Brevet FR3113300A1 — publié le 20220211

Aubage de rotor de turbomachine Un aspect de l’invention concerne un aubage de rotor de turbomachine comportant une pluralité d’aubes (15) montées circonférentiellement autour d’un disque (12), chaque aube comportant une pale (100) s’étendant entre un pied (200) adapté pour s’emboiter dans le disque (12) et un talon (300) comportant une plateforme (310). L’aubage de rotor comporte en outre un collier de maintien (400) monté autour de l’aubage et porté par la plateforme (310) de chacune des aubes de l’aubage de sorte à éviter tout déplacement axial des talons d’aubes (300). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4 Aubage de rotor de turbomachine DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne un aubage de rotor de turbomachine dans lequel un collier de maintien vient ceinturer l’aubage pour limiter les jeux entre aubes adjacentes. Elle concerne également une turbine basse pression comportant un rotor équipé d’un tel aubage et une turbomachine équipée d’une telle turbine. L’invention trouve des applications dans le domaine de l’aéronautique et, notamment, des turbomachines aéronautiques. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Une turbomachine, par exemple un turboréacteur, comprend généralement une soufflante, un compresseur, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine et une tuyère. La turbine récupère une partie des gaz sortant de la chambre de combustion. Ces gaz se détendent dans le stator, ou distributeur, qui accélère leur écoulement et le dirige vers le rotor. Comme représenté sur la , chaque étage 30 de la turbine comporte un stator 20 et un rotor 10. Le rotor 10 comporte un disque 12, appelé aussi moyeu, qui est mobile autour de l’axe central XX et qui entraîne, en rotation, un aubage. L’aubage comporte une pluralité d’aubes 15 mobiles – ou aubes de rotor - montées les unes à côté des autres, sur la circonférence du disque 12. Chaque aube 15 de l’aubage comporte, comme représenté sur la , une pale 100 qui s’étend globalement suivant l’axe radial YY et qui est balayée par les gaz. La pale 100 comporte, à une extrémité interne (c'est-à-dire à son extrémité la plus proche de l’axe XX), un pied 200 par lequel elle est solidarisée au disque 12 et, à une extrémité externe (c'est-à-dire à son extrémité la plus éloignée de l’axe XX), un talon 300 conçu pour assurer l’étanchéité de la veine de gaz - dans laquelle tourne le rotor - avec le carter 40 de la turbomachine. Le talon 300 comporte une plateforme 310 s’étendant dans un plan globalement perpendiculaire à l’axe radial YY et conçue pour être alignée circonférentiellement avec les plateformes 310 des talons des autres aubes de l’aubage. Chaque plateforme 310 de talon d’aube comporte des léchettes 320 en saillie. Les léchettes 320, généralement au nombre de deux, sont des lamelles positionnées l’une en amont (léchette 321) et l’autre en aval (léchette 322) de la plateforme 310 et qui s’étendent radialement vers l’extérieur du rotor depuis ladite plateforme. Les léchettes 320 sont généralement réalisées de sorte à être bord à bord avec les léchettes des aubes adjacentes du rotor afin que l’ensemble des léchettes amont 321 d’un aubage de rotor forment un anneau d’étanchéité amont et l’ensemble des léchettes aval 322 de l’aubage de rotor forment un anneau d’étanchéité aval. Chaque plateforme 310 de talon d’aube comporte des zones de contact 330 positionnées latéralement, suivant la direction circonférentielle, de part et d’autre de ladite plateforme pour permettre, notamment, à deux plateformes adjacentes d’entrer en contact l’une avec l’autre sans s’abimer. Ces zones de contact, généralement les parois latérales de la plateforme du talon d’aube sont habituellement recouvertes d’un alliage de cobalt, de chrome, de tungstène et de carbone, appelé « stellite ®», dont la particularité est d’être extrêmement dur et inoxydable. Par abus de langage, il est courant que ces zones de contact 330 soient appelées elle-même « stellite ». Les aubes présentent généralement une pré-torsion, ou précontrainte, qui permet aux zones de contact 330 de rester en contact les unes avec les autres de sorte à amortir le premier mode vibratoire de flexion et éviter une rupture des aubages en dynamique, en particulier lors de la mise en résonnance. Les zones de contact 330 présentent généralement une forme non rectiligne, par exemple une forme dite « en Z ». Chaque plateforme 310 comporte, sur une face latérale, une zone de contact de forme femelle et, sur l’autre face latérale, une zone de contact de forme male, apte à s’emboiter dans la zone de contact de forme femelle de la plateforme adjacente. Un exemple de plateforme 310, sans léchettes mais avec des zones de contact en forme de Z, est représenté sur