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EP2373872B1 - Roue de turbine equipee d'un dispositif de retenue axiale verrouillant des pales par rapport a un disque - Google Patents

Roue de turbine equipee d'un dispositif de retenue axiale verrouillant des pales par rapport a un disque Download PDF

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Publication number
EP2373872B1
EP2373872B1 EP09803826A EP09803826A EP2373872B1 EP 2373872 B1 EP2373872 B1 EP 2373872B1 EP 09803826 A EP09803826 A EP 09803826A EP 09803826 A EP09803826 A EP 09803826A EP 2373872 B1 EP2373872 B1 EP 2373872B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
disk
blade
axial
turbine wheel
retention device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP09803826A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2373872A2 (fr
Inventor
Denis Chanteloup
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Helicopter Engines SAS
Original Assignee
Turbomeca SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Turbomeca SA filed Critical Turbomeca SA
Priority to PL09803826T priority Critical patent/PL2373872T3/pl
Publication of EP2373872A2 publication Critical patent/EP2373872A2/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2373872B1 publication Critical patent/EP2373872B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F01D5/326—Locking of axial insertion type blades by other means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys

Definitions

  • the invention relates generally to paddle wheels in gas turbines and more particularly to the axial retention of said blades relative to the axis of the wheel.
  • the field of application of the invention is in particular that of industrial gas turbines and aeronautical gas turbine engines.
  • a turbine wheel conventionally comprises a plurality of blades, a disk and an axial blade retainer.
  • Each blade generally has a blade profile, a platform and a fastener.
  • At the periphery of the disk are mounted the blades, the attachment of each of the blades being engaged in a housing opening at the periphery of the disk and extending axially between two opposite faces of the disk, the housing being separated by teeth.
  • the axial blade retainer axially locks the blades relative to the axis of rotation of the disk.
  • the invention aims to provide a turbine wheel in which the blades undergo substantially less vibration during operation of the wheel.
  • platform of said blade has a projection projecting axially beyond one of the faces of the disc, said projection comprising a second stop member, and the axial projection, the second stop member and said face of the disc form a groove oriented towards the axis of the disc, said groove being intended to receive the axial retaining device, so that the axial retaining device, in mounted position, abuts in the first axial direction against the second stop member and against said face of the disk in a second axial direction opposite to the first axial direction, whereby said blade is locked relative to the disk in the second axial direction.
  • the axial retaining device axially locks the blade relative to the disk. Indeed, the blade is blocked axially on the one hand by the first stop member of the disk and on the other hand by the axial retaining device.
  • the first stop member blocks the blade axially in the first axial direction
  • the axial retainer blocks the blade axially in the second axial direction.
  • axial is meant a direction oriented along the axis of the wheel or disk.
  • the blade is retained in the housing by shape cooperation between the blade and two teeth of the disk, in a manner known per se.
  • the first axial direction is that in which the blades are inserted into the disk housing while the second axial direction is that by which the blades can be removed from the disk.
  • the platform of the blade has an axial projection comprising a second stop member.
  • the axial projection is provided to extend axially beyond one of the faces of the disk when the blade is mounted on the disk.
  • the second stop member is located under the platform and protrudes radially towards the axis of the disc.
  • said disk face, the axial projection and the second stop member form a groove oriented towards the axis of the disk.
  • the lower face of the platform, opposite to the face bearing the blade profile forms the bottom of the groove while said face of the disc and the second stop member form the side edges of the groove.
  • the groove thus defined is intended to receive the axial retention device.
  • the axial retention device is held in the groove in the first axial direction by the second stop member and in the second axial direction by said face of the disk.
  • the axial retention device is also maintained in the radial direction in the centrifugal direction by the bottom of the groove.
  • this plating makes it possible to maintain the axial retention device at the bottom of the groove. Indeed, the plating ensures that the axial retention device remains properly housed in the groove between the side edges. Therefore, the axial retainer can hardly disengage from the groove.
  • this plating advantageously allows a mechanical coupling between the blade and the axial retention device.
  • the relative flexibility of the axial retention device with respect to the rigidity of the blade and the rigidity of the disk allows a damping of the azimuthal component of the vibrations.
  • the axial retention of the blades on the disk is properly ensured and on the other hand the vibrations of the blade are damped.
  • At least one boss is provided between the axial retaining device and said blade to make a mechanical contact between the blade and the axial retaining device.
  • a boss between the blade and the axial retention device improves the mechanical contact between the blade and the axial retaining device, said mechanical contact for damping vibration of the blade.
