Brevet FR3108665A1 — publié le 20211001

L’invention concerne un rotor de soufflante d’une turbomachine comprenant : . un disque comportant des alvéoles axiales ; . des aubes à centre de gravité amont chacune montée dans une alvéole, chaque aube comprenant dans le sens d’écoulement d’un flux d’air, une extrémité amont (60a) et une extrémité aval, une pale (63) destinée à travailler aérodynamiquement dans le flux d’air, un pied (61) et une échasse (62) s’étendant entre la pale (63) et le pied (61), le pied (61) étant logé dans une alvéole (41); . des plateformes inter-aubes maintenues au moyen d’une virole amont annulaire solidaire du disque ; . le rotor est caractérisé en ce que l’aube comporte une patte (11, 66) en saille depuis une extrémité amont (A, 10a, 60a) de l’aube vers l’amont et est en contact radial avec la virole amont de manière à ce qu’en fonctionnement ladite patte reprend des efforts centrifuges de l’aube à l’amont. Figure de l’abrégé : Fig. 5 Rotor de soufflante comprenant des aubes à centre de gravité en amont DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L’invention concerne le domaine des turbomachines à double flux et concerne particulièrement un rotor de soufflante d’une telle turbomachine et en encore plus particulièrement la fixation des aubes de soufflante dans leur logement sur un disque de soufflante. ETAT DE LA TECHNIQUE Une turbomachine à double flux comprend classiquement un rotor de soufflante entrainant en rotation une soufflante située en entrée de la turbomachine. De manière connue, un rotor de soufflante comporte un disque portant sur sa périphérie externe des aubes, espacées circonférentiellement comportant chacune un pied engagé dans une alvéole axiale située sur la périphérie externe du disque. Les aubes sont retenues radialement sur le disque par coopération de forme de leurs pieds avec les alvéoles du disque. Les alvéoles sont orientées sensiblement axialement et sont à section en queue d’aronde. Leur forme est complémentaire de celle des pieds d’aube pour permettre leur maintien notamment lorsque les aubes sont soumises à des efforts importants. Les aubes sont montées individuellement en étant introduites axialement dans les alvéoles. Les aubes sont calées radialement au moyen d’une cale axiale disposée entre le fond de l’alvéole et le pied de l’aube. Les aubes sont maintenues axialement vers l’aval par une butée qui est généralement constituée par une virole aval solidaire du disque et vers l’amont au moyen d’un verrou fixé au disque. L’amont et l’aval sont définis ici et dans ce qui suit par rapport au sens d’écoulement des flux de gaz dans la turbomachine. Classiquement une aube comprend, outre un pied, une échasse et une pale présentant un profil aérodynamique, l’échasse étant en interface entre le pied et la pale. La tête de pale est à l’opposé du pied de l’aube en ayant une extrémité libre appelée somment d’aube. En outre, l’aube comprend une extrémité amont et une extrémité aval. L’extrémité amont fait face à l’air et constitue un bord d’attaque tandis que l’extrémité aval constitue un bord de fuite. En outre, et toujours classiquement les aubes possèdent un centre de gravité positionné au barycentre de l’aube. Afin d’augmenter le rendement des turbomachines il peut être intéressant d’avoir un bord d’attaque penché vers l’amont, en particulier d’une part à mi-hauteur de la pale entre son pied et sa tête et d’autre part à sa tête à proximité du sommet d’aube. La hauteur s’apprécie en considérant un niveau sur l’étendue radiale de la pale, par exemple au bord d’attaque. Un objectif d’avancer le bord d’attaque vers l’amont est d’augmenter le débit capté par la soufflante. En effet, la veine a en correspondance de la soufflante un profil conique de l’amont vers l’aval, donc plus on est en amont de la soufflante, plus la section d’air entrant augmente en donnant la possibilité d’augmenter le débit capté par la soufflante. Ceci n’est toutefois pas sans problème dans la mesure où ce centre de gravité décalé vers l’amont va engendrer, en fonctionnement, des efforts centrifuges plus importants à l’amont. Ceci entraine alors des contraintes plus élevées au niveau de la transition échasse/pied de l’aube du rotor de soufflante. PRESENTATION DE L’INVENTION Un objectif de l’invention est de proposer un rotor de soufflante comprenant des aubes à centre de gravité amont qui peut résister en particulier à des