Brevet FR3054855A1 — publié le 20180209

DISQUE DE ROTOR DE TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte de façon générale au domaine des disques de rotor de turbomachine munis à leur périphérie d'alvéoles dans lesquelles sont montés des pieds d'aubes. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de refroidissement d'une alvéole de disque de rotor de turbomachine. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION De façon connue en soi, un disque de rotor de turbomachine, tel qu'un disque d'un étage de la turbine basse pression (BP), comporte à sa périphérie une pluralité d'alvéoles régulièrement réparties autour de l'axe de rotation du disque, dans lesquelles sont montés par emmanchement les pieds des aubes mobiles de la turbine. Pendant le fonctionnement de la turbomachine, la veine d'écoulement de la turbine basse pression dans laquelle sont disposées les aubes est traversée par des gaz dont la température est très élevée. Les alvéoles des disques qui reçoivent les pieds des aubes étant directement exposées à ces gaz, il est nécessaire de les refroidir pour éviter tout endommagement des disques. A cet effet, il est connu de prélever une partie de l'air qui s'écoule en dehors de la veine d'écoulement de la turbine basse pression pour l'acheminer via un circuit de refroidissement jusqu'aux alvéoles des disques de rotor. La figure 1 montre une vue partielle d'un disque 1 de rotor d'une turbine basse pression de turbomachine selon l'art antérieur. La vue partielle de la figure 1 est une coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du disque. Le disque 1 comporte à sa périphérie une pluralité d'alvéoles 4, ouvertes vers l'extérieur du disque 1 et régulièrement réparties autour de l'axe de rotation du disque 1. Le disque 1 comporte une bride annulaire 2 qui s'étend vers l'amont depuis la face radiale amont du disque 1 et autour de laquelle est monté un flasque annulaire de 3054855 2 maintien (non représenté). La bride annulaire 2 et le flasque de maintien sont disposés de façon à ménager entre eux un espace annulaire formant une cavité de diffusion de l'air de refroidissement. Cette cavité de diffusion est alimentée en air de refroidissement à son extrémité amont par une pluralité d'orifices 3 5 régulièrement répartis autour de l'axe de rotation du disque 1, et débouche à son extrémité aval dans le fond de chacune des alvéoles 4 du disque 1. L'air circulant en dehors de la veine d'écoulement de la turbine pénètre dans la cavité de diffusion par les orifices 3, se diffuse dans la cavité de diffusion puis vient ventiler et refroidir les alvéoles 4. 10 RESUME DE L'INVENTION La présente invention permet d'améliorer le refroidissement d'une alvéole de disque de rotor de turbomachine, l'alvéole étant par ailleurs connectée à un circuit de refroidissement selon l'art antérieur. 15 Un aspect de l'invention concerne un disque de rotor de turbomachine ayant un axe de rotation et comprenant, à sa périphérie, une pluralité d'alvéoles régulièrement réparties autour de l'axe de rotation, au moins une alvéole de la pluralité d'alvéoles ayant un fond présentant une pluralité de plaques faisant saillie 20 dudit fond, chaque plaque s'étendant essentiellement selon une direction perpendiculaire à une direction radiale. On entend par « direction radiale » une direction selon un rayon du disque de rotor. Pour chaque plaque faisant saillie d'un fond d'alvéole, on considère la 25 projection de ladite plaque sur le fond d'alvéole : dans cette projection, la plaque présente une première dimension selon une première direction sensiblement perpendiculaire à la direction radiale et une deuxième dimension selon une deuxième direction sensiblement perpendiculaire à la direction radiale et distincte de la première direction. On entend alors par « la plaque s'étend essentiellement 30 selon une direction perpendiculaire à la direction radiale » le fait que la première dimension est petite devant la deuxième dimension, ou que la deuxième dimension est petite devant la première dimension. 