  • this boss may possibly make it possible to brake the possible movements of the axial retention device in an azimuthal direction, which improves the safety of the axial retention of the blades.
  • the boss is formed on the axial retainer.
  • the boss is formed under the axial projection, at the bottom of said groove, that is to say on the face which is opposite the axial retaining device.
  • a recess of complementary shape to the boss is formed on the element facing the boss, and formed so that the boss comes to lodge in the recess.
  • the boss is formed on the axial retention device, the element facing the boss is the platform and the recess is made under the platform. Conversely, if the boss is formed under the platform, the element facing the boss is the axial retention device and the recess is formed at the axial retaining device.
  • a recess of complementary shape to the boss makes it possible to further improve the mechanical contact between the blade and the axial retention device by combining the advantages associated with the presence of a simple boss and the advantages related to the presence of facing surfaces without boss. .
  • the boss allows permanent contact, and the facing surfaces being very close thanks to the recess of complementary shape to the boss allow additional contact during the rotation of the wheel due to the centrifugal force.
  • the fact that the boss is housed in a recess also prevents the rotation of the axial retention device.
  • the boss and / or the recess are made on a portion of the platform that does not radially support the blade profile.
  • the boss With this arrangement of the boss relative to the blade profile, it is understood that the boss is not located near a radially supporting zone blade profile, the boss is arranged under the platform or on the retainer axial. Thus the mechanical stresses resulting from the interactions between the blade and the axial retention device are applied in an area where the platform is weakly mechanically stressed. Indeed, the areas of the platform close to the blade profile are typically substantially solicited by the blade profile.
  • the disk has an anti-rotation cleat capable of blocking the azimuthal movements of the axial retaining device with respect to the disk.
  • An anti-rotation cleat makes it possible to ensure that the axial retention device does not itself rotate when the rotation of the wheel.
  • the axial retention device remains correctly positioned.
  • this anti-rotation cleat is made in such a way that it guarantees the balance of the wheel.
  • the anti-rotation tab balances the mass of the axial retainer which is not necessarily evenly distributed over the entire wheel.
  • the assembly composed by the axial retaining device and the anti-rotation cleat has a uniformly distributed mass on the wheel and does not imbalance when the latter rotates.
  • the disc also has at least one safety catch able to block the centripetal movements of the axial retention device.
  • a safety catch thus arranged makes it possible to block the axial retention device radially in the groove.
  • the safety of the axial locking is thus further improved.
  • the wheel according to the invention comprises three safety catches uniformly distributed radially every 120 ° angle on the disk.
  • the axial retention device is a split annular ring.
  • This annular ring has the advantage of being a single member for retaining all the blades on the disc.
  • the fact that the ring is split gives it some flexibility vis-à-vis the radial deformations, which is advantageous from the point of view of damping azimuthal vibrations of the blades.
  • the ring is advantageously elastic, which allows on the one hand damping of the vibrations of the blades, and on the other hand to facilitate the mounting operation of the latter on the wheel.
  • annular ring as axial retention device allows for a simultaneous mechanical coupling of the rod with several blades.
  • the ring also achieves a satisfactory damping of the vibrations of each blade which makes it possible to avoid their ruin.
  • the ring is prestressed so as to be in contact with a contact pressure with the platform, which ensures the position of the ring relative to the wheel at the stop of the machine.
  • the second stop member forms a spoiler, and preferably, the spoiler forms a ring portion extending over at least a portion of the azimuthal length of the axial projection of the blade platform.
  • This preferred form of the second stop member makes it possible to distribute the axial retention forces at the platform of the blade and thus to avoid local peaks of mechanical stresses.
  • the present invention also relates to a turbomachine comprising a turbine wheel according to the invention.
  • the figure 1 represents an exemplary embodiment of a turbine wheel 10 according to the invention.
  • the wheel 10 is composed of a disc 12 having an axis A, a plurality of blades 14 and an axial retaining device 16.
  • the axial retaining device 16 is a split annular rod.
  • ring or “split ring” for "axial retention device”.
  • Each of the blades 14 has a fastener 140 in the form of a fir tree, a platform 142 and a blade profile 144.
  • the fastener 140 is engaged in a housing 120 of the disk 12.
  • the housing 120 extend axially between two opposite faces of the disc, and are separated by teeth 121.
  • Each blade 14 is retained radially at its attachment 140 by the two adjacent teeth 121 at the clip.
  • the disk 12 is equipped with three safety catches 122 arranged at 120 ° angle to each other on the disk. These safety catches 122 hold the rod 16 in its radial position with respect to the disk 12 and the blades 14.
