Brevet FR3053998A1 — publié le 20180119

ROUE DE TURBOMACHINE La présente invention concerne une roue de turbomachine telle qu'un turbopropulseur ou un turboréacteur. Classiquement, une roue de turbomachine, telle qu'une roue de soufflante comprend une rangée annulaire d'aubes portées par un disque. Des plateformes inter-aubes sont agencées entre les aubes de manière à former une surface radialement interne d'écoulement du flux d'air entrant dans la turbomachine. Ces plateformes inter-aubes comprennent des brides s'étendant radialement vers l'intérieur depuis une face interne des plateformes et viennent en appui sur des brides s'étendant radialement vers l'extérieur depuis des nervures du disque. Les brides des plateformes et du disque peuvent être fixées ensemble par boulonnage. Afin d'améliorer le taux de compression et ainsi réduire la marge 15 au pompage, la demanderesse a déjà proposé, dans sa demande FR2992376, d'ajouter un dispositif de calage angulaire des aubes de la soufflante. Toutefois, le déplacement en pivotement des aubes impose un déplacement en pivotement des plateformes adjacentes qui n'est pas pris 20 en compte dans les mécanismes de calage des aubes de la technique antérieure. Les figures 1 a, 1 b, 2a et 2b illustrent ce problème de l'art antérieur. La figure 1 a montre, de manière schématique, une roue 2 de 25 turbomachine, comprenant des aubes à calage angulaire variable, non représentées, entre lesquelles s'étendent des plateformes 4 inter-aubes. Cette roue 2 est située entre une virole 6 amont et une virole 8 aval. Les figures 1 a et 1 b montrent la roue 2 dans une configuration dans laquelle les aubes sont orientées de telle sorte qu'elles présente la 30 plus faible prise au vent dans le sens amont aval, c'est-à-dire qu'elles s'étendent dans un plan radial contenant l'axe de la turbomachine. 3053998 2 Les figures 2a et 2b montrent la même roue 2 dans une configuration dans laquelle les aubes et les plateformes 4 inter-aubes sont pivotées d'environ 160°. On remarque sur la figure 2a que la rotation de la plateforme 4 conduit à la formation de discontinuités à la fois axiales et 5 circonférentielles entre la surface supérieure de la virole 6 amont, les plateformes 4 inter-aubes et la surface supérieure de la virole 8 aval. Ces discontinuités génèrent alors des perturbations dans l'écoulement du flux d'air et, donc, une perte de rendement de la turbomachine. De plus on remarque, comme illustré sur les figures 2a et 2b, 10 que lorsqu'elle est pivotée, la plateforme 4 vient interférer avec la virole 6 amont et la virole 8 aval. Une solution à ce problème serait donc de former, dans la virole 6 amont et la virole 8 aval, des rainures ou gorges dans lesquelles les plateformes 4 pourraient se déplacer, à condition, toutefois, que les jeux entre les plateformes 4 et les viroles 6, 8 amont et aval soient largement augmentés. Cependant, de telles rainures fragiliseraient les viroles 6, 8 et les rendraient plus coûteuses et plus complexes à fabriquer. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, l'invention propose, une roue de turbomachine, 20 comprenant : - une virole annulaire comportant une pluralité d'ouvertures chacune délimitée par un bord périphérique, - une aube traversant une ouverture de la virole annulaire, et étant reliée à un dispositif de calage angulaire de l'aube autour 25 d'un axe de pivotement, - une plateforme logée dans l'ouverture et entourant l'aube, ladite plateforme étant formée d'une pluralité de secteurs angulaires agencés circonférentiellement bout à bout autour de l'axe de pivotement de l'aube, 30 - des moyens de liaison des secteurs de plateforme au dispositif de calage angulaire de l'aube de manière