Brevet FR3091552A1 — publié le 20200710

Description Titre de l'invention : Alvéole de disque de rotor destiné à recevoir une aube de turbomachine [0001] Domaine technique de l'invention L'invention concerne un disque de rotor s'étendant circonférentiellement autour (l'un axe, comportant au moins un alvéole destinée à recevoir au moins une aube de turbomachine. Etat de la technique antérieure [0002] Comme cela est illustré aux figures 1 et 2, un rotor de turbomachine comporte clas- siquement un disque 1 de rotor monté autour d'un axe de la turbomachine. Le disque comporte des alvéoles 2 servant au montage d'aubes 3. Chaque aube 3 s'étend radialement et comporte, radialement de l'intérieur vers l'extérieur, un pied 4, une plate-forme 5 et une pale 6. Les pieds 4 des aubes 3 sont montés dans les alvéoles 2 du disque 1. Dans la forme de réalisation illustrées aux figures 1 et 2, les pieds 4 présentent une forme générale dite en sapin, constituée ici de deux bulbes 4a, 4b. [0003] Chaque bulbe 4a, 4b du pied comporte deux surfaces d'appui ou portées 7, situées circonférentiellement de part et d'autre d'un plan radial médian P de l'aube, aptes à venir en appui sur des surfaces d'appui ou portées complémentaires 8 du disque 1. Le rôle desdites portées 7, 8 est de reprendre les efforts centrifuges provoqués par la rotation du rotor et retenir ainsi les aubes 3 sur le disque 1 . 100041 L'espace 9 situé radialement à l'intérieur des portées radialement internes 4a, entre la partie radialement interne du pied d'aube 4 et l'alvéole 2 est appelé fond de l'alvéole. D'autres espaces 10, 1 1 latéraux (figure 2) sont situés entre le pied d'aube 4 et la surface de l'alvéole 2. Ces espaces 10, 11 sont en particulier situés radialement entre les portées radialement internes 4a et les portées radialement externes 4h, d'une part, et radialement à l'extérieur des portées radialement externes 4h. On notera que la présence de ces espaces 10, 11 est notamment due à la forme du pied d'aube 4 en-dehors des portées 7, cette forme devant notamment tenir compte de contraintes de montage, de tolérances dimensionnelles et/ou de phénomènes de dilatations différentielles ou de concentrations de contraintes pouvant apparaître en fonctionnement. 100051 Dans le cas d'un rotor de turbine, en particulier de turbine basse-pression de tur- bomachine, les aubes 3 et le disque 1 sont soumis à des contraintes thermiques élevées. Afin de limiter les effets de telles contraintes, un flux d'air de refroidissement parcourt les zones de fond d'alvéole 9, de manière à refroidir les pieds 4 des aubes 3 ainsi que la zone périphérique externe du disque 1 comportant les alvéoles 2. L'air de refroidissement est par exemple prélevé au niveau du compresseur de la turbomachine. 2 100061 11 a été constaté qu'une partie importante du débit d'air de refroidissement ne participe pas au refroidissement de la zone de fond 9 de chaque alvéole 2, mais traverse les espaces 10, 11, ce qui nuit à l'efficacité du refroidissement. [0007] L'invention vise à remédier à cet inconvénient, de manière simple, fiable et peu onéreuse. Présentation de l'invention [0008] A cet effet, l'invention propose un disque de rotor s'étendant circonférentiellement autour d'un axe, comportant au moins un alvéole destiné à recevoir au moins une aube de turbomachine, l'alvéole comportant au moins deux portées situées circonférentiellement de part et (l'autre d'un plan radial médian de l'alvéole, chaque portée comportant une surface d'appui destinée à coopérer avec une surface d'appui complé- mentaire de caractérisé en ce que l'alvéole comporte pour chaque portée au moins un ressaut qui délimite la surface d'appui, chaque ressaut comprenant une surface concave. [0009] Chaque ressaut forme une rupture de pente entre la surface d'appui de la portée de l'alvéole du disque et les surfaces adjacentes d'appui du pied d'aube. La formation d'au moins un ressaut pour chaque surface d'appui de l'alvéole permet de rendre indépendantes lesdites surfaces d'appui et les autres