Brevet FR3111657A1 — publié le 20211224

La présente invention concerne un rotor de turbine de turbomachine d’aéronef, comprenant : - un disque de rotor amont, - un disque de rotor aval comprenant à sa périphérie une pluralité d’alvéoles de réception de pieds d’aubes, - un anneau d’étanchéité (6) muni d’une bride radiale annulaire (61), sur la face aval (613) de laquelle une pluralité de lunules (614) est formée. Ce rotor est remarquable en ce que l’anneau d’étanchéité (6) comprend sur la face aval (613) de sa bride radiale (61), une gorge annulaire (616) joignant les différentes lunules (614) et une pluralité de canaux d’injection d’air (617) qui s’étendent radialement vers l’extérieur depuis ladite gorge annulaire (616), cet anneau d’étanchéité (6) étant assemblé entre le disque de rotor amont et le disque de rotor aval, de façon à former un circuit de refroidissement desdites alvéoles mettant en communication fluidique une cavité radialement interne du rotor avec lesdites alvéoles, le circuit de refroidissement comprenant lesdites lunules (614), la gorge annulaire (616) et les canaux d’injection d’air (617). Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Rotor de turbine de turbomachine muni d’un circuit de refroidissement. DOMAINE DE L'INVENTION L'invention se situe dans le domaine de l’aéronautique. La présente invention concerne le refroidissement d’un disque de rotor d’une turbine d’une turbomachine (telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur), destinée à équiper les aéronefs et plus précisément le refroidissement du point d’attache des aubes de ce disque. La turbine est de préférence une turbine basse pression. ETAT DE LA TECHNIQUE De manière classique, une turbomachine à double corps comprend d'amont en aval, successivement un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression, qui sont traversés par un flux de gaz. Une turbomachine à simple corps comprend successivement un unique compresseur, chambre de combustion et turbine. Une turbine de turbomachine comprend un ou plusieurs étages, chaque étage comprenant un distributeur et un disque de rotor. La figure 1 jointe illustre un exemple de réalisation d’une partie d’une turbine de turbomachine. Cette turbomachine présente un axe principal longitudinal X-X’, qui correspond également à l’axe de révolution des disques de rotor. Dans la suite de la description et des revendications, l’amont AM et l’aval AV correspondent au sens de l’écoulement des gaz à travers la turbomachine en fonctionnement (représenté par la flèche V). Par ailleurs, les directions axiales et radiales font référence à l’axe X-X’ de la turbomachine. Sur la figure 1, on peut voir une partie de deux disques de rotor successifs, à savoir un disque de rotor amont 1 et un disque de rotor aval 2. Chaque disque de rotor 1, 2 porte à sa périphérie des aubes radiales, respectivement 10 et 20. Pour ce faire, chaque disque présente à la périphérie de son moyeu, une série d’alvéoles (ou rainures) destinées à recevoir les pieds des aubes. Ainsi par exemple, sur la figure 2 jointe, on peut voir que le disque de rotor aval 2 présente une pluralité d’alvéoles 21, chaque alvéole pouvant recevoir par coulissement axial le pied d’une aube. En outre, un disque de distributeur 3 est intercalé entre les deux disques de rotor 1 et 2. Ce disque de distributeur 3 comprend une pluralité d’aubes radiales 30, dont l’extrémité radialement externe, (non visible sur la figure 1), est fixée sur un carter externe. Les différents disques du rotor 1, 2 sont assemblés entre eux et fixés sur un arbre de rotation, non représenté sur les figures, qui les entraîne simultanément en rotation. En outre, les disques de rotor 1, 2 sont assemblés entre eux par l’intermédiaire de bras. Ainsi, le disque de rotor amont 1 est muni d’un bras aval 11, qui comprend une virole annulaire 111 se prolongeant vers l’intérieur de la turbine par une bride annulaire radiale 112, elle-même