FR2930603A1 - Dispositif de retention axiale d'aubes mobiles sur un disque de rotor - Google Patents

Abstract

Ce dispositif comporte deux anneaux ouverts (11, 12), superposés. L'un au moins des anneaux (11, 12) comporte un moyen d'arrêt en rotation (13) destiné à coopérer avec au moins un crochet du disque. Les deux anneaux ouverts (11, 12), sont montés dans une gorge discontinue aménagée dans les crochets, en extrémité des dents situées en périphérie du disque de rotor, de manière que le moyen d'arrêt en rotation (13) du premier anneau (11) soit placé dans couverture (15) du deuxième anneau (12). L'importance des surfaces de contact entre les deux anneaux (11,12) permet un amortissement des vibrations en fonctionnement.

Description

1 DISPOSITIF DE RETENTION AXIALE D'AUBES MOBILES SUR UN DISQUE DE ROTOR

La présente invention se rapporte au domaine de la rétention axiale des aubes mobiles d'un rotor d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Comme décrit dans les documents FR 2 729 709, FR 2 694 046 et FR 2 603 333, il est connu qu'un rotor de turbomachine soit équipé d'un disque, d'aubes mobiles portées par le disque et d'au moins un anneau de rétention pour empêcher un déplacement des aubes mobiles dans la direction axiale, la direction axiale étant définie par l'axe de rotation de la turbomachine. Le document FR 2 729 709 décrit un dispositif de rétention des aubes de rotor de turbomachine comportant un jonc fendu et équipé d'au moins un taquet anti-rotation. Le jonc est logé dans une gorge circulaire formée par des crochets des aubes et du disque. Ce dispositif présente l'inconvénient de nécessiter un usinage précis des taquets anti-rotation et des crochets situés en extrémité des dents du disque. En outre, dans certaines configurations de fonctionnement de la turbomachine, un désengagement du jonc peut avoir lieu, sous l'effet des vibrations et/ou des sollicitations dynamiques et thermiques importantes et conduire à la détérioration du dispositif. Le document FR 2 694 046 propose d'utiliser un dispositif de rétention du pied des aubes de rotor de turbomachine composé de deux anneaux dont l'un est un flasque fendu, élastique, équipé d'une pluralité de protubérances d'arrêt en rotation et dont l'autre est un jonc de maintien du flasque dans sa position de montage. Ce dispositif présente l'inconvénient de nécessiter des protubérances soit sur les anneaux, soit sur le disque de rotor, ces protubérances étant difficiles et onéreuses à réaliser.

Le document FR 2 603 333 propose d'utiliser un premier segment pour assurer l'étanchéité entre l'amont et l'aval d'un disque de rotor et un second segment assurant la rétention des aubes sur ce disque de rotor.

Ce dispositif présente l'inconvénient qu'aucun moyen antirotation n'est prévu pour le second segment dont une extrémité libre peut se désengager de la gorge du disque entraînant le désengagement complet de l'anneau et la détérioration possible du dispositif et/ou du disque de rotor .

II est également connu d'utiliser un dispositif de rétention des aubes tel que représenté en figure 2. Sur cette figure, un disque 1 de rotor comporte un corps de disque 2, une pluralité de dents 3 et de rainures 4, alternativement réparties sur sa circonférence et s'étendant dans la direction axiale. Chaque dent 3 est dotée d'au moins un crochet 5, en saillie suivant la direction axiale du disque, qui définit sur cette dent une gorge élémentaire s'ouvrant radialement vers l'intérieur. Le pied 7 d'une aube 8 est inséré dans une rainure 4 et bloqué axialement par un anneau 9, logé dans une gorge discontinue 6, constituée par la succession des gorges élémentaires.