zones de l'alvéole. Ceci permet d'ajuster la forme et les dimensions des zones de l'alvéole n'assurant pas la fonction de portée en fonction de la forme de l'alvéole, en vue notamment de réduire les jeux entre le pied d'aube et la surface du disque délimitant l'alvéole, en particulier dans les zones générant des risques de fuite. [0010] L'invention propose ainsi une structure permettant de limiter les débits de fuite tout en autorisant le montage de l'aube de façon simple. L'utilisation d'au moins un ressaut permet d'obtenir une structure d'alvéole autorisant le montage d'un pied d'aube, tout en ayant une forme très proche du pied d'aube. [0011] Par ailleurs, une telle structure permet de mieux maîtriser les dimensions des surfaces de portée. [0012] Chaque ressaut peut être réalisé par usinage, par exemple par fraisage. [0013] L'alvéole peut comporter, pour chaque portée, un ressaut radialcment interne et/ou un ressaut radialement externe, à l'une des extrémités radialement interne et/ou externe de la surface d'appui. [0014] Chaque surface d'appui peut être plane. [0015] L'alvéole peut comporter au moins deux poilées radialement internes et au moins deux portées radialement externes situées circonférentiellement de part et d'autre du plan médian de l'alvéole, chaque portée comportant une surface d'appui destinée à coopérer avec une surface d'appui complémentaire de l'aube, l'alvéole comportant, 3 pour les portées internes, un ressaut radialcment externe et un ressaut radialement interne, respectivement à l'extrémité externe et à l'extrémité interne de ladite surface d'appui, et pour les portées externes, un ressaut radialcment externe et un ressaut radialement interne, respectivement à l'extrémité externe et à l'extrémité interne de ladite surface d'appui, chaque ressaut comprenant une surface concave. [0016] L'alvéole peut comporter une partie radialcment externe située radialemcnt à l'extérieur des portées radialcment externes, et une partie radialement interne située radialement à l'intérieur des portées radialemcnt internes, la distance entre la partie radialement interne et la partie radialcment externe étant comprise entre 1 et 10 mm. [0017] Les portées peuvent être disposées de façon symétrique et opposée par rapport au plan radial médian de l'alvéole. [0018] La longueur de chaque surface d'appui de l'alvéole peut être comprise entre 1 et mm. [0019] L'invention porte également sur un ensemble pour un rotor de turbomachine comportant un disque du type précité et des aubes comportant des pieds montés dans lesdites alvéoles. [0020] La surface du pied d'aube et la surface de l'alvéole peuvent comporter chacune des parties radialcment externes situées radialcment à l'extérieur des portées radialement internes, et une partie radialement interne située radialemcnt à l'intérieur des portées radialemcnt internes. [0021] Les formes des parties radialement externes de l'alvéole peuvent ainsi être adaptées aux formes des parties correspondantes des pieds d'aubes de manière à réduire les débits de fuites dans ces zones. [0022] A l'inverse il est possible de maximiser l'espace de fond d'alvéole destiné à la cir- culation du flux d'air de refroidissement. L'espace de fond d' alvéole est délimité entre la partie interne du pied d'aube et l'alvéole et s'étend radialement à l'intérieur des portées. [0023] Chaque aube peut comporter une pale s'étendant radialement et une plate-forme, située radialement entre la pale et le pied, la surface radialement interne de la plate-forme et la surface de la zone radialement externe du pied d'aube correspondant sensiblement à la forme de la périphérie radialement externe de l'alvéole et du disque. [0024] De cette manière, il est également possible de réduire le débit de fuite pouvant circuler dans la zone de jonction entre le pied d'aube et la plate-forme. [0025] Les alvéoles du disque peuvent délimiter entre elles des dents du disque et chaque pied d'aube comprend une partie radialement externe, la partie radialement externe de chaque pied