Brevet FR3091721A1 — publié le 20200717

Description Titre de l'invention : ROTOR DE TURBOMACHINE A MASSELOTTE Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne un rotor de turbomachine à gaz pour aéronef. [0002] Est spécifiquement concerné l'équilibrage d'un tel rotor par l'ajout de poids dits « masselottes », ces poids étant montés sur une bride de ce rotor. [0003] En outre, sur certaines turbomachines d'aéronef, certains rotors comprennent indivi- duellement : - au moins un disque aubagé monobloc monté tournant autour d'un axe de rotation et présentant des aubes ayant chacune un bord d'attaque raccordé, de façon monobloc et radialement intérieure, à une partie amont d'une plateforme du disque aubagé monobloc, laquelle étant elle-même raccordée, de façon monobloc et radialement intérieure, à une jante du disque aubagé monobloc, et - au moins une masselotte d'équilibrage de ce rotor disque aubagé monobloc. [0004] Pour mémoire, un disque aubagé monobloc (DAM ; en anglais : «blisk» ; mot-valise réunissant blade et disk) est un élément monobloc de turboréacteur (partie compresseur ou turbine) constitué des aubes et du disque d'aubes. Un disque aubagé monobloc est typiquement réalisé par usinage d'un bloc homogène de métal. 100051 Notamment sur de tels DAM, l'équilibrage dynamique d'un rotor peut notablement conditionner le bon fonctionnement de ce rotor. 100061 Aussi, parmi les problèmes que l'invention cherche à traiter, est ici en particulier visé ce qui suit : - imaginer une solution évitant/limitant les contraintes au bord d'attaque du rotor, en veine interne (là où passe l'air primaire, dans un turboréacteur double flux), tout en gardant sensiblement la masse de l'équilibrage, sans donc accroître notablement cette masse ; - faciliter les montages/démontages de la (chaque) masselotte sur le rotor ; - sécuriser la fixation de la (chaque) masselotte ; - éviter/limiter les vibrations de la (chaque) masselotte une fois montée; - éviter de mettre en contrainte le bord d'attaque du rotor considéré et donc éviter de limiter sa durée de vie, - proposer une solution qui soit applicable sur tout type de disque du moment qu'un aménagement conventionnel permet de recevoir la masselotte. 100071 C'est dans ces conditions qu'il est d'abord proposé, sur un rotor de turbomachine comme précité comprenant donc un disque aubagé monobloc et au moins une 2 masselotte d'équilibrage : - que la partie amont de la (ou de chaque) plateforme (ou de certaines au moins de ces plateformes) présente une bride s'étendant annulairement autour dudit axe (X), en amont de la jante, la bride présentant au moins un orifice de passage, et - que ladite masselotte: -- présente une surface pouvant venir en butée sous pression - pression centrifuge lors du fonctionnement du rotor - contre une surface radialement intérieure de la plateforme (présentant ladite bride, en aval desdits raccordements entre les bords d'attaque des aubes et ladite partie amont de la plateforme), et -- soit montée sur la bride par l'intermédiaire d'un élément de fixation qui traverse ledit orifice de passage et la masselotte et qui comprend une vis venant en appui contre une surface amont de la jante. [0008] Cette solution permet d'éviter de mettre en contrainte le bord d'attaque du rotor. Elle est applicable dès lors qu'un aménagement est prévu pour recevoir au moins une dite masselotte. [0009] Dans le présent texte : - interne et externe a pour sens (sensiblement) radialemcnt interne et radialement externe vis-à-vis de l'axe X précité de rotation du (de chaque) rotor ici considéré, et - les expressions amont et aval sont à considérer en référence au sens de circulation général de l'air dans la turbomachine, l'air ici concerné arrivant de l'amont, passant dans au moins un compresseur, alimentant ensuite une chambre de combustion où il est mélangé à du carburant, les gaz issus de la combustion sortant à l'aval pour passer alors dans au moins une turbine adaptée pour entraîner le compresseur. [0010] Pour rendre aisé les montages/démontages (possibles) de masselotte, il est par ailleurs proposé que la masselotte considérée soit taraudée parallèlement audit axe (X) et que la vis soit vissée dedans. [0011] Par ailleurs, il est aussi proposé que la masselotte présente un fût duquel, sur une partie limitée de sa circonférence, fait saillie un doigt présentant une surface libre radialement extérieure qui définit ladite surface de la masselotte pouvant venir en butée contre une dite surface radialement