L'anneau de rétention 9, est muni d'une fente 30, séparant les deux extrémités libres 31, 32 de l'anneau. La fente 30 permet la fermeture de l'anneau 9 et la diminution de son diamètre externe nécessaire pour réaliser la mise en place de l'anneau 9 dans la gorge 6. Les deux extrémités libres 31, 32 sont équipées de taquets 36 et 37 qui coopèrent avec un crochet-butée 35 pour arrêter l'anneau en rotation et garantir la présence de la fente 30 sous le crochet-butée 35 afin d'assurer le maintien des extrémités libres de l'anneau 9 sous ledit crochet-butée 35. Ce dispositif présente les inconvénients de nécessiter un usinage précis du crochet-butée 35 et, dans certaines configurations de fonctionnement de la turbomachine, sous des sollicitations dynamiques importantes et thermiques, d'entraîner le coincement du crochet-butée 35

3 entre les taquets 36 et 37, et de provoquer le désengagement du jonc 9 de la gorge 6 et la détérioration du dispositif de rétention. Les vibrations dues aux différents régimes de fonctionnement de la turbomachine peuvent en outre entraîner une usure importante du dispositif de rétention et/ou favoriser le désengagement d'une extrémité libre de l'anneau hors de la gorge. Lorsque le jeu entre les faces latérales d'appui des taquets 36, 37 et les faces latérales du crochet-butée :35 est faible, le montage de l'anneau peut, en outre, être difficile. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de rétention axiale d'aubes mobiles de turbomachine ne comportant pas les inconvénients des dispositifs connus et permettant de résoudre le problème du désengagement en fonctionnement du dispositif de rétention. Pour cela, selon l'invention, le dispositif de rétention axial d'aubes mobiles, destiné à être inséré dans une gorge discontinue d'un disque de rotor de turbomachine, comporte deux anneaux, superposés, présentant chacun une ouverture séparant des extrémités libres de l'anneau, au moins le premier anneau étant muni d'un moyen d'arrêt en rotation prévu pour s'engager dans l'ouverture du second anneau, de sorte que les deux anneaux forment un double anneau. L'utilisation de deux anneaux, qui coopèrent entre eux, permet d'assurer la rétention axiale des aubes mobiles sur l'ensemble du double anneau en particulier, au droit de l'ouverture de l'un des anneaux. La superposition des deux anneaux permet, par l'importance des surfaces en contact, d'amortir les vibrations de fonctionnement et de diminuer ainsi les risques de désengagement de l'un des anneaux de la gorge. De préférence, les deux anneaux ont une même largeur, une même épaisseur et un diamètre externe identique ce qui facilite l'approvisionnement en tôle et le stockage. De préférence, le moyen d'arrêt en rotation est saillant vers l'extérieur, selon une direction radiale du premier anneau.

De préférence, le moyen d'arrêt en rotation du premier anneau est un taquet, constitué d'une languette, pliée, rabattue et fixée sur une face du premier anneau. Selon une première variante de réalisation du moyen d'arrêt en rotation, le taquet est usiné dans une surépaisseur du premier anneau. Selon une deuxième variante de réalisation du moyen d'arrêt en rotation, le taquet comporte, une patte inter-dents d'arrêt en rotation est saillant radialement vers l'extérieur du premier anneau .

