Brevet FR3062875A1 — publié le 20180817

AUBE MOBILE DE TURBOMACHINE COMPRENANT DES EVIDEMENTS DANS LE PIED DESCRIPTION La présente invention se rapporte à une aube mobile de turbomachine comprenant des évidements dans le pied. Les aubes dont il est ici question comprennent une pale aérodynamique, agissant sur l'écoulement des gaz de la turbomachine, et un pied joint à la pale servant à la raccorder à un rotor tel qu'un disque tournant alvéolé. Les pieds des aubes d'un même étage circulaire sont engagés dans les alvéoles du disque et comprennent en général une plate-forme jointe à la pale et servant à couvrir l'ouverture des alvéoles à la périphérie du disque, un bulbe opposé à la plate-forme et retenu dans un élargissement de fond des alvéoles, empêchant l'extraction des aubes sous l'effet des forces centrifuges, et une échasse joignant la plate-forme au bulbe et de section plus étroite que celle du bulbe. Les différentes parties du pied s'étendent le long de lignes droites ou en arc de cercle selon la forme des alvéoles. Les pieds des aubes représentent une part importante de leur masse, qu'on cherche à diminuer sans nuire à leurs propriétés mécaniques ou autres, notamment à leur résistance aux efforts statiques et vibratoires que les aubes subissent. On a ainsi proposé des aubes dont le pied était muni de creux ou d'évidements, notamment à l'échasse, qui est la partie la plus volumineuse du pied. Mais ces allégements conduisent souvent à des affaiblissements excessifs, d'autant plus que les irrégularités de structure qu'on fait apparaître sont responsables de concentrations de contraintes. Des exemples acceptables peuvent être toutefois trouvés dans les documents FR-2 997 723-Al et FR-3 015 553-Al provenant de la demanderesse et qui illustrent des échasses aux faces latérales munies de dépressions qui réduisent localement leur largeur. On se heurtait toutefois, dans ces conceptions antérieures, rapidement à des limites de profondeur des évidements, au-delà desquelles la pièce était fragilisée à l'excès. Une conception améliorée est cependant suggérée avec l'invention, qui peut permettre de réduire la masse des aubes plus fortement que dans les conceptions antérieures, sans perte notable de tenue mécanique de l'aube en ce qui concerne la résistance aux divers efforts ni risque de faire 3062875 2 apparaître des concentrations de contraintes élevées. Ce gain de masse permet également un gain de masse sur des pièces en relation avec l'aube comme par exemple le disque, le carter de rétention, les viroles et les liaisons du disque. Sous une forme générale, l'invention est relative à une aube de 5 turbomachine comprenant une pale aérodynamique et un pied de raccordement à un rotor, le pied comprenant une plate-forme jointe à la pale, un bulbe et une échasse joignant le bulbe à la plate-forme, l'échasse s'étendant entre une première extrémité amont adjacente à un bord d'attaque de la pale et une seconde extrémité aval adjacente à un bord de fuite de la pale, caractérisée en ce que le pied comprend deux évidements 10 respectivement adjacents à la première extrémité et à la seconde extrémité ; l'amont et l'aval sont définis classiquement en référence au sens d'écoulement du flux de gaz autour de l'aube. Dans les documents mentionnés, les évidements étaient des dépressions qui occupaient une grande partie de superficie des faces latérales de l'échasse, en étant 15 localisées plutôt à l'endroit où la hauteur de l'échasse était la plus grande, mais en s'étendant assez loin sur la partie centrale de l'échasse ; la règle présidant à la conception de l'invention est qu'il est plutôt avantageux de localiser les évidements aux deux extrémités de l'échasse, qui sont des régions du pied moins sollicitées par les efforts, en enlevant alors une quantité de matière plus grande à ces endroits, sans évider la partie 20 centrale des échasses, dont la résistance n'est pas altérée. Il est plus précisément recommandé que le premier évidement comporte, dans une direction