percée d’une pluralité d’orifices 113. Le disque de rotor aval 2 est muni d’un bras amont 22, qui comprend une virole annulaire 221 se prolongeant vers l’intérieur de la turbine par une bride annulaire radiale 222, elle-même percée d’une pluralité d’orifices 223. On notera que sur la coupe de la figure 1 un seul orifice 113 et un seul orifice 223 sont visibles. La bride radiale 222 présente une face amont 224. Le bras aval 11 et le bras amont 22 sont fixés ensemble au moyen d’une vis d’assemblage 41 et d’un écrou 42, la vis 41 passant au travers des orifices 113 et 223. Le rotor comprend également un anneau d’étanchéité à labyrinthe 5 portant à sa périphérie des léchettes d’étanchéité annulaires 50, ces dernières coopérant avec un matériau abradable 31, porté par le pied des aubes 30, pour assurer l’étanchéité. L’anneau d’étanchéité 5 entoure les bras 11 et 22 respectivement du disque de rotor amont 1 et du disque de rotor aval 2. L’anneau d’étanchéité 5 comprend une bride annulaire radiale de fixation 51, qui s’étend radialement vers l’intérieur de la turbine, et qui est percée d’une pluralité d’orifices 510, (un seul étant visible sur la vue en coupe de la figure 1). L’anneau d’étanchéité 5 comprend également un bras amont 52 et un bras aval 53, qui s’étendent de part et d’autre de la bride 51. La bride 51 est fixée entre les deux brides 112 et 222, par l’intermédiaire des vis/écrous d’assemblage 41, 42 précités qui traversent les orifices 510. Pendant le fonctionnement de la turbomachine, la veine d'écoulement d'air de la turbine, (dans laquelle sont disposées les aubes 10, 20), est traversée par des gaz dont la température est très élevée. Les alvéoles des disques de rotor et les pieds des aubes qui y sont logés sont directement exposés à ces gaz. Il est donc nécessaire de les refroidir pour éviter tout endommagement des disques. À cet effet, il est connu de l’état de la technique de les refroidir par injection d’un flux d’air qui est prélevé en amont de la turbine, de préférence au niveau du compresseur de la turbomachine, plus précisément du compresseur haute pression dans le cas d’une turbomachine à double corps. Pour ce faire, des lunules 511 (ou lamages) sont réalisées sur la face aval 512 de la bride de fixation 51. Ces lunules 511 s’étendent radialement par rapport à l’axe X-X’ de la turbomachine. La bride de fixation radiale 51 et la bride radiale 222 du bras amont 22 disques de rotor 2 sont assemblées l’une contre l’autre, de façon que la face amont 224 de la bride 222 se trouve en regard de la partie inférieure de la lunule 511, ce qui permet de ménager un conduit de circulation de l’air de refroidissement. L’air de refroidissement, prélevé en amont, circule ainsi dans les différentes lunules 511, puis est guidé entre le bras aval 53 de l’anneau d’étanchéité 5 et la virole annulaire 221 du disque de rotor aval 2, jusqu’aux alvéoles 21, comme schématisé par la flèche F. Or, on constate que le refroidissement des alvéoles, et en conséquence celui des pieds des aubes qu’elles reçoivent, n’est pas homogène. La figure 2 schématique jointe représente la bride 51 de l’anneau d’étanchéité 5 et en arrière-plan le disque de rotor aval 2, muni de ses alvéoles 21 de réception des pieds d’aubes. Selon l’état de la technique décrit ci-dessus, l’air de refroidissement sort de chaque lunule 511, pour être distribué et dirigé vers les alvéoles 21. Or, on constate que les alvéoles situées le plus loin d’une lunule, c’est-à-dire à mi-chemin entre deux lunules successives 511, sont moins bien alimentées en air de refroidissement, que les alvéoles 21 qui se trouvent directement alignées radialement avec une lunule 511, comme schématisé sur la figure 2, par les flèches F plus larges pour représenter un flux d’air plus important et par les flèches F plus étroites pour représenter un flux d’air plus faible. En effet, la distance à parcourir entre une lunule 511 et une alvéole 21 