Alternativement, selon une troisième variante de réalisation du moyen en rotation, la patte inter-dents est d'une épaisseur égale au double de celle du reste de l'anneau. De préférence, le taquet et l'ouverture du premier anneau sont espacés angulairement d'un angle supérieur à 150°. Le taquet et l'ouverture se trouvent alors approximativement diamétralement à l'opposé l'un de l'autre par rapport à l'axe de rotation du rotor. Alternativement, le deuxième anneau de rétention, comporte aussi un taquet d'arrêt en rotation. L'invention concerne aussi un rotor de turbo-machine comportant au moins un disque de rotor dont le corps est équipé d'une pluralité de rainures et de dents dotées d'au moins un crochet, en saillie suivant la direction axiale du disque, qui définit sur cette dent une gorge élémentaire s'ouvrant radialement vers l'intérieur, le pied d'une aube étant inséré dans la rainure et arrêté en translation dans la rainure par au moins un dispositif de rétention axial tel que défini ci-dessus d'aubes mobiles, placé dans une gorge discontinue, constituée par la succession desdites gorges élémentaires L'invention concerne de même une turbomachine comportant un rotor tel que défini ci-avant.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 montre une vue en coupe partielle, schématique d'une turbomachine; 5 - la figure 2 illustre un dispositif de rétention axiale d'aubes mobiles conforme à l'art antérieur; - la figure 3 illustre un dispositif de rétention axiale d'aubes mobiles selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue selon la coupe A-A de la figure 3; - la figure 5 illustre un premier et un deuxième anneau dans leur position d'assemblage suivant un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 6 illustre un premier et un deuxième anneau, dans leur position d'assemblage, suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention; - les figures 7 et 8 représentent deux vues partielles du premier anneau muni d'un taquet selon l'invention, en cours de réalisation; - les figures 9 à 11 représentent des variantes de réalisation du taquet selon l'invention; Les références de la figure 2 déjà commentée et reprises sur les figures suivantes correspondent à des éléments analogues à ceux de l'art antérieur et qui ne seront décrits que brièvement. La figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un exemple de compresseur de turbomachine d'axe X comportant d'amont en aval, selon une direction d'écoulement de l'air à travers la turbomachine, une soufflante 100, un compresseur basse pression 101 et un compresseur haute pression 102. Les parties haute et basse pression du compresseur comportent au moins un disque 1 mobile en rotation autour de l'axe X. Une pluralité d'aubes est montée sur la circonférence du disque.

La figure 3 représente un exemple de dispositif de rétention d'aubes selon l'invention. Cette figure montre une portion de disque de

6 rotor 1 comportant une pluralité de dents 3, en alternance avec des rainures 4, régulièrement réparties sur sa circonférence. Les dents 3 s'étendent dans la direction axiale et comportent en saillie suivant la direction axiale du disque, à leurs extrémités, des crochets 5. Le pied 7 de l'aube 8 est engagé dans une rainure 4. Un double anneau 10, monté dans une gorge 6 discontinue, définie par les crochets 5 du disque 1 permet la rétention axiale des aubes 8 vers l'amont et/ou vers l'aval de la turbomachine. Le double anneau 10 comporte deux anneaux ouverts 11, 12, superposés, le premier anneau étant équipé d'un taquet 13 d'arrêt en rotation, s'étendant vers l'extérieur dans la direction radiale du disque de rotor 1. Le premier anneau 11 comporte une première face en contact avec le disque 1 et une deuxième face en contact avec le deuxième anneau 12. Le taquet 13 est positionné sur la face du premier anneau 11 en contact avec le deuxième anneau 12. Le deuxième anneau 12 ouvert est monté de telle sorte que son ouverture 15 encadre le taquet 13 du premier anneau. Le taquet 13 du premier anneau 11 est de largeur significativement inférieure à l'espace séparant deux crochets 5 successifs.

La figure 4 montre une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 3, du double anneau 10 assemblé, constitué des anneaux 11 et 12 superposés et montés dans la gorge 6. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le double anneau 10, représenté en perspective sur la figure 5, est composé d'un premier anneau 11 équipé d'un taquet 13 d'arrêt en rotation et d'un deuxième anneau simple, sans taquet. Dans ce cas, le deuxième anneau 12 n'a pas de sens privilégié de montage. Les premier et deuxième anneaux 11, 12 sont de préférence obtenus dans une tôle métallique. Le taquet 13 fait saillie d'une part sur la face 18 du premier anneau 11 et d'autre part, dans la direction radiale, vers l'extérieur de la circonférence du premier anneau 11.

L'ouverture 14, 15 de chaque anneau 11, 12 est suffisamment large de façon à permettre la superposition aisée des anneaux 11, 12 l'un sur l'autre et éliminer les problèmes de coincement en fonctionnement et le désengagement de l'un des anneaux 11, 12 de la gorge 6. La largeur de l'ouverture 15 du deuxième anneau 12 est supérieure à la largeur du taquet 13 du premier anneau 11. On comprend aisément au travers de la figure 5 que l'importance des surfaces, en contact plan, des anneaux 11, 12 permette d'assurer par le frottement engendré, une fonction d'amortisseur des vibrations en fonctionnement. Le taquet 13 et l'ouverture 14 du premier anneau 11 sont espacés angulairement d'un angle a. L'angle a n'est pas un multiple entier de l'angle R formé entre deux encoches 5 successives du disque 1. La figure 6 représente un double anneau 10, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, chacun des deux anneaux 11, 12 est équipé d'un taquet d'arrêt en rotation respectivement 13, 16. Le taquet 13 du premier anneau 11 est placé dans l'ouverture du deuxième anneau 12. Le taquet 16 du deuxième anneau est placé dans l'ouverture 14 du premier anneau 11.