3054855 3 Grâce à l'invention, la pluralité de plaques faisant saillie du fond de l'alvéole permet d'augmenter la surface d'échange du fond de l'alvéole, contribuant ainsi à améliorer le transfert thermique entre un flux d'air de refroidissement et le fond de 5 l'alvéole. Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le disque de rotor de turbomachine selon un aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, 10 considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - Au moins une plaque de la pluralité de plaques faisant saillie du fond présente une première dimension suivant la direction radiale, une deuxième dimension suivant une direction axiale et une troisième dimension suivant 15 une direction circonférentielle. Selon une première variante, la au moins une plaque s'étend essentiellement selon la direction axiale. On entend par « direction axiale » une direction parallèle à l'axe de rotation du disque. - Pour la au moins une plaque selon la première variante, la deuxième 20 dimension suivant la direction axiale est préférentiellement 3 à 60 fois supérieure à la troisième dimension suivant la direction circonférentielle. - Selon la première variante, la pluralité de plaques comporte au moins cinq plaques agencées en quinconce. 25 - Selon une deuxième variante, au moins une plaque de la pluralité de plaques faisant saillie du fond s'étend essentiellement selon la direction circonférentielle. On entend par « direction circonférentielle » une direction à la fois perpendiculaire à la direction radiale et perpendiculaire à la 30 direction axiale. Outre l'augmentation de la surface d'échange du fond de l'alvéole, la au moins une plaque s'étendant essentiellement suivant la direction circonférentielle provoque avantageusement une perturbation maximum de l'écoulement d'un flux de refroidissement qui s'opère 3054855 4 sensiblement axialement, de l'amont vers l'aval de chaque alvéole du disque de rotor. En perturbant l'écoulement du flux de refroidissement, la au moins une plaque selon la deuxième variante augmente la turbulence du flux de refroidissement et améliore ainsi le coefficient d'échange entre le 5 flux de refroidissement et l'alvéole. En augmentant la quantité de flux thermique que l'on extrait du disque, on refroidit le disque plus efficacement. - Pour la au moins une plaque selon la deuxième variante, la troisième 10 dimension suivant la direction circonférentielle est préférentiellement 2 à 16 fois supérieure à la deuxième dimension suivant la direction axiale. - Selon la deuxième variante, la pluralité de plaques peut comporter au moins deux plaques alignées selon la direction axiale, ou alternativement 15 au moins quatre plaques centrées chacune aux quatre sommets d'un parallélogramme, le parallélogramme ayant deux côtés suivant la direction axiale. - Selon une troisième variante, au moins une alvéole de la pluralité 20 d'alvéoles a avantageusement un fond présentant : o au moins une plaque faisant saillie dudit fond et s'étendant essentiellement suivant la direction axiale, et o au moins une plaque faisant saillie dudit fond et s'étendant essentiellement suivant la direction circonférentielle. 25 - Selon la troisième variante, la au moins une plaque s'étendant essentiellement suivant la direction axiale est préférentiellement agencée sur une partie aval du fond tandis que la au moins une plaque s'étendant essentiellement suivant la direction circonférentielle est préférentiellement 30 agencée sur une partie amont du fond. Les parties amont et aval sont définies en fonction du sens de circulation de l'air de refroidissement selon la direction axiale. La au moins une plaque s'étendant essentiellement suivant la direction circonférentielle est avantageusement sur la partie amont du fond afin que les turbulences créées au sein du flux d'air de 3054855 5 refroidissement par ladite au moins une plaque contribuent à favoriser les échanges thermiques au niveau de la au moins une plaque s'étendant essentiellement suivant la direction axiale, sur la partie aval. 5 - Selon l'une quelconque des première, deuxième et troisième variantes, le disque de rotor est préférentiellement un disque de rotor de turbine basse pression. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de 10 la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. - La figure 1 montre une vue partielle d'un disque de rotor d'une turbine 15 basse pression de turbomachine selon l'art antérieur. - La figure 2 montre une alvéole d'un disque de rotor de turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention. - La figure 3a montre une vue en coupe de l'alvéole de la figure 2 et illustre un premier exemple d'agencement de plaques au fond d'une alvéole, selon 20 le premier mode de réalisation de l'invention. - La figure 3b montre un deuxième exemple d'agencement de plaques au fond d'une alvéole, selon le premier mode de réalisation de l'invention. - La figure 3c montre un troisième exemple d'agencement de plaques au fond d'une alvéole, selon le premier mode de réalisation de l'invention. 25 - La figure 4 montre une alvéole d'un disque de rotor de turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. - La figure 5a montre une vue en coupe de l'alvéole de la figure 4 et illustre un premier exemple d'agencement de plaques au fond d'une alvéole, selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. 30 - La figure 5b montre un deuxième exemple d'agencement de plaques au fond d'une alvéole, selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. 3054855 6 - La figure 6 montre un exemple d'agencement de plaques au fond d'une alvéole, selon un troisième mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE 5 L'INVENTION Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. La figure 1, qui montre une vue partielle d'un disque 1 de rotor d'une turbine basse 10 pression de turbomachine selon l'art antérieur, a été précédemment décrite. La figure 2 montre une alvéole 10, ayant un fond 12, d'un disque de rotor de turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention. La forme de l'alvéole 10 illustrée à la figure 2 est choisie pour coopérer avec un pied d'aube, 15 de manière à former une liaison aube-disque. Le pied d'aube et l'alvéole 10 sont dimensionnés de manière à ménager, lorsque le pied d'aube est monté dans l'alvéole 10, un espace entre le fond 12 de l'alvéole et le pied d'aube, espace dans lequel l'air de refroidissement peut circuler. 20 Le fond 12 de l'alvéole présente typiquement une longueur L1, mesurée suivant une direction axiale référencée « Ax », comprise entre 1 cm et 3 cm, et une largeur L2, mesurée suivant une direction circonférentielle référencée « Cir », comprise entre 0,5 cm et 1 cm. 25 Selon le premier mode de réalisation, le fond 12 de l'alvéole 10 comporte une pluralité de plaques 14 faisant saillie du fond 12. Chaque plaque 14 présente : - une première dimension suivant une direction radiale, référencée « Rad », - une deuxième dimension suivant la direction axiale Ax, et - une troisième dimension suivant la direction circonférentielle. 30 La direction radiale est suivant un rayon du disque de rotor : en chaque point du disque de rotor, la direction radiale passe par ledit point et par le centre du disque de rotor. La direction axiale est parallèle à l'axe de rotation du disque de rotor. En 3054 855 7 chaque point du disque de rotor, la direction axiale est donc perpendiculaire à la direction radiale. La direction circonférentielle est définie comme étant, en chaque point du disque de rotor, à la fois perpendiculaire à la direction radiale et perpendiculaire à la direction axiale. Selon le premier mode de réalisation, chaque 5 plaque 14 s'étend essentiellement selon sa deuxième dimension, dans la direction axiale Ax. La troisième dimension de chaque plaque 14 est petite devant la deuxième dimension de ladite plaque 14 : la deuxième dimension de chaque plaque 14 est préférentiellement 3 à 60 fois supérieure à la troisième dimension de chaque plaque 14. Selon une alternative du premier mode de réalisation, non 10 illustrée, au moins une plaque de la pluralité de plaques s'étend essentiellement dans la direction axiale Ax, tandis qu'au moins une autre plaque de la pluralité de plaques s'étend essentiellement dans une