Brevet FR3092863A1 — publié le 20200821

Description Titre de l'invention : Roue de turbine pour turbomachine d'aéronef comprenant des organes d'étanchéité de cavités inter-aubes Domaine technique [0001] L'invention concerne le domaine des aubes de turbine pour turbomachine d'aéronef, et plus généralement les roues de turbines équipées de telles aubes, comme par exemple les roues décrites dans le document FR 3 006 366 Bl. [0002] L'invention s'applique à tout type de turbomachine, tel qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur. État de l'art antérieur [0003] Une roue de turbine pour turbomachine d'aéronef comprend typiquement un disque pourvu sur sa périphérie d'alvéoles de logement d'aubes qui définissent entre elles des dents, ainsi qu'une pluralité d'aubes comprenant chacune une pale reliée par une plateforme à un pied reçu dans l'une des alvéoles. Les aubes sont disposées circonférentiellement les unes à côté des autres de sorte que deux aubes adjacentes définissent une cavité inter-aubes délimitée par les plateformes, les échasses et des parois amont et aval de ces aubes. [0004] En fonctionnement, des gaz chauds issus de la combustion peuvent circuler dans les cavités inter-aubes au travers des jeux entre les bords circonférentiels des plateformes en vis-à-vis et/ou de parois amont ou aval en vis-à-vis, ce qui entraîne un réchauffement du disque susceptible de l'endommager. [0005] Pour réduire l'échauffement des dents du disque, il est connu de monter dans chaque cavité inter-aubes un organe d'étanchéité qui consiste typiquement en une pièce métallique creuse dimensionnée pour couvrir les espaces formés par lesdits jeux. En fonctionnement, un tel organe d'étanchéité est sollicité radialement vers l'extérieur par la force centrifuge, le plaquant contre les plateformes délimitant la cavité inter-aubes. Les documents FR 3 027 950 Al, FR 2 972 759 B 1 et FR 2 840 352 Al décrivent des organes d'étanchéité de ce type. 100061 Néanmoins, il a été constaté que la position prise par de tels organes d'étanchéité, sous l'action des efforts aérodynamiques et/ou mécaniques exercés sur ceux-ci lors du fonctionnement de la turbomachine, n'est généralement pas maîtrisée de sorte que des gaz chauds peuvent typiquement pénétrer à l'intérieur des cavités inter-aubes en passant autour des zones d'appui des organes d'étanchéité. 100071 Un but de l'invention est de proposer une solution permettant d'améliorer l'étanchéité des cavités inter-aubes. Exposé de l'invention 2 [0008] A cet effet, l'invention a pour objet une roue de turbine pour turbomachine d'aéronef s'étendant autour d'un axe longitudinal, cette roue comprenant un disque et des aubes, chaque aube comprenant un pied pourvu d'une plateforme, une échasse reliant le pied et la plateforme, une pale qui s'étend radialement à l'extérieur la plateforme, ainsi qu'une paroi amont et une paroi aval s'étendant chacune radialement sous la plateforme, le disque comprenant des alvéoles recevant les pieds des aubes, typiquement par complémentarité de forme, cette roue étant agencée de sorte que deux aubes qui se succèdent selon une direction circonférentielle définissent une cavité inter-aubes, cette cavité inter-aubes étant délimitée par les plateformes de ces aubes définissant une face radialement externe de la cavité inter-aubes, et par les parois amont et aval de ces aubes définissant respectivement une face amont et une face aval de la cavité inter-aubes, une parmi la face amont et la face aval de la cavité inter-aubes comprenant un hossage, ladite cavité inter-aubes recevant un organe d'étanchéité. [0009] Selon l'invention, l'organe d'étanchéité comprend une tôle qui présente une première partie, une deuxième partie coopérant avec le hossage, et une troisième partie épousant la face radialement externe de la cavité inter-aubes, les première et deuxième parties de l'organe d'étanchéité étant chacune reliée à la troisième partie de l'organe d'étanchéité par un coude. Ladite deuxième partie de l'organe d'étanchéité comprend une portion de contact plane en appui sur un sommet du hossage, un espace étant ménagé de part et d'autre de la portion de contact entre la deuxième partie de l'organe d'étanchéité et le bossage. [0010] La combinaison de ces caractéristiques permet d'améliorer l'étanchéité réalisée par un tel organe d'étanchéité. En effet, une tôle ainsi agencée dans une cavité inter-aubes, sous l'effet de l'appui de la portion de contact plane de cette tôle sur le sommet d'un bossage de la cavité, permet de pré-contraindre élastiquement