centrale est plus importante et on observe des pertes de charges. En outre, l’air sortant d’une lunule tend à se réchauffer par convection avec les parois du bras aval 53 de l’anneau d’étanchéité 5 et la virole annulaire 221 du disque de rotor aval 2, avant d’atteindre l’alvéole 21 la plus éloignée de la lunule 511 dont il sort. En conséquence, dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure 2, les températures respectives T1 à T5 des alvéoles 21 respectivement la plus proche d’une lunule 511 à la plus éloignée sont croissantes, (en d’autres termes T5> T4> T3> T2> T1). Or, un mauvais refroidissement d’une alvéole 21 peut engendrer un fluage très important des dents 23 du disque de rotor situées de part et d’autre de cette alvéole 21 et peut même conduire à la libération de l’aube 20 que l’alvéole 21 est censée retenir. L’invention a donc pour but d’améliorer et d’homogénéiser le refroidissement des alvéoles de maintien des pieds d’aubes du disque de rotor. A cet effet, l’invention concerne un rotor de turbine de turbomachine d’aéronef, notamment de turbine basse pression, comprenant : - un disque de rotor amont, - un disque de rotor aval comprenant à sa périphérie une pluralité d’alvéoles configurées pour recevoir les pieds des aubes de ce disque de rotor aval, ce disque de rotor aval étant muni d’un bras amont annulaire, - un anneau d’étanchéité muni d’une bride radiale annulaire, sur la face aval de laquelle une pluralité de lunules est formée. Conformément à l’invention, l’anneau d’étanchéité comprend sur la face aval de sa bride radiale, une gorge annulaire joignant les différentes lunules et une pluralité de canaux d’injection d’air qui s’étendent radialement vers l’extérieur depuis ladite gorge annulaire, au moins un canal d’injection d’air étant disposé entre deux lunules successives, ladite bride radiale de l’anneau d’étanchéité est assemblée et fixée entre le disque de rotor amont et une bride radiale annulaire du bras amont du disque de rotor aval, de façon que sa face aval soit au contact de la face amont de la bride radiale annulaire de ce bras amont et définisse avec cette face amont, un circuit de refroidissement desdites alvéoles et des pieds des aubes du disque de rotor aval, mettant en communication fluidique une cavité radialement interne du rotor avec lesdites alvéoles, le circuit de refroidissement comprenant lesdites lunules, la gorge annulaire et les canaux d’injection d’air. Grâce à ces caractéristiques de l'invention, l’air de refroidissement reste plus longtemps dans la gorge annulaire, dont la température est plus faible que la température régnant au niveau des pieds des aubes, puis parcourt une distance moins importante avant d’atteindre les alvéoles à refroidir, via les canaux d’injection. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : - la gorge annulaire ménagée sur la face aval de la bride radiale de l’anneau étanchéité annulaire est positionnée radialement, de sorte que, lorsque l’anneau d’étanchéité et le disque de rotor aval sont assemblés, cette gorge annulaire se trouve intégralement en regard de la face amont de la bride radiale du bras amont du disque de rotor aval et délimite, avec cette face amont, une canalisation annulaire et que la partie inférieure de chaque canal d’injection d’air soit également disposée en regard de la face amont de la bride radiale du bras amont du disque de rotor aval ; - l’anneau d’étanchéité comprend autant de canaux d’injection d’air que le disque de rotor aval comprend d’alvéoles de réception des pieds d’aubes ; - chaque canal d’injection d’air est disposé de façon à être aligné radialement avec l’une des alvéoles du disque de rotor aval ; - la bride radiale de l’anneau d’étanchéité comprend une portion annulaire qui se prolonge radialement vers l’intérieur par une pluralité de festons répartis sur sa circonférence, chaque feston étant percé d’un orifice permettant le passage d’une vis d’assemblage