Brevet FR3093131A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : Ensemble pour turbomachine Domaine technique [0001] La présente invention concerne un ensemble pour turbomachine. [0002] L'invention vise plus spécifiquement la retenue axiale d'une aube de disque rotor d'une turbomachine. Technique antérieure [0003] En référence à la figure I. un ensemble connu pour turbomachine comprend : un disque rotor 1 de turbine basse pression d'une turbomachine, ledit disque rotor 1 s'étendant autour d'un axe longitudinal X-X de turbomachine et comprenant : une alvéole 10, une aube 12 présentant un pied d'aube 120, ledit pied d'aube 120 étant loge au sein de l'alvéole 10, un anneau de retenue 2 configure pour empêcher un mouvement axial du pied d'aube 120 au sein de l'alvéole 10. [0004] Comme visible sur la figure 1, le disque rotor 1 comprend un crochet de retenue 14 au sein duquel est ménagée une gorge annulaire 140, l'anneau de retenue 2 'étant logé, au moins partiellement, au sein dc la gorge annulaire 140. De cette manière, le maintien radial de l'anneau de retenue 2 est assuré. [0005] Comme également visible sur la figure 1, l'ensemble comprend en outre un anneau de maintien 3 configure pour assurer le maintien axial de l'anneau de retenue 2. [0006] Un tel ensemble présente de nombreux inconvénients. [0007] Notamment, l'anneau de retenue 2 est soumis à un fort gradient thermique qui génère des contraintes supplémentaires. Ce gradient thermique s'établit dans l'anneau de retenue 2 car la partie radialetnent interne de l'anneau de retenue 2 s'étend dans une zone dc circulation d'air froid, l'air froid circulant dans cette zone de sorte à refroidir l'alvéole 10, tandis que la partie radialement externe dc l'anneau dc retenue 2 s'étend dans une zone proche de la veine d'écoulement d'air chaud. [0008] Ainsi, un tel ensemble est complexe à concevoir. [0009] Il existe donc un besoin de pallier au moins l'un des inconvénients de l'état de la technique. Exposé de l'invention 100101 Un but de l'invention est d'assurer la retenue axiale d'un pied d'aube de disque rotor. 100111 Un autre but de l'invention est d'assurer l'étanchéité d'une alvéole d'un disque rotor. 100121 Un autre but de l'invention est de limiter le gradient thermique s'établissant au sein d'un anneau de retenue axiale de pied d'aube de disque rotor. 2 [0013] Un autre but de de l'invention est d'assurer l'anti-rotation de l'anneau de retenue axiale de pied d'aube de disque rotor. [0014] Un autre but de l'invention est d'assurer une meilleure répartition des contraintes au sein de l'anneau de retenue axiale de pied d'aube de disque rotor. [0015] Un autre but de l'invention est de faciliter l'intégration d'un anneau de retenue au sein de turbomachines existantes. [0016] Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l'invention, un ensemble pour turbomachine comprenant : un disque rotor, ledit disque rotor : s'étendant autour d'un axe longitudinal, et étant pourvu d'une alvéole, une aube présentant un pied d'aube, ledit pied d'aube étant logé au sein de l'alvéole, un anneau de retenue, ledit anneau de retenue : s'étendant autour de l'axe longitudinal, étant configuré pour empêcher un mouvement axial du pied d'aube au sein de l'alvéole, et présentant : une partie radialement interne pourvue d'un premier organe anti-rotation, et une partie radialement externe, un anneau de maintien, ledit anneau de maintien : s'étendant autour de l'axe longitudinal, étant configuré pour empêcher un mouvement axial de l'anneau de retenue, et comprenant un organe anti-rotation d'anneau de maintien configuré pour coopérer avec le premier organe and-rotation, de sorte à empêcher une rotation de l'anneau de retenue pal- rapport à l'anneau de maintien autour de l'axe longitudinal. [0017] Dans un tel ensemble, la sectorisation radiale de l'anneau de retenue en parties, l'une radialement