Brevet FR3108361A1 — publié le 20210924

L’invention propose une roue mobile (302) de turbine pour une turbomachine d’aéronef s’étendant autour d’un axe (X) et, comprenant : - un disque (304), - des aubes (200) montées à la périphérie du disque, chaque aube comportant une pale (202) reliée par une plateforme (204) à un pied (208), - un flasque (306), ledit flasque (306) comportant une partie périphérique interne de fixation au disque (304) et une partie périphérique externe en appui axial contre le disque (304), ledit flasque (306) comportant au moins un becquet (328) orienté axialement, du côté opposé audit premier becquet (212), caractérisée en ce que chaque aube (200) comprend, une gorge orientée radialement vers l’intérieur et configurée pour recevoir un rebord (326) annulaire externe de la partie périphérique externe dudit flasque (306). Figure pour l'abrégé : Figure 3 ROUE DE TURBINE POUR UNE TURBOMACHINE D’AÉRONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne une roue de turbine pour une turbomachine d’aéronef, cette roue comprenant un disque portant des aubes dont les pieds sont engagés dans des rainures de la périphérie du disque. Arrière-plan technique Il est bien connu de la technique, notamment explicité dans les documents FR-A1-2 954 797, FR-A1-2 972 759, FR-A1-3 039 589, FR-A1-3 019 584, FR-A1-3 022 944 et FR-A1-3 020 408 au nom de la Demanderesse, que dans l’industrie aéronautique, une turbomachine d’aéronef est composée de plusieurs parties et en particulier d’une turbine, basse ou haute pression, comportant elle-même un ou plusieurs étages, chacun étant constitué d’une rangée d’aubes de stator suivie d’une rangée d’aubes de rotor. Une portion de turbine 100 est représentée en exemple sur la figure 1. De manière classique, le rotor de la turbine 100 comporte des roues mobiles 102 assemblées les unes aux autres par des brides 104, 106 annulaires au moyen d’une fixation 108 de type vis-écrou. Chaque roue 102 comporte un disque 110 portant des aubes 112 individuelles, elles-mêmes comprenant chacune une pale 114 reliée par une plateforme 116 et l’intermédiaire d’une échasse 118 à un pied 120 engagé dans une rainure s’étendant axialement dans la périphérie externe du disque 110. Les rainures dans lesquelles sont engagés les pieds 120 définissent des dents recouvertes par les plateformes 116 des aubes. Classiquement, des becquets 122, 124, s’étendant axialement, sont situés en amont et en aval de la plateforme 116 et constituent des chicanes en coopérant avec d’autres rebords 126-130 amont et aval, situés par exemple dans le prolongement radial des aubes 132 du stator. Ces chicanes forment un joint d’étanchéité qui permet de limiter le passage des gaz de combustion, provenant de la chambre de combustion, radialement de l’extérieur vers l’intérieur. Un flasque 134 annulaire est généralement fixé à la bride 104 amont du disque 110 et s’étend autour d’une paroi 136 tronconique afin de limiter l’exposition des dents du disque 110 à des gaz chauds provenant de la veine de turbine. Afin d’augmenter les températures de veine, atteintes lors du passage des gaz de fonctionnement, des matériaux composites à matrice céramique (C.M.C.) avec une résistance à la température élevée ont été développés pour la fabrication des aubes. En outre, l’utilisation de tels matériaux simplifie la fabrication des aubes en diminuant notamment la hauteur d’échasse, ce qui permet, en outre, de diminuer la masse des aubes, et permet de modifier la structure des plateformes. Une des modifications de structure apportée concerne en particulier le déplacement du becquet amont, comme évoqué dans la demande FR-A1-3 006 365 au nom de la demanderesse. Celui-ci est fixé directement sur le flasque amont et non plus à l’amont de la plateforme. Ceci présente l’avantage, comme évoqué précédemment, de diminuer la masse de l’aube mais permet également de réduire la charge mécanique portée par l’attache et le disque et, en conséquence, d’augmenter la capacité d’intégration. En revanche, le flasque nécessite d’avoir une tenue mécanique identique à celle du disque et est généralement composé d’un matériau métallique, différent du matériau constituant les aubages. De fait, la résistance thermique du flasque et des aubages est différente. En outre, cette configuration présente un risque d’échauffement du flasque, dû aux gaz de fonctionnement, et en particulier au niveau de sa périphérie externe. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne une roue mobile de turbine de turbomachine et un procédé de montage de cette roue, visant à protéger un flasque de contraintes mécaniques et thermiques pouvant nuire au fonctionnement de la turbomachine. L’invention propose ainsi une roue mobile de turbine pour une turbomachine d’aéronef s’étendant autour d’un axe et, comprenant : - un disque s’étendant autour de l’axe, - des aubes montées à la périphérie du disque, chaque aube comportant une pale reliée par une plateforme à un pied qui est engagé axialement dans une rainure de la périphérie du disque, - un flasque centré sur l’axe, le flasque comportant une partie périphérique interne de fixation au disque et une partie périphérique externe en appui axial contre le disque en regard des rainures, caractérisé en ce que chaque aube comprend une gorge orientée radialement vers l’intérieur et configurée pour recevoir un rebord annulaire externe de la partie périphérique externe du flasque. Ainsi, grâce à l’invention, on assure une protection d’une partie du flasque qui est sensible à la température, en particulier la périphérie externe du flasque. En effet, le rebord de la plateforme recouvrant la périphérie externe du flasque, la plateforme de l’aube, qui est en un matériau avec une meilleure tenue à la température que le matériau du flasque, remplit le rôle d’écran thermique. L’échauffement subit par la périphérie externe du flasque est ainsi diminué, ce qui permet en outre de limiter les contraintes tangentielles et donc de déformation du flasque. En outre, grâce à l’invention, on assure un gain de masse pour la roue de turbine. En effet, le rebord de la plateforme permet un arrêt axial de l’aube vers l’amont et l’aval, rendant superflue la présence d’un crochet formant une butée axiale en sommet de dent de disque pour retenir le pied. Ces crochets sont notamment complexes à concevoir et demandent des opérations d’usinage supplémentaires. L’invention permet donc de réduire les opérations d’usinage sur le disque. La roue mobile de turbine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - la plateforme comporte un premier becquet orienté axialement, et/ou le flasque comporte au moins un becquet orienté axialement, du côté opposé audit premier becquet ; - le flasque et la gorge de chaque aube s’étendent à l’amont par référence à l’écoulement des gaz de fonctionnement, le long de l’axe ; - la gorge est délimitée axialement par un rebord, le rebord étant globalement plan et s’étend dans un plan radial vis-à-vis de l’axe ; - le rebord est porté par la plateforme de l’aube ; - le rebord est venu de matière avec la plateforme ou est soudé à la plateforme de sorte à former la gorge ; - le flasque et les aubes sont réalisées dans des matériaux différents ; - le rebord annulaire du flasque a une épaisseur axiale inférieure à celle du reste du flasque ; - la partie périphérique interne du flasque comprend une portion cylindrique engagée axialement dans une rainure annulaire du disque, cette portion cylindrique comportant un rebord annulaire radialement interne qui est configuré pour être intercalé axialement entre le disque et un jonc annulaire fendu de verrouillage dans une gorge annulaire du disque ; - la portion cylindrique du flasque comprend une surface cylindrique externe de centrage configurée pour coopérer avec une surface cylindrique interne de la rainure du disque. La présente invention concerne également une turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins une roue de turbine telle que décrite précédemment. La présente invention concerne également un procédé de montage d’une roue de turbine telle que décrite ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à : a) monter les aubes les unes après les autres sur la partie périphérique externe du flasque de façon à ce que les rebords des aubes recouvrent axialement le rebord externe du flasque, de manière à former un ensemble ; b) monter l’ensemble sur le disque en engageant simultanément les pieds des aubes dans les rainures du disque ; et c) fixer la périphérie interne du flasque au disque. Le procédé selon l’invention peut comprendre la caractéristique suivante : - l’étape c) comprend l’engagement axial de la portion cylindrique du flasque dans la rainure du disque, puis le montage du jonc annulaire dans la gorge du disque. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi vue schématique en coupe d’une portion de turbine d’une turbomachine d’aéronef selon un premier montage classique ; la figure 2 est une vue schématique en perspective d’une aube de rotor de turbine selon un mode de réalisation de l’invention ; la figure 3 est une demi vue schématique en coupe d’une portion de turbine de turbomachine comprenant une aube de la figure 2 ; la figure 4 est un schéma-blocs illustrant des étapes d’un mode de réalisation du procédé de montage d’une roue de turbine de la figure 3. Description détaillée de l'invention Bien que l’exemple décrit concerne une turbine basse pression, il est clair que cet exemple n’est pas limitatif et donc que la roue de turbine pourrait être utilisée dans toute structure utilisant des roues mobiles. La figure 1 a été décrite dans ce qui précède. Afin de répondre aux contraintes liées à la modification de la structure d’une roue mobile de turbine, comme décrit dans ce qui précède, l’invention propose une structure de roue mobile de turbine telle qu’illustrée aux figures 2 et 3. On se réfère d’abord à la figure 2 qui illustre une vue schématique en perspective d’une aube 200 de rotor de turbine de turbomachine. Comme décrit précédemment pour la figure 1, une aube 200 comporte une pale 202 reliée par une plateforme 204 à une échasse 206, s’étendant radialement et prolongée radialement par un pied 208. Le pied 208 est configuré pour être monté dans une rainure de la périphérie d’un disque. La plateforme 204 comporte une paroi 210 principale tronconique prolongée à l’aval par un becquet 212 orienté axialement vers l’aval. La plateforme 204 est en outre dépourvue de becquet amont comme le becquet de la figure 1. En revanche, la plateforme 204 est pourvue d’un rebord 214 radial amont, orienté vers l’intérieur. Le rebord 214 est sensiblement plan et définit avec une seconde paroi 216 une gorge d’insertion destinée à recevoir un rebord annulaire d’un flasque. Autrement dit, le rebord 214 et la paroi 216 sont sensiblement parallèles et à distance l’un de l’autre. Le rebord 214 peut être venu de matière avec la plateforme 204, donc fabriqué dans un même matériau, ou bien être ajouté à la plateforme 204 par soudage. Les aubes 200 sont conçues pour être fabriquées dans un matériau présentant des caractéristiques particulières. Ce matériau doit répondre à des critères de résistance mécanique, de résistance thermique et être léger, comme par exemple un matériau composite à matrice céramique (C.M.C.). On se réfère à présent à la figure 3 qui est une demi vue schématique d’une portion de turbine 300 de turbomachine comprenant une roue 302 de turbine selon l’invention. Les éléments de la figure 3 déjà décrits en référence à la figure 2 sont désignés par les mêmes références. Cette roue 302 comporte des aubes 200, situées en périphérie et décrites à la figure 2, un disque 304 et un flasque 306 annulaire. La roue 302 mobile du rotor est comprise entre deux parties fixes du stator 308. Le disque 304 est centré sur l’axe de rotation du rotor et comporte en outre une bride 310 aval annulaire reliée au disque par une paroi 312 tronconique. Cette bride 310 aval peut être fixée à une bride amont, non représentée, d’un autre disque. Le disque 304 comporte en outre au moins une léchette 314, située sur la face externe de la paroi 312, qui coopère avec un ou plusieurs blocs 316 de matériau abradable, placés dans le prolongement radial d’une aube du stator 308, de manière à former un joint d’étanchéité permettant de limiter l’écoulement des gaz en fonctionnement. Le disque 304 comporte également une rainure 318 annulaire ainsi qu’une gorge 320 annulaire, ménagées dans la face amont du disque 304. La rainure 318 et la gorge 320 se trouvent au droit l’une de l’autre. La rainure 318 et la gorge 320 sont respectivement destinées à recevoir une portion cylindrique 322 du flasque 306 et un jonc 324 annulaire de verrouillage. Le disque 304 est généralement constitué en un matériau métallique pouvant être par exemple à base de nickel. Le flasque 306 annulaire est monté en partie amont du disque 304 dans l’exemple représenté. Le flasque 306 est conçu en un matériau similaire ou identique à celui constituant le disque 304. Le flasque 306 comporte un rebord 326 annulaire situé sur la périphérie externe du flasque 306. L’épaisseur axiale de ce rebord 326, qui s’étend radialement, est inférieure à l’épaisseur du reste du flasque 306 de sorte que le rebord 326 puisse s’engager radialement dans la gorge d’insertion définit par le rebord 214 et la paroi 216 de la plateforme 204 de l’aube 200. Le montage du rebord 326 dans la gorge d’insertion est ajusté de sorte qu’aucun jeu axial ne subsiste entre le rebord 326 et le rebord 214 d’une part et d’autre part entre le rebord 326 et la paroi 216. Le rebord 326 est ainsi recouvert par le rebord 214, ce qui permet d’assurer une protection thermique du rebord 326, en particulier une protection contre les gaz chauds traversant la turbine. En effet, le rebord 326 du flasque 306 et le rebord 214 de la plateforme 204 sont réalisés en des matériaux différents qui ont des propriétés de tenue à la température différentes. Il est préféré que le matériau constituant la plateforme 204, et par conséquent le rebord 214, possède une meilleure tenue à la température que le matériau du flasque. En d’autres termes, le