intérieure de la platefonne. [0012] Ceci permettra de localiser la zone de contact masselotte/plateforme et de positionner radialement cette zone de masse supplémentaire, tout en limitant tout excès de poids non souhaité. [0013] Selon une autre caractéristique, parallèlement audit axe (X), le fût sera favorablement (intérieurement) taraudé et la vis y sera vissée. [0014] Ainsi, pour monter/démonter la masselotte, il suffira de visser/dévisser la vis vis- à-vis du fût. [0015] Par ailleurs, il est aussi proposé, parallèlement audit axe (X) : 3 - qu'une distance soit définie entre la bride et ladite surface de la jante contre laquelle la vis est en appui, et - que la masselotte est traversée par un orifice qui présente une longueur inférieure à ladite distance. [0016] Ainsi, en fonction du vissage de la vis, on pourra ajuster la position de l'appui radial de la masselotte. [0017] Afin de sécuriser tout appui de la masselotte, en renforçant la résistance mécanique du rotor, il est aussi proposé que la surface radialement intérieure de la plateforme et la surface de la jante présentent des surépaisscurs de matière là où la masselotte d'équilibrage peut venir en butée sous pression et contre laquelle la vis est en appui, respectivement. [0018] Selon une autre caractéristique, la masselotte sera favorablement usinable pour ajuster sa masse. [0019] Selon encore une autre caractéristique, il est aussi proposé que la bride présente une surface libre radialement intérieure et ladite masselotte présente un rebord orienté vers l'amont ayant une surface libre radialement extérieure disposée radialement de façon adjacente à la surface libre radialement intérieure de la bride. [0020] Ainsi, on disposera d'un détrompeur, évitant que la masselotte soit disposée axialement tête-bêche, avec alors un possible décalage axial non souhaité de la zone d'appui radial, et plus généralement un montage inadapté. [0021] Outre le rotor précité, l'invention vise aussi un compresseur de turbomachine à gaz pour aéronef comprenant ledit rotor, avec tout ou partie des caractéristiques précitées. Brève description des figures [0022] [fig.1] est une demi-vue schématique (à compléter par symétrie) d'une section longitudinale (verticale) de turbomachine à gaz pour aéronef de l'art antérieur; [0023] [fig.2] est de nouveau une demi-vue d'ensemble schématique d'un compresseur à haute pression de la turbomachine de la figure 1, suivant une section longitudinale (verticale); [0024] [fig.3] correspond à une réalisation conforme à l'invention de la zone marquée III figure 2 ; [0025] [fig.4] montre la même zone que la figure 3, en matérialisant les emplacements d'impacts radiaux de la masselotte avec la plateforme du disque aubagé ; et [0026] [fig.5] est une vue agrandie en perspective de dessous de la masselotte et pour partie de son moyen (repéré 76 ci-après) de fixation sur la bride (72 ci-après) de la plateforme précitée. Description détaillée de l'invention [0027] La figure 1 représente un exemple de turbomachine à gaz 20 pour aéronef, en l'espèce un turboréacteur double flux comprenant une soufflante 22 en aval de laquelle le flux d'air entrant F se scinde entre un flux primaire Fl qui passe dans la partie moteur 20a de la turbomachine et un flux secondaire F2 qui passe dans une veine secondaire 20b qui entoure axialement le la partie moteur 20a. La turbomachine 20 présente une ligne médiane ou axe longitudinal central X. [0028] D'avant en arrière et donc d'amont (AM) vers l'aval (AV), le moteur 20a comporte différentes sections comprenant successivement un compresseur basse pression (LPC) 24, un compresseur haute pression (HPC) 26, une chambre de combustion 28, une turbine haute pression (HPT) 30 et une turbine basse pression (LPT) 32. Chacun dc ces compresseurs et turbines, LPC, HPC, HPT et LPT, comprend plusieurs rangées d'aubes de rotor intercalés axialement avec des rangées associés d'aubes de stator. [0029] Les étages d'aubes du LPC sont couplés aux étages d'aubes du LPT via un arbre axial 40 destiné à être entraîné par le LPT. De manière similaire, les étages d'aubes du HPC sont couplés aux étages d'aubes du HPT via un arbre axial 42. Les étages d'aubes LPT et LPC et leur arbre associé peuvent former un corps basse pression. Dc même, les étages d'aubes HPC et HPT et leur arbre associé peuvent former un corps haute pression. Les corps peuvent être montées pour tourner autour de l'axe X par des systèmes de paliers (non représentés). Les parties tournantes du LPC, du HPC, du