la . Comme représenté sur cette , lorsque les zones de contact ont une forme en Z, la zone de contact male 330a formée sur une première face de la plateforme 310a comporte une zone pointue Z1 (c'est-à-dire l’angle du Z) et la zone de contact femelle 330b formée sur une seconde face de la plateforme 310b comporte une zone dégagée Z2, dont la forme est complémentaire de celle de la zone pointue Z1. La zone pointue Z1 de la plateforme 310a est alors adaptée pour s’emboiter dans la zone dégagée Z2 de la plateforme 310b adjacente. Lorsque les plateformes 310 de toutes les aubes mobiles du rotor sont emboitées les unes dans les autres, elles forment ensemble une couronne radiale à l’extrémité de l’aubage. Cependant, en fonctionnement, sous l’effet de la dilatation thermique et des vibrations, les aubes mobiles 15 peuvent subir des interférences avec les autres pièces de la turbomachine et ne pas revenir, en fin de la rotation, à leur position initiale. Les zones de contact mâle et femelle de deux aubes adjacentes ne sont alors plus en contact et le talon d’une des aubes est déporté axialement. Il existe alors, non seulement une perte de contact des zones de contact entre elles, mais également un jeu entre les talons d’aube. Ce jeu entre les talons d’aubes peut être à l’origine d’un déplacement axial d’une ou même de plusieurs des aubes comme, par exemple, un chevauchement ou un déboitement qui peut engendrer un contact dommageable entre l’aube et le stator amont ou aval. En effet, le déboitement ou le chevauchement d’une aube conduit nécessairement à un fonctionnement anormal non-amorti de l’aubage et/ou à la dépose et au démontage du turbomoteur pour remettre les talons dans la bonne position. En effet, un fonctionnement anormal de l’aubage peut mener à des fuites importantes de débit hors de la veine gazeuse ou à un dommage conséquent du disque aubagé, provoquant le blocage du turbomoteur en vol ou la dégradation partielle ou totale de la turbine. Une maintenance supplémentaire de la turbine est nécessaire avec dépose des pièces voire changement de pièces. En effet, si un talon d’aube déporté n’est pas remis en position au plus vite, tout déplacement de ce talon d’aube peut conduire à une rupture dynamique de l’aube et une panne moteur (appelée « In-Flight Shut Downs (IFSD) » en termes anglo-saxons). Il existe donc un réel besoin d’un dispositif permettant d’éviter le déport axial des talons d’aubes pendant le fonctionnement du rotor. Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus de déboitement ou de chevauchement d’une aube mobile de rotor, le demandeur propose un aubage de rotor dans lequel un collier de maintien est monté circonférentiellement sur les plateformes des aubes de sorte à maintenir les talons d’aubes dans leur positionnement initial. Selon un premier aspect, l’invention concerne un aubage de rotor de turbomachine comportant une pluralité d’aubes montées circonférentiellement autour d’un disque, chaque aube comportant une pale s’étendant entre un pied adapté pour s’emboiter dans le disque et un talon comportant une plateforme. Cet aubage de rotor se caractérise par le fait qu’il comporte un collier de maintien monté autour de l’aubage et porté par la plateforme de chacune des aubes de l’aubage de sorte à éviter tout déplacement axial des talons d’aubes. Le collier de maintien installé autour de l’aubage de rotor permet de maintenir les talons d’aubes dans leur positionnement initial et, ainsi, d’éviter tout risque de déport axial desdits talons d’aubes. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, l’aubage de rotor selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : chaque plateforme (310) porte une léchette amont (321) et une léchette aval (322) adaptées pour coopérer avec un anneau abradable (50) et le collier de maintien est logé dans une cuvette s’étendant entre la léchette amont et la léchette aval de chaque plateforme de talon d’aube. le collier de maintien présente une épaisseur inférieure à une distance entre l’anneau abradable et la plateforme du talon de chaque aube. le collier de maintien comporte une sangle s’étendant entre deux extrémités et au moins un dispositif de serrage assurant une liaison solidaire entre les deux extrémités de la sangle. le collier de maintien comporte au moins un ressort monté entre une des extrémités de la sangle et le dispositif de serrage. le collier de maintien est réalisé dans un matériau dont le coefficient de dilatation est sensiblement équivalent au coefficient de dilatation du matériau dans lequel sont réalisés les talons d’aubes. le collier de maintien est métallique. la cuvette du talon d’aube est constituée ou recouverte avec un matériau à faible coefficient de frottement. Un deuxième aspect de l’invention concerne une turbine, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un rotor équipé d’un aubage tel que défini ci-dessus. Un troisième aspect de l’invention concerne une turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins une turbine telle que définie précédemment. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles : La , déjà décrite, représente une vue schématique de profil d’un étage d’une turbine selon l’art antérieur ; La , déjà décrite, représente une vue schématique de profil d’une aube de rotor selon l’art antérieur ; La , déjà décrite, représente une vue schématique de profil d’une plateforme de talon d’aube selon l’art antérieur ; La représente une vue schématique en coupe d’un talon d’aube équipé d’un collier de maintien selon l’invention ; La représente deux vues schématiques d’un exemple de collier de maintien selon l’invention, respectivement, lorsque les extrémités de la sangle du collier de maintien sont attachées par le dispositif de serrage (dessins A) et lorsqu’elles ne sont pas attachées (dessins B) ; La représente une vue schématique d’un premier exemple d’attache du collier de maintien de la ; La représente une vue schématique d’un deuxième exemple d’attache du collier de maintien de la ; La représente une vue schématique d’un troisième exemple d’attache du collier de maintien de la ; et La représente une vue schématique de la répartition des attaches sur un collier de maintien selon la . DESCRIPTION DETAILLEE Un exemple de réalisation d’un aubage de rotor de turbomachine, configuré pour éviter le déport axial des talons d’aubes, est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple. Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées. L’invention propose un aubage de rotor dans lequel est monté un collier de maintien des talons d’aubes dudit aubage, ce collier de maintien assurant la retenue des talons d’aubes dans leur positionnement initial. La représente un exemple d’une portion de cet aubage avec le collier de maintien. Elle représente, en particulier, une vue en coupe de la partie externe d’une aube mobile 15 avec sa pale 100 à l’extrémité de laquelle s’étend le talon 300. Le talon 300 de l’aube mobile 15 comporte une plateforme 310 qui s’étend dans un plan globalement perpendiculaire à l’axe radial YY, avec une inclinaison vers l’amont ou vers l’aval. On entend par « globalement perpendiculaire » un plan formant, avec l’axe radial YY, un angle aigu compris entre environ +45° et -45° par rapport à l’axe radial. La plateforme 310 du talon d’aube 300 comporte des léchettes amont 321 et aval 322, qui s’étendent radialement vers l’extérieur du rotor depuis ladite plateforme. Les léchettes 321, 322 sont conçues pour assurer l’étanchéité de la veine gazeuse au droit du rotor. Pour cela, les léchettes 321, 322 sont positionnées suivant un jeu prédéfini, en regard de l’anneau de turbine 50 portant l’abradable, appelé aussi anneau abradable. La plateforme 310 comporte, entre la léchette amont 321 et la léchette aval 322, un espace inter-léchettes plan ou incurvé formant, avec les faces en regard des léchettes, une cuvette 340. Comme expliqué plus en détail par la suite, cette cuvette 340 est destinée à recevoir le collier de maintien 400. Le collier de maintien 400 de l’aubage est porté par l’ensemble des plateformes 310 des talons d’aubes 300 et comporte une sangle 410 et au moins un dispositif de serrage 420. Sur la , un seul talon d’aube 300 est représenté qui porte le collier de maintien 400 ; il est bien entendu que tous les talons d’aubes du rotor sont identiques et qu’ils portent tous le collier de maintien 400 de la même façon que le talon 300 représenté sur la , certains talons portant uniquement la sangle 410 du collier de maintien, d’autres (comme celui représenté sur la ) portant la sangle 410 et la totalité ou une partie du dispositif de serrage 420. Selon certains modes de réalisation, la cuvette 340 du talon d’aube 300 peut être constituée d’un matériau à faible coefficient de frottement ou recouverte d’un revêtement de matériau à faible coefficient de frottement comme, par exemple, de la céramique. Un tel matériau à faible coefficient de frottement, appelé aussi matériau anti-usure, permet de limiter l’usure de la sangle 410 sur les talons d’aubes 300. La représente un exemple de collier de maintien 400 comportant une sangle 410 et un dispositif de serrage 420. La partie A de la montre un collier de maintien lorsque la sangle 410 est fixée dans le dispositif de serrage 420. La partie B de la montre le collier de maintien 400 avant que la sangle 410 ne soit mise dans une forme circulaire et fixée dans le dispositif de serrage 420. Les dimensions du collier de maintien 400, montré en , ne sont pas conformes à la réalité, notamment la longueur de la sangle est réduite pour des