d'aube reposant par complémentarité de forme sur deux dents circonférentiellement adjacentes du disque. [0026] Chaque pied d'aube ou chaque alvéole peut présenter une forme une forme générale en sapin ou une forme de bulbe. [0027] Une forme en sapin peut être constituée d'au moins deux bulbes, à savoir un bulbe radialcmcnt interne et un bulbe radialcmcnt externe. Le nombre de bulbes peut être égal à dcux ou trois, par exemple. [0028] L'invention concerne également une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble du type précité. Brève description des figures [0029] [fie.1] est une vue en perspective d'une partie d'un ensemble pour un rotor de l'art antérieur ; [0030] [fie.2] est une vue (le face illustrant le montage d'un pied d'aube dans un alvéole (lu disque dudit ensemble de l'art antérieur ; [0031] [fig.3] est une vue de face illustrant le montage d'un pied d'aube dans un alvéole d'un disque d'un ensemble selon une forme de réalisation de l'invention. [0032] [fig.4] est une vue de détail d'une portée radialcmcnt interne encadrée de la Fig.3. [0033] [fig.5] est une vue de détail d'une portée radialcmcnt externe encadrée de la Fig.3. Description détaillée de l'invention [0034] On se réfère ci-après à la figure 3 en relation avec l'invention. Les figures 1 et 2, concernant la technique antérieure, ont déjà été décrites précédemment. [0035] La figure 3 illustre le montage d'un pied 4 d'aube 3 dans un alvéole 2 d'un disque 1 d'un rotor selon une forme de réalisation de l'invention. Les alvéoles 2 délimitent entre elles des dents 5, 6 du disque 1. Le disque 1 est apte à pivoter autour de l'axe de rotation de la turbomachine. 100361 Le pied 4 d'aube comporte un bulbe 4a radialement interne et un bulbe radialement externe 4b. Le pied 4 est relié à une plate-forme 7 de l'aube 3, par l'intermédiaire d'une zone de liaison 4c. 100371 Chaque dent 5, 6 du disque 1 de rotor comprend une partie en forme de bulbe Sa, 6a radialement interne et une partie en forme de bulbe 5b, 6b radialement externe. 100381 Pour chacun des pieds 4 d'aube 3, chaque bulbe 4a, 4b comporte deux portées 8 ou surfaces d'appui, situées circonférentiellement de part et d'autre d'un plan radial médian P. Chaque surface d'appui 8 est plane et est apte à prendre appui sur une surface d'appui 9a, 9b ou portée complémentaire des parties 5a, 5b, 6a, 6b des première et seconde dents 5, 6 délimitant l'alvéole 2 correspondant. 100391 Pour les surfaces d'appui radialement interne 9a de l'alvéole 2, un ressaut 10 ra- dialement externe est situé à l'extrémité radialement externe à la surface d'appui 9a. Pour les surfaces d'appui radialement externe 9b de l'alvéole 2, un ressaut 11 radialement interne est situé à l'extrémité radialement interne à la surface d'appui 9b. Pour chacune des première et seconde dents 5, 6 définissant l'alvéole 2, les ressauts 10, 11 forment des ruptures de pente entre les surfaces d'appui 9a, 9h et les surfaces adjacentes. Les surfaces adjacentes sont ainsi situées légèrement en retrait par rapport aux surfaces d'appui 9a, 9h des dents 5, 6. [0040] La zone radialement interne du pied 4, située radialement à l'intérieur des surfaces d'appui 8 ou portée du bulbe radialement interne 4a, comporte une surface référencée 12. Ladite surface 12 est symétrique par rapport au plan P et comporte, radialement de l'intérieur vers l'extérieur, une surface plane 12a radialement interne, sensiblement perpendiculaire au plan P, deux zones obliques planes 12h situées de part et d'autre du plan P, et deux zones obliques planes, situées de part et d'autre du plan P. Les zones obliques 12h divergent l'une de l'autre radialement de l'intérieur vers l'extérieur et forment chacune un angle compris par exemple entre 20° et 60° par rapport au plan P. Les zones obliques 12e convergent l'une de l'autre radialement de l'intérieur vers l'extérieur, forment chacune un angle compris entre 20 et 60° avec le plan P, et sont situées à proximité de la surface de fond 16 de l'alvéole 2, c'est-à-dire à une distance comprise