de corde (L) joignant la première extrémité à la seconde extrémité en ligne droite, un premier bord extrême s'étendant entre 14% et 20% d'une distance mesurée de la première extrémité vers la seconde extrémité dans ladite direction de corde, 25 et un second bord extrême, opposé au premier bord extrême dans la direction de corde (L), s'étendant entre 31% et 37% de ladite distance. Il est encore recommandé que le second évidement comporte, dans une direction de corde (L) joignant la première extrémité à la seconde extrémité en ligne droite, mesurée de la première extrémité vers la seconde extrémité dans ladite direction de corde, 30 un premier bord extrême s'étendant entre 90% et 96% d'une distance, et un second bord 3062875 3 extrême, opposé au premier bord extrême dans la direction de corde, s'étendant entre 75% et 81% de ladite distance. Les premiers bords extrêmes sont alors tout proches des extrémités de l'échasse. 5 Dans une réalisation préférée, valide pour une forme typique de pied d'aube, les bords extrêmes du premier évidement s'étendent à 17% et 35%, et les bords extrêmes du second évidement à 79% et 93% de ladite distance. Les réalisations de ce type font donc souvent apparaître des évidements de longueur réduite (environ 18% et 14% dans des modes de réalisation particulièrement 10 préférés, dans la direction de corde de l'échasse) et séparés d'une distance assez importante (environ 44% dans ce mode de réalisation), le plus souvent plus grande que la longueur totale des évidements. Des longueurs plus importante des évidements, qui seraient compris entre 10 % et 40 %, et entre 70 % et 95 % par exemple, restent toutefois compatible avec l'invention. 15 Les bords extrêmes des évidements peuvent être des faces planes, faciles à réaliser par usinage ou moulage. Une partie pleine de l'échasse, correspondant à une portion sans évidement, est avantageusement comprise entre le premier évidement et le second évidement. 20 La profondeur des évidements (dans le sens de circonférence de la machine, ou de largeur du pied) n'est pas critique, contrairement à ce que suggéraient les documents mentionnés, et il est au contraire avantageux, pour le gain de masse, que les évidements de l'invention traversent l'échasse et s'ouvrent sur ses deux faces latérales. Les évidements peuvent aussi se prolonger dans le bulbe, ce qui n'était 25 pas envisagé dans ces documents. Il est alors préféré qu'ils s'ouvrent sur une face de fond, la plus éloignée de la pale, du bulbe, et sur des faces latérales du bulbe dirigées vers l'intrados et l'extrados, et plus encore qu'ils s'ouvrent sur des portions inférieures des faces latérales du bulbe qui sont adjacentes à la face de fond, lesdites portions étant séparées des faces latérales de l'échasse par des portions supérieures des faces latérales du bulbe 30 sur lesquelles les évidements ne s'ouvrent pas ; et de préférence, les évidements 3062875 4 s'élargissent progressivement dans le bulbe depuis les échasses jusqu'aux portions inférieures des faces latérales du bulbe. Grâce à cette disposition, les portions supérieures des faces latérales du bulbe, qui sont des faces d'appui sur le rotor, restent intactes et ne subissent pas de surcroît excessif d'efforts. 5 Dans le sens opposé de hauteur de l'aube, les évidements s'étendent avantageusement jusque dans un raccordement de l'échasse à la plate-forme. On a vu que la partie centrale de l'échasse n'était pas affectée par les évidements. On peut au contraire avantageusement la renforcer en y ajoutant une nervure joignant la plate-forme à l'échasse entre les évidements. Elle peut s'étendre d'un côté 10 seulement de l'échasse, dirigé vers un intrados de la pale, avec une section décroissant en s'éloignant de l'échasse. Les différents aspects, caractéristiques et avantages de l'invention seront maintenant décrits plus en détail au moyen des figures suivantes, qui illustrent une réalisation concrète de celle-ci, qui n'est pas exclusive d'autres : 15 -la figure 1 représente un pied d'aube massif, dépourvu d'évidements, d'une aube qui n'appartient donc pas à l'invention ; -la figure 2 représente une réalisation de l'invention vue de l'extrados ; -la figure 3, cette réalisation vue obliquement, depuis le fond d'aube ; -et la figure 4, cette réalisation vue de l'intrados. 