la tôle et d'orienter l'effort de plaquage de la tôle. Il est ainsi possible de sélectionner les faces et/ou parties de la cavité inter-aubes contre lesquelles cet organe d'étanchéité doit être plaqué, et en particulier de lui faire prendre une position choisie indépendamment des efforts aérodynamiques et mécaniques auxquels cet organe est soumis lors du fonctionnement de la turbomachine. [0011] De préférence, la tôle peut être agencée de sorte que la portion de contact de la deuxième partie de l'organe d'étanchéité coopère avec le bossage par déformation élastique, par exemple de manière à transmettre un effort de plaquage : - de ladite première partie de l'organe d'étanchéité sur la face amont de la cavité inter-aubes si le bossage contre lequel est appuyée ladite deuxième partie de l'organe d'étanchéité est la face aval de la cavité inter-aubes, ou de ladite première partie de l'organe d'étanchéité sur la face aval de la cavité inter-aubes si le bossage contre lequel est appuyée ladite deuxième partie de l'organe d'étanchéité est la face amont de la 3 cavité inter-aubes, et/ou - de ladite troisième partie de l'organe d'étanchéité sur la face radialemcnt externe de la cavité inter-aubes. [0012] A titre d'exemple non limitatif, l'invention peut permettre de réaliser un plaquage de l'organe d'étanchéité contre la face amont de la cavité inter-aubes, cela y compris en présence d'efforts aérodynamiques et/ou mécaniques ayant une composante tendant à déplacer l'organe d'étanchéité vers l'aval. [0013] La transmission d'un effort de plaquage de parties de l'organe d'étanchéité par l'intermédiaire d'un appui réalisé par une autre partie de cet organe résulte donc typiquement des propriétés élastiques de l'organe d'étanchéité conférées par sa géométrie, son agencement dans la cavité inter-aubes et le matériau dans le lequel il est réalisé. [0014] Plus spécifiquement, la tôle constituant l'organe d'étanchéité peut être pliée de manière à comprendre un premier pli délimitant la première et la troisième partie de cette tôle, et un deuxième pli délimitant la deuxième et la troisième partie de cette tôle. [0015] De préférence, les coudes de la tôle peuvent être repliés selon des axes de pliure pa- rallèles entre eux. [0016] Cela facilite la fabrication d'une telle tôle et permet en outre de réduire sa masse. En effet, il découle de la géométrie de la cavité inter-aubes dans laquelle elle est montée qu'une tôle ainsi repliée ne comprend pas de partie s'étendant en vis-à-vis des échasses de cette cavité. [0017] De préférence, les coudes de la tôle peuvent épouser des zones de jonction res- pectives entre la face radialement externe de la cavité inter-aubes et la face amont ou aval de la cavité inter-aubes. En particulier, le coude reliant la deuxième partie à la troisième partie de l'organe d'étanchéité peut épouser la zone de jonction entre la face radialement externe et la face amont ou aval comprenant le bossage. De même, le coude reliant la première partie à la troisième partie de l'organe d'étanchéité peut épouser la zone de jonction entre la face radialement externe et l'autre parmi la face amont ou aval, c'est-à-dire la face amont ou aval ne comprenant pas le bossage. [0018] Dans un mode de réalisation conférant ces mêmes avantages, la tôle peut présenter une forme définissant une surface développable. [0019] Autrement dit, il est préféré que l'organe d'étanchéité soit dépourvu de partie formant une face en vis-à-vis d'une face définie par une échasse d'une aube. [0020] La portion de contact de ladite deuxième partie de l'organe d'étanchéité peut être linéaire. [0021] Une portion de contact linéaire permet généralement d'équilibrer la répartition de l'effort de plaquage transmis au sein de l'organe d'étanchéité et/ou de faciliter le dimensionnement de cet organe compte tenu de sa position souhaitée dans la cavité inter- aubes. [0022] La roue de turbine telle que définie ci-dessus est de préférence une roue de rotor de cette turbine. [0023] L'invention a aussi pour objet une turbine pour turbomachine d'aéronef, cette turbine comprenant une roue telle que définie ci-dessus. [0024] La turbine peut être une turbine haute pression ou une turbine basse pression pour turbomachine d'aéronef. [0025] Enfin, l'invention a aussi pour objets unc turbomachine d'aéronef comprenant une telle turbine, un ensemble propulsif d'aéronef comprenant une telle turbomachine ainsi qu'un aéronef tel qu'un avion comprenant un tel ensemble propulsif [0026] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée non limitative qui suit. Brève description des dessins [0027] La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels : [0028] [fig.1] est unc vue schématique en coupe axiale d'un ensemble propulsif d'aéronef comprenant un turboréacteur à double flux selon l'invention, [0029] [fig.2] est unc demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'une turbine basse-pression de turbomachine selon l'invention, [0030] [fig.3] est unc vue schématique en perspective d'une roue mobile de turbine selon l' invention, [0031] [fig.4] est unc vue schématique partielle en perspective d'une roue mobile de turbine selon l' invention, [0032] [fig.5] est unc vue schématique partielle en coupe axiale d'une roue mobile de turbine selon l'invention, faisant apparaître une cavité inter-aubes dans laquelle est monté un dispositif d'étanchéité selon un premier mode de réalisation de l'invention, [0033] [fig.6] est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une roue mobile de turbine selon l'invention, faisant apparaître une cavité inter-aubes dans laquelle est monté un dispositif d'étanchéité selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0034] Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers [0035] L'invention concerne un ensemble propulsif 1 d'aéronef (non représenté) tel que re- présenté à la figure 1. Cet ensemble propulsif 1 comprend une turbomachine 10 carénée par une nacelle 11. Dans cet exemple, la turbomachine 10 est un turboréacteur à double flux bien connu dans le domaine des ensembles propulsifs d'aéronef. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une telle turbomachine et peut s'appliquer à tout type de turbomachine, tel que par exemple un turbopropulseur. [0036] La turbomachine 10 présente un axe central longitudinal Al autour duquel s'étendent ses différents composants, en l'occurrence, de l'amont vers l'aval de la turbomachine 10, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. [0037] Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à une direction principale Dl d'écoulement des gaz à travers l'ensemble propulsif 1. [0038] De manière conventionnelle, lors du fonctionnement d'un tel turboréacteur 10 à double flux, un écoulement d'air 8 pénètre dans l'ensemble propulsif 1 par une entrée d'air en amont de la nacelle 11, traverse la soufflante 2 puis se divise en un flux primaire 8A central et un flux secondaire 8B. Le flux primaire 8A s'écoule dans une veine principale 9A de circulation des gaz traversant les compresseurs 3 et 4, la chambre de combustion 5 et les turbines 6 et 7. Le flux secondaire RB s'écoule quant à lui dans une veine secondaire 9B entourant la turbomachine 10 et délimitée radialement vers l'extérieur par la nacelle 11. [0039] La figure 2 représente de manière plus détaillée une partie de la turbine basse pression 7, selon un plan passant par l'axe central longitudinal Al qui est l'axe de rotation du rotor de cette turbine 7. L'invention n'est toutefois pas limitée à la turbine basse pression 7 et peut également s'appliquer à la turbine haute pression 6. [0040] Dans cet exemple, le rotor de la turbine 7 comprend quatre roues 71 assemblées axialement les unes aux autres par des brides annulaires 72. Le stator de cette turbine 7 comprend quatre aubes fixes 73 montées en leurs extrémités radialement externes sur un carter 74 de cette turbine 7. [0041] En référence aux figures 2 et 3, chaque roue 71 comprend d'une part un disque 75 et, d'autre part, des aubes 76. [0042] Comme cela ressort plus spécifiquement de la figure 4, chaque aube 76 de la roue 71 comprend un pied 77, une plateforme 78, une échasse 79 reliant le pied 77 et la plateforme 78, et une pale 81 portée par la plateforme 78, la pale 81 constituant la partie aérodynamique de l'aube 76. Chaque aube 76 comprend en outre une paroi amont 82 et une paroi aval 83 qui s'étendent chacune radialement sous la plateforme 78. [0043] Le disque 75 comprend des alvéoles 84 de logement d'aubes qui définissent entre elles des dents 85. Ces alvéoles 84 qui sont principalement axiales sont configurées pour recevoir les pieds 77 des aubes 76. Dans cet exemple, le pied 77 de chaque 6 aube 76 présente une forme extérieure dite « en sapin » ou « en bulbe », permettant son insertion dans l'une des alvéoles 84 qui présente une forme correspondante. [0044] En référence aux figures 3 et 4, les aubes 76 de la roue 71 sont disposées circonféren- tiellement les unes à côté des autres de sorte que deux aubes qui se succèdent selon une direction circonférenticlle D2 définissent une cavité inter-aubes 