raisons de lisibilité de la figure. L’homme du métier comprendra, à la lecture de cette description, que la sangle a une longueur au moins égale à la circonférence de l’aubage du rotor de sorte que la sangle 410 avec le dispositif de serrage 420 soient aptes à entourer l’ensemble des aubes formant l’aubage de rotor. La sangle 410 du collier de maintien 400 est une courroie de forme circulaire, en matériau métallique ou en tout autre matériau capable de supporter les conditions imposées par le milieu ambiant régnant au sein de la turbine et notamment la pression, la température, la vitesse de rotation, etc. De préférence, le matériau dans lequel est réalisé la sangle 410 est un matériau dont le coefficient de dilatation est proche de celui des pièces à maintenir, à savoir les talons d’aubes 300, et qui supporte les températures régnant dans la veine gazeuse. La sangle 410 est d’une longueur L égale ou supérieure à la circonférence de la couronne d’aubes mobiles, d’une largeur l inférieure à la distance inter-léchettes k et d’une épaisseur e inférieure à la distance entre le fond de la cuvette 340 et l’anneau abradable 50. En effet, comme évoqué précédemment, le collier de maintien 400 est porté par les talons 300 des aubes du rotor ; il ne doit cependant pas perturber le fonctionnement habituel de la turbine. Pour cela, la sangle 410 du collier de maintien est posée sur les plateformes 310 des talons 300, entre les léchettes amont 321 et aval 322. Autrement dit, la sangle 410 est logée dans la cuvette 340 de chaque talon d’aube 300 de sorte à ne pas entraver la rotation des aubes et ne pas impacter le jeu entre les léchettes 321, 322 des talons et l’anneau abradable 50. Dans l’exemple de la , la sangle 410 est une courroie en métal dont les extrémités sont attachées au moyen d’un dispositif de serrage 420 également métallique. Pour limiter le surplus de masse généré par l’ajout du collier de maintien 400 au sein du rotor, la sangle en métal 410 peut être ajourée et comporter une pluralité d’orifices 411, de formes identiques ou différentes, sur tout ou partie de ladite sangle. Dans cet exemple, l’épaisseur e de la sangle est inférieure à 5mm afin d’être entièrement logée dans la cuvette 340 du talon d’aube. Le dispositif de serrage 420 est un dispositif, fixe ou amovible, permettant de relier les deux extrémités 412 de la sangle 410 l’une avec l’autre de façon à maintenir le collier de maintien fermé. Ce dispositif de serrage 420 permet non seulement d’attacher les deux extrémités 412 de la sangle 410 mais également d’adapter la longueur de la sangle 410 à la circonférence de l’aubage de sorte que la sangle repose sur le fond de chacune des cuvettes 340 des talons d’aubes 300. L’attache des deux extrémités 412 de la sangle 410 peut être réalisée au moyen de divers dispositif de serrage 420. Des exemples de dispositif de serrage 420 sont représentés sur les figures 5 et 6. Dans ces exemples, le dispositif de serrage 420 est un système de type vis-écrou comportant au moins un embout 321 traversé au moins partiellement par une vis 423 et/ou un écrou 424. Dans l’exemple de la , un seul embout 421 est monté autour des deux extrémités 412 de la sangle 410 et verrouillé sur la sangle au moyen d’un écrou 424 et d’une vis 423. Une bague de serrage 425, montée autour du filetage de la vis 423, peut assurer, conjointement avec l’écrou 424, un réglage affiné de la longueur de la sangle 410. Dans l’exemple de la , un embout 422 est monté à chaque extrémité de la sangle 410, les deux embouts 422 étant reliés par l’ensemble vis 423 et écrou 424. Comme précédemment, une bague de serrage 425, montée autour du filetage de la vis 423, peut assurer un réglage affiné de la longueur de la sangle 410. Dans un autre exemple, représenté sur la , le dispositif de serrage 420 est du type tendeur à cliquet. Dans cet exemple, le tendeur à cliquet 426 est fixé à une extrémité 412 de la sangle 410, l’autre extrémité de la sangle étant enroulée dans le tendeur à cliquet 426 jusqu’à ce que la sangle soit à la longueur choisie. Dans certains modes de réalisation, par exemple lorsque la sangle 410 est réalisée dans un matériau dont le coefficient de dilatation n’est pas identique à celui des talons d’aubes, le dispositif de serrage 420 peut être adapté pour permettre une dilatation et/ou une compression du collier de maintien 400. Pour cela, le collier de maintien 400 comporte au moins un ressort 430 monté entre le dispositif de serrage 420 et l’une des extrémités 412 de la sangle 410. Un exemple d’un collier de maintien 400 équipé de deux ressorts 430 est représenté sur la . Dans cet exemple, un ressort 430 est monté de part et d’autre du dispositif de serrage 420, entre ledit dispositif de serrage et une extrémité 412 de la sangle 410. Pour augmenter