  • the disk 12 is also equipped with an anti-rotation cleat 124 to lock the rod 16 in its azimuthal position with respect to the disk 12 and the blades 14.
  • the anti-rotation tab 124 is inserted into the slot of the ring 16.
  • the Figure 2A represents an angular portion of the wheel 10 of the figure 1 exploded. On this Figure 2A the first stop members 126 and the second stop members 146 are visible. When the blades are mounted on the disc 12 in a first axial direction X, the first stop members 126 are housed in cavities 148 of the blades 14.
  • the second stop members 146 are arranged on the lower face of the platform 142 on an axial projection of the platform 150 projecting from the face 128 of the disc 12.
  • Each second stop member 146 forms a spoiler so that when mounting a blade 14 on the disc 12 from the face 130 of the disc 12, the blade attachment 140 can slide in the housing 120 until the first stop member 126 is housed in a cavity 148
  • each spoiler has an additional machining on its azimuth flanges so as not to interfere with the teeth 121 during assembly. Subsequently, the term "spoiler" will be used for "second stop device".
  • each spoiler 146 forms a ring portion, so that when the blades 14 are mounted on the disc 12, the set of spurs 146 form a discontinuous ring.
  • the Figure 2B represents the wheel portion described in the Figure 2A in an assembled manner.
  • the underside of the axial projection 150, the face 128 of the disc, and the face of the spoiler 146 facing the face 128 of the disc 12 (or facing the blade attachment 140) form a groove oriented towards the axis.
  • the rod 16 is housed in this groove.
  • the figure 3 is a sectional view of the example shown on the Figure 2B according to the sectional plan III.
  • the blade 14 of the figure 3 is engaged in its housing 120 in the first axial direction X until one of the contact faces 152 of the platform 142 comes into abutment against the first stop member 126 of the disk 12.
  • the blade is blocked according to the first axial direction X.
  • the ring 16 is disposed under the projection 150, between the face 154 of the blade attachment 140 which is in the extension of the face 128 of the disk 12, and the face 156 of the spoiler 146 which is opposite the face 154.
  • the blade is retained axially in the second axial direction Y opposite the first axial direction X, by the spoiler 146 which abuts against the rod 16 which itself bears against the face 128 of the disc 12 and the first stop member 126 (cf. fig.3 ).
  • the blade is retained in the two opposite axial directions X and Y through the interaction of the axial retention device 16, on the one hand with the first stop member 126 and on the other hand with the second stop member 146.
  • the platform 142 is provided with at least one boss 170.
  • This boss 170 is on the underside of the platform 142, and more particularly on the underside of the axial projection 150 More specifically, considering the groove in which the rod 16 is housed, the boss 170 is formed on the bottom of this groove.
  • the boss 170 is not disposed directly above the blade profile 144, that is to say that in the axial direction, the blade profile 144 and the boss 170 are staggered. .
  • the blade profile 144 is supported radially by the portion of the platform supported by the attachment of the blade 140 and does not impinge on the axial projection 150.
  • the boss 170 is not located on a part of the platform 142 which radially supports the blade profile 144.
  • FIGS. 5A to 5E represent different variants of ring / platform interfaces according to the section plane V of the figure 4 .
  • the Figure 5A corresponds to the embodiment represented by the figure 4 .
  • a single boss 170 is represented by the Figure 5A .
  • the ring / platform interface is realized by a contact between the boss 170 and the rod 16.
  • the surface 160 of the rod 16 facing the bottom of the groove 158 is substantially smooth.
  • the Figure 5B represents an alternative embodiment in which, unlike the embodiment previously described, the rod 16 has a plurality of bosses 162 positioned along the circumference of the rod (a single boss is shown) while the bottom of the groove 158 is smooth.
  • FIGS 5C and 5D respectively similar to Figures 5A and 5B , represent bosses 170 and 162 arranged in a recess of complementary shape arranged opposite said boss.
  • the bosses 170 are under the platforms 142 while the rod 16 has recesses of complementary shape.
  • the bosses 162 are formed on the circumference of the rod 16 while the recesses are formed in the blade platforms 142.
  • the rod 16 is then advantageously maintained in the azimuthal direction by the interaction between the bosses and the bosses. recesses of complementary shape.
  • the figure 5E is a variant combining the simultaneous presence of bosses and recesses on the rod 16 and the projection 150.
  • the figure 6 represents a turbomachine 200 equipped with a turbine wheel according to the invention.