HPT et du LPT peuvent former des rotors associés. [0030] Un compresseur à haute pression 26 tel que celui dc la figure 2 comprend un rotor central 41 entraîné par une ligne d'arbres 42 et comporte une enveloppe 44 de forme fuselée composée d'anneaux 46 juxtaposés et séparés axialemcnt par des disques aubagés monoblocs (DAM) 48 intégrant radialcment des étages d'aubes mobiles 50. Les anneaux 46 et les disques aubagés monoblocs 48 forment un seul ensemble, et sont donc monoblocs. [0031] Un stator 52 entoure le rotor 41 et comprend, en doublure interne d'une carcasse 54, un carter 56 de support et une virole 58 soutenue par le carter 56, tournée vers le rotor 41. La virole 58 sert à délimiter la veine 20c annulaire d'écoulement des gaz (dite veine primaire où arrive le flux primaire Fl) dans laquelle s'étendent les rangées d'aubes mobiles 50 et des étages d'aubes stationnaires (en anglais « vans ») 60 de redressement de l'écoulement, qui sont accrochés à la virole 58 et alternent avec les étages précédemment mentionnés. [0032] Chaque disque aubagé monobloc (DAM) 48 est donc monté tournant autour de l'axe X. Ses aubes 50, qui se répartissent sur sa périphérie et s'étendent sensiblement radialement autour dudit axe X, ont chacune un bord d'attaque 50a raccordé, en 66a, de façon monobloc et radialemcnt intérieure, à une partie amont d'une plateforme (radialement) intérieure dans l'exemple - du disque aubagé monobloc. Cette plateforme, repérée 66 figure 3, est elle-même raccordée, de façon monobloc et radialement intérieure, à une jante 68 du disque aubagé monobloc. Typiquement cette jante peut présenter une partie radialemcnt extérieure 68a, adjacente à la plateforme 66 et plus fine qu'une partie radialement intérieure plus renflée 68 de la jante, parfois dénommée poireau d'équilibrage. [0033] Au moins en partie radialemcnt intérieure, c'est par l'intermédiaire d'une succession de plateformes (dites intérieures) repérées de façon générale 69a, 69h (en aval du DAM du premier étage, dit DAM1) et dont sont pourvues respectivement en partie (radialement) intérieure les aubes mobiles 50 et les aubes stationnaires/fixes (« vanes » en anglais) 60 que la veine 20c est définie, sensiblement axialement. [0034] Le raccordement 66a est typiquement concave et sensiblement rayonné. [0035] On voit grossièrement figure 2 que la plateforme 66 est pourvue sur sa circonférence d'au moins une masselotte 70 d'équilibrage en rotation du disque et plus généralement du rotor. [0036] Comme l'indique le détail HI de cette figure 2, parmi les disques auhagés monoblocs 48, celui du DAM1 dans l'exemple, est schématisé pour partie figure 3. Sur cette figure, il s'agit toutefois d'une réalisation conforme à l'invention et donc différente de la représentation locale de la figure 2. [0037] Des problèmes tels que précités liés au montage, voire à un éventuel démontage, de masselotte ont en effet ici amené, comme illustré figures 3,5 et conformément à l'invention : - à ce que la partie amont de la plateforme 66 présente une bride 72 s'étendant radialement vers l'intérieur et annulairement, autour dudit axe X, en amont de la jante 68. La bride 72 présente au moins un orifice 74 de passage, et - à ce que la (chaque) masselotte d'équilibrage, maintenant repérée 170 : -- présente une surface 171 pouvant venir en butée sous pression centrifuge contre une surface 660a radialement intérieure de la plateforme 66, en aval dudit raccordement 66a entre le bord d'attaque 50a de l'aube considérée et ladite partie amont de la plateforme, et -- soit montée sur la bride 72 par l'intermédiaire d'un élément de fixation 76 qui traverse ledit orifice de passage 74 et un orifice axial 172 de la masselotte 170, cet élément de fixation comprenant, ou consistant en, une vis 78 venant en appui axial, en 760a, contre une surface amont 680a de la jante 68 ; voir figure 3. [0038] Ainsi, lors de la mise en rotation du rotor, la masselotte 170 se centrifugera sous la 6 plateforme du DAM et, venant en appui sous pression centrifuge en 171, concentrera les contraintes mécaniques, en 80 (figure 4) au plus près de la jante, en évitant donc les contraintes à l'endroit du raccordement 66a du bord d'attaque de l'aube. [0039] Sans surface 171, la concentration de contrainte dans les disques aubagés monoblocs 48 aurait lieu au niveau des raccordements 66a, comme c'est le cas dans l'art antérieur. [0040] En pratique, la surface 171 de butée sous pression centrifuge sera favorablement située en aval des raccordements 