Brevet FR3086328A1 — publié le 20200327

TURBINE A AUBES RETENUES AXIALEMENT, POUR TURBOMACHINE DOMAINE [1] La présente invention concerne une turbine pour turbomachine d'aéronef, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. CONTEXTE [2] Classiquement, de l'amont vers l'aval, dans le sens d'écoulement du flux gazeux dans au moins une veine de fluide, une turbomachine d'avion comporte une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. La turbine haute pression est couplée en rotation au compresseur haute pression par un premier arbre, de manière à former un corps haute pression. La turbine basse pression est couplée en rotation à la soufflante et au compresseur basse pression par un second arbre, de manière à former un corps basse pression. [3] La turbine basse pression comprend en général plusieurs roues aubagées comportant chacune un disque à la périphérie externe duquel sont formées des alvéoles d'engagement de pieds d'aubes, régulièrement réparties autour de l'axe de rotation (X) autour duquel le disque est monté tournant. A ce sujet, ici, axial désigne ce qui coaxial ou parallèle à l'axe (X) et radial ce qui lui est transversal. Est (radialement) extérieur/externe ce qui, transversalement à l'axe (X), est plus éloigné de cet axe que ce qui (radialement) intérieur/interne. Et, est circonférentiel ce qui s'étend autour de l'axe (X). 2 [004] Le document FR 2 933 442 divulgue un disque de rotor comme ci-dessus, dans lequel chaque pied d'aube est maintenu axialement dans une alvéole du disque. En particulier, un flasque de retenue fixé sur le disque est apte à venir en appui sur chaque pied d'aube, de manière à 5 bloquer le pied d'aube dans l'alvéole, dans une première direction axiale. Un jonc est en outre maintenu solidaire de l'aube par l'intermédiaire d'un crochet de l'aube, ledit jonc étant apte à venir en appui sur le disque de manière à bloquer l'aube dans une seconde direction axiale, opposée à la première direction. 10 [005] Cet exemple montre que des problèmes de performances des turbomachines ont déjà induits des efforts conséquents de recherche d'étanchéité vis-à-vis des zones hors veine, afin d'éviter que des débits parasites de fluide ne s'écoulent dans la turbomachine sans apporter de puissance motrice. Cela se matérialise par des technologies 15 d'étanchéités de type jonc, languettes et/ou labyrinthes de plus en plus grands et performants cherchant à limiter au maximum les sections de fuite existantes. [006] Sur les parties rotor de turbine, et en particulier de turbine basse pression, maîtriser ces débits parasites est d'autant plus crucial que 20 certains disques sont refroidis, ce qui signifie que du débit d'air froid prélevé en amont dans le compresseur est utilisé pour les refroidir. La présence de fuites a donc un effet néfaste non seulement d'un point de vue performance, par diminution du rendement aérodynamique, mais également d'effet thermique sur les disques concernés. 25 [007] De façon radialement intérieure, la veine dans laquelle le fluide de travail circule, est limitée par des parties d'aubes dites plateformes internes, et, entre ces plateformes internes et les pieds, dans les zones des aubes appelées échasses, des espaces sont formés entre deux échasses circonférentiellement adjacentes et forment des cavités inter- échasses ou inter-aubes. 3 [8] II est alors connu d'utiliser un anneau, appelé aussi jonc annulaire (cf. ci-avant), d'étanchéité et de retenue des aubes disposé en aval des cavités inter-aubes. Avec un tel anneau monté, on est censé ne plus offrir d'interstice de circulation des gaz, et assurer donc une bonne étanchéité 5 vis-à-vis des débits parasites radialement sous les plateformes internes. Toutefois, en rotation, le jonc s'appuie notablement sur les plates-formes par effet centrifuge, ce qui risque de porter atteinte à l'intégrité des plates-formes, ou nécessite de les sur-dimensionner de manière indésirable. [9] En outre, dans un cas idéal, les faces radiales aval (flancs radiaux 10 aval) des dents de disque coïncident parfaitement avec les faces radiales aval des pieds d'aubes, suivant une surface parfaitement plane, et c'est sur cette surface parfaitement plane que vient se plaquer ledit anneau aval d'étanchéité et de retenue des aubes, lui-même plan. Cependant, dans la réalité des faits, des dispersions existent: 15 - sur la planéité des faces radiales aval des dents de disque, - sur longueur axiale des dents de disque - sur la planéité des faces radiales aval des pieds d'aubes - sur la longueur axiale des pieds d'aubes - sur la planéité de la face radiale amont dudit anneau aval d'étanchéité et 20 de retenue des aubes. [10] De plus, si la longueur axiale des pieds d'aubes est plus faible que la longueur axiale des dents de disque, des fuites peuvent également être créées. 