  • the gas generator turbine wheel 210 and the free turbine wheel 220 are in accordance with the present invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • L'invention concerne de façon générale les roues à pales dans des turbines à gaz et vise plus particulièrement la retenue axiale des dites pales par rapport à l'axe de la roue. Le domaine d'application de l'invention est notamment celui des turbines à gaz industrielles et des moteurs aéronautiques à turbine à gaz.
  • Une roue de turbine comprend classiquement une pluralité de pales, un disque et un dispositif de retenue axiale des pales. Chacune des pales présente généralement un profil de pale, une plateforme et une attache. A la périphérie du disque sont montées les pales, l'attache de chacune des pales étant engagée dans un logement s'ouvrant à la périphérie du disque et s'étendant axialement entre deux faces opposées du disque, les logements étant séparés par des dents. Le dispositif de retenue axiale des pales verrouille axialement les pales par rapport à l'axe de rotation du disque. US 5 256 035 décrit une telle roue de turbine.
  • Dans les roues de turbine connues, les pales, en fonctionnement, sont parfois animées de mouvements vibratoires ou vibrations. Ces vibrations sont néfastes car elles peuvent conduire à des instabilités dynamiques de la roue conduisant à la ruine de la roue ainsi qu'à une usure prématurée des zones de contact entre les différents éléments de la roue.
  • L'invention a pour but de proposer une roue de turbine dans laquelle les pales subissent sensiblement moins de vibrations lors du fonctionnement de la roue.
  • Ce but est atteint grâce au fait que dans le type de roue précédemment cité, au moins l'une des pales vient en butée contre un premier organe d'arrêt du disque pour bloquer ladite pale par rapport au disque selon un premier sens axial, la plateforme de ladite pale comporte une projection faisant saillie axialement au-delà de l'une des faces du disque, ladite projection comportant un second organe d'arrêt, et la projection axiale, le second organe d'arrêt et ladite face du disque forment une gorge orientée vers l'axe du disque, ladite gorge étant destinée à recevoir le dispositif de retenue axiale, de sorte que le dispositif de retenue axiale, en position montée, vient en butée selon le premier sens axial contre le second organe d'arrêt et contre ladite face du disque selon un second sens axial opposé au premier sens axial, grâce à quoi ladite pale est bloquée par rapport au disque selon le second sens axial.
  • On comprend donc que le dispositif de retenue axiale verrouille axialement la pale par rapport au disque. En effet, la pale est bloquée axialement d'une part par le premier organe d'arrêt du disque et d'autre part par le dispositif de retenue axiale. Le premier organe d'arrêt permet de bloquer la pale axialement selon le premier sens axial, tandis que le dispositif de retenue axiale permet de bloquer la pale axialement selon le second sens axial. Par « axial » on entend une direction orientée selon l'axe de la roue ou du disque. Bien entendu, dans la direction radiale, la pale est retenue dans le logement par coopération de forme entre la pale et deux dents du disque, de manière connue en soi.
  • Par exemple et de préférence, le premier sens axial est celui dans lequel les pales sont insérées dans le logement du disque tandis que le second sens axial est celui par lequel les pales peuvent être retirées du disque.
  • La plateforme de la pale possède une projection axiale comportant un second organe d'arrêt. La projection axiale est prévue pour s'étendre axialement au-delà de l'une des faces du disque lorsque la pale est montée sur le disque. Le second organe d'arrêt est situé sous la plateforme et fait saillie radialement vers l'axe du disque.
  • Lorsque la pale est montée sur le disque, ladite face du disque, la projection axiale et le second organe d'arrêt forment une gorge orientée vers l'axe du disque. Ainsi, la face inférieure de la plateforme, opposée à la face portant le profil de pale, forme le fond de la gorge tandis que ladite face du disque et le second organe d'arrêt forment les bords latéraux de la gorge. La gorge ainsi définie est destinée à recevoir le dispositif de retenue axiale.
  • Le dispositif de retenue axiale est maintenu dans la gorge selon le premier sens axial par le second organe d'arrêt et selon le second sens axial par ladite face du disque. Le dispositif de retenue axiale est également maintenu selon la direction radiale dans le sens centrifuge par le fond de la gorge.
  • Lorsque la pale tend à se déplacer axialement selon le second sens axial, le second organe d'arrêt vient en butée contre le dispositif de retenue axiale, ce-dernier venant à son tour en butée contre ladite face du disque. Ainsi, la pale est retenue axialement selon le second sens axial.
