Brevet FR3107722A1 — publié le 20210903

L’invention concerne un procédé de conception et validation d’une roue modélisée d’aubes mobiles de turbine comprenant: un disque(11) modélisé ; une pluralité d’aubes (12) modélisées, montées sur le disque (11), chaque aube (12) comportant un pied (14) engagé avec jeu dans une alvéole (24) du disque (11), le débattement angulaire de l’aube (12) dans l’alvéole (24) étant limité entre deux positions angulaires de l’aube (12) par rapport au disque (11); un talon (22) en périphérie radialement externe de chaque aube (12), le talon (22) comportant deux bords circonférentiels (30a, 30b) ; un premier bord circonférentiel (30a) du talon (22a) d’une première aube (12a) comportant au moins une zone en saillie (32a) engagée dans une zone en creux (32b) d’un second bord circonférentiel (30b) adjacent du talon (22b) d’une seconde aube (12b), la seconde aube (12b) étant adjacente à la première aube (12a), le second bord (30b) étant délimité par au moins une première zone de matière entre la zone en creux et une première extrémité axiale ou extrémité amont et par au moins une seconde zone de matière entre la zone en creux et une seconde extrémité axiale ou extrémité aval, caractérisé, pour une configuration d’écartement circonférentiel maximal entre les premier (30a) et second bords (30b) circonférentiels, le sommet de la zone en saillie est situé circonférentiellement à l’intérieur de la zone en creux ou circonférentiellement à l’extérieur de la zone en creux, à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm de la première zones de matière et à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm de la seconde zone de matière. Figure à publier avec l’abrégé: Figure 4. Critère de non déboîtement Domaine technique de l’invention Le présent document concerne l’emboîtement des talons d’aubes mobiles de turbine sur un disque, de préférence d’une turbomachine. Etat de la technique antérieure Une turbomachine est classiquement destinée à équiper un aéronef tel qu’un avion. La turbomachine est par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur. La figure 1 illustre un turboréacteur à double flux 1 de l’art antérieur. Celui-ci comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, une turbine basse pression 7 et une tuyère d’échappement 8. L’air issu de la soufflante 2 est séparé en deux flux, à savoir un flux primaire et un flux secondaire. Le flux primaire traverse une veine d’écoulement primaire 9 au niveau de laquelle sont situés les compresseurs basse et haute pression 3, 4, la chambre de combustion 5 et les turbines haute et basse pression 6, 7. Le flux secondaire s’échappe au travers d’une veine secondaire 10. La turbine basse pression 7 entraîne le compresseur basse pression 3 et la soufflante 2 au travers notamment d’un arbre basse pression, de façon à former un corps basse pression. La turbine haute pression 6 entraîne le compresseur haute pression 4 au travers d’un arbre haute pression, de façon à former un corps haute pression. La turbine basse pression 7 comporte un rotor et un stator. Le rotor comporte une succession de roues aubagées, intercalées axialement entre des étages de distributeurs du rotor. Les termes axial, radial et circonférentiels sont définis par rapport à l’axe de la turbomachine. Comme illustré à la figure 2, une roue aubagée comporte classiquement un disque 11 en périphérie externe duquel sont montées des aubes 12. En particulier, chaque aube 12 comporte radialement de l’intérieur vers l’extérieur, un pied 14, une échasse 16, une plate-forme 18, une pale 20 et un talon 22. Le pied 14 est destiné à être engagé dans une alvéole 24 de forme complémentaire du disque. Des dents 26 du disque 11 sont délimitées circonférentiellement entre les alvéoles 24 du disque. Les aubes 12 sont régulièrement réparties sur la périphérie du disque 11 de façon à ce que les plates-formes 18 adjacentes, d’une part, et les talons 22 adjacents, d’autre part, définissent des parois annulaires radialement interne et radialement externe délimitant entre elles une partie de la veine primaire. Chaque talon 22 comporte classiquement au moins une léchette 28 destinée à coopérer avec un anneau en matériau abradable de manière à assurer une étanchéité dynamique en fonctionnement. Compte tenu des jeux de montage entre les pieds 14 des aubes 12 et les alvéoles 24 du disque 10, les aubes 12 sont aptes à se déplacer légèrement par rapport au disque 11, comme illustré aux figures 3 et 4. En effet, si la figure 3 illustre