efforts aérodynamiques intenses tout comme des efforts centrifuges intensifiés à l’amont et en conséquence des contraintes mécaniques plus fortes à l’amont. A cet effet, l’invention propose un rotor de soufflante d’une turbomachine comprenant : . un disque comportant des alvéoles axiales ; . des aubes à centre de gravité amont chacune montée dans une alvéole, chaque aube comprenant dans le sens d’écoulement d’un flux d’air, une extrémité amont et une extrémité aval, une pale destinée à travailler aérodynamiquement dans le flux d’air, un pied et une échasse s’étendant entre la pale et le pied, le pied étant logé dans une alvéole ; . des plateformes inter-aubes maintenues au moyen d’une virole amont annulaire solidaire du disque ; . le rotor est caractérisé en ce que l’aube comporte une patte en saille depuis une extrémité amont de l’aube vers l’amont et est en contact radial avec la virole amont de manière à ce qu’en fonctionnement ladite patte reprend des efforts centrifuges de l’aube à l’amont. L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - la patte s’étend vers l’amont depuis la partie inférieure de l’échasse au-dessus du pied ; - l’aube comprend un corps qui comporte la pale, le pied et l’échasse, la patte faisant saillie depuis le corps de l’aube ; - le corps est en matériau composite comprenant une préforme obtenue par tissage tridimensionnel, la patte étant d’une pièce avec le corps et est obtenue au cours du tissage, ladite préforme étant insérée dans un moule d’injection afin d’y injecter une résine de manière à obtenir le corps de l’aube ; - la patte étant d’une pièce avec le corps et est obtenue au cours du tissage, ledit corps pourvu de sa patte étant issu d’une imprégnation de la préforme par une résine dans une opération de moulage ; - le corps est en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel dans laquelle une résine est imprégnée par imprégnation lors d’un moulage comprenant le moulage de la patte par la résine d’obtention du corps de l’aube avec son renfort imprégné ; - l’aube comprend en outre un bouclier rapporté et fixé à l’extrémité amont du corps, ledit bouclier formant un bord d’attaque de l’aube. - l’aube comprend en outre un bouclier rapporté et fixé à l’extrémité amont du corps, ledit bouclier formant un bord d’attaque de l’aube, la patte faisant saillie vers l’amont depuis le bouclier ; - la patte comprend un chanfrein à son extrémité amont permettant de faciliter le montage de la virole ; - la patte et le bouclier recouvrant aussi la patte comprennent un chanfrein à leurs extrémités amont permettant de faciliter le montage de la virole ; L’invention concerne également une turbomachine comprenant un rotor de soufflante selon l’invention. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre une turbomachine selon l’invention ; la figure 2 illustre une aube de type connu d’un rotor de soufflante d’une turbomachine ; la figure 3 illustre une aube d’un rotor de soufflante d’une turbomachine selon une réalisation à centre de gravité déporté vers l’amont, à laquelle l’invention s’applique ; la figure 4 illustre un détail d’un premier mode de réalisation d’une aube selon l’invention telle que montée dans un rotor selon l’invention ; la figure 5 illustre l’aube d’un rotor de soufflante d’une turbomachine selon le premier mode de réalisation de l’invention ; la figure 6 illustre une aube d’un rotor de soufflante d’une turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE La figure 1 illustre une turbomachine 1 à double flux avec une soufflante 2 à l’amont comportant un disque de soufflante 4 porté par un rotor de soufflante 3 sur lequel sont disposées des aubes 6 retenues par leur pied 61 dans des alvéoles 41 ménagées sur la périphérie externe du disque 4. Le rotor de soufflante est à rotation autour d’un axe X de rotation de la turbomachine. On précise ici que l’on entend par direction axiale une direction de l’axe X, une direction radiale, une direction perpendiculaire à cet axe X et passant par lui. Par ailleurs la direction circonférentielle correspond à une direction perpendiculaire à l’axe X et ne passant pas par lui. En outre, sauf précision contraire, interne et externe sont, respectivement utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d’un élément est plus proche de l’axe X que la partie ou la face externe du même élément. La figure 2 illustre une aube de type connu ayant un centre de gravité G