avec le disque de rotor amont et avec la bride radiale du bras amont du disque de rotor aval, chaque lunule étant disposée entre deux festons successifs. L'invention concerne également une turbine, notamment basse pression, de turbomachine d’aéronef, qui comprend un rotor tel que précité. L’invention concerne aussi une turbomachine destinée à équiper un aéronef, qui comprend une turbine telle que précitée. L’invention concerne enfin un aéronef qui comprend une turbomachine d’aéronef telle que précitée. DESCRIPTION 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 : est une vue en coupe longitudinale d’une partie d’une turbine de turbomachine selon l’état la technique. est un schéma représentant la circulation d’air de refroidissement dans un rotor de l’état la technique. est une vue en perspective d’une partie d’un anneau d’étanchéité conforme à l’invention. est une vue en coupe de la bride radiale du disque d’étanchéité prise le long de la ligne IV-IV en figure 3, et de la bride du bras amont du disque de rotor aval, conformes à l’invention. est une vue schématique représentant la circulation d’air de refroidissement dans le rotor conforme à l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le rotor conforme à l’invention diffère du rotor de l’état de la technique représenté sur la figure 1, par son anneau d’étanchéité. Les éléments identiques à ceux de l’état de la technique décrit précédemment portent les mêmes références numériques. L’anneau d’étanchéité conforme à l’invention est référencé 6. Il va maintenant être décrit plus en détail en liaison avec la figure 3. Comme précédemment, cet anneau d’étanchéité 6 comprend une bride radiale 61, un bras amont non visible sur les figures et un bras aval 62. Cet anneau 6 porte également sur sa face radiale externe des léchettes d’étanchéité annulaires (également non visibles sur la figure 3), mais destinées à coopérer avec le matériau abradable 31 porté par les aubes radiales 30 du distributeur 3. La bride radiale 61 comprend une portion annulaire 610 qui se prolonge radialement vers l’intérieur par une pluralité de festons 611 répartis sur la circonférence de cette bride, chaque feston 611 étant percé d’un orifice 612 permettant le passage des vis d’assemblage 41, comme décrit précédemment. La bride radiale 61 présente une face aval plane 613 faisant face au disque de rotor aval 2. Comme expliqué précédemment, afin de refroidir les alvéoles 21 du disque de rotor aval 2, un flux d’air pressurisé est prélevé en amont de la turbine, de préférence au niveau du compresseur haute pression, puis est dirigé vers ces alvéoles par un circuit de refroidissement. Ce circuit permet de mettre en communication fluidique une cavité radialement interne 7, dans laquelle s’étendent les moyeux 12, 24 respectifs du disque de rotor amont 1 et du disque de rotor aval 2, avec les alvéoles 21. Des lunules 614 radiales (ou rainures radiales) sont formées sur ladite face aval 613. De façon avantageuse, chaque lunule 614 est formée au niveau de la portion annulaire 610, de préférence encore à mi-chemin entre deux festons 611 successifs. Ainsi, ces lunules sont positionnées dans une zone de la bride 61 moins chargée en contraintes. Afin que ces lunules 614 soient en communication fluidique avec la cavité radialement interne 7, elles s’étendent jusqu’à la crête 615 de la portion annulaire 610. Conformément à l’invention, la bride radiale 61 présente sur sa face aval 613, une gorge annulaire 616, qui s’étend sur 360° au niveau de la portion annulaire 610, cette gorge annulaire 616 étant coaxiale avec l’axe de révolution X-X’ du rotor. Cette gorge annulaire 616 débouche sur la face aval 613 et joint les différentes lunules radiales 614. De préférence, cette gorge annulaire 616 joint les extrémités radialement externes des différentes lunules 614. En outre, la bride radiale 61 présente sur sa face aval 613, une pluralité de canaux d’injection d’air 