une position dans laquelle les aubes 12 s’étendent radialement, la figure 4 quant à elle illustre une position dans laquelle les talons 22 des aubes 12 sont écartés l’un de l’autre dans la direction circonférentielle. Chaque talon 22a, 22b comporte deux bords circonférentiels 30a, 30b. Des cas de perte de contact des bords circonférentiels 30a, 30b de talons 22a, 22b d’aubes 12a, 12b adjacents sont observés. Cette perte de contact et le jeu circonférentiel apparaissant entre les talons 22a, 22b peuvent générer un décalage axial entre les talons 22a, 22b des aubes 12a, 12b en fonctionnement, ce qui peut entraîner un phénomène de déboîtement d’au moins une aube. Ce déboîtement de l’aube peut générer une perte de rendement, un endommagement de la turbine voire un arrêt de la turbomachine 1 en vol, et entraîner la dépose et le démontage de la turbomachine 1 afin de changer une ou plusieurs aubes ou de repositionner les aubes 12 dans la bonne position. Le présent document vise à remédier à ces inconvénients, de manière simple, fiable et peu onéreuse. Présentation de l’invention A cet effet, l’invention concerne un procédé de conception et validation d’une roue modélisée d’aubes mobiles de turbine comprenant: - un disque modélisé ; - une pluralité d’aubes modélisées, montées sur le disque, chaque aube comportant un pied engagé avec jeu dans une alvéole du disque, le débattement angulaire de l’aube dans l’alvéole étant limité entre deux positions angulaires de l’aube par rapport au disque; - un talon en périphérie radialement externe de chaque aube, le talon comportant deux bords circonférentiels ; - un premier bord circonférentiel du talon d’une première aube comportant au moins une zone en saillie engagée dans une zone en creux d’un second bord circonférentiel adjacent du talon d’une seconde aube, la seconde aube étant adjacente à la première aube, le second bord étant délimité par au moins une première zone de matière entre la zone en creux et une première extrémité axiale ou extrémité amont et par au moins une seconde zone de matière entre la zone en creux et une seconde extrémité axiale ou extrémité aval, caractérisé, pour une configuration d’écartement circonférentiel maximal entre les premier et second bords circonférentiels, le sommet de la zone en saillie est situé: - circonférentiellement à l’intérieur de la zone en creux ou - circonférentiellement à l’extérieur de la zone en creux, à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm de la première zone de matière et à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm de la seconde zone de matière. Il a été constaté qu’une tolérance de 7 mm sur le modèle utilisé de la roue, en particulier des aubes et du disque, implique en réalité que le sommet de la zone en saillie est maintenu axialement dans la zone en creux ou est maintenu axialement par les premières ou secondes zones de matière, de manière à éviter tout risque de déboîtement. En effet, le modèle tient compte de tolérances dimensionnelles défavorables qui se cumulent tout au long de chacune des cotes mais qui ont, en réalité, tendance à se compenser, au moins en partie. Il est donc possible d’écarter légèrement la zone en saillie de la zone en creux et des première et seconde zones de matière, dans le cas du modèle, tout en garantissant avec une très bonne probabilité tout risque de déboîtement. Le premier bord circonférentiel du talon de la première aube modélisée peut comporter un premier point d’extrémité circonférentiel situé du côté du talon de la seconde aube, au-delà des autres points dudit premier bord circonférentiel dans une première direction circonférentielle dirigée circonférentiellement de la première aube vers la seconde aube, le second bord circonférentiel du talon de la seconde aube modélisée comportant un deuxième point d’extrémité circonférentiel situé au niveau de la première zone de matière du côté du talon de la première aube, au-delà des autres points de ladite première zone de matière dans une seconde direction circonférentielle opposée à la première direction circonférentielle, le second bord circonférentiel du talon de la seconde aube modélisée comportant en outre un troisième point d’extrémité circonférentiel situé au niveau de la seconde zone de matière du côté du talon de la première aube, au-delà des autres points de ladite seconde zone de matière dans une seconde direction circonférentielle opposée à la première direction circonférentielle, le premier point d’extrémité étant situé circonférentiellement