entre 1 et 50 mm par exemple. [0041] La zone radialement interne 17 de l'alvéole 2, située radialement à l'intérieur des surfaces d'appui 9a ou portée des parties Sa, 6a des première et secondes dents 5, 6, comporte une surface référencée 16 en regard de la surface référencée 12 du pied 4 d'aube. Cette surface 16 est symétrique par rapport au plan Pet délimite le fond de l'alvéole 2. [0042] Les zones radialement médianes des première et seconde dents 5, 6, situées ra- dialement entre les surfaces d'appui 9a des parties 5a, 6a et les surfaces d'appui 9b des parties 5b, 6b, comportent des surfaces référencées 13, agencées de façon symétrique par rapport au plan P. Chaque surface 13 comporte radialement de l'intérieur vers l'extérieur, une première zone oblique plane 13a, une deuxième zone oblique plane 13b formant un angle avec la première zone oblique plane 13a et une troisième zone oblique plane 13c formant un angle avec la deuxième zone oblique plane 13b. Chaque zone oblique plane 13e est reliée à la surface d'appui 9b de l'alvéole 2 par l'intermédiaire du ressaut 11. Par ailleurs, chaque première zone oblique plane 13a est reliée à la surface d'appui 9a de l'alvéole 2 par l'intermédiaire du ressaut 10. [0043] Chaque zone oblique 13a forme un angle compris entre 10° et 30° par rapport au plan P. Chaque zone oblique 13b forme un angle compris entre 65° et 85° par rapport au plan P. Chaque zone oblique 13e forme un angle compris entre 20° et 40° par rapport au plan P. Les zones obliques 13a divergent l'une de l'autre radialement de l'intérieur vers l'extérieur. Il en est de même pour les zones obliques 13b et pour les zones obliques 13e. [0044] Les zones 13a. 13b et 13e sont situées à proximité de la surface du pied d'aube, à une distance comprise entre 0,25 et 5 mm, par exemple. 6 [0045] La zone radialement externe de l'alvéole 2, située radialement à l'extérieur des portées 9h des parties 5h, 6h des dents 5, 6, comportent deux surfaces référencées 14, symétriques par rapport au plan P. Chaque surface 14 comporte, radialement de l'intérieur vers l'extérieur, une zone convexe 14a et une zone oblique plane 14h. Chaque zone oblique 14h forme un angle compris entre 5° et 10° par rapport au plan P. Les zones obliques 14h divergent l'une de l'autre, radialement de l'intérieur vers l'extérieur, c'est-à-dire en s'éloignant du plan P. [0046] Les zones 14a et 14h sont situées à proximité de la surface 18 du pied 4 d'aube, en particulier de la zone de liaison 4c et/ou de la plateforme 7 de l'aube 3. [0047] La formation d'un ressaut 10, 11 respectivement à l'extrémité radialement extérieure de la surface d'appui 9a et à l'extrémité radialement intérieure de la surface d'appui 9h de l'alvéole 2 permet de maîtriser les dimensions desdites surfaces d'appui 9a, 9h et de pouvoir ajuster librement la forme et les dimensions des autres zones de l'alvéole 2, indépendamment des surfaces d'appui 9a et 9b. Les autres zones de l'alvéole 2 sont par ailleurs conformées à la forme du pied 4 d'aube, un jeu étant toutefois prévu afin de prendre en compte les tolérances dimensionnelles et de montage ainsi que les phénomènes de dilatation thermiques différentielles. Certaines zones peuvent également être adaptées de manière à limiter les phénomènes de concentration de contraintes. [0048] Une telle structure permet de réduire les jeux entre la surface des première et seconde dents 5, 6 du disque délimitant l'alvéole 2 et le pied 4 d'aube, en particulier dans les zones générant des débits de fuite du flux d'air de refroidissement. La réduction des débits de fuite permet d'améliorer le refroidissement de la zone de fond 19 de l'alvéole 2 correspondante. [0049] A titre de comparaison, les sections des zones 20, 21 engendrant des débits de fuite peuvent être réduites de 50 à 75 % par rapport à l'art antérieur illustré aux figures 1 et 2. [0050] 11 est également possible d'augmenter la section de la zone de fond 19 d'alvéole afin d'améliorer encore le refroidissement de cette zone 19, en cas de besoin. 7