20 On décrira d'abord la figure 1. L'aube comprend une pale 1 exposée à l'écoulement des gaz dans la turbomachine, s'élevant dans une direction radiale R de la turbomachine et dotée d'un bord d'attaque 2, d'un bord de fuite 3, d'un côté d'intrados 4 et d'un côté d'extrados 5. Elle comprend encore un pied 6 composé d'une plate-forme 7 jointe à la pale 1, un bulbe 8 opposé à la pale 1 par rapport à la plateforme 7, et une échasse 25 9 joignant le bulbe 8 à la plate-forme 7. Le pied 6 et ses constituants ont une direction d'extension principale X perpendiculaire à R qui coïncide avec la direction de brochage de l'alvéole qui reçoit le pied 6, et qui peut être rectiligne ou curviligne, et faire un angle non nul avec la direction axiale de la turbomachine. Le bulbe 8 a une section en queue d'aronde (vue dans la direction X) délimitée successivement par une face de fond 10 plate, la plus 30 éloignée de la pale 1 dans la direction R, et des faces latérales comprenant des faces 3062875 5 inférieures 11 s'étendant vers la plate-forme 7 à partir de la face de fond 10 et qui sont incurvées et convexes, des faces d'appui 12 prolongeant les faces inférieures 11 et convergeant l'une vers l'autre vers la plate-forme 7, ces faces d'appui 12 étant planes et, comme leur nom l'indique, s'appuyant sur le rotor quand la machine tourne et que des 5 forces centrifuges apparaissent sur l'aube, et des premières moulures (« fillets » en anglais) 13 à rayon de courbure, concaves, se raccordant à l'échasse 9. Cette dernière est en forme de plaque, plus étroite que le bulbe 8 dans une direction latérale T perpendiculaire aux précédentes, et elle comprend deux faces latérales 14 principales qui sont parallèles, dirigées vers l'intrados pour l'une, vers l'extrados pour l'autre. Des secondes moulures 15 10 concaves à rayon de courbure raccordent les faces latérales 14 à la plate-forme 7. L'échasse 9 comprend encore des raidisseurs 16 et 17 à ses extrémités adjacentes au bord d'attaque 2 et au bord de fuite 3, qui sont des renflements ou des plaques accroissant sa section auxdites extrémités. Le bulbe 8 peut porter à ses extrémités dans la direction X (sans que cela influe sur l'invention) un crochet 18 destiné à buter contre le disque de rotor et arrêter 15 un mouvement d'insertion du pied 6 dans une alvéole du rotor. Dans cette conception connue, les constituants du pied 6 sont des parties massives, dépourvues d'évidements ou d'autres portions creuses. Les figures 2, 3 et 4 illustrent le pied d'aube, maintenant 20, modifié d'après l'invention. Il est désormais pourvu de deux évidements 21 et 22, dont le premier 20 est adjacent au bord d'attaque 2, et le second au bord de fuite 3. Les évidements 21 et 22 s'étendent dans l'échasse 9, et aussi dans le bulbe 7. Ils sont chacun limités par un premier bord 23 ou 24 et par un second bord 25 ou 26, tous ces bords 23 à 26 étant ici plans et perpendiculaires à la direction d'extension principale X du pied 20 et s'étendant donc dans des plans d'axes T et R. Ils pourraient néanmoins être obliques à la direction d'extension 25 principale X. Les premiers bords 23 et 24 limitent l'évidement 21 ou 22 respectif vers l'extrémité adjacente de l'échasse 9, et les seconds bords 25 et 26 vers une partie centrale 27, s'étendant de l'évidement 21 à l'évidement 22, du pied 20. La partie centrale 27 est une partie pleine, dont l'épaisseur (dans la direction T) est non nulle, et peut être constante sur toute la distance entre les évidements 21 et 22. En mesurant le long d'une direction de 30 corde L définie par une ligne droite entre un point central d'une première face d'extrémité 3062875 6 28 de l'échasse 9 (adjacente au bord d'attaque 2) et un point correspondant