au-delà des ou après les deuxième et troisième points d’extrémités dans la première direction circonférentielle ou le premier point d’extrémité étant situé circonférentiellement avant les deuxième et troisième points d’extrémités dans la première direction circonférentielle et à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm du deuxième point d’extrémité et à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm du troisième point d’extrémité. En particulier, le cas où le premier point d’extrémité étant situé circonférentiellement après les deuxième et troisième points d’extrémités dans la première direction circonférentielle correspond au cas où sommet de la zone en saillie est situé circonférentiellement à l’intérieur de la zone en creux. Par ailleurs, le cas où le premier point d’extrémité étant situé circonférentiellement avant les deuxième et troisième points d’extrémités dans la première direction circonférentielle correspond au cas où le sommet de la zone en saillie est situé circonférentiellement à l’extérieur de la zone en creux. Dans un tel cas, l’écartement circonférentiel entre le premier point d’extrémité, d’une part, et les deuxième et troisième points d’extrémité, d’autre part, doit être limité. Chaque aube modélisée peut tenir compte de tolérances dimensionnelles le long d’une chaine de cotes s’étendant entre au moins un point de contact entre l’aube et le disque et le bord circonférentiel correspondant du talon de l’aube. Brève description des figures est une vue en perspective et en coupe axiale d’une turbomachine de l’art antérieur, est une vue en perspective d’une partie d’une roue aubagée de l’art antérieur, est une vue de face d’une partie d’une roue aubagée dans laquelle les aubes s’étendent radialement et dont les talons de deux aubes adjacentes sont rapprochés circonférentiellement l’un de l’autre, est une vue correspondant à la figure 3 dans laquelle les talons de deux aubes adjacentes sont écartés circonférentiellement l’un de l’autre, est une vue schématique des talons de deux aubes adjacentes, rapprochés circonférentiellement l’un de l’autre, dans une même position axiale desdits talons, est une vue correspondant à la figure 5, dans laquelle les talons sont écartés axialement, jusqu’à ce que les bords circonférentiels des talons adjacents viennent en butée, est une vue correspondant à la figure 5, dans laquelle les talons sont écartés circonférentiellement, est une vue correspondant à la figure 6, dans laquelle les talons étant écartés d’une distance circonférentielle trop importante, il existe un risque de déboîtement d’une aube par rapport à l’autre. Description détaillée de l’invention Comme illustré à la figure 2, une roue d’aubes de turbine comprend un disque 11, une pluralité d’aubes 12 qui sont montées sur le disque 11 et chaque aube 12 comporte un pied 14 engagé avec jeu dans une alvéole 24 du disque 11. Chaque aube comprend également un talon 22 en périphérie radialement externe, le talon 22 comportant deux bords circonférentiels 30a, 30b. Dans le cadre de l’invention, le procédé se base sur une roue de turbine modélisée, comportant un disque et des aubes modélisées. Les dimensions, c’est-à-dire les cotes dimensionnelles, de chaque aube modélisée comportent des tolérances dimensionnelles dues notamment au procédé de fabrication utilisé pour produire l’aube réelle 12. La position d’un point de l’aube est définie par rapport à un point de référence à l’aide d’une chaine de cotes. Le premier bord circonférentiel 30a d’un talon 22a d’une première aube (réelle ou modélisée) comprend une zone en saillie 32a. Cette zone en saillie 32a est engagée dans une zone en creux 32b d’un second bord circonférentiel 30b adjacent du talon 22b d’une seconde aube (réelle ou modélisée). La seconde aube est adjacente à la première aube. Ledit second bord 30b est délimité par au moins une première zone de matière 34 entre ladite zone en creux 32b et une première extrémité axiale 36 ou amont et par au moins une seconde zone de matière 38 entre ladite zone en creux 32b et une seconde extrémité axiale 40 ou extrémité aval. A partir d’un modèle d’aubes prédéfini, il a ainsi été prouvé expérimentalement que, pour une configuration d’écartement circonférentiel maximal (figure 4) entre les premier 30a et second bords 30b circonférentiels d’aubes 12a, 12b modélisées, si le sommet de la zone en saillie 32a de la première aube 12a modélisée est situé circonférentiellement à l’intérieur de la zone en creux 32b de la seconde aube 12b modélisée