interne, et l'autre radialement externe, permet de limiter le gradient thermique au sein de l'anneau de retenue, tout en conservant à ce-dernier ses fonctions de retenue axiale de pied d'aube au sein de l'alvéole et de limitation des fuites en provenance de la veine d'écoulement. En limitant le gradient thermique, le niveau des contraintes radiales au sein de l'anneau de retenue est abaissé. En outre, l'organe antirotation étant déporté vers la partie radialement interne de l'anneau de retenue, il s'étend dans une zone de plus faible température, ce qui limite la dilation tangentielle de l'anneau de retenue, et les contraintes correspondantes. Cette limitation des contraintes au niveau de l'organe anti-rotation est d'ailleurs d'autant importante que les contraintes mécaniques générées par la présence d'un tel organe anti-rotation sont généralement élevées. Enfin, les fonctions de retenue radiale et de retenue tangentiel de l'anneau de retenue ne sont plus réalisées dans la même zone de l'ensemble, ce qui 3 limite d'autant les contraintes au sein de l'anneau de retenue. [0018] Avantageusement, mais facultativement, l'ensemble selon l'invention peut comprendre l'une des caractéristiques suivantes, prise seule, ou selon une quelconque combinaison : dans un tel ensemble : la partie radialement interne comprend un premier sous-anneau de retenue s'étendant autour de l'axe longitudinal à une première distance radiale de l'axe longitudinal, et la partie radialement externe comprend un second sous-anneau de retenue s'étendant autour de l'axe longitudinal à une seconde distance radiale de l'axe longitudinal, la seconde distance radiale étant supérieure à la première distance radiale, l'un du premier organe anti-rotation ou de l'organe anti-rotation d'anneau de maintien comprend un pion, et l'autre du premier organe anti-rotation ou de l'organe anti-rotation d'anneau de maintien comprend un alésage, le pion et l'alésage étant configurés pour coopérer de sorte à empêcher la rotation de l'anneau de retenue par rapport à l'anneau de maintien autour de l'axe longitudinal, la partie radialement interne comprend une pluralité de premiers secteurs d'anneaux répartis circonférentiellement autour de l'axe longitudinal, les premiers secteurs d'anneaux étant séparés les uns des autres par des premiers espaces autorisant une dilatation tangentielle des premiers secteurs d'anneaux , la partie radialement externe comprend une pluralité de seconds secteurs d'anneaux répartis circonférentiellement autour de l'axe longitudinal, les seconds secteurs d'anneaux étant séparés les uns des autres par des seconds espaces autorisant une dilatation tangentielle des seconds secteurs d'anneaux il comprend en outre un joint d'étanchéité annulaire disposé entre l'anneau de retenue et le disque rotor, dans un tel ensemble : la partie radialement interne comprend un second organe anti-rotation, et la partie radialement externe comprend un organe anti-rotation externe, l'organe antirotation externe étant configuré pour coopérer avec le second organe anti-rotation de sorte à empêcher une rotation de la partie radialement interne par rapport à la partie radialement externe autour de l'axe longitudinal, l'un du second organe anti-rotation ou de l'organe anti-rotation externe comprend un pion, et l'autre du second organe anti-rotation ou de l'organe anti-rotation externe comprend un alésage, le pion et l'alésage étant configuré pour coopérer de sorte à empêcher la rotation de la partie radialement interne par rapport à la partie radialement externe autour de l'axe longitudinal, dans un tel ensemble : un rebord radial externe de la partie radialement interne présente un premier épaulement, et un rebord radial interne de la partie radialement externe présente un second épaulement, le second épaulement coopérant avec le premier épaulement de sorte à assurer l'appui axial de la partie