  • De plus, lors de la rotation de la roue, la force centrifuge appliquée au dispositif de retenue axiale, tend à plaquer le dispositif de retenue axiale sur le fond de la gorge avec une certaine pression de contact croissante avec la vitesse de rotation de la roue. Ceci présente un double avantage. Tout d'abord, ce plaquage permet de maintenir le dispositif de retenue axiale au fond de la gorge. En effet, le plaquage permet de s'assurer que le dispositif de retenue axiale reste correctement logé dans la gorge, entre les bords latéraux. Par conséquent, le dispositif de retenue axiale peut difficilement se désengager de la gorge.
  • En outre, ce plaquage permet avantageusement un couplage mécanique entre la pale et le dispositif de retenue axiale. La souplesse relative du dispositif de retenue axiale par rapport à la rigidité de la pale et la rigidité du disque permet un amortissement de la composante azimutale des vibrations. En amortissant ainsi les vibrations de la pale, l'amplitude des déplacements de la pale est diminuée, de sorte que la ruine de la pale est avantageusement évitée, notamment lorsque les vibrations vibrent à la fréquence de résonnance de la pale.
  • Grâce à l'invention, d'une part la retenue axiale des pales sur le disque est correctement assurée et d'autre part les vibrations de la pale sont amorties.
  • Selon un aspect avantageux de l'invention, au moins un bossage est prévu entre le dispositif de retenue axiale et ladite pale pour réaliser un contact mécanique entre la pale et le dispositif de retenue axiale.
  • La présence d'un bossage entre la pale et le dispositif de retenue axiale améliore le contact mécanique entre la pale et le dispositif de retenue axiale, ledit contact mécanique permettant l'amortissement des vibrations de la pale. En outre ce bossage peut éventuellement permettre de freiner les éventuels mouvements du dispositif de retenue axiale selon une direction azimutale, ce qui améliore la sûreté de la retenue axiale des pales.
  • Selon une variante, le bossage est formé sur le dispositif de retenue axiale.
  • Selon une autre variante, le bossage est formé sous la projection axiale, au fond de ladite gorge, c'est-à-dire sur la face qui est en regard du dispositif de retenue axiale.
  • Avantageusement, un renfoncement de forme complémentaire au bossage est réalisé sur l'élément en regard du bossage, et formé de sorte que le bossage vienne se loger dans le renfoncement.
  • On comprend donc que si le bossage est formé sur le dispositif de retenue axiale, l'élément en regard du bossage est la plateforme et le renfoncement est donc réalisé sous la plateforme. Inversement, si le bossage est formé sous la plateforme, l'élément en regard du bossage est le dispositif de retenue axiale et le renfoncement est donc réalisé au niveau du dispositif de retenue axiale. Un renfoncement de forme complémentaire au bossage permet d'améliorer encore le contact mécanique entre la pale et le dispositif de retenue axiale en combinant les avantages liés à la présence d'un bossage simple et les avantages liés à la présence de surfaces en regard sans bossage. En effet le bossage permet un contact permanent, et les surfaces en regard étant très proches grâce au renfoncement de forme complémentaire au bossage permettent un contact supplémentaire lors de la rotation de la roue du à la force centrifuge. De plus, le fait que le bossage vienne se loger dans un renfoncement, permet également d'empêcher la rotation du dispositif de retenue axiale.
  • Préférentiellement, le bossage et/ou le renfoncement sont réalisés sur une portion de la plateforme qui ne supporte pas radialement le profil de pale.
  • Grâce à cette disposition du bossage par rapport au profil de pale, on comprend que le bossage n'est pas situé à proximité d'une zone supportant radialement le profil de pale, que le bossage soit disposé sous la plateforme ou sur le dispositif de retenue axiale. Ainsi les contraintes mécaniques résultant des interactions entre la pale et le dispositif de retenue axiale sont appliquées dans une zone où la plateforme est faiblement sollicitée du point de vue mécanique. En effet, les zones de la plateforme proche du profil de pale sont classiquement sensiblement sollicitées par le profil de pale.
  • Avantageusement, le disque présente un taquet anti-rotation apte à bloquer les mouvements azimutaux du dispositif de retenue axiale par rapport au disque.
  • Un taquet anti rotation permet de s'assurer que le dispositif de retenue axiale n'entre pas lui-même en rotation lors de la rotation de la roue. De plus, grâce au taquet anti rotation, le dispositif de retenue axiale reste correctement positionné. Préférentiellement, ce taquet anti-rotation est réalisé de telle sorte qu'il garantit l'équilibre de la roue. Dans ce cas, le taquet anti-rotation équilibre la masse du dispositif de retenue axiale qui n'est pas nécessairement uniformément répartie sur toute la roue. Ainsi l'ensemble composé par le dispositif de retenue axiale et le taquet anti-rotation présente une masse uniformément répartie sur la roue et ne la déséquilibre pas lorsque cette dernière entre en rotation.
  • Avantageusement, le disque présente en outre au moins un taquet de sécurité apte à bloquer les mouvements centripètes du dispositif de retenue axiale.
  • Un taquet de sécurité ainsi disposé permet de bloquer radialement le dispositif de retenue axiale dans la gorge. La sûreté du verrouillage axial est ainsi encore améliorée. De préférence, la roue selon l'invention comporte trois taquets de sécurité uniformément répartis radialement tous les 120° d'angle sur le disque.
  • Préférentiellement, le dispositif de retenue axiale est un jonc annulaire fendu.
  • Ce jonc annulaire présente l'avantage d'être un organe unique permettant de retenir l'ensemble des pales sur le disque. En outre, le fait que le jonc soit fendu lui procure une certaine souplesse vis-à-vis des déformations radiales, ce qui est avantageux du point de vue de l'amortissement des vibrations azimutales des pales. Ainsi, le jonc est avantageusement élastique, ce qui permet d'une part l'amortissement des vibrations des pales, et d'autre part de faciliter l'opération de montage de ce dernier sur la roue.
  • De plus, le choix d'un jonc annulaire comme dispositif de retenue axiale permet de réaliser un couplage mécanique simultané du jonc avec plusieurs pales. Outre l'aspect pratique que le jonc présente lors du montage de la roue, le jonc réalise par ailleurs un amortissement satisfaisant des vibrations de chaque pale ce qui permet d'éviter leur ruine.
  • En outre, selon encore une autre variante, le jonc est précontraint de manière à être en contact avec une pression de contact avec la plateforme, ce qui permet de garantir la position du jonc par rapport à la roue à l'arrêt de la machine.
  • Avantageusement, le second organe d'arrêt forme un béquet, et préférentiellement, le béquet forme une portion d'anneau s'étendant sur au moins une portion de la longueur azimutale de la projection axiale de la plateforme de pale.
  • Cette forme préférentielle du second organe d'arrêt permet de répartir les efforts de retenue axiale au niveau de la plateforme de la pale et donc d'éviter des pics locaux de contraintes mécaniques.
  • La présente invention concerne également une turbomachine comportant une roue de turbine selon l'invention.
  • L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux figures annexées, sur lesquelles :
    • la figure 1 est une vue d'ensemble d'une roue de turbine selon l'invention,
    • la figure 2A représente en éclaté une portion de roue de turbine de la figure 1, et la figure 2B représente la même portion de turbine assemblée,
    • la figure 3 est une vue en coupe selon le plan III de la figure 2B,
    • la figure 4 est une vue en coupe selon le plan IV de la figure 2B,
    • les figures 5A à 5E représentent différents modes de réalisation de jonc de rétention axiale selon le plan de coupe V de la figure 4, et
    • la figure 6 représente une turbine équipée d'une roue de turbine selon l'invention.
  • La figure 1 représente un exemple de réalisation d'une roue de turbine 10 selon l'invention. La roue 10 est composée d'un disque 12 d'axe A, de plusieurs pales 14 et d'un dispositif de retenue axiale 16. Dans cet exemple, le dispositif de retenue axiale 16 est un jonc annulaire fendu. Dans la suite de la description des modes de réalisation de l'invention, on ,utilisera le terme « jonc » ou « jonc fendu » pour « dispositif de retenue axiale ».
  • Chacune des pales 14 présente une attache 140 en forme de pied de sapin, une plateforme 142 et un profil de pale 144. L'attache 140 est engagée dans un logement 120 du disque 12. Les logements 120 s'étendent axialement entre deux faces opposées du disque, et sont séparés par des dents 121. Chaque pale 14 est retenue radialement au niveau de son attache 140 par les deux dents 121 adjacentes à l'attache.
  • Le disque 12 est équipé de trois taquets de sécurité 122 disposés à 120° d'angle l'un de l'autre sur le disque. Ces taquets de sécurité 122 retiennent le jonc 16 dans sa position radiale par rapport au disque 12 et aux pales 14. Le disque 12 est également équipé d'un taquet anti-rotation 124 pour bloquer le jonc 16 dans sa position azimutale par rapport au disque 12 et aux pales 14. Le taquet anti-rotation 124 est inséré dans la fente du jonc 16.