à ce qu'un 3053998 3 pivotement de la pale entraine une rotation des secteurs de plateformes autour dudit axe de pivotement. Selon l'invention, l'utilisation de plusieurs secteurs de plateformes autour de l'aube et mis en rotation autour de l'axe de pivotement de l'aube 5 permet de limiter, voire supprimer, les discontinuités axiales et circonférentielles de la technique antérieure. L'écoulement d'air peut ainsi s'effectuer sans perturbations au voisinage de la plateforme multi-secteurs. En effet, les secteurs permettent de créer, sur la virole annulaire, une surface continue dépourvue de discontinuités de sorte que l'air 10 circulant sur la virole s'écoule d'une manière la plus laminaire possible sans rencontrer d'obstacles sur son passage. En outre, les secteurs permettent qu'une partie de la plateforme au moins puisse suivre l'orientation angulaire des aubes sans être gênée par les viroles de part et d'autre de la roue. Avantageusement, le bord périphérique externe de chaque secteur 15 de plateforme comprend des moyens de guidage en rotation du secteur sur le bord périphérique de l'ouverture. Ces moyens de guidage permettent que les secteurs suivent le bord périphérique de l'ouverture pour éviter de créer des discontinuités avec la plateforme. Avantageusement, les moyens de guidage comprennent un décrochement circonférentiel externe agencé radialement à l'intérieur du bord périphérique de l'ouverture. Cette réalisation particulière offre l'avantage d'être simple de réalisation. Pour améliorer le guidage, le bord périphérique de l'ouverture comprend une gorge annulaire dans laquelle est engagé le bord périphérique externe d'un ou de plusieurs secteurs de plateforme. La gorge annulaire permet alors de retenir les bords périphériques des secteurs qui, en l'absence de force centrifuge à l'arrêt de la turbomachine, tomberaient par gravité. Selon une autre caractéristique de l'invention, la gorge annulaire comprend des extrémités libres définissant entre elles une ouverture angulaire s'étendant sur une distance angulaire supérieure à la distance 3053998 4 angulaire du secteur présentant la plus grande distance angulaire. Ainsi, le montage/démontage des viroles s'effectue en introduisant chacun des secteurs par l'ouverture angulaire et en déplaçant les secteurs autour de l'axe de pivotement les uns avec les autres de sorte que l'ouverture 5 angulaire puisse accueillir un nouveau secteur. En variante, pour guider et maintenir les secteurs en position, la face radialement interne du secteur peut porter un mécanisme reliant ledit secteur à un organe du dispositif de calage angulaire qui est solidaire d'un pivot de l'aube, ce mécanisme exerçant une force d'écartement entre ledit 10 secteur et ledit organe du dispositif de calage de l'aube. Avantageusement, le mécanisme est relié par des liaisons pivot au secteur de plateforme et à l'organe du dispositif de calage angulaire. De préférence, les moyens de liaison comprennent une rotule reliant l'extrémité interne de chaque secteur de plateforme à une tige s'étendant 15 radialement vers l'intérieur jusqu'au dispositif de calage angulaire. Ces rotules autorisent une angulation entre les secteurs de sorte que chaque secteur peut se positionner relativement aux secteurs adjacents de manière à éviter de générer une perturbation dans l'écoulement de l'air. De préférence, l'ouverture est circulaire et les secteurs de plateforme 20 sont des secteurs de disque. En outre, la plateforme peut comprendre au moins quatre secteurs angulaires. Le nombre de quatre secteurs offre un bon gain aérodynamique pour la plateforme afin de limiter les perturbations dans l'écoulement de l'air sur la plateforme, tout en conservant un temps de montage raisonnable de 25 la plateforme et en limitant le nombre de pièces dans la roue et, par conséquent, le nombre total d'interfaces entre les secteurs. De préférence, la virole annulaire est de forme générale tronconique à section augmentant vers l'aval. Les secteurs permettent alors que la surface supérieure de la roue soit dépourvue de discontinuité de sorte que 30 la forme tronconique guide l'air entrant dans la turbomachine. 