617 (ou sillons), qui s’étendent radialement vers l’extérieur depuis la gorge annulaire 616. Ces canaux d’injection d’air 617 débouchent sur la face aval 613. Les canaux d’injection d’air 617 sont en communication fluidique avec la gorge 616 et les lunules 614. En outre, au moins un canal d’injection d’air 617 est disposé entre deux lunules 614 successives, de façon à répartir au mieux le flux d’air. De préférence, plusieurs canaux 617 sont disposés entre deux lunules 614. La bride radiale 61 est assemblée entre d’une part le disque de rotor aval 1 (plus précisément la bride radiale 112 de son bras aval 11) et d’autre part la bride radiale annulaire 222 du bras amont 22 du disque de rotor aval 2, à l’aide des vis d’assemblage 41 et écrous 42 précités, de façon que sa face aval 613 soit plaquée contre la face amont 224 de la bride radiale 222 de ce bras amont 22. Ainsi, les différentes lunules 614, la gorge annulaire 616 et les canaux d’injection d’air 617 forment avec cette face aval 613, un circuit de refroidissement des alvéoles 21. Cet assemblage est fait de manière étanche, de sorte que le flux d’air entrant est obligé d’emprunter les lunules 614, puis la gorge annulaire 616 et enfin les canaux d’injection d’air 617. Comme on le voit mieux sur la figure 4, la gorge annulaire 616 ménagée sur la face aval 613 de la bride 61 est positionnée radialement, de façon à ce qu’elle se trouve intégralement en regard de la face amont 224 de la bride radiale 222 et délimite avec celle-ci une canalisation 618 s’étendant sur 360°. De préférence également, la partie inférieure de chaque canal d’injection d’air 617 est disposée en regard de la face amont 224 de la bride radiale 222 du bras amont 22 du disque de rotor aval 2, de sorte que seule la partie supérieure de chaque canal d’injection d’air 617 débouche, via un orifice 617a, à l’intérieur de l’espace 8 ménagé entre le bras amont 22 du disque 2 et le bras aval 62 de l’anneau d’étanchéité 6, espace avec lequel elle est en communication fluidique. En d’autres termes, si l’on considère la distance D1 entre le centre de la gorge annulaire 616 et l’axe longitudinal X1-X’1 des orifices 612 et 223 et la distance D2 entre l’arête saillante 225 du bras amont 22 et l’axe longitudinal X1-X’1 des orifices 612 et 223, alors la distance D2 est supérieure à la distance D1 et même suffisamment supérieure pour éviter d’avoir des fuites d’air au niveau de l’air circulant dans la canalisation 618. L’arête 225 est située entre la bride radiale 222 et la virole annulaire 221. Les dimensions (hauteur largeur profondeur) des différentes lunules 614, de la gorge annulaire 616 et des canaux d’injection d’air 617, sont choisies de façon à permettre une circulation d’air suffisante pour obtenir le refroidissement désiré des alvéoles 21, à permettre également de purger circuit de refroidissement et enfin à conserver une bonne tenue mécanique de la bride radiale 61. De façon avantageuse, l’anneau d’étanchéité 6 comprend autant de canaux d’injection d’air 617 que le disque de rotor aval 2 comprend d’alvéoles 21 de réception des pieds d’aubes. De préférence également, et comme cela apparaît mieux sur la figure 5, chaque canal d’injection d’air 617 est disposé de façon à être aligné radialement avec l’une des alvéoles 21 du disque de rotor aval 2. Ainsi, le flux d’air sortant d’un canal 617 est dirigé directement et selon le chemin le plus court vers l’alvéole correspondante 21. Grâce à ces caractéristiques de l’invention, les alvéoles 21 sont refroidies de manière homogène et avec un flux d’air plus frais. En effet l’air circule dans la canalisation 618 sur 360° avant d’être injecté dans une alvéole 21 et cette canalisation 618 est située dans une zone de la bride 61 qui est plus froide que l’espace 8 entre les bras 53 et 221. Cet air de refroidissement se réchauffe donc moins par convection qu’avec l’architecture de l’état de la technique. En outre, l’air sortant