positionné au barycentre de l’aube et la figure 3 illustre une aube ayant un centre de gravité G décalé vers l’amont par rapport à l’aube de la figure 2. Une aube comprend un corps 60 en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel en constituant une préforme dans laquelle une résine est noyée. Ce corps en matériau composite comprend un pied 61, une échasse 62 et une pale 63 à profil aérodynamique. Le corps 60 de l’aube comprend une extrémité amont 60a et une extrémité aval 60b. Le renfort fibreux peut être formé à partir d’une matrice fibreuse en une seule pièce obtenue par tissage tridimensionnel et peut comprendre notamment des fibres en carbone en verre, aramide et/ou céramique. La résine imprégnant la préforme est quant à elle typiquement en polymère par exemple époxyde, bismaleimide ou polyimide. Le corps 60 de l’aube 6 avec son renfort fibreux en préforme noyé dans la résine est alors formée par moulage au moyen d’un procédé d’injection sous vide de résine du type RTM (en anglais, « Resin Transfer Molding ») ou encore VARTM (en anglais, « Vacuum Resin Transfer Molding ») pendant laquelle la préforme est imprégnée par la résine. L’aube présente un bord d’attaque qui correspond à la partie antérieure du profil aérodynamique et qui fait face au flux d’air et qui divise l’écoulement d’air de part et d’autre de la pale jusqu’à un bord de fuite qui correspond à la zone d’où s’échappe le flux de la pale. En relation avec la figure 4 , chaque aube 6, 6’ est montée dans une alvéole 41 par l’intermédiaire du pied 61 de l’aube 6, 6’. Ainsi seules l’échasse 63 et la pale dépassent du disque 4. Entre chaque aube sont prévues des plateformes 7 inter-aubes 6, 6’ qui avec une virole 8 amont fixée au disque 4 permet de reconstituer une veine de circulation des flux de gaz. La virole 8 permet de maintenir en place les plateformes inter-aubes au moyen de tout moyen approprié. Les plateformes 7 peuvent être réalisées soit en matériau composite soit en métal. Une cale 9 peut en outre être montée entre le pied 61 et le fond de l’alvéole du disque 4. En outre, les aubes 6, 6’ sont verrouillées dans les alvéoles au moyen d’un verrou 13 disposé entre la virole amont et le disque 4. De manière avantageuse, en revenant à la figure 3, afin de protéger l’aube 6, 6’, un bouclier 10 est rapporté à l’amont de l’aube 6, 6’ et forme alors le bord d’attaque de l’aube. Le bouclier est notamment rapporté sur la pale 63 de l’aube 6 et recouvre l’extrémité amont 60a de l’aube 6. Un tel bouclier 10 permet de protéger l’aube 6, 6’ vis-à-vis des impacts d’oiseaux et joue un rôle vis-à-vis des problématiques liées à l’érosion. De manière avantageuse, le bouclier 10 est métallique, de préférence en Titane. D’autres types de métaux peuvent être prévus. On comprendra, que le type de matériau choisi pour le bouclier doit satisfaire des contraintes mécaniques et aérodynamiques. Le bouclier 10 comprend une partie 10a amont du bouclier 10 qui détermine en particulier le bord d’attaque de l’aube constituée du corps auquel est rapporté le bouclier. La fixation du bouclier 10 au corps 60 de l’aube 6, 6’ est mise en œuvre par collage ou par brasure sur le corps 60 de l’aube 6, 6’. A nouveau en relation avec la figure 4, pour compenser les efforts centrifuges de l’aube 6, 6’ à l’amont du fait du centre de son centre de gravité déporté vers l’amont, l’aube 6 comporte une patte 11, 66 en saillie depuis une extrémité amont A de l’aube 6, 6’ vers l’amont et est en contact radial avec la virole 8 annulaire de manière à ce qu’en fonctionnement la patte 11, 66 reprend des efforts F centrifuge de l’aube à l’amont. En effet, en centrifuge, l’aube 6, 6’ se déforme du fait de l’effort centrifuge et des pressions aérodynamiques. Cette déformation implique un déplacement radial de l’aube qui conduit à augmenter l’effort qui transite par le contact entre la virole amont et la patte et soulage ainsi l’échasse par rapport à une aube sans patte. De cette façon en fonctionnement l’aube 6, 6’ est maintenue dans son alvéole dans la position avec son centre de gravité G dirigé vers l’amont sans nuire aux performances de la turbomachine. Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 5 , la patte 66 fait saillie depuis le corps 60 de l’aube 6. Plus précisément, la patte 66 fait saillie depuis l’extrémité amont 60a du corps de l’échasse 62 de l’aube. Il s’agit en effet de la partie de l’aube qui est couverte par les plateformes inter-aubes 7 d’une part à l’aval et par la virole 8 à l’amont. La patte 66 présente circonférentiellement une épaisseur sensiblement identique à celle du corps de l’aube 6 et radialement une hauteur adaptée pour être montée avec la virole amont. La hauteur sera fonction notamment du pourcentage d’effort centrifuge que l’on souhaite faire passer par l’interface patte en saillie/virole, par la géométrie de l’aube (centre de gravité, masse, etc.), de la vitesse de rotation, etc. Dans ce cas, la patte 66 peut être obtenue au cours du tissage de la préforme, la préforme étant ensuite insérée dans un moule d’injection afin d’y injecter une résine de manière à obtenir le corps 60 de l’aube 6. Il est possible de considérer la finalisation de de la patte 66 par usinage c’est-à-dire que l’on tisse et injecte une préforme avec une sur-longueur à l’amont et la patte est obtenu par usinage. De manière alternative, toujours dans le cas où la patte 66 fait saillie depuis le corps 60 de l’aube 6, la patte 66 est obtenue par injection de la résine dans le moule de manière à obtenir le corps de l’aube, le moule comprenant une empreinte pour la patte. Ici, la patte n’est pas obtenue par tissage mais après ce dernier. Comme pour le reste du corps, la finalisation de la patte peut être issue d’un usinage de la résine. De manière alternative, on peut prévoir que la patte soit collée sur le corps de l’aube. Ainsi et comme on l’aura compris, le corps 60 de l’aube 6 et la patte 66 sont monoblocs. Par monobloc, on considère surtout monolithique d’une même pièce. On peut le cas échéant considérer une patte dont la résine et rapportée collée à la résine du corps après un premier moulage, par exemple par surmoulage ou collage via un adhésif bien que rapporter la patte suppose une moindre résistance mécanique qu’une patte monolithique. Selon ce premier mode de réalisation (voir la figure 5), le bouclier 10 est rapporté et fixé au corps de l’aube et recouvre l’extrémité amont 60a de l’aube 6. Dans ce mode de réalisation tel que représenté, le bouclier chevauche localement la patte par exemple sans appui mutuel mais ne recouvre pas la patte dans sa sur-longueur en saillie du bord d’attaque de l’aube qui est défini par le bord libre d’extrémité amont du bouclier. Selon un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 6 , la patte 11 fait saillie depuis le bouclier 10, plus précisément la patte 11 fait saillie depuis une extrémité amont A de l’aube 6’ qui est ici la partie amont 10a du bouclier 10 et est en contact radial avec la virole 8 annulaire (non visible sur la figure 4) de manière à ce qu’en fonctionnement la patte 11 reprend des efforts F centrifuge de l’aube à l’amont. A la différence du premier mode de réalisation, dans le deuxième mode de réalisation, la patte 11 est ici sur le bouclier 10 et est de préférence monobloc avec ce dernier. Le bouclier 10 est avantageusement fabriqué au moyen d’un procédé de fabrication additive par fusion laser. Un usinage de la patte sur le bouclier peut aussi être envisagé. Selon ce deuxième mode de réalisation ou aussi dans le premier mode de réalisation, afin de faciliter l’insertion du bouclier sous la virole, la patte 11 comprend un chanfrein 12 en contact radial avec la virole 8 au-dessus. En outre, la patte 11 présente une épaisseur circonférentielle sensiblement identique à celle du bouclier 10 et radialement une hauteur adaptée pour être montée avec la virole amont 8. Par ailleurs, la position de la patte 11 sur le bouclier sera déterminée par la position de la virole et plus particulièrement de la face interne de la virole. De plus, dans un mode de réalisation non représenté, en combinant le premier mode et le deuxième mode de réalisation, le corps et le bouclier comportent chacun une patte qui sont mutuellement assemblées par collage. Les pattes peuvent être radialement superposées au contact l’une de l’autre, la patte du bouclier pouvant aussi recouvrir latéralement la patte du corps, en supplément du recouvrement radial. Concernant le centre de gravité déporté vers l’amont : de manière notable, le centre de gravité de l’aube est notamment déporté vers l’amont en considérant en particulier que pour au moins 5 pourcents de la hauteur d’aube à proximité du sommet d’aube, le bord d’attaque est axialement en amont d’une extrémité axialement amont du pied d’aube. En particulier, ce déport amont sur environ ces 5% de hauteur sommitale est incliné vers l’amont. De plus, dans le mode de réalisation tel que représenté à la figure 3, sensiblement tout le bord d’attaque de l’aube est axialement en amont d’une extrémité axialement amont du pied d’aube. En correspondance de la figure 3 par rapport à la figure 2, en particulier le tiers de l’aube du côté de la tête est axialement en amont d’une extrémité axialement amont du pied d’aube. Au contraire, en considérant des réalisations sensiblement conformes à la figure 2, environ le tiers ou le quart du bord d’attaque situé du côté de la tête de l’aube est axialement en retrait de cette extrémité axialement amont du pied d’aube. Dans les deux cas à la figure 2 et à la figure 3, un renflement central de l’aube sur sensiblement un quart de hauteur de l’aube est particulièrement déporté vers l’amont. Pour la réalisation de la figure 3, sur environ 10 à 15 pourcents de la hauteur de l’aube à proximité du sommet d’aube, le bord d’attaque est recourbé vers l’amont, en particulier en déport amont incliné vers l’amont pour son extrémité finale de sommet, par exemple pour environ 5 pourcents de la hauteur finale du bord d’attaque de l’aube. A l’inverse, pour la réalisation de la figure 2, la courbure sur ce tronçon de hauteur bord d’attaque est globalement recourbé vers l’aval en ayant son extrémité finale sensiblement radiale. Rotor de soufflante d’une turbomachine comprenant : . un disque (4) comportant des alvéoles (41) axiales ; . des aubes (6, 6’) à centre de gravité (G) amont chacune montée dans une alvéole (41), chaque aube (6, 6’) comprenant dans le sens d’écoulement d’un flux d’air, une extrémité amont (60a, 10a) et une extrémité aval (60b), une pale (63) destinée à travailler aérodynamiquement dans le flux d’air, un pied (61) et une échasse (62) s’étendant entre la pale (63) et le pied (61), le pied (61) étant logé dans une alvéole (41); . des plateformes (7) inter-aubes maintenues au moyen d’une virole amont (8) annulaire solidaire du disque (4) ; . le rotor est caractérisé en ce que l’aube (6, 6’) comporte une patte (11, 66) en saille depuis une extrémité amont (A, 10a, 60a) de l’aube vers l’amont et est en contact radial avec la virole (8) amont de manière à ce qu’en fonctionnement ladite patte reprend des efforts centrifuges de l’aube à l’amont. Rotor de soufflante selon la revendication 1, dans lequel la patte (11, 66) s’étend vers l’amont depuis la partie inférieure de l’échasse au-dessus du pied. Rotor de soufflante selon la revendication 2, dans lequel l’aube (6) comprend un corps (60) qui comporte la pale, le pied (61) et l’échasse, la patte (66) faisant saillie depuis le corps (60) de l’aube. Rotor de soufflante selon la revendication 3, dans lequel le corps (60) est en matériau composite comprenant une préforme obtenue par tissage tridimensionnel, la patte (66) étant d’une pièce avec le corps (60) et est obtenue au cours du tissage, ladite préforme étant insérée dans un moule d’injection afin d’y injecter une résine de manière à obtenir le corps de l’aube (6). Rotor de soufflante selon la revendication 3, dans lequel le corps (60) est en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel dans laquelle une résine est imprégnée par imprégnation lors d’un moulage comprenant le moulage de la patte (66) par la résine d’obtention du corps de l’aube (6) avec son renfort imprégné. Rotor de soufflante selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel l’aube (6) comprend en outre un bouclier (10) rapporté et fixé à l’extrémité amont (60a) du corps (60), ledit bouclier (10) formant un bord d’attaque de l’aube. Rotor de soufflante selon l’une des revendications 3 à 6, dans lequel l’aube (6’) comprend en outre un bouclier (10) rapporté et fixé à l’extrémité amont du corps, ledit bouclier formant un bord d’attaque de l’aube, la patte (11) faisant saillie vers l’amont depuis le bouclier. Rotor de soufflante selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la patte (11) comprend un chanfrein (12) à son extrémité amont permettant de faciliter le montage de la virole (8). Rotor de soufflante selon la revendication 7 et la revendication 8, dans lequel la patte (11) et le bouclier recouvrant aussi la patte comprennent un chanfrein (12) à leurs extrémités amont permettant de faciliter le montage de la virole (8). Turbomachine comprenant un rotor de soufflante selon l’une des revendications précédentes.