  • La figure 2A représente une portion angulaire de la roue 10 de la figure 1 en éclaté. Sur cette figure 2A, les premiers organes d'arrêt 126 et les seconds organes d'arrêt 146 sont visibles. Lorsque les pales sont montées sur le disque 12 selon un premier sens axial X, les premiers organes d'arrêt 126 sont logés dans des cavités 148 des pales 14.
  • Les seconds organes d'arrêt 146 sont disposés sur la face inférieure de la plateforme 142 sur une projection axiale de la plateforme 150 faisant saillie par rapport à la face 128 du disque 12. Chaque second organe d'arrêt 146 forme un béquet de sorte que lors du montage d'une pale 14 sur le disque 12 depuis la face 130 du disque 12, l'attache de pale 140 peut glisser dans le logement 120 jusqu'à ce que le premier organe d'arrêt 126 soit logé dans une cavité 148. Dans cet exemple, chaque béquet présente un usinage supplémentaire sur ses rebords azimutaux pour ne pas interférer avec les dents 121 lors du montage. Par la suite, on utilisera le terme « béquet » pour « second organe d'arrêt ».
  • Dans cet exemple, chaque béquet 146 forme une portion d'anneau, de sorte que lorsque les pales 14 sont montées sur le disque 12 l'ensemble des béquets 146 forme un anneau discontinu.
  • La figure 2B représente la portion de roue décrite dans la figure 2A de manière assemblée. La face inférieure de la projection axiale 150, la face 128 du disque, et la face du béquet 146 en regard de la face 128 du disque 12 (ou en regard de l'attache de pale 140) forment une gorge orientée vers l'axe A du disque. Le jonc 16 est logé dans cette gorge.
  • Le montage du dispositif de retenue axiale va être décrit en référence aux figures 3 et 4. La figure 3 est une vue en coupe de l'exemple représenté sur la figure 2B selon le plan de coupe III. La pale 14 de la figure 3 est engagée dans son logement 120 selon le premier sens axial X jusqu'à ce que l'une des faces de contact 152 de la plateforme 142 vienne en butée contre le premier organe d'arrêt 126 du disque 12. La pale est donc bloquée selon le premier sens axial X.
  • Ensuite, comme on le voit sur la figure 4 (coupe selon le plan IV de la figure 2B), le jonc 16 est disposé sous la projection 150, entre la face 154 de l'attache de pale 140 qui est dans le prolongement de la face 128 du disque 12, et la face 156 du béquet 146 qui est en regard de la face 154. Ainsi, la pale est retenue axialement selon le second sens axial Y opposé au premier sens axial X, par le béquet 146 qui vient en butée contre le jonc 16 qui lui-même vient en appui contre la face 128 du disque 12 et du premier organe d'arrêt 126 (cf. fig.3). Ainsi la pale est retenue dans les deux sens axiaux opposés X et Y grâce à l'interaction du dispositif de retenue axiale 16, d'une part avec le premier organe d'arrêt 126 et d'autre part avec le second organe d'arrêt 146.
  • Toujours en référence à la figure 4, on notera que selon un aspect avantageux de l'invention la plateforme 142 est munie d'au moins un bossage 170. Ce bossage 170 est sur la face inférieure de la plateforme 142, et plus particulièrement sur la face inférieure de la projection axiale 150. Plus précisément, en considérant la gorge dans laquelle le jonc 16 est logé, le bossage 170 est formé sur le fond de cette gorge.
  • En outre, selon la direction radiale, le bossage 170 n'est pas disposé à l'aplomb du profil de pale 144, c'est-à-dire que selon la direction axiale, le profil de pale 144 et le bossage 170 sont décalés. En effet, le profil de pale 144 est supportée radialement par la partie de la plateforme soutenue par l'attache de la pale 140 et n'empiète pas sur la projection axiale 150. Autrement dit, le bossage 170 n'est pas situé sur une partie de la plateforme 142 qui supporte radialement le profil de pale 144.
  • Les figures 5A à 5E représentent différentes variantes d'interfaces jonc/plateforme selon le plan de coupe V de la figure 4.
  • La figure 5A correspond au mode de réalisation représenté par la figure 4. De la même manière que sur la figure 4, un seul bossage 170 est représenté par la figure 5A. L'interface jonc/plateforme est réalisée par un contact entre le bossage 170 et le jonc 16. La surface 160 du jonc 16 en regard du fond de la gorge 158 est sensiblement lisse.
  • La figure 5B représente un mode de réalisation alternatif dans lequel, contrairement au mode de réalisation précédemment décrit, le jonc 16 présente une pluralité de bossages 162 positionnés selon la circonférence du jonc (un seul bossage est représenté) tandis que le fond de la gorge 158 est lisse.