Dans la suite de la description, chaque variante de réalisation du moyen d'arrêt en rotation 13 du premier anneau 11, pourra être appliquée au moyen d'arrêt en rotation 16 du deuxième anneau 12. La présence du taquet 16 sur le deuxième anneau 12 participe avantageusement à l'équilibrage dynamique du double anneau 10 par une meilleur répartition des masses et participe à la réduction des contraintes sur les taquets d'arrêt en rotation 13, 16. Les figures 7 et 8 représentent un premier exemple de réalisation d'un taquet selon l'invention. Le taquet 13, 16 est obtenu par exemple par poinçonnage dans une tôle métallique, de manière à faire apparaître une languette 17. La languette 17 s'étend dans la direction radiale vers l'extérieur de l'anneau 11, 12 sur une longueur suffisante pour

8 être pliée, rabattue et fixée par exemple par brasure sur une face 18 de l'anneau et former ainsi un taquet 13, 16. Les figures 9 et 10 illustrent une première et deuxième variantes de réalisation du taquet 13, 16 selon l'invention. Le taquet 13, 16 comporte une languette 17 et une patte inter-dents pouvant avantageusement être obtenue lors d'une opération de découpe de la tôle, par exemple par poinçonnage. La languette 17 et la patte inter-dent 21, 22 s'étendent dans la direction radiale en saillie vers l'extérieur de l'anneau11, 12. La largeur de la patte inter-dents d'arrêt en rotation 21, 22 est inférieure à l'espace séparant deux faces latérales 25 en vis à vis de deux dents 5 successives du disque de rotor 1 recevant les aubes mobiles 8. La patte inter-dents assure l'arrêt en rotation du double anneau tout en permettant une rotation de faible amplitude du premier anneau 11, par exemple inférieure à 3°.

L'épaisseur de la patte inter-dent 22 étant égale au double de celle du reste de l'anneau 11, 12, les contraintes d'arrêt en rotation du double anneau et les risques d'amorces de criques dans la brasure 24 sont diminués. La figure 11 illustre une troisième variante de réalisation d'un taquet 20. Le taquet 20 est usiné dans une pièce (non représentée) comportant une surépaisseur et fixée sur l'anneau 11 avant réalisation de l'ouverture 14. Cette pièce est fixée, de préférence par soudure. Un tel mode opératoire permet d'obtenir la majeure partie de l'anneau ainsi défini à partir d'une tôle de faible épaisseur.

Ces modes de réalisation du double anneau 10 et les variantes de réalisation du taquet permettent d'obtenir des ouvertures 14, 15 d'anneaux de dimensions supérieures à celles de l'art antérieur, et d'assurer une rétention axiale des aubes mobiles 8, continue sur toute la périphérie du disque.