radialement externe sur la partie radialement interne, la coopération du second épaulement avec le premier épaulement consiste en un emboîtement du second épaulement avec le premier épaulement, par exemple selon une zone de jonction en forme de Z, et le disque rotor comprend un crochet de retenue, le crochet de retenue comprenant une gorge annulaire, la partie radialement externe étant logée au sein de la gorge annulaire. [0019] Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un anneau de retenue pour turbomachine, ledit anneau de retenue : s'étendant autour d'un axe longitudinal de turbomachine, étant configure pour empêcher un mouvement axial du pied d'aube au sein de l'alvéole d'un ensemble tel que précédemment décrit, et présentant une partie radialement interne pourvue d'un premier organe anti-rotation, ledit premier organe anti-rotation étant configure pour coopérer avec l'organe antirotation d'anneau de maintien d'un ensemble tel que précédemment décrit, de sorte à empêcher une rotation de l'anneau de retenue autour de l'axe longitudinal. [0020] Selon un troisième aspect de l'invention, il est proposé une turbine de turbomachine comprenant un ensemble tel que précédemment décrit. [0021] Selon un quatrième aspect de l'invention, il est proposé une turbomachine comprenant un ensemble tel que précédemment décrit. Brève description des dessins [00221 D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la des- cription qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [0023] [fig.1] [0024] La figure 1, déjà décrite, illustre schématiquement un ensemble pour turbomachine connu dc l'art antérieur, [0025] [fig.21 [0026] La figure 2 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un ensemble pour tur- bomachine selon l'invention, et [0027] [fig.3] [0028] La figure 3 est une vue de face d'un exemple de réalisation d'un anneau de retenue selon l'invention. Description des modes de réalisation 100291 En référence aux figures 2 et 3, un ensemble pour turbomachine et un anneau de retenue 2 vont à présents être décrits. [0030] Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens général d'écoulement des gaz à travers une turbomachine en fonctionnement. Par ailleurs, une direction axiale désigne une direction parallèle à un axe longitudinal X-X de la turbomachine, une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe longitudinal X-X, et passant par cet axe longitudinal X-X, tandis qu'une direction tangentielle, ou circonférentielle, est une direction orthogonale à la fois à une direction axiale et une direction radiale, typiquement dans un plan orthogonal à l'axe longitudinal X-X. Sauf précision contraire, interne (ou intérieur) et externe (ou extérieur), respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne (i.e. radialement interne) d'un élément est plus proche de l'axe longitudinal X-X, que la partie ou la face externe (i.e. radialement externe) du même élément. [0031] Ensemble pour turbomachine [0032] En référence à la figure 2, l'ensemble pour turbomachine comprend : un disque rotor 1, ledit disque rotor 1 : s'étendant autour de l'axe longitudinal X-X, et étant pourvu d'une alvéole 10, une aube 12 présentant un pied d'aube 120, ledit pied d'aube 120 étant logé au sein de l'alvéole 10, un anneau de retenue 2 s'étendant autour de l'axe longitudinal X-X, et un anneau de maintien 3 s'étendant autour de l'axe longitudinal X-X. [0033] Dans un mode de réalisation, le disque rotor 1 est un disque rotor d'une turbine de turbomachine, par exemple une turbine basse pression de turbomachine. Ceci n'est cependant pas limitatif, puisque l'ensemble pour turbomachine peut également être utilisé au sein d'une turbine haute pression, ou même d'un compresseur de turbomachine. [0034] Dans un mode réalisation, le disque rotor 1 comprend une pluralité d'alvéoles 10 et une pluralité d'aubes 12 est répartie circonférentiellement