  • Les figures 5C et 5D, respectivement similaires aux figures 5A et 5B, représentent des bossages 170 et 162 disposés dans un renfoncement de forme complémentaire ménagé en regard dudit bossage. Dans un cas, celui de la figure 5C, les bossages 170 se trouvent sous les plateformes 142 tandis que le jonc 16 présente des renfoncements de forme complémentaire. Dans l'autre cas, celui de la figure 5D, les bossages 162 sont réalisés sur la circonférence du jonc 16 tandis que les renfoncements sont ménagés dans les plateformes de pale 142. Dans les deux cas, le jonc 16 est alors avantageusement maintenu selon la direction azimutale par l'interaction entre les bossages et les renfoncements de forme complémentaire.
  • La figure 5E est une variante combinant la présence simultanée de bossages et de renfoncements sur le jonc 16 et sur la projection 150.
  • La figure 6 représente une turbomachine 200 équipée d'une roue de turbine selon l'invention. Sur cet exemple, la roue de turbine de générateur de gaz 210 et la roue de turbine libre 220 sont conformes à la présente invention.

Claims (12)

  1. Roue de turbine (10) comprenant :
    - une pluralité de pales (14), chacune des pales (14) présentant un profil (144), une plateforme (142) et une attache (140),
    - un disque (12) à la périphérie duquel sont montées les pales (14), l'attache (140) de chacune des pales (14) étant engagée dans un logement (120) s'ouvrant à la périphérie du disque (12) et s'étendant axialement entre deux faces opposées (128, 130) du disque (12), les logements (120) étant séparés par des dents (121),
    - un dispositif de retenue axiale (16) des pales (14) verrouillant axialement les pales (14) par rapport au disque (12),
    - au moins l'une des pales (14) vient en butée contre un premier organe d'arrêt (126) du disque (12) pour bloquer ladite pale (14) par rapport au disque (12) selon un premier sens axial (X),
    - ladite roue (10) étant caractérisée en ce que la plateforme (142) de ladite pale (14) comporte une projection (150) faisant saillie axialement au-delà de l'une des faces (128) du disque (12), ladite projection (150) comportant un second organe d'arrêt (146), et
    - en ce que la projection axiale (150), le second organe d'arrêt (146) et ladite face du disque (128) forment une gorge orientée vers l'axe du disque (A), ladite gorge étant destinée à recevoir le dispositif de retenue axiale (16), de sorte que le dispositif de retenue axiale (16), en position montée, vient en butée selon le premier sens axial (X) contre le second organe d'arrêt (146) et contre ladite face du disque (128) selon un second sens axial (Y) opposé au premier sens axial (X), grâce à quoi ladite pale (14) est bloquée par rapport au disque (12) selon le second sens axial (Y).
  2. Roue de turbine (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un bossage (162, 170) est prévu entre le dispositif de retenue axiale (16) et ladite pale (14) pour réaliser un contact mécanique entre la pale (14) et le dispositif de retenue axiale (16).
  3. Roue de turbine (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'au moins un bossage (162) est formé sur le dispositif de retenue axiale (16).
  4. Roue de turbine (10) selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'au moins un bossage (170) est formé sous la projection axiale (150) au fond de ladite gorge.
  5. Roue de turbine (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'un renfoncement de forme complémentaire au bossage (162, 170) est réalisé sur l'élément en regard du bossage (162, 170), et formé de sorte que le bossage (162, 170) vienne se loger dans le renfoncement.
  6. Roue de turbine (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le bossage (162, 170) et/ou le renfoncement sont réalisés sur une portion de la plateforme (142) qui ne supporte pas radialement le profil de pale (144).
  7. Roue de turbine (10) selon l'une quelconques des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le disque (12) présente un taquet anti-rotation (124) apte à bloquer les mouvements azimutaux du dispositif de retenue axiale (16) par rapport au disque (12).
  8. Roue de turbine (10) selon l'une quelconques des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le disque (12) présente en outre au moins un taquet de sécurité (122) apte à bloquer les mouvements centripètes du dispositif de retenue axiale (16).
  9. Roue de turbine (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le dispositif de retenue axiale est un jonc annulaire fendu (16).
  10. Roue de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le second organe d'arrêt forme un béquet (146).
  11. Roue de turbine (10) selon la revendication 10, caractérisée en ce que le béquet (146) forme une portion d'anneau s'étendant sur au moins une portion de la longueur azimutale de la projection axiale (150) de la plateforme (142) de pale (14).
  12. Turbomachine (200) comportant une roue de turbine (210, 220) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
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