3053998 5 Avantageusement, les ouvertures sont chacune formées dans une zone plane de la virole annulaire, ce qui facilite la réalisation des plateformes multi-secteurs qui peuvent être planes. De préférence, les zones planes ont en section une inclinaison par 5 rapport à l'axe de la roue sensiblement similaire à l'inclinaison de la génératrice du tronc de cône par rapport audit axe. Cela permet de conserver la configuration généralement tronconique des roues, notamment pour les roues de soufflantes. L'invention concerne également une turbomachine, tel un 10 turbopropulseur ou un turboréacteur, qui comprend une roue telle que précédemment décrite. Avantageusement, la roue est agencée entre une première virole amont et une seconde virole aval dont les surfaces externes sont alignées en direction longitudinale l'une avec l'autre. 15 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels les figures 1 a, 1 b, 2a, 2b décrites précédemment montrent une roue de soufflante de turbomachine selon l'art 20 antérieur. Les figures suivantes sont des vues schématiques d'une roue de soufflante de turbomachine selon l'invention dans lesquelles : - la figure 3 est un détail en coupe de la roue lorsque les aubes sont orientées axialement ; 25 - la figure 4 est une vue de détail de dessus de la turbomachine dans laquelle les aubes sont orientées axialement ; - la figure 5 est une vue dans laquelle les aubes sont orientées à 90° par rapport à l'axe de la turbomachine ; - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 3 dans 30 laquelle les aubes sont orientées à 90° par rapport à l'axe de la turbomachine ; 3053998 6 - les figures 7a et 7b sont des vues similaires aux figures 3 et 4 respectivement selon une première variante de réalisation ; - la figure 8 est une vue schématique d'une seconde variante de réalisation de la roue ; 5 - la figure 9 est une vue en perspective d'une plateforme intermédiaire selon l'invention. On a représenté, de manière schématique sur la figure 3, une turbomachine 10 comprenant une roue 12 de turbomachine 10 entourée par une première virole 14 amont et une seconde virole 16 aval dont les 10 surfaces externes sont alignées en direction longitudinale l'une avec l'autre. Toutefois l'alignement des surfaces externes de la première virole 14 et de la seconde virole 16 n'est illutré qu'à titre d'exemple, lesdites surfaces externes pouvant ne pas être alignées. Dans la suite du texte, il sera compris que les termes « amont » 15 et « aval » sont définis par rapport au sens d'écoulement ou de circulation d'un fluide (représenté par les flèches F sur les figures), tel que de l'air, à travers la turbomachine 10, l'amont définissant par où arrive le fluide sur un organe telle une roue 12, l'aval par où le fluide dépasse l'organe. La roue 12 comprend une virole 18 annulaire, ci-après virole 18 20 intermédiaire, comportant une pluralité d'ouvertures 20 chacune délimitée par un bord 22 périphérique et régulièrement espacées les unes des autres autour de l'axe de la roue. Chaque ouverture de la virole 18 intermédiaire est traversée par une aube 24 qui est reliée intérieurement à un dispositif 26 de calage angulaire de l'aube 24 autour d'un axe P de pivotement. Une 25 plateforme 28 est logée dans chaque ouverture 20 de la