direction perpendiculaire à la direction radiale Rad mais distincte de la direction axiale Ax. 15 La première dimension de chaque plaque 14 est préférentiellement choisie telle que, lorsqu'un pied d'aube est agencé dans l'alvéole, ladite première dimension est comprise entre 25% et 75% du jeu minimal entre le fond d'alvéole et le pied d'aube. La deuxième dimension de chaque plaque 14 est préférentiellement comprise entre 30% et 100% de la longueur du fond 12 de l'alvéole. La troisième 20 dimension de chaque plaque 14 est préférentiellement comprise entre 0,5 mm et 1 mm. La figure 3a montre une vue en coupe, selon un plan perpendiculaire à la direction radiale, de l'alvéole 10 de la figure 2. Dans cet exemple particulier, le fond de 25 l'alvéole 10 comporte huit plaques 14 agencées en quinconce : par groupes de cinq plaques, quatre plaques se trouvent centrées aux quatre sommets d'un rectangle et la cinquième est centrée au centre du rectangle. La figure 3b montre un autre exemple particulier d'alvéole dont le fond comporte cinq plaques 14 agencées en quinconce. La figure 3c montre un autre exemple particulier d'alvéole 30 dont le fond comporte onze plaques 14 agencées en quinconce. Dans chacun de ces exemples, les plaques 14 sont régulièrement réparties sur le fond de l'alvéole. On entend par « répartition régulière » le fait que deux plaques consécutivement 3054855 8 alignées suivant une même direction présentent entre elles un espacement, mesuré suivant la direction d'alignement, qui ne varie pas. La figure 4 montre une alvéole 20, ayant un fond 22, d'un disque de rotor de 5 turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. De même que pour l'alvéole 10 selon le premier mode de réalisation, la forme de l'alvéole 20 illustrée à la figure 4 est choisie pour coopérer avec un pied d'aube, de manière à former une liaison aube-disque. Le pied d'aube et l'alvéole 20 sont dimensionnés de manière à ménager, lorsque le pied d'aube est monté dans l'alvéole 20, un 10 espace entre le fond 22 de l'alvéole et le pied d'aube, espace dans lequel l'air de refroidissement peut circuler. Le fond 22 de l'alvéole présente typiquement une longueur L1, mesurée suivant la direction axiale Ax, comprise entre 1 cm et 3 cm, et une largeur L2, mesurée 15 suivant la direction circonférentielle Cir, comprise entre 0,5 cm et 1 cm. Selon le deuxième mode de réalisation, le fond 22 de l'alvéole 20 comporte une pluralité de plaques 24 faisant saillie du fond 22. Chaque plaque 24 présente : - une première dimension suivant la direction radiale Rad, - une deuxième dimension suivant la direction axiale Ax, et 20 - une troisième dimension suivant la direction circonférentielle Cir. Selon le deuxième mode de réalisation, chaque plaque 24 s'étend essentiellement selon sa troisième dimension, dans la direction circonférentielle Cir. La deuxième dimension de chaque plaque 24 est petite devant la troisième dimension de ladite plaque 24 : la troisième dimension de chaque plaque 24 est préférentiellement 2 à 25 16 fois supérieure à la deuxième dimension de chaque plaque 24. Selon une alternative du deuxième mode de réalisation, non illustrée, au moins une plaque de la pluralité de plaques s'étend essentiellement dans la direction circonférentielle Cir, tandis qu'au moins une autre plaque de la pluralité de plaques s'étend essentiellement dans une direction perpendiculaire à la direction 30 radiale Rad mais distincte de la direction circonférentielle Cir. La première dimension de chaque plaque 24 est préférentiellement choisie telle que, lorsqu'un pied d'aube est agencé dans l'alvéole, ladite première dimension 3054855 9 est comprise entre 25% et 75% du jeu minimal entre le fond d'alvéole et le pied d'aube. Chaque plaque 24 peut présenter une première dimension suivant la direction radiale Rad sensiblement variable, notamment pour s'adapter à la forme du fond 22, qui peut ne pas être parfaitement plan. Dans un tel cas, on définit la 5 première dimension de chaque plaque 24 comme étant la plus grande dimension de ladite plaque 24 suivant la direction radiale Rad. La deuxième dimension de chaque plaque 24 est préférentiellement comprise entre 0,5 mm et 2 mm. La troisième dimension de chaque plaque 24 est préférentiellement comprise entre 20% et 80% de la largeur du fond 22 de l'alvéole. 