autour de l'axe longitudinal X-X, chacune des aubes 12 présentant un pied d'aube 120, ledit pied d'aube 120 étant logé au sein d'une alvéole 10 correspondante du disque rotor 1. [0035] Dans un mode de réalisation, par exemple illustré sur la figure 2, le disque rotor 1 comprend un crochet de retenue 14, le crochet de retenue 14 comprenant une gorge annulaire 140. L'anneau de retenue 2 est ainsi logé, au moins partiellement au sein de la gorge annulaire 140. La gorge annulaire 140 assure avantageusement la retenue radiale de l'anneau de retenue 2. [0036] En fonctionnement, le disque rotor 1 est mis en rotation autour de l'axe longitudinal X-X et l'aube 12 est baignée dans un flux d'air chaud au sein d'une veine 6 d'écoulement 16. Pour limiter l'échauffement du disque de rotor 1, l'alvéole 10 peut être refroidie par un circuit de ventilation 18 prévu à cet effet. [0037] L'anneau de retenue 2 est ainsi configure pour empêcher un mouvement axial du pied d'aube 120 au sein de l'alvéole 10, mais également pour limiter les fuites entre le circuit de ventilation 18 et la veine d'écoulement 16. En d'autres termes, l'anneau de retenue 2 assure le maintien axial du pied d'aube 120 au sein de l'alvéole 10. L'anneau de maintien 3 est, quant à lui, configure pour empêcher un mouvement axial de l'anneau de retenue 2. Plus précisément, l'anneau de maintien 3 assure le maintien axial de l'anneau de retenue 2. [0038] Dans un mode de réalisation, également illustré sur la figure 2, l'ensemble comprend un joint d'étanchéité annulaire 4, s'étendant autour de l'axe longitudinal X-X, et disposé entre l'anneau de retenue 2 et le disque rotor 1. Le joint d'étanchéité 4 est configure pour prévenir des fuites d'air depuis le circuit de ventilation 18, vers la veine d'écoulement 16, et vice-versa. [0039] Anneau de retenue 2 [0040] En référence aux figures 2 et 3, l'anneau de retenue 2 est sectorisé radialement. En d'autres termes, l'anneau de retenue 2 présente : une partie radialement interne 20, et une partie radialement externe 22. [0041] Grâce à cette sectorisation radiale, le gradient thermique s'établissant dans chaque partie 20, 22 est inférieur au gradient thermique qui s'établirait au sein de l'anneau de retenue 2 s'il était d'une seule pièce. De cette manière, il est possible de diminuer la contrainte thermique dans chacun des deux parties 20, 22, et cl' améliorer ainsi leur tenue mécanique respective en diminuant le niveau des contraintes radiales au sein de l'anneau de retenue 2. Cet effet est d'ailleurs obtenu en conservant les fonctions de l'anneau de retenue 2 de maintien axial du pied d'aube 120 au sein de l'alvéole 120. [0042] Dans un mode de réalisation, par exemple illustré en figure 2 : un rebord radial externe de partie radialement interne 20 présente un premier épaulement 2000, et un rebord radial interne de partie radialement externe 22 présente un second épaulement 2200. [0043] Comme visible sur la figure 2, le second épaulement 2200 coopère avec le premier épaulement 2000 de sorte à assurer l'appui axial de la partie radialement externe 22 sur la partie radialement interne 20. Avantageusement, la coopération du second épaulement 2200 avec le premier épaulement 2000 consiste en un emboîtement du second épaulement 2200 avec le premier épaulement 2000. En outre, dans ce mode de réalisation, l'anneau de maintien 3 exerce une force de retenue axiale sur la partie radialement externe 22 par le biais du contact entre les épaulements 2000, 2200, alors 7 même que l'anneau de maintien 3 n'est lui-même en contact qu'avec la partie radialement interne 20. [0044] La forme des épaulements 2000, 2200 illustrée sur la figure 2 n'est toutefois pas li- mitative. Tl est en effet possible d'envisager que chacun du rebord radial externe de la partie radialement interne 20 et du rebord radialement interne de partie radialement externe 22 