ou, circonférentiellement à l’extérieur de la zone en creux 32b de la seconde aube 12b modélisée, à une distance circonférentielle inférieur à 7 mm de la première zone de matière 34 et à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm de la seconde zone de matière 38, alors les bords circonférentiels 30a, 30b des aubes 12a, 12b adjacentes réelles seront, avec une très forte probabilité, maintenus les uns contre les autres. En d’autres termes, le modèle d’aube utilisé est relativement défavorable puisqu’il suppose que les aubes 12a, 12b adjacentes modélisées sont très probablement plus écartées qu’elles ne le sont en réalité. Ainsi, même dans le cas où le sommet de la zone en saillie 32a de la première aube 12a modélisée est situé circonférentiellement à l’extérieur de la zone en creux 32b de la seconde aube 12b modélisée (avec un jeu limité dont la valeur est ici inférieure à 7 mm), ledit sommet de la première aube 12a réelle sera très probablement situé circonférentiellement à l’intérieur de la zone en creux 32b de la seconde aube 12b réelle. Ladite probabilité est par exemple supérieure à 90 %. En effet, ce modèle tient compte des tolérances dimensionnelles défavorables qui se cumulent tout au long de chacune des cotes mais qui peuvent se compenser dans la réalité le long d’une chaine de cotes s’étendant, par exemple, entre au moins un point de contact entre l’aube et le disque et le bord circonférentiel correspondant du talon de l’aube. Il est ainsi possible de garantir avec une très bonne probabilité tout risque de déboîtement, en respectant le jeu susmentionné entre la zone en saillie 32a de la zone en creux 32b et des première 34 et seconde zones 38 de matière, dans le modèle. La géométrie et le jeu d’écartement nécessaire entre deux bords circonférentiels 30a, 30b peuvent également être décrit de la sorte. Le premier bord circonférentiel 30a du talon 22a de la première aube 12a modélisée comporte un premier point d’extrémité 42 circonférentiel. Ce premier point d’extrémité 42 circonférentiel est situé du côté du talon 22b de la seconde aube 12b. Ledit premier point d’extrémité 42 circonférentiel est situé au-delà des autres points dudit premier bord circonférentiel dans une première direction circonférentielle dirigée circonférentiellement de la première aube vers la seconde aube. Le second bord circonférentiel 30b du talon 22b de la seconde aube 12b modélisée comporte un deuxième point d’extrémité 44 circonférentiel situé au niveau de la première zone de matière 34 du côté du talon 22a de la première aube 12a. Ce deuxième point d’extrémité 44 se situe au-delà des autres points de ladite seconde zone de matière 34 dans une seconde direction circonférentielle opposée à la première direction circonférentielle. De plus, le second bord circonférentiel 30b du talon de la seconde aube 12b modélisée comporte un troisième point d’extrémité 40 circonférentiel situé au niveau de la seconde zone de matière 38 du côtédu talon 22a de la première aube 12a. Ce troisième point d’extrémité 40 est situé au-delà des autres points de ladite seconde zone de matière 38 dans une seconde direction circonférentielle opposée à la première direction circonférentielle. Dans le cadre de l’invention, afin d’éviter ou de limiter les risques de déboîtement, les aubes 12a, 12b modélisées doivent ainsi vérifier la relation selon laquelle le premier point d’extrémité 42 est, soit situé circonférentiellement après les deuxième 44 et troisième points 40 d’extrémités dans la direction circonférentielle, soit situé circonférentiellement avant les deuxième 44 et troisième points 40 d’extrémités dans la première direction circonférentielle et à une distance inférieure à 7 mm du deuxième point d’extrémité 44 et à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm du troisième point d’extrémité 40. Les figures 5 et 6 illustrent le cas où tout risque de déboîtement est évité, du fait du respect de la position du sommet de la première aube par rapport à la zone en creux de la seconde aube. Ces figures illustrent des aubes réelles. En particulier, la figure 5 illustre le cas où les aubes réelles sont situées dans un même plan axial.La figure 6 illustre le cas où la seconde aube 12b est décalée axialement, ici vers l’amont, par rapport à la première aube 12a. Dans un tel cas, l’appui ou la butée de la zone en saillie 32a de la première aube 12a sur le bord circonférentiel 30b correspondant de la seconde aube 12b, au niveau de la zone en creux 32b de la seconde aube 12b. Un tel appui