10 La figure 5a montre une vue en coupe, selon un plan perpendiculaire à la direction radiale, de l'alvéole 20 de la figure 4. Dans cet exemple particulier, le fond de l'alvéole 10 comporte six plaques 24 agencées de manière alternée : par groupes de quatre plaques, quatre plaques se trouvent centrées aux quatre sommets d'un 15 parallélogramme, le parallélogramme ayant deux côtés suivant la direction axiale Ax. La figure 5b montre un autre exemple particulier d'alvéole dont le fond comporte trois plaques 24 agencées de manière alignée selon la direction axiale Ax. Dans chacun de ces exemples, les plaques 24 sont régulièrement réparties sur le fond de l'alvéole. On entend par « répartition régulière » le fait 20 que deux plaques consécutivement alignées suivant une même direction présentent entre elles un espacement, mesuré suivant la direction d'alignement, qui ne varie pas. La figure 6 montre un exemple d'agencement de plaques au fond d'une alvéole, 25 selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Selon le troisième mode de réalisation de l'invention, au moins une alvéole a un fond 32 présentant : - au moins une plaque 14 faisant saillie dudit fond 32 et s'étendant essentiellement suivant la direction axiale Ax, avantageusement sur une partie aval Av dudit fond 32, et 30 - au moins une plaque 24 faisant saillie dudit fond 32 et s'étendant essentiellement suivant la direction circonférentielle Cir, avantageusement sur une partie amont Am dudit fond 32. 3054 855 10 Les parties amont Am et aval Av sont définies en fonction du sens de circulation de l'air de refroidissement selon la direction axiale Ax. La au moins une plaque 24 est avantageusement sur la partie amont Am du fond 32, afin que les turbulences créées au sein du flux d'air de refroidissement par ladite au moins une plaque 24 5 contribuent à favoriser les échanges thermiques au niveau de la au moins une plaque 14 sur la partie aval Av. Dans l'exemple d'agencement de la figure 6, le fond 32 présente ainsi, sur sa partie amont Am, une plaque 24 s'étendant essentiellement suivant la direction circonférentielle Cir, et sur sa partie aval Av, sept plaques 14 s'étendant essentiellement suivant la direction axiale Ax. 10 Le fond 32 présente typiquement une longueur L1, mesurée suivant la direction axiale Ax, comprise entre 1 cm et 3 cm, et une largeur L2, mesurée suivant la direction circonférentielle Cir, comprise entre 0,5 cm et 1 cm. Selon le troisième mode de réalisation, la deuxième dimension de chaque plaque 14 est 15 préférentiellement comprise entre 30% et 50% de la longueur du fond 32 de l'alvéole. Les première et deuxième dimensions de chaque plaque 14 demeurent préférentiellement choisies selon les indications précisées plus haut. Les première, deuxième et troisième dimensions de chaque plaque 24 demeurent préférentiellement choisies selon les indications précisées plus haut. Selon le 20 troisième mode de réalisation, la plaque 24 agencée la plus en aval et la plaque 14 agencée la plus en amont sont préférentiellement espacées de 1 à 5 mm selon la direction axiale Ax. Les plaques de chaque alvéole selon l'un quelconque des modes de réalisation 25 sont préférentiellement réalisées dans le même matériau que le disque de rotor. Les plaques de chaque alvéole selon l'un quelconque des modes de réalisation sont préférentiellement directement usinées dans la masse du fond de ladite alvéole. Le mode de réalisation d'usinage direct dans la masse du fond de l'alvéole présente en effet l'avantage de limiter les résistances thermiques de 30 contact au passage entre la plaque et le fond de l'alvéole, et par conséquent d'augmenter davantage le refroidissement. Alternativement, les plaques de chaque alvéole selon l'un quelconque des modes de réalisation peuvent être 3054855 11 fixées au fond de ladite alvéole par un procédé additif tel qu'une soudure ou une brasure. La présente