25 RESUME DE L'INVENTION [11] La présente invention apporte une solution simple, efficace et économique au problème d'étanchéité au niveau dudit anneau aval d'étanchéité et de retenue des aubes, en sortie des cavités inter-aubes, 30 tout en s'affranchissant des inconvénients liés aux solutions de l'art antérieur. 4 [012] A cette fin, elle propose un rotor de turbomachine à gaz pour aéronef, le rotor comprenant: - au moins un disque qui s'étend circonférentiellement autour d'un axe (X) et présente circonférentiellement des dents et des alvéoles se succédant 5 circonférentiellement, chaque alvéole présentant une paroi de fond d'alvéole, - des aubes montées dans les alvéoles, les aubes présentant un bord d'attaque, côté amont, et un bord de fuite, côté aval, et des pieds engagés dans les alvéoles, chaque pied présentant, en face d'une dite paroi de fond d'alvéole, une paroi libre radialement intérieure 10 - une virole disposée en aval des aubes, et - un anneau de retenue des aubes, la virole étant en contact avec l'anneau de retenue, caractérisé en ce que : - d'amont vers l'aval, les pieds d'aubes, individuellement le long de leur dite 15 paroi libre radialement intérieure, s'étendent, comme lesdites parois de fond d'alvéole, suivant une direction oblique par rapport audit axe (X ; angle a) dans un plan radial comprenant l'axe (X) et une radiale à cet axe, et - l'anneau de retenue définit l'unique moyen de retenue axiale des aubes. [13] Cette combinaison entre l'orientation oblique suivant l'angle a et 20 l'efficacité dudit anneau aval doit permettre de rétablir le cas idéal précité d'étanchéité, en sortie aval des cavités inter-aubes, et de retenue des aubes vers l'aval. [14] En effet, on va ainsi notamment profiter de l'effet centrifuge lors de la rotation du rotor pour caler axialement les faces radiales aval du disque 25 et des aubes dans le même plan radial, et ainsi minimiser les fuites résultantes de l'écart de longueur axiale du disque et des aubes. [15] L'arrêt axial vers l'aval des aubes et l'étanchéité sont réalisés au même endroit, juste en aval du disque et de ses aubes. [16] On utilise l'effort centrifuge pour plaquer les aubes vers l'aval et fermer 30 les sections de fuite au niveau dudit anneau d'étanchéité et de retenue des aubes vers l'aval. 5 [017] La solution proposée permet aussi de limiter les rebus de pièces hors-tolérance. Favorablement,l'anneau de retenue des aubes définira un dit « unique moyen », distinct des aubes et du disque, de retenue des aubes, vers l'aval. 5 [018] Dans FR2561307 (figure 1), FR2603333 (voir figure 1) et FR2741666 (figure 1), on ne trouve pas un unique moyen adjoint de retenue axiale des aubes en aval du disque, matérialisé par un anneau d'étanchéité, en combinaison avec un disque à parois pentues, de sorte qu'en fonctionnement les pieds d'aubes viennent en contact plan avec l'anneau 10 d'étanchéité et de retenue axiale, vers l'aval, précité. [019] En effet, dans ces documents de l'art antérieur, les aubes comprennent individuellement un becquet amont qui bloque axialement l'aube et l'empêche de coulisser vers l'aval sous l'effet de l'effort centrifuge. 15 [020] Telle n'est pas la solution de l'invention et n'est pas requis. [021] A ce sujet, il est d'ailleurs en outre proposé: - que les pieds d'aubes présentent individuellement une paroi radiale amont dépourvue de moyens de blocage (tel que le becquet amont précité) venant bloquer le pied d'aube dans l'alvéole, parallèlement audit axe de rotation (X), 20 d'amont vers l'aval, - que, parallèlement audit axe de rotation (X), les pieds d'aubes et les dents présentent: -- individuellement une longueur axiale, et -- respectivement, suivant ladite longueur axiale, des première et seconde 25 parois latérales, chacune parallèles audit axe de rotation (X). Ainsi, en l'absence de l'anneau précité, les dents pourront axialement coulisser librement dans les alvéoles. [022] Par ailleurs, pour limiter les contraintes de cotes et renforcer les effets axiaux d'appui, il est aussi proposé que la virole soit en appui amont 30 contre exclusivement ledit anneau d'étanchéité et de retenue des aubes, un espace de retenue axial étant ainsi défini par un écartement axial 6 entre, en amont, les aubes et le disque et, en aval, une extrémité amont de ladite virole. [23] Par