virole intermédiaire 18 et entoure l'aube 24, ladite plateforme 28 étant formée d'une pluralité de secteurs 28a, 28b, 28c, 28d angulaires agencés circonférentiellement bout à bout autour de l'axe P de pivotement de l'aube 24. La roue comprend également des moyens 30 de liaison des secteurs 28a, 28b, 28c, 28d de 30 plateforme 28 au dispositif 26 de calage angulaire de l'aube 24 de manière 3053998 7 à ce qu'un pivotement de l'aube entraine une rotation des secteurs 28a, 28b, 28c, 28d de plateforme 28 autour dudit axe P de pivotement. Avantageusement, le bord 22 périphérique de chacune des ouvertures est circulaire et les secteurs 28a, 28b, 28c, 28d de la plateforme 5 28 sont des portions de disque. Les aubes 24 sont à calage variable c'est-à-dire qu'elles peuvent être orientées différemment par rapport à la direction d'écoulement de l'air (flèche F) dans la turbomachine 10 en fonction des différentes phases de fonctionnement de la turbomachine 10. Les couples de figures 3 et 4, et 5 10 et 6 représentent une orientation de 0° et 90° des aubes 24, respectivement. Comme représenté sur les figures, la plateforme 28 est formée de quatre secteurs 28a, 28b, 28c, 28d aboutés, à savoir un premier secteur 28a, un deuxième secteur 28b, un troisième secteur 28c et un quatrième 15 secteur 28d. Toutefois, la plateforme 28 pourrait comporter plus de quatre secteurs. Avantageusement, les secteurs 28a, 28b, 28c, 28d sont répartis par paires dont une première paire, comprenant le premier secteur 28a et le deuxième secteur 28b, est située d'un premier côté de l'aube 24, c'est-à- 20 dire du côté de la face intrados de l'aube 24, et une seconde paire, comprenant le troisième secteur 28c et le quatrième secteur 28d, est située du second côté de l'aube 24, c'est-à-dire du côté de la face extrados de l'aube 24. Pour chaque paire de secteurs, chaque secteur 28a, 28b, 28c, 25 28d comprend un premier bord 32 par lequel il est abouté à l'autre secteur 28a, 28b, 28c, 28d de la paire, et un second bord 34 venant sensiblement au contact de la face intrados ou extrados de l'aube 24, ce second bord 34 ayant un profil conformé pour correspondre au mieux au profil de l'aube lors du calage angulaire de celle-ci. 30 Lorsque la turbomachine 10 est en fonctionnement, la roue 12 tourne autour d'un axe A de rotation de la turbomachine 10 ce qui 3053998 8 provoque, par effet centrifuge, un déplacement des secteurs 28a, 28b, 28c, 28d de la plateforme 28 à l'opposé de l'axe A de la turbomachine. Pour empêcher que les secteurs 28a, 28b, 28c, 28d ne se déplacent plus que nécessaire, les secteurs 28a, 28b, 28c, 28d sont 5 pourvus, sur un bord 36 périphérique externe de moyens 38 de guidage en rotation des secteurs 28a, 28b, 28c, 28d coopérant avec le bord 22 périphérique de l'ouverture 20. Ces moyens 38 de guidage se présentent sous la forme d'une languette définissant un décrochement (ou ressaut) circonférentiel externe agencé radialement à l'intérieur du bord 22 10 périphérique de l'ouverture 20. Autrement dit, la languette forme un épaulement dans lequel est reçu le bord 22 périphérique d'une ouverture 20 de la virole 18 intermédiaire. Comme cela est représenté sur les figures 7a et 7b, le bord 22 périphérique de l'ouverture 20 comprend une gorge 40 annulaire dans 15 laquelle est engagé le bord 36 périphérique externe, ou la languette, d'un ou de plusieurs secteurs 28a, 28b, 28c, 28d de plateforme 28. Ainsi, les secteurs 28a, 28b, 28c, 28d sont retenus afin qu'ils ne retombent pas vers l'axe A de rotation de la turbomachine 10. En outre, cette gorge 40 annulaire permet d'assurer le guidage des secteurs 28a, 28b, 28c, 28d lors 20 du fonctionnement de la turbomachine 10. Comme on le voit sur la figure 