le coefficient de dilatation/compression et/ou répartir la capacité de compression/dilatation sur la longueur du collier de maintien 400, la sangle 410 peut être divisée en plusieurs portions concentriques, reliées deux par deux au moyen d’un dispositif de serrage 420 associé à un ou deux ressorts 430. La raideur du ou des ressorts 430 est déterminée en fonction du coefficient de dilatation/compression à obtenir et du nombre de ressorts intégrés dans le collier de maintien 400. Des exemples de répartition, sur un collier de maintien 400, des dispositifs de serrage associés chacun à au moins un ressort 430 sont représentés sur la . Cette montre que lorsque trois ensembles D3, formés chacune d’un dispositif de serrage et d’un ou deux ressorts 430, sont répartis sur le collier de maintien 400, ils peuvent être espacés d’environ 120° les uns des autres. Lorsque quatre ensembles D2, formés chacune d’un dispositif de serrage et d’un ou deux ressorts 430, sont répartis sur le collier de maintien 400, ils peuvent être espacés d’environ 90° les uns des autres. Lorsque quatre ensembles D1, formés chacune d’un dispositif de serrage et d’un ou deux ressorts 430, sont répartis sur le collier de maintien 400, ils peuvent être espacés d’environ 72° les uns des autres. Quel que soit le nombre de dispositifs de serrage 420, la sangle 410 est montée sur les talons d’aubes 300 après que les aubes aient été montées sur le disque 12 du rotor et que le jeu circonférentiel soit contrôlé. Le/les dispositifs de serrage 420 sont ensuite ajustés de sorte que la sangle 410 soit positionnées sur le fond de chacune des cuvettes 340 des talons d’aubes. Quel que soit le mode de réalisation, le collier de maintien 400 de l’aubage de rotor qui vient d’être décrit peut être monté dans une turbine d’aéronef et notamment une turbine basse pression. Ce collier de maintien 400 permet d’éviter les pertes de performances du rotor et donc de maximiser et d’optimiser l’utilisation de la turbine, tout en garantissant un fonctionnement plus sain des aubages. Ce collier de maintien 400 permet, sans aucune modification de la cinématique de montage de la turbine, un gain financier car les déposes de turbines et les pièces à changer sont moindres. Bien que décrit à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, l’aubage de rotor selon l’invention comprend divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention. Aubage de rotor de turbomachine comportant une pluralité d’aubes (15) montées circonférentiellement autour d’un disque (12), chaque aube comportant une pale (100) s’étendant entre un pied (200) adapté pour s’emboiter dans le disque (12) et un talon (300) comportant une plateforme (310), caractérisé en ce qu’il comporte en outre un collier de maintien (400) monté autour de l’aubage et porté par la plateforme (310) de chacune des aubes de l’aubage de sorte à éviter tout déplacement axial des talons d’aubes (300). Aubage de rotor selon la revendication 1, dans lequel chaque plateforme (310) porte une léchette amont (321) et une léchette aval (322) adaptées pour coopérer avec un anneau abradable (50), caractérisé en ce que le collier de maintien (400) est logé dans une cuvette (340) s’étendant entre la léchette amont (321) et la léchette aval (322) de chaque plateforme (310) de talon d’aube. Aubage de rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le collier de maintien (400) présente une épaisseur (e) inférieure à une distance entre un anneau abradable (50) et la plateforme (310) du talon de chaque aube. Aubage de rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le collier de maintien (400) comporte une sangle (410) s’étendant entre deux extrémités (412) et au moins un dispositif de serrage (420) assurant une liaison solidaire entre les deux extrémités de la sangle. Aubage de rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que le collier de maintien (400) comporte au moins un ressort (430) monté entre une des extrémités (412) de la sangle (410) et le dispositif de serrage (420). Aubage de rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le collier de maintien (400) est réalisé au moins partiellement dans un matériau dont le coefficient de dilatation est sensiblement équivalent au coefficient de dilatation du matériau dans lequel sont réalisés les talons d’aubes (300). Aubage de rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le collier de maintien (400) est métallique. Aubage de rotor selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu’une cuvette (340) du talon d’aube est constituée ou recouverte avec un matériau anti-usure. Turbine, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un rotor (10) équipé d’un aubage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins une turbine selon la revendication 9.