90. [0045] En référence aux figures 4 à 6, la cavité inter-aubes 90 de deux aubes 76 adjacentes est délimitée : - radialement à l'extérieur, par les plateformes 78 de ces aubes 76, - axialement en amont, par les parois amont 82 de ces aubes 76, - axialement en aval, par les parois aval 83 de ces aubes 76, - circonférentiellement, par les échasses 79 de ces aubes 76. [0046] Dans l'exemple de la figure 4, les cavités inter-aubes 90 sont situées au droit des dents 85 du disque 75. Tl ressort aussi de cette figure que les plateformes 78 de deux aubes 76 adjacentes présentent, entre leurs bords circonférentiels en vis-à-vis, un jeu J1. De même, les parois amont 82 ou aval 83 de deux aubes 76 adjacentes présentent, entre leurs bords circonférentiels en vis-à-vis, un jeu J2. [0047] Lors du fonctionnement de la turbomachine 10, des gaz chauds issus de la combustion sont susceptibles de pénétrer dans les cavités inter-aubes 90 au travers des jeux J1 et J2. [0048] Afin de réduire l'échauffement des dents 85 du disque 75, on place au sein d'au moins une cavité inter-aubes 90, de préférence dans chacune d'elle, un organe d'étanchéité 91 tel qu'illustré aux figures 5 et 6. [0049] Cet organe d'étanchéité 91 comprend une tôle qui présente trois parties dites première partie 91A, deuxième partie 91B et troisième partie 91C. Ces parties 91A, 91B, 91C sont chacune en contact avec une face respective et distincte de la cavité inter-aubes 90. [0050] Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, la cavité inter-aubes 90 comprend une face aval formée par les parois aval 83 des deux aubes 76 circonférentiellement adjacentes délimitant cette cavité. La première partie 91A de la tôle 91 épouse cette face aval, de préférence toute la superficie de la face aval. La cavité inter-aubes 90 comprend aussi une face radialement externe formée par les plateformes 78 des aubes 76 délimitant cette cavité. La troisième partie 91C épouse cette face radialement externe. [0051] Toujours dans l'exemple particulier de la figure 5, la cavité inter-aubes 90 comprend en outre une face amont formée par les parois amont 82 des deux aubes 76 circonférentiellement adjacentes délimitant cette cavité. La deuxième partie 91B de la tôle 91 coopère avec cette face amont par l'intermédiaire d'une portion de contact 91B1 de la deuxième partie 91B de la tôle 91. Cette portion de contact 91B1 est en appui sur une 7 portion d'appui 82B de la face amont de manière à transmettre un effort de plaquage de ladite première partie 91 A sur la face aval et de la troisième partie 91C sur la face radialement externe. Cet effort de plaquage est réalisé par contrainte élastique de la tôle 91 compte tenu de la géométrie et des propriétés mécaniques de cette tôle 91, et compte tenu de la géométrie de la cavité inter-aubes 90. [0052] Dans cet exemple, ladite portion d'appui 82B de la face amont est formée par un bossage des parois amont 82 délimitant la cavité inter-aubes 90, cc bossage étant en saillie vers l'intérieur de la cavité 90. [0053] Un autre exemple de réalisation est illustré à la figure 6. Dans cet exemple, la cavité inter-aubes 90 comprend une face amont formée par les parois amont 82 de deux aubes 76 circonférentiellement adjacentes délimitant cette cavité. La première partie 91 A de la tôle 91 épouse cette face amont, de préférence toute la superficie de la face amont. De même que dans le mode de réalisation de la figure 5, la troisième partie 91C de la tôle 91 épouse la face radialement externe formée par les plateformes 78 des aubes 76 délimitant cette cavité. [0054] Dans l'exemple de la figure 6, la face aval de la cavité inter-aubes 90 est formée par les parois aval 83 de deux aubes 76 circonférentiellement adjacentes délimitant cette cavité. La deuxième partie 91B de la tôle 91 coopère avec cette face aval par l'intermédiaire d'une portion de contact 91B1 de la deuxième partie 91B de la tôle 91. Cette portion de contact 91B1 est en appui sur une portion d'appui 83B de la face aval de manière à transmettre un effort de plaquage de ladite première partie 91A sur la face amont et de la troisième partie 91C sur la face radialement externe. Cet effort de plaquage est réalisé par contrainte élastique de la tôle 91. [0055] Dans cet exemple, la portion d'appui 83B de la face aval est formée par un bossage des parois aval 83 délimitant la cavité inter-aubes 90, ce bossage étant en saillie vers l'intérieur de la cavité 90. [0056] De préférence, la portion de contact 91B1 de la deuxième partie 91B de la tôle 91 forme une interface de