7b, la gorge 40 annulaire comprend des extrémités 40a, 40b libres définissant entre elles une ouverture angulaire s'étendant sur une distance DA1 angulaire supérieure à la distance DA2 angulaire du secteur 28a, 28b, 28c, 28d présentant la 25 plus grande distance DA2 angulaire mesurée entre ses deux bords 32, 34. Toutefois, afin de faciliter la conception, le montage et l'utilisation des secteurs 28a, 28b, 28c, 28d, tous les secteurs 28a, 28b, 28c, 28d s'étendent selon la même distance DA2 angulaire et diffèrent essentiellement par le profil de leurs bords respectifs. Ainsi, l'ouverture 30 angulaire de la gorge 40 annulaire n'a besoin d'être supérieure qu'à la distance DA2 angulaire d'un seul secteur 28a, 28b, 28c, 28d. 3053998 9 Une autre variante représentée à la figure 8 montre une roue 12 dans laquelle la face 42 radialement interne du secteur porte un mécanisme 44 reliant ledit secteur à un organe du dispositif 26 de calage variable qui est solidaire d'un pivot de l'aube 24, ce mécanisme 44 exerçant 5 une force d'écartement entre ledit secteur 28a, 28b, 28c, 28d et ledit organe du dispositif 26 de calage de l'aube 24. Pour permettre un bon guidage indépendamment du positionnement des secteurs 28a, 28b, 28c, 28d, le mécanisme 44 est relié par des liaisons pivot 46a, 46b au secteur 28a, 28b, 28c, 28d de plateforme 10 28 et à l'organe du dispositif 26 de calage. Avantageusement, le mécanisme 44 est un vérin simple effet, par exemple à gaz ou à ressort comprenant un corps 44a de vérin et une tige 44b mobile par rapport au corps 44a. Afin de suivre la rotation de l'aube 24 chaque secteur 28a, 28b, 15 28c, 28d est relié, indépendamment des autres secteurs 28a, 28b, 28c, 28d, au dispositif 26 de calage angulaire des aubes 24 par des moyens 48 de liaison. Ces moyens 48 de liaison comprennent une rotule reliant l'extrémité interne de chaque secteur 28a, 28b, 28c, 28d de plateforme 28, c'est-à-dire un point du second 34 bord, à une tige 50 s'étendant 20 radialement vers l'intérieur jusqu'au dispositif 26 de calage angulaire. Ainsi, lorsque l'aube 24 est pivotée autour de son axe P par le dispositif 26 de calage angulaire, la tige 44b du vérin tend à écarter les liaisons pivot 46a, 46b l'une de l'autre de sorte que les moyens 38 de guidage en rotation des secteurs 28a, 28b, 28c, 28d suivent le bord 22 25 périphérique de l'ouverture 20. Les liaisons pivot 46a, 46b évitent alors l'hyper-statisme du vérin 44. Comme représenté sur la figure 9, la virole 18 intermédiaire est de forme générale tronconique à section augmentant vers l'aval de la turbomachine. Autrement dit, la section de la virole 18 intermédiaire est 30 plus petite à l'amont de la virole 18 intermédiaire qu'à l'aval. 3053998 10 Avantageusement, les ouvertures 20 sont chacune formée dans une zone 52 plane, par exemple un méplat, de la virole 18 intermédiaire. Pour limiter la perturbation de l'écoulement de l'air sur la virole 18 intermédiaire, les zones 52 planes ont en section une inclinaison par 5 rapport à l'axe de la roue 12, qui est confondu avec l'axe A de la turbomachine 10, sensiblement similaire à l'inclinaison de la génératrice 54 du tronc de cône par rapport audit axe. REVENDICATIONS1. Roue (12) de turbomachine (10), comprenant : une virole (18) annulaire comportant une pluralité d'ouvertures (20) chacune délimitée par un bord (22) périphérique, une aube (24) traversant une ouverture (20) de la virole (18) annulaire, et étant reliée à un dispositif (26) de calage angulaire de l'aube (24) autour d'un axe de pivotement, une plateforme (28) logée dans l'ouverture (20) et entourant l'aube (24), ladite plateforme (28) étant formée d'une pluralité de secteurs (28a, 28b, 28c, 28d) angulaires agencés circonférentiellement bout à bout autour de l'axe de pivotement de l'aube (24), et des moyens (30) de liaison des secteurs (28a, 28b, 28c, 28d) de plateforme (28) au dispositif (26) de calage angulaire de l'aube (24) de manière à ce qu'un pivotement de l'aube (24) entraine une rotation des secteurs (28a, 28b, 28c, 28d) de plateformes (28) autour dudit axe de pivotement. 