rebord 214 remplit le rôle d’un écran thermique pour le rebord 326 du flasque 306. L’échauffement subit par la périphérie externe du flasque 306 est ainsi diminué, ce qui permet en outre de limiter le risque d’avoir un gradient thermique trop élevé au niveau du flasque 306 ainsi que les contraintes de cisaillement et donc de déformation du flasque 306. En outre, la coopération entre le rebord 326 et le rebord 214 permet un arrêt axial de l’aube 200 vers l’amont et vers l’aval. Le rebord 326 peut comporter à sa périphérie externe une surépaisseur axiale destinée à supprimer tout jeu axial, comme évoqué dans ce qui précède. Le flasque 306 comporte en outre un becquet 328 orienté axialement vers l’amont. Autrement dit, le becquet 328 du flasque est localisé du côté opposé au becquet 212 de l’aube 200. Le becquet 328 est positionné de telle sorte qu’il coopère avec une première cavité 330 axiale ménagée dans une aube 308 du stator. Le becquet 328 et la cavité 330 formant une chicane permettant de limiter le passage des gaz en fonctionnement. Similairement, le becquet 212 de la plateforme 204 coopère avec une seconde cavité 332 axiale ménagée dans une aube 308 du stator de sorte à former une chicane. La première cavité 330 est située en aval de l’aube 308 et la seconde cavité 332 en amont de cette même aube 308. Le flasque 306 comporte également une gorge 336 annulaire sur sa face aval. La gorge 336 est configurée pour loger un joint 338 annulaire d’étanchéité venant en appui sur le flasque 306 et la paroi amont des dents du disque 304. En fonctionnement de la turbine 300, la force centrifuge liée à la rotation du rotor permet de maintenir le joint 338 en place et ainsi assurer une étanchéité entre le flasque et le disque. La portion 322 cylindrique située sur la périphérie interne du flasque 306 est destinée à être engagée dans la rainure 318 du disque 304 et comprend en outre un rebord 334 annulaire radialement interne et une surface 340 cylindrique externe de centrage. Cette surface 340 de centrage permet de centrer le flasque 306 par rapport au disque 304 en coopérant, par un montage ajusté, avec une surface 342 cylindrique interne de la rainure 318 tandis que le rebord 334 est configuré pour être intercalé axialement entre le disque 304 et le jonc 324. Le jonc 324 de verrouillage est un joint annulaire fendu afin de pouvoir être logé dans la gorge 320 du disque 304. Le jonc 324 permet de maintenir axialement le rebord 334 annulaire du flasque 306 au fond de la rainure 318. De la sorte, le flasque 306 est maintenu en place contre le disque 304. On comprend à la lecture de ce qui précède que le flasque 306 annulaire est solidaire du disque 304 au niveau de sa périphérie interne grâce au jonc 324 et est maintenu contre les dents du disque 304 au niveau de sa périphérie externe grâce à la gorge formée par le rebord 214 et la paroi 216. Ainsi maintenu, le flasque 306 limite l’exposition des dents du disque 304 aux gaz chauds circulant dans la turbine 300. Dans un autre mode de réalisation, non représenté ici, le flasque 306 comporte une bride annulaire s’étendant vers l’amont de la turbine. Cette bride peut être fixée à une bride amont du disque 304 au moyen d’une fixation de type vis/écrou. La Demanderesse a également mis au point un procédé permettant le montage d’une roue de turbine de turbomachine d’aéronef. On se réfère à présent à la figure 4 illustrant les étapes du procédé 400 mis en œuvre pour monter une roue 302 de turbine telle que décrite dans ce qui précède. Au cours d’une étape 401, les aubes 200 sont montées les unes après les autres sur la partie périphérique externe du flasque 306 de façon à ce que les rebords 214 des aubes 200 recouvrent axialement le rebord 326 externe du flasque 306. L’association des aubes 200 et du flasque 306 constitue un ensemble. Au cours d’une étape 402, l’ensemble est monté sur le disque 304 en engageant simultanément les pieds 208 des aubes 200 dans les rainures situées en périphérie du disque 304. Au cours d’une étape 403, la périphérie interne du flasque 306 est fixée au disque 304. Dans cette étape, la portion 322 cylindrique du flasque 306 est insérée dans la rainure 318 du disque 304. Le jonc 324 annulaire fendu est alors monté dans la gorge 320 du disque 304. Un outil est utilisé axialement pour faire pression sur le jonc 324 de sorte que la surface 340 cylindrique externe de centrage de la portion 322 coopère avec la surface 342 cylindrique interne de la rainure 318. En d’autres termes, le montage est ajusté. Le jonc 324 coopère en outre avec le rebord 334 annulaire radialement interne de la portion 322 pour retenir axialement le flasque dans la rainure 318. À l’issue du procédé 400 de montage, les aubes 