66a entre tous les bords d'attaque 50a de l'ensemble des aubes du disque 48 considéré et ladite partie amont de la plateforme 66 de ce même disque. [0041] L'appui, et au moins l'appui radial sous pression centrifuge, de la masselotte, en zones 171/660a, s'opérera uniquement lorsque le rotor et donc les disques 48 tournent autour de l'axe X. [0042] La bride 72 est radiale dans l'exemple préféré illustré. [0043] Pour sa fixation rapide, fiable, sécuritaire et pratique pour atteindre les positions axiales et radiale précitées, il est conseillé que la masselotte 170 considérée comporte un orifice taraudé, en 173, parallèlement audit axe X et que la vis 78, axialement filetée, soit vissée dedans. [0044] Afin de prévenir un mauvais montage de la masselotte 170, et de préférence en liaison avec le détrompeur 82 (voir ci-après), la masselotte présentera favorablement un fût 175 duquel, sur une partie limitée de sa circonférence, fera alors saillie un doigt 177 présentant une surface libre radialement extérieure définissant ladite surface 171 de la masselotte pouvant venir en butée contre la surface radialement intérieure 660a de la plateforme. [0045] Dans ce cas, il est proposé que, parallèlement audit axe X, le fût 175 comporte un orifice taraudé (en 173, comme ci-avant) et la vis y soit vissée. [0046] Le fût 175 et le doigt 177 seront typiquement monoblocs, la masselotte 170 étant a priori métallique. Le doigt 177 n'occupe donc qu'un secteur angulaire limité autour du fût. [0047] Encore, tant pour l'appui axial 680a/760a que pour un positionnement notamment angulaire (avec éventuel réglage possible), on conseille aussi, parallèlement audit axe X: - qu'une distance LI soit définie entre l'extrémité (ou la face) aval de la bride 72 et l'extrémité 760a, ou ladite surface amont 680a de la jante contre laquelle la vis 78 est en appui, et - que la masselotte 170 (son fût 175 s'il est prévu) présente, elle-même entre la bride et ladite surface amont de la jante, une longueur L2 inférieure à ladite distance LI. [0048] La référence pour ces distances est, côté bride, la surface aval 720a de celle-ci. A noter que la longueur L2 est la longueur de l'orifice 172 de la masselotte 170 que 7 traverse la vis 78, suivant l'axe Xl. [0049] Ainsi, la masselotte 170 (son fût 175 s'il est prévu) ne sera alors pas en appui axialement contre ladite surface amont 680a. [0050] Pour agir encore au bénéfice d'une maîtrise des contraintes mécaniques et de la fiabilité de la solution proposée, il est conseillé que la surface radialement intérieure 660a de la plateforme 66 et la surface 680a précitée de la jante 66 présentent des sur-épaisseurs de matière, respectivement 661 et 681.11 s'agit donc des zones où la masselotte d'équilibrage 170 peut venir en butée sous pression et contre laquelle la vis 78 est en appui, respectivement. [0051] Les surépaisscurs 661,681 permettent de ne pas créer de concentration de contraintes et de préférence d'assurer d'un appui plan. [0052] Pour un détrompage efficace, comme déjà évoqué, il est proposé que la bride 72 présente une surface libre radialement intérieure 721 a et que la masselotte 170 présente un rebord 179 orienté vers l'amont ayant une surface libre radialement extérieure 179a située radialement de façon adjacente à la surface libre radialement intérieure 721 a. [0053] Les deux surfaces 179a,721a pourront être planes et parallèles à l'axe X (plan X-Y figure 5). Elles se feront radialement face. La rotation de la bride autour de l'axe X1 de son fût 175 ne sera donc pas libre, une fois les surfaces 179a,721a face à face. [0054] Une fois placée face à la surface 721 a, la surface 179a entrainera une position angulaire correctement positionnée du doigt 177 qui lui est ici diamétralement opposé. [0055] Pour faciliter un ajustement précis de masse, il est aussi proposé que la (chaque) masselotte 170 soit réalisée en un acier facilement usinable. Ceci permet d'équilibrer plus précisément chaque turbomachine en s'adaptant à son besoin d'équilibrage propre. [0056] Eventuellement, la bride 72 pourra être pourvue circonférentiellement, autour de l'axe X, de plusieurs dites masselottes 170 montées chacune comme ci-avant indiqué. [0057] La bride 72 pourra être festonnée ou crénelée, et donc présenter circonférentiellement une succession de creux 72a et de saillies orientées radialement vers l'intérieur 72b. Certaines au moins des saillies 72b pourront présenter des orifices de passage 74 pour des montages individuels de masselottes. 8