empêche tout déboîtement desdites aubes 12a, 12b réelles. Les figures 7 et 8 illustrent le cas d’un déboîtement de deux aubes 12a, 12b réelles suite au non-respect de la position du sommet 42 de la première aube par rapport à la zone en creux 32b de la seconde aube. En particulier, la figure 7 illustre le cas où les aubes 12a, 12b réelles sont situées dans un même plan axial après une modélisation ne respectant pas la condition de position précitée. La figure 8 illustre le déboîtement qui intervient lorsque les deux aubes 12a, 12b sont décalées axialement, dans un tel cas. On constate en effet que, dans ce cas, il n’y a plus d’appui du premier bord circonférentiel 30a contre le second bord circonférentiel 30b. Procédé de conception et validation d’une roue modélisée d’aubes mobiles de turbine comprenant: - un disque (11) modélisé ; - une pluralité d’aubes (12) modélisées, montées sur le disque (11), chaque aube (12) comportant un pied (14) engagé avec jeu dans une alvéole (24) du disque (11), le débattement angulaire de l’aube (12) dans l’alvéole (24) étant limité entre deux positions angulaires de l’aube (12) par rapport au disque (11); - un talon (22) en périphérie radialement externe de chaque aube (12), le talon (22) comportant deux bords circonférentiels (30a, 30b) ; - un premier bord circonférentiel (30a) du talon (22a) d’une première aube (12a) comportant au moins une zone en saillie (32a) engagée dans une zone en creux (32b) d’un second bord circonférentiel (30b) adjacent du talon (22b) d’une seconde aube (12b), la seconde aube (12b) étant adjacente à la première aube (12a), le second bord (30b) étant délimité par au moins une première zone de matière (34) entre la zone en creux (32b) et une première extrémité axiale (36) ou extrémité amont et par au moins une seconde zone de matière (38) entre la zone en creux (32b) et une seconde extrémité axiale (40) ou extrémité aval, caractérisé, pour une configuration d’écartement circonférentiel maximal entre les premier (30a) et second bords (30b) circonférentiels, le sommet de la zone en saillie (32a) est situé: - circonférentiellement à l’intérieur de la zone en creux (32b) ou - circonférentiellement à l’extérieur de la zone en creux (32b), à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm de la première zone de matière (34) et à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm de la seconde zone de matière (38). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier bord (30a) circonférentiel du talon (22a) de la première aube (12a) modélisée comporte un premier point d’extrémité (42) circonférentiel situé du côté du talon (22b) de la seconde aube (12b), au-delà des autres points dudit premier bord circonférentiel (30a) dans une première direction circonférentielle dirigée circonférentiellement de la première aube (12a) vers la seconde aube (12b), le second bord circonférentiel (30b) du talon (22b) de la seconde aube (12b) modélisée comportant un deuxième point d’extrémité (44) circonférentiel situé au niveau de la première zone de matière du côté du talon de la première aube, au-delà des autres points de ladite première zone de matière (34) dans une seconde direction circonférentielle opposée à la première direction circonférentielle, le second bord circonférentiel (30b) du talon (22b) de la seconde aube (12b) modélisée comportant en outre un troisième point d’extrémité (40) circonférentiel situé au niveau de la seconde zone de matière (38) du côté du talon (22a) de la première aube(12a), au-delà des autres points de ladite seconde zone de matière (38) dans une seconde direction circonférentielle opposée à la première direction circonférentielle, le premier point d’extrémité (42) étant situé circonférentiellement au-delà des ou après les deuxième (44) et troisième points (40) d’extrémités dans la première direction circonférentielle ou le premier point d’extrémité (42) étant situé circonférentiellement avant les deuxième (44) et troisième points (40) d’extrémités dans la première direction circonférentielle et à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm du deuxième point d’extrémité (44) et à une distance circonférentielle inférieure à 7 mm du troisième point d’extrémité (40). Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque aube (12) modélisée tient compte de tolérances dimensionnelles le long d’une chaine de cotes s’étendant entre au moins un point de contact entre l’aube (12) et le disque (11) et le bord circonférentiel correspondant du talon (22) de l’aube (12).