d'une face d'extrémité opposée 29 (adjacente au bord de fuite 3) de l'échasse 9, les distances comptées à partir de la première extrémité 28 des bords 23, 25, 24 et 26 sont respectivement, dans une réalisation préférée, L23=17%, L25=35%, L24=79% et L26=93% 5 de la distance totale séparant les extrémités 28 et 29. On préfère plus généralement que 14% REVENDICATIONS1) Aube de turbomachine comprenant une pale (1) aérodynamique et un pied (20) de raccordement à un rotor, le pied comprenant une plate-forme (7) jointe à la pale, un bulbe (8) et une échasse (9) joignant le bulbe à la plate-forme, l'échasse s'étendant entre une première extrémité amont (28) adjacente à un bord d'attaque (2) de la pale (1) et une seconde extrémité (29) aval adjacente à un bord de fuite (3) de la pale, caractérisée en ce que le pied (20) comprend deux évidements (21,22) respectivement adjacents à la première extrémité et à la seconde extrémité. 2) Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un premier des évidements (21) comporte, dans une direction de corde (L) joignant la première extrémité à la seconde extrémité en ligne droite, un premier bord extrême (23) s'étendant entre 14% et 20% d'une distance mesurée de la première extrémité vers la seconde extrémité dans ladite direction de corde, et un second bord extrême (25), opposé au premier bord extrême (23) dans la direction de corde (L), s'étendant entre 31% et 37% de ladite distance. 3) Aube selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un second des évidements comporte, dans une direction de corde (L) joignant la première extrémité à la seconde extrémité en ligne droite, mesurée de la première extrémité vers la seconde extrémité dans ladite direction de corde, un premier bord extrême (24) s'étendant entre 90% et 96% d'une distance, et un second bord extrême (26), opposé au premier bord extrême (24) dans la direction de corde, s'étendant entre 75% et 81% de ladite distance. 4) Aube selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que les bords extrêmes du premier évidement (21) s'étendent à 17% et 35%, et les bords extrêmes du second évidement (22) à 79% et 93% de ladite distance. 5) Aube selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les bords extrêmes (23, 24, 25, 26) sont des faces planes. 6) Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une partie pleine (27) comprise entre le premier évidement et le second évidement. 3062875 9 7) Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les évidements s'étendent dans l'échasse et s'ouvrent sur deux faces latérales (14) de l'échasse (9), dirigées vers l'intrados (4) et l'extrados (5) de la pale (1). 8) Aube suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée 5 en ce que les évidements (21, 22) s'étendent dans le bulbe (8). 9) Aube suivant la revendication 8, caractérisée en ce que les évidements s'ouvrent sur une face de fond (10), la plus éloignée de la pale, du bulbe, et sur des faces latérales (11) du bulbe dirigées vers le côté d'intrados et le côté d'extrados. 10) Aube selon la revendication 9, caractérisée en ce que les évidements 10 s'ouvrent sur des portions inférieures (11) des faces latérales du bulbe qui sont adjacentes à la face de fond (10), lesdites portions étant séparées des faces latérales (14) de l'échasse par des portions supérieures des faces latérales du bulbe, sur lesquelles les évidements ne s'ouvrent pas. 11) Aube selon la revendication 10, caractérisée en ce que les 15 évidements s'élargissent progressivement dans le bulbe depuis les échasses jusqu'aux portions inférieures des faces latérales du bulbe. 12) Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les évidements s'étendent dans un raccordement (15) de l'échasse à la plate-forme. 20 13) Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend une nervure (37) joignant la plate-forme à l'échasse entre les évidements. 14) Aube selon la revendication 13, caractérisée en ce que la nervure a une section décroissant en s'éloignant de l'échasse. 25