200, le disque 304, le flasque 306 et le jonc 324 sont assemblés ensemble. Ils forment alors la roue 302 de turbine et sont aptes à se mouvoir en rotation autour de l’axe du rotor de la turbine 300. En outre, à l’issue du procédé 400, la périphérie externe du flasque 306, en particulier le rebord 326, est protégée thermiquement contre les gaz chauds circulant dans la turbine 300. À l’issue du procédé 400, les aubes 200 sont également retenues axialement par l’interaction entre le rebord 326 du flasque 306 et le rebord 214 des aubes 200. Autrement dit, les aubes sont retenues par le flasque tant vers l’amont que vers l’aval. Un tel procédé peut être reproduit plusieurs fois afin de monter successivement plusieurs roues contribuant à la fabrication d’une turbine de turbomachine. Roue mobile (302) de turbine pour une turbomachine d’aéronef s’étendant autour d’un axe (X) et comprenant : un disque (304) qui s’étend autour de l’axe (X), des aubes (200) montées à la périphérie du disque (304), chaque aube (200) comportant une pale (202) reliée par une plateforme (204) à un pied (208) qui est engagé axialement dans une rainure de la périphérie du disque (304), un flasque (306) centré sur l’axe (X), ledit flasque (306) comportant une partie périphérique interne de fixation au disque (304) et une partie périphérique externe en appui axial contre le disque (304) en regard desdites rainures, caractérisée en ce que chaque aube (200) comprend, une gorge orientée radialement vers l’intérieur et configurée pour recevoir un rebord (326) annulaire externe de la partie périphérique externe dudit flasque (306). Roue mobile (302) de turbine selon la revendication précédente, dans laquelle la plateforme (204) comporte un premier becquet (212) orienté axialement qui s’étend selon un premier côté de la roue mobile, et/ou le flasque (306) comporte au moins un becquet (328) orienté axialement, selon un deuxième côté de la roue mobile opposé au premier côté. Roue mobile (302) de turbine selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le flasque (306) et la gorge de chaque aube (200) s’étendent à l’amont par référence à l’écoulement des gaz en fonctionnement, le long de l’axe (X). Roue mobile (302) de turbine selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la gorge est délimitée axialement par un rebord (214), le rebord (214) étant globalement plan et s’étend dans un plan radial vis-à-vis de l’axe (X). Roue mobile (302) de turbine selon la revendication précédente, dans laquelle le rebord (214) est porté par la plateforme (204) de l’aube (200). Roue mobile (302) de turbine selon l’une des revendications 3 ou 4, dans laquelle le rebord (214) est venu de matière avec la plateforme (204) ou est soudé à la plateforme (204) de sorte à former ladite gorge. Roue mobile (302) de turbine selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la partie périphérique interne du flasque (306) comprend une portion (322) cylindrique engagée dans une rainure (318) annulaire du disque (304), cette portion (322) cylindrique comportant un rebord (334) annulaire radialement interne qui est configuré pour être intercalé axialement entre le disque (304) et un jonc (324) annulaire fendu de verrouillage engagé dans une gorge (320) annulaire du disque (304). Roue mobile (302) de turbine selon la revendication précédente, dans laquelle la portion (322) cylindrique du flasque (306) comprend une surface (340) cylindrique externe de centrage configurée pour coopérer avec une surface (342) cylindrique interne de ladite rainure (318) du disque (304). Roue mobile de turbine selon l’une des revendications 1 à 8, dans laquelle le flasque (306) est fixé par bridage au disque (304). Turbomachine d’aéronef, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins une roue mobile (302) de turbine selon l’une des revendications précédentes. Procédé de montage d’une roue mobile (302) de turbine selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à : monter les aubes (200) les unes après les autres sur la partie périphérique externe du flasque (306) de façon à ce que les rebords (214) des aubes recouvrent axialement le rebord (326) externe du flasque (306), de manière à former un ensemble ; monter l’ensemble sur le disque (304) en engageant simultanément les pieds (208) des aubes (200) dans les rainures du disque (304) ; et fixer la périphérie interne du flasque (306) au disque (304). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, la roue mobile (302) étant telle que définie à la revendication 7 ou 8, l’étape c) comprend l’engagement axial de la portion (322) cylindrique du flasque (306) dans la rainure (318) du disque (304) puis le montage du jonc (324) annulaire dans la gorge (320) du disque.