de la canalisation 618 parcourt une distance plus courte jusqu’à l’alvéole 21 et y arrive donc à une température plus faible. L’invention permet ainsi d’obtenir un meilleur refroidissement des alvéoles 21 dans lesquelles sont fixés les pieds des aubes 20. Rotor de turbine de turbomachine d’aéronef, notamment de turbine basse pression, comprenant : - un disque de rotor amont (1), - un disque de rotor aval (2) comprenant à sa périphérie une pluralité d’alvéoles (21) configurées pour recevoir les pieds des aubes (20) de ce disque de rotor aval (2), ce disque de rotor aval (2) étant muni d’un bras amont annulaire (22), - un anneau d’étanchéité (6) muni d’une bride radiale annulaire (61), sur la face aval (613) de laquelle une pluralité de lunules (614) est formée, ce rotor étant caractérisé en ce que l’anneau d’étanchéité (6) comprend sur la face aval (613) de sa bride radiale (61), une gorge annulaire (616) joignant les différentes lunules (614) et une pluralité de canaux d’injection d’air (617) qui s’étendent radialement vers l’extérieur depuis ladite gorge annulaire (616), au moins un canal d’injection d’air (617) étant disposé entre deux lunules (614) successives, en ce que ladite bride radiale (61) de l’anneau d’étanchéité (6) est assemblée et fixée entre le disque de rotor amont (1) et une bride radiale annulaire (222) du bras amont (22) du disque de rotor aval (2), de façon que sa face aval (613) soit au contact de la face amont (224) de la bride radiale annulaire (222) de ce bras amont (22) et définisse avec cette face amont (224), un circuit de refroidissement desdites alvéoles (21) et des pieds des aubes (20) du disque de rotor aval (2), mettant en communication fluidique une cavité radialement interne (7) du rotor avec lesdites alvéoles (21), le circuit de refroidissement comprenant lesdites lunules (614), la gorge annulaire (616) et les canaux d’injection d’air (617). Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge annulaire (616) ménagée sur la face aval (613) de la bride radiale (61) de l’anneau étanchéité annulaire (6) est positionnée radialement, de sorte que, lorsque l’anneau d’étanchéité (6) et le disque de rotor aval (2) sont assemblés, cette gorge annulaire (616) se trouve intégralement en regard de la face amont (224) de la bride radiale (222) du bras amont (22) du disque de rotor aval (2) et délimite, avec cette face amont (224), une canalisation annulaire (618) et que la partie inférieure de chaque canal d’injection d’air (617) soit également disposée en regard de la face amont (224) de la bride radiale (222) du bras amont (22) du disque de rotor aval (2). Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’anneau d’étanchéité (6) comprend autant de canaux d’injection d’air (617) que le disque de rotor aval (2) comprend d’alvéoles (21) de réception des pieds d’aubes. Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque canal d’injection d’air (617) est disposé de façon à être aligné radialement avec l’une des alvéoles (21) du disque de rotor aval (2). Rotor selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bride radiale (61) de l’anneau d’étanchéité (6) comprend une portion annulaire (610) qui se prolonge radialement vers l’intérieur par une pluralité de festons (611) répartis sur sa circonférence, chaque feston (611) étant percé d’un orifice (612) permettant le passage d’une vis (41) d’assemblage avec le disque de rotor amont (1) et avec la bride radiale (222) du bras amont (22) du disque de rotor aval (2), chaque lunule (614) étant disposée entre deux festons (611) successifs. Turbine, notamment basse pression, de turbomachine d’aéronef, caractérisée en ce qu’elle comprend un rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 5. Turbomachine d’aéronef, caractérisée en ce qu’elle comprend une turbine selon la revendication 6. Aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend une turbomachine d’aéronef selon la revendication 7.