invention concerne préférentiellement un disque de rotor d'une 5 turbine basse pression. Toutefois, le disque de rotor peut également être un disque de rotor d'une turbine haute pression. D'une manière générale, la présente invention concerne ainsi tout disque de rotor de turbomachine. La présente invention n'est naturellement pas limitée à un type particulier d'attache pour le montage des pieds d'aubes sur les disques de rotor. D'une manière générale, la 10 présente invention s'applique à tout disque de rotor comportant une alvéole destinée à recevoir un pied d'aube tout en conservant un espace de circulation d'air de refroidissement. REVENDICATIONS1. Disque de rotor de turbomachine ayant un axe de rotation et comprenant, à sa périphérie, une pluralité d'alvéoles (10, 20) régulièrement réparties autour de l'axe de rotation, le disque de rotor de turbomachine étant caractérisé en ce qu'au moins une alvéole (10, 20) de la pluralité d'alvéoles a un fond (12, 22, 32) présentant une pluralité de plaques (14, 24) faisant saillie dudit fond (12, 22, 32), chaque plaque (14, 24) s'étendant essentiellement selon une direction (Ax, Cir) perpendiculaire à une direction radiale (Rad). 2. Disque de rotor de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce que au moins une plaque (14) de la pluralité de plaques (14) faisant saillie du fond (12) présente : - une première dimension suivant la direction radiale (Rad), - une deuxième dimension suivant une direction axiale (Ax), et - une troisième dimension suivant une direction circonférentielle (Cir), la au moins une plaque (14) s'étendant essentiellement selon la direction axiale (Ax). 3. Disque de rotor de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce que pour la au moins une plaque (14), la deuxième dimension suivant la direction axiale (Ax) est 3 à 60 fois supérieure à la troisième dimension suivant la direction circonférentielle (Cir). 4. Disque de rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que la pluralité de plaques (14) comporte au moins cinq plaques (14) agencées en quinconce. 5. Disque de rotor de turbomachine selon la revendication 1 caractérisé en ce que au moins une plaque (24) de la pluralité de plaques (24) faisant saillie du fond (22) présente : - une première dimension suivant la direction radiale (Rad), 3054855 13 - une deuxième dimension suivant une direction axiale (Ax), et - une troisième dimension suivant une direction circonférentielle (Cir), la au moins une plaque (24) s'étendant essentiellement selon la direction circonférentielle (Cir). 5 6. Disque de rotor de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce que pour la au moins une plaque (24), la troisième dimension suivant la direction circonférentielle (Cir) est 2 à 16 fois supérieure à la deuxième dimension suivant la direction axiale (Ax). 10 7. Disque de rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que la pluralité de plaques (24) comporte au moins deux plaques (24) alignées selon la direction axiale (Ax). 15 8. Disque de rotor de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que la pluralité de plaques (24) comporte au moins quatre plaques (24) centrées chacune aux quatre sommets d'un parallélogramme, le parallélogramme ayant deux côtés 20 suivant la direction axiale (Ax). 9. Disque de rotor de turbomachine selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins une alvéole de la pluralité d'alvéoles a un fond (32) présentant : 25 - au moins une plaque (14) faisant saillie dudit fond (32) et s'étendant essentiellement suivant une direction axiale (Ax), et - au moins une plaque (24) faisant saillie dudit fond (32) et s'étendant essentiellement suivant une direction circonférentielle (Cir). 30 10. Disque de rotor de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce que : - la au moins une plaque (14) s'étendant essentiellement suivant la direction axiale (Ax) est agencée sur une partie aval (Av) du fond (32), et 3054855 14 - la au moins une plaque (24) s'étendant essentiellement suivant la direction circonférentielle (Cir) est agencée sur une partie amont (Am) du fond (32). 5