ailleurs, pour renforcer l'étanchéité recherchée et la retenue des aubes, vers l'aval mais aussi vers l'amont, il est proposé que ledit anneau 5 d'étanchéité et de retenue des aubes soit en outre engagé sensiblement radialement, en extrémité radialement extérieure et à l'endroit d'au moins une aube, dans une rainure limitée à l'aval par un crochet que ladite aube présente. [24] Typiquement, ce crochet, qui s'étendra radialement vers l'intérieur, 10 pourra être situé de façon radialement intérieure par rapport à la plateforme intérieure de l'aube considérée, en saillie aval par rapport à la face, ou flanc, aval de cette aube. [25] En outre, avec de tels blocages en extrémités radialement extérieure et intérieure de l'anneau d'étanchéité et de retenue des aubes, et d'autant 15 plus avec un dit angle a précité tel que 3° REVENDICATIONS1. Rotor de turbomachine à gaz pour aéronef, le rotor comprenant: - au moins un disque (16) qui s'étend circonférentiellement autour d'un axe (X) et présente circonférentiellement des dents (20) et des alvéoles (22) se succédant circonférentiellement, chaque alvéole (22) présentant une paroi de fond d'alvéole, - des aubes (14) montées dans les alvéoles (22), les aubes (14) présentant un bord d'attaque, côté amont, et un bord de fuite, côté aval, et des pieds (24) engagés dans les alvéoles, chaque pied présentant, en face d'une dite paroi de fond d'alvéole, une paroi libre radialement intérieure - une virole (52) disposée en aval des aubes, et - un anneau de retenue (62) des aubes, la virole (52) étant en contact avec l'anneau de retenue (62) 15 caractérisé en ce que : - d'amont vers l'aval, les pieds (24) d'aubes, individuellement le long de leur dite paroi libre radialement intérieure (24a), s'étendent, comme lesdites parois de fond d'alvéole (22a), suivant une direction oblique par rapport audit axe (X ; angle a), dans un plan radial (P) comprenant l'axe (X) et une radiale 20 à cet axe (X), et - l'anneau de retenue (62) définit l'unique moyen de retenue axiale des aubes. 2. Rotor selon la revendication 1 dans lequel les pieds d'aubes (24) et les dents (20) présentent: 25 - individuellement une longueur axiale (L1, L2), et - respectivement, suivant ladite longueur axiale, des première et seconde parois latérales (20b1 ; 24b1 ; 20b2 ; 24b2), de façon que les dents puissent axialement coulisser librement dans les alvéoles (22). 3. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 dans lequel la virole (52) est en appui amont contre exclusivement l'anneau 17 (62) d'étanchéité et de retenue des aubes, un espace (64) de retenue axial étant défini par un écartement axial entre, en amont, les aubes et le disque et, en aval, une extrémité amont de la virole (52). 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 dans lequel l'anneau (62) d'étanchéité et de retenue des aubes est en outre engagé sensiblement radialement, en extrémité radialement extérieure et à l'endroit d'au moins une aube, dans un crochet (68) disposé en aval de l'au moins une aube (14). 5. Rotor selon la revendication 4, dans lequel l'anneau (62) 10 d'étanchéité et de retenue des aubes définit l'unique moyen, distinct des aubes (14) et du disque (16), de retenue des aubes vers l'aval et l'amont. 6. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'angle a entre ladite direction oblique et l'axe (X) est tel que 3° 7. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pour un débit de ventilation d'air vers l'aval, un espace (36) est présent d'amont en aval entre la paroi libre radialement intérieure (24a) d'un pied d'aube et une dite paroi (22a) de fond d'alvéole située radialement en face. 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant : - axialement plusieurs dits disques (16 ; 16a ; 16b) successifs, dans les alvéoles (22) desquelles desdits pieds d'aubes sont engagés, dont un disque (16a) amont, lequel présentant une paroi de liaison aval (48), et un disque (16b) aval présentant une paroi de liaison amont (50), et - la virole (52) étant fixée entre ladite paroi de liaison amont (50) et ladite paroi de liaison aval (48), et s'étendant vers l'aval : -- soit jusqu'à distance du flanc amont (24b) du disque (16b) aval -- soit jusqu'à ce dit flanc amont (24b) du disque (16b) aval, à son 30 contact. 18 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, individuellement, les pieds (24) d'aubes présentent une pluralité de zones (72a,72b,72c) de contact avec l'anneau de retenue (62). 10. Turbomachine à gaz pour aéronef comprenant le rotor selon 5 l'une quelconque des revendications précédentes.