêchant tout déplacement axial vers l'avant de ladite pale (10) par contact mécanique entre cette butée (15) et ladite bague (14) de rétention axiale, qui vient elle-même en butée contre le disque (3) mobile. 4. Roue selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit disque (3) mobile comprend une pluralité de taquets (16) radiaux agencés au niveau de la face arrière (4) du disque, en périphérie du disque, et formant chacun une butée de rétention axiale d'une pale (10) en empêchant tout déplacement axial vers l'arrière de ladite pale (10) par contact mécanique entre le taquet (16) radial et la pale (10). 5. Roue selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit 3049643 11 disque (3) mobile comprend une pluralité d'interpales (17), chaque interpale (17) comprenant un plot (18) formant saillie de la face arrière (4) du disque et empêchant tout déplacement radial de ladite bague (14) de rétention axiale. 6. Roue selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite 5 bague (14) de rétention axiale comprend au moins une zone (19) découpée de manière à faciliter son logement dans ladite gorge circulaire discontinue. 7. Roue selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite bague (14) de rétention axiale comprend un ergot (21) anti-rotation configurée pour pouvoir être agencé entre deux pales successives, une fois la bague logée 10 dans ladite gorge circulaire discontinue. 8. Roue selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite bague (14) de rétention axiale est formée dans un matériau élastique adapté pour conserver ses propriétés mécaniques propres à haute température. 9. Turbomachine comprenant au moins une roue (22) selon l'une des 15 revendications 1 à 8 utilisée comme roue de turbine haute-pression.