contact linaire avec la portion d'appui 82B, 83B. Autrement dit, cette interface de contact est de préférence définie par des points de contact qui s'étendent le long d'une ligne droite. [0057] Dans chacun des modes de réalisation illustrés aux figures 5 et 6, la deuxième partie 91B de la tôle 91 est sensiblement plane. Bien entendu, l'obtention d'un effort de plaquage peut entraîner une légère déformation ou courbure de la deuxième partie 91B. On peut donc considérer dans ces exemples que la deuxième partie 91B est globalement plane, au moins avant son insertion dans la cavité inter-aubes 90. [0058] Le montage de la tôle 91 dans la cavité inter-aubes 90 peut être réalisé par dé- formation de la tôle 91 préformée en pinçant les parties 91A et 91B l'une contre l'autre puis en insérant axialement la tôle 91 ainsi pincée dans la cavité 90 via une ouverture 8 délimitée par la dent 85 en regard de cette cavité 90, par les échasses 79 des aubes 76 délimitant cette cavité 90 et par les parois amont 82 ou aval 83 des aubes 76 délimitant cette cavité 90. La figure 4 montre une telle ouverture du côté des parois aval 83. [0059] Pour éviter la disparition de l'effort de plaquage par ripage de la tôle 91 relativement à la portion d'appui 82B, 83B, etiou pour faciliter la mise sous contrainte élastique de la tôle 91 lors de son montage dans la cavité inter-aubes 90, il est préférable de dimensionner la tôle 91 de sorte que, de part et d'autre de la portion de contact 91B1, un espace soit ménagé entre les deuxième partie 91B de la tôle 91 et le bossage 82B, 83B. Autrement dit, il est souhaité que la portion de contact 91B1 ne soit pas située au niveau d'une extrémité de la deuxième partie 91B de la tôle 91. Les portions de la deuxième partie 91B situées de part et d'autre de la portion de contact 91B1 devraient donc se situer à distance de la face amont (figure 5) ou aval (figure 6), c'est-à-dire à distance des parois amont 82 (figure 5) ou aval 83 (figure 6). [0060] Dans l'exemple des figures 5 et 6, la deuxième partie 91B de la tôle 91 s'étend ra- dialement à l'intérieur vers le disque 75. [0061] Avant son insertion dans une cavité inter-aubes 90, la tôle 91 peut être conformée en repliant celle-ci selon un premier axe de pliure délimitant la première partie 91A et la troisième partie 91C, et selon un deuxième axe de pliure délimitant la deuxième partie 91B et la troisième partie 91C. [0062] La cavité inter-aubes 90 est de préférence agencée de sorte que la zone de jonction de la face amont et de la face radialement externe soit sensiblement parallèle à la zone de jonction de la face aval et de la face radialement externe, ces zones de jonction étant généralement sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation Al du rotor de la turbine 7. [0063] Dans un tel cas, le premier et le deuxième axe de pliure de la tôle 91 sont sen- siblement parallèles entre eux, ce qui facilite grandement la conformation de la tôle 91. [0064] La pliure de la tôle 91 selon le premier axe de pliure forme un coude RI dans la zone de jonction entre la première partie 91A et la troisième partie 91C. De même, la pliure de la tôle 91 selon le deuxième axe de pliure forme un coude R2 dans la zone de jonction entre la deuxième partie 91B et la troisième partie 91C. De tels coudes RI et R2 sont visibles sur les figures 5 et 6. [0065] Le rayon de ces coudes RI et R2 est dimensionné pour permettre à la première partie 91A et à la troisième partie 91C de la tôle 91 d'épouser respectivement la face aval (figure 5) ou amont (figure 6) et la face radialement externe de la cavité inter-aubes 90, compte tenu de la géométrie effective de la zone de jonction entre cette face aval ou amont et cette face radialement externe. [0066] Dans cet exemple, la tôle 91 présente une forme définissant une surface déve- loppable, ce qui facilite sa conformation tout en limitant sa masse. Dans la présente 9 description, une surface de la tôle 91 est dite développable lorsque cette surface peut être remise à plat sans découpage ou élimination de parties de cette tôle 91. Autrement dit, la tôle 91 définit une surface développable dans la mesure où elle est conformée par pliage à partir d'une tôle plane, sans fixation sur cette tôle pliée d'une autre pièce qui définirait un élément de surface ou structurel de cette tôle. Notamment, la tôle 91 ne comprend pas dans cet exemple une pièce rapportée formant un élément de surface en vis-à-vis d'une face définie par une échasse 79 d'une aube 76. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]