présente une surface inclinée par rapport à l'axe longitudinal. Les épaulements 2000, 2200 n'ont pas alors la forme sensiblement en « L» de la figure 2, niais plutôt une forme biseautée. Avantageusement, l'emboîtement des épaulements 2000, 2200 est réalisé selon une zone de jonction en forme de Z, visible sur la figure 2. Plus précisément, dans le plan de coupe de la figure 3, l'anneau de retenue 2 est sectorisé en Z, et les épaulements 2000, 2200 définissent les extrémités axiales de la zone de jonction en forme de Z entre la partie radialement interne 20 et la partie radialement externe 22 de l'anneau de retenue 2. [0045] En référence à la figure 2, la partie radialement interne 20 comprend un premier organe anti-rotation 200. En outre, l'anneau de maintien 3 comprend un organe antirotation d'anneau de maintien 300. Comme visible sur la figure 2, l'organe antirotation d'anneau de maintien 300 est configure pour coopérer avec le premier organe anti-rotation 200 de sorte à empêcher une rotation, par exemple une rotation circonférentielle, de l'anneau de retenue 2 par rapport à l'anneau de maintien 3 autour de l'axe longitudinal X-X. Dans une variante avantageuse où l'ensemble comprend en outre le joint d'étanchéité 4, la coopération de l'organe anti-rotation d'anneau de maintien 300 avec le premier organe anti-rotation 200 prévient la détérioration dudit joint d'étanchéité 4 par glissement tangentiel de l'anneau de retenue 2. Dans cette variante avantageuse, la partie radialement externe 22 peut, quant à elle, demeurer libre de se mouvoir tangentiellement. En effet, la partie radialement externe 22 n'est, alors, pas en contact avec le joint d'étanchéité 4. [0046] Avantageusement, l'un du premier organe anti-rotation 200 ou de l'organe anti- rotation d'anneau de maintien 300 comprend un pion, et l'autre du premier organe antirotation 200 ou de l'organe anti-rotation d'anneau de maintien 300 comprend un alésage, le pion et l'alésage étant configuré pour coopérer de sorte à empêcher la rotation, de préférence circonférentielle, de l'anneau de retenue 2 par rapport à l'anneau de maintien 3 autour de l'axe longitudinal X-X. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, c'est le premier organe anti-rotation 200 qui comprend un pion 200, ledit pion 200 coopérant avec un alésage 300 de l'organe anti-rotation d'anneau de maintien 300, l'alésage 300 étant disposé en regard du pion 200. [0047] En reportant les organes anti-rotation 200, 300 de l'anneau de retenue 2 au niveau de la partie radialement interne 20 de l'anneau de retenue 2, la dilatation de l'anneau de retenue 2 est limitée, puisque cette zone est à une température plus faible. De fait, les 8 contraintes induites dans l'anneau de retenue 2 sont moins importantes, malgré la discontinuité introduite par la géométrie des organes anti-rotation 200, 300. En tout état de cause, un jeu radial suffisant est prévu entre l'anneau de retenue 2 et l'anneau de maintien 3 afin d'assurer le contact radial entre ces deux éléments 2, 3. [0048] Dans une variante avantageuse où le disque rotor 1 comprend un crochet de retenue 14, la partie radialement externe 22 est logée au sein de la gorge annulaire 140. De cette manière, les fonctions d'arrêt radial et d'arrêt tangentiel de l'anneau de retenue 2 sont réparties, respectivement, entre le crochet de retenue 14 et les organes antirotation 200, 300. La contrainte est ainsi mieux répartie au sein de l'anneau de retenue 2. [0049] Dans un mode de réalisation illustré sur la figure 2: la partie radialement interne 20 comprend un second organe anti-rotation 210, et la partie radialement externe 22 comprend un organe anti-rotation externe 220. [0050] L'organe anti-rotation externe 220 est alors configure pour coopérer avec le second organe anti-rotation 210 de sorte à empêcher une rotation, de préférence une rotation circonférentielle, de la partie radialement interne 20 par rapport à la partie radialement externe 22 autour de l'axe longitudinal X-X. [0051] Dans une variante avantageuse, l'un du second organe anti-rotation 210 ou de l'organe anti-rotation externe 220 comprend un pion, et l'autre du second organe antirotation 210 ou de l'organe anti-rotation externe 220 comprend un alésage, le pion et l'alésage étant configuré pour coopérer de sorte à empêcher la rotation, de préférence circonférentielle, de la partie radialement interne 20 par rapport à la partie radialement externe 22 autour de l'axe longitudinal X-X. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, c'est le second organe anti-rotation 210 qui comprend un pion 210, ledit pion 210 coopérant avec un alésage 220 de l'organe anti-rotation externe 220, l'alésage 220 étant disposé en regard du pion 210. En tout état de cause, l'alésage est pratiqué en prenant soin de ménager un jeu suffisant afin de ne pas trop contraindre l'assemblage de la partie radialement interne 20 avec la partie radialement externe 22. [0052] Dans un mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 3 : la partie radialement interne 20 comprend un premier sous-anneau de retenue s'étendant autour de l'axe longitudinal X-X à une première distance radiale D1 de l'axe longitudinal X-X, et la partie radialement externe 22 comprend un second sous-anneau de retenue s'étendant également autour de l'axe longitudinal X-X, à une seconde distance radiale D2 de l'axe longitudinal X-X. [0053] Comme visible notamment sur la figure 3, la seconde distance radiale D2 est su- périeure à la première distance radiale Dl. Ainsi, le premiers sous-anneau de retenue 20, et le deuxième sous-anneau de retenue 22, sont concentriques et coplanaires 9 [0054] En référence à la figure 3, dans une première variante de cc mode de réalisation, la partie radialemcnt interne 20 est sectorisée tangentiellement. En d'autres termes, la partie radialemcnt interne 20 comprend une pluralité de premiers secteurs d'anneaux 201, 202, 203, 204, 205, 206 répartis circonférentiellement autour de l'axe longitudinal, les premiers secteurs d'anneaux 201, 202, 203, 204, 205, 206 étant séparés les uns des autres par des premiers espaces 211, 212, 213, 214, 215, 216. Les premiers espaces 211, 212, 213, 214, 215, 216 autorisent ainsi une dilatation tangentielle des premiers secteurs d'anneaux 201, 202, 203, 204, 205, 206. Ainsi, chacun des premiers secteurs d'anneaux 201, 202, 203, 204, 205, 206 est soumis à des contraintes tangentielles plus faibles, ce qui améliore la tenue mécanique dc l'anneau dc retenue 2. Dans une variante avantageuse, la présence du joint d'étanchéité 3 permet de limiter les fuites liées à cette sectorisation tangentielle. Pour ce faire, comme par exemple visible sur la figure 2, le joint d'étanchéité 3 est disposé entre le premier sous-anneau de retenue 20 et le disque rotor 1. [0055] En référence à la figure 3, dans une seconde variante de ce mode de réalisation, pouvant être complémentaire ou alternative à la première variante de cc mode dc réalisation, la partie radialemcnt externe 22 est sectorisée tangentiellement. En d'autres termes, la partie radialement externe 22 comprend une pluralité de seconds secteurs d'anneaux 221, 222, 223, 224, 205, 226 répartis circonférentiellement autour de l'axe longitudinal, les seconds secteurs d'anneaux 221, 222, 223, 224, 205, 226 étant séparés les uns des autres par des seconds espaces 231, 232, 233, 234, 235, 236. Les seconds espaces 211, 212, 213, 214, 215, 216 autorisent ainsi une dilatation tangentielle des seconds secteurs d'anneaux 201, 221, 222, 223, 224, 205, 226. Ainsi, chacun des seconds secteurs d'anneaux 221, 222, 223, 224, 205, 226 est soumis à des contraintes tangentielles plus faibles, ce qui améliore la tenue mécanique de l'anneau de retenue 2. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]