2. Roue (12) selon la revendication 1, dans laquelle le bord (26) 20 périphérique externe de chaque secteur (28a, 28b, 28c, 28d) de plateforme (28) comprend des moyens de guidage en rotation du secteur sur le bord (22) périphérique de l'ouverture (20). 3. Roue (12) selon la revendication 2, dans laquelle les moyens de guidage comprennent un décrochement circonférentiel externe agencé 25 radialement à l'intérieur du bord (22) périphérique de l'ouverture (20). 4. Roue (12) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le bord (22) périphérique de l'ouverture (20) comprend une gorge (40) annulaire dans laquelle est engagé le bord (36) périphérique externe d'un ou de plusieurs secteurs (28a, 28b, 28c, 28d) de plateforme (28). 30 5. Roue (12) selon la revendication 4, dans laquelle la gorge (40) annulaire comprend des extrémités (40a, 40b) libres définissant entre elles 3053998 12 une ouverture angulaire s'étendant sur une distance (DA1) angulaire supérieure à la distance (DA2) angulaire du secteur (28a, 28b, 28c, 28d) présentant la plus grande (DA2) distance angulaire. 6. Roue (12) selon l'une des revendications précédentes, dans 5 laquelle les moyens (30) de liaison comprennent une rotule reliant l'extrémité interne de chaque secteur (28a, 28b, 28c, 28d) de plateforme (28) à une tige (48) s'étendant radialement vers l'intérieur jusqu'au dispositif (26) de calage angulaire. 7. Roue (12) selon l'une des revendications précédentes, dans 10 laquelle la face (42) radialement interne du secteur (28a, 28b, 28c, 28d) porte un mécanisme (44) reliant ledit secteur (28a, 28b, 28c, 28d) à un organe du dispositif (26) de calage angulaire qui est solidaire d'un pivot de l'aube (24), ce mécanisme (44) exerçant une force d'écartement entre ledit secteur (28a, 28b, 28c, 28d) et ledit organe du dispositif (26) de calage de 15 l'aube (24). 8. Roue (12) selon la revendication 7, dans laquelle le mécanisme est relié par des liaisons pivot au secteur (28a, 28b, 28c, 28d) de plateforme (28) et à l'organe du dispositif (26) de calage angulaire. 9. Roue (12) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'ouverture (20) est circulaire et les secteurs (28a, 28b, 28c, 28d) de plateforme (28) sont des secteurs de disque. 10. Roue (12) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la plateforme (28) comprend au moins quatre secteurs (28a, 28b, 28c, 28d) angulaires. 11. Roue (12) selon l'une des revendications 1 à 10, dans laquelle la virole (18) annulaire est de forme générale tronconique à section augmentant vers l'aval. 12. Roue (12) selon l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle les ouvertures (20) sont chacune formée dans une zone (50) plane de la virole (18) annulaire. 3053998 13 13. Roue (12) selon la revendication 11 et la revendication 12, dans laquelle les zones (50) planes ont en section une inclinaison par rapport à l'axe de la roue (12) sensiblement similaire à l'inclinaison de la génératrice du tronc de cône par rapport audit axe. 5 14. Turbomachine (10), telle un turbopropulseur ou un turboréacteur, comprenant une roue (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, dans laquelle la roue (12) est agencée ente une première virole (14) amont 10 et une seconde virole (16) aval dont les surfaces externes sont alignées en direction longitudinale l'une avec l'autre.