La fente 30, connue de l'art antérieur (voir figure 2), de largeur de l'ordre de 1 mm, nécessaire au montage de l'anneau 9 dans la gorge 6 du disque 1, pour permettre une fermeture de l'anneau 9, est remplacée dans la présente invention par une ouverture 14, 15 de largeur supérieure, par exemple de 5 mm~, permettant une fermeture et une diminution du diamètre externe de l'anneau 11,12 plus importante, facilitant ainsi la mise en place successive de chaque anneau 11, 12 dans la gorge 6. Ce montage plus aisé constitue un premier avantage par rapport aux solutions connues de l'art antérieur. Un autre avantage de l'invention est obtenu par le fait qu'il n'est plus nécessaire de maîtriser des jeux de montage et de fonctionnement généralement faibles, entre les faces d'appuis du taquet 13, 16 et les faces latérales des crochets 5 coopérant à l'arrêt en rotation du dispositif de rétention axial contrairement aux solutions connues de l'art antérieur. Les tolérances de réalisation du taquet 13, 16, et les tolérances de largeur de l'ouverture de chaque anneau 11, 12, par exemple de l'ordre de +/- 0,5 mm, sont supérieures aux tolérances de réalisation des solutions de l'art antérieur. Le secteur angulaire du double anneau 10, correspondant à l'ouverture de l'un des anneaux 11, 12, assure aussi la fonction de maintien axial d'une aube 8, les ouvertures n'étant jamais en regard l'une de l'autre sur les deux anneaux 11, 12. Les efforts de rétention axiale des aubes 8 ne peuvent pas, quelles que soient les phases ou les variations de températures de fonctionnement de la turbomachine, provoquer le désengagement des extrémités libres de l'un des anneaux 11, 12 hors de la rainure 6.

En outre, le taquet 13 du premier anneau 11, coopère avec les faces latérales des crochets 5 non usinés du disque 1, pour assurer l'arrêt en rotation du double anneau 10 tout en autorisant une rotation de faible amplitude, par exemple inférieures à 3°, de manière à maintenir une position de l'ouverture du premier 11 et du deuxième anneau 12 entre deux pieds d'aubes mobiles successives 8.

1 0 Un autre avantage de l'invention est obtenu avec la possibilité de diviser par deux les efforts de fermeture des anneaux 11, 12 lors de leur mise en place dans la rainure par rapport à un anneau unique de même capacité de rétention axial que le double anneau 10 présenté ci- avant. Chaque anneau 11, 12 est inséré successivement dans la gorge formée par les crochets 5 en extrémité des dents 3.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de rétention axial d'aubes mobiles (8), destiné à être inséré dans une gorge discontinue (6) d'un disque de rotor (1) de turbomachine, comportant deux anneaux (11, 12), superposés, présentant chacun une ouverture (14, 15) séparant des extrémités libres de l'anneau (11,12), caractérisé en ce que au moins le premier anneau (11) est muni d'un moyen d'arrêt en rotation (13), prévu pour s'engager dans l'ouverture (15) du second anneau (12) de sorte que les deux anneaux (11, 12) forment un double anneau (10),
2. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux anneaux (11, 12) ont une même largeur, une même épaisseur et un diamètre externe identique .
3. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le moyen d'arrêt en rotation (13) est saillant vers l'extérieur, selon une direction radiale du premier anneau (11).
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le moyen d'arrêt en rotation du premier anneau (11) est un taquet (13) constitué d'une languette (17), pliée, rabattue et fixée sur une face (18) du premier anneau (11).
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le moyen d'arrêt en rotation (13) est un taquet (20) usiné dans une surépaisseur du premier anneau (11).
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le taquet (13, 20) du premier anneau (11) comporte, une patte inter-dents (21, 22) d'arrêt en rotation, saillant radialement vers l'extérieur du premier anneau (11).
7. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la patte inter-dents (22) est d'une épaisseur égale au double de celle du reste de l'anneau (11, 12).
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 7, caractérisé en ce que le taquet (13, 20) et l'ouverture (14) du premier anneau (11) sont espacés angulairement d'un angle (a) supérieur à 150°.
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le deuxième anneau de rétention (12) comporte aussi un taquet (16) d'arrêt en rotation.
10. 10. Rotor de turbo-machine comportant au moins un disque de rotor (1) dont le corps (2) est équipé d'une pluralité de rainures (4) et de dents (3) dotées d'au moins un crochet (5), en saillie suivant la direction axiale du disque (1), qui définit sur cette dent (3) une gorge élémentaire s'ouvrant radialement vers l'intérieur, le pied (7) d'une aube (8) étant inséré dans la rainure (4), caractérisé en ce que le pied (7) est arrêté en translation dans la rainure (4) par au moins un dispositif de rétention axial placé dans une gorge discontinue (6) constituée par la succession desdites gorges élémentaires selon l'une des revendications 1 à 9.
11. 11. Turbomachine comportant un rotor tel que défini en revendication 10.