Domaine technologique

[0001] Le présent exposé concerne un disque de rotor pour turbomachine, par exemple un disque de rotor de turbine basse pression d'un turboréacteur.

Arrière-plan technologique

[0002] De manière connue, une turbomachine comprend une veine aérodynamique dans laquelle se succèdent des roues mobiles (partie de rotor) qui récupèrent l'énergie des gaz issus de la chambre de combustion et des distributeurs (partie de stator) qui redressent l'écoulement des gaz dans la veine aérodynamique. Les roues mobiles comprennent généralement un disque mobile en rotation autour d'un axe de rotation, le disque étant muni d'aubes. Les aubes peuvent être fabriquées séparément et assemblées sur le disque par emboîtement des pieds d'aubes dans des alvéoles du disque. La forme des alvéoles est généralement obtenue par brochage de chaque alvéole. Les alvéoles sont donc traversantes. De ce fait, les aubes sont généralement bloquées axialement sur leurs faces amont et aval par des anneaux de retenue.

[0003] Notamment dans une turbine basse pression d'une turbomachine, les anneaux de retenue axiale des aubes situés généralement en amont et en aval des pieds d'aubes subissent des contraintes pouvant provoquer des fuites de gaz, en particulier l'anneau de retenue aval qui subit plus de contraintes que l'anneau de retenue amont, car soumis à des contraintes mécaniques et thermiques qui sont plus importantes, notamment à cause de l'effort axial aérodynamique qui tend à pousser l'aube vers l'aval. De plus, l'aube est également bloquée axialement par un anneau mobile prenant appui contre l'anneau de retenue aval. Cet anneau mobile tourne autour de l'axe de rotation avec le rotor et prend généralement appui contre deux étages successifs du rotor de la turbine, l'anneau mobile étant serré axialement entre les deux étages afin de garantir le blocage axial des aubes dans le disque. Aussi, la durée de vie des anneaux de retenue, en particulier de l'anneau de retenue aval, et de l'anneau mobile est dépendante des contraintes mécaniques et thermiques que ces pièces subissent en fonctionnement. Le remplacement de ces pièces peut s'avérer être une opération très complexe et coûteuse notamment en temps.

[0004] On notera que les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation de l’air dans la turbomachine.

Présentation

[0005] Le présent exposé vise à remédier au moins en partie à ces inconvénients.

[0006] A cet effet, le présent exposé concerne un disque de rotor pour une turbomachine, le disque s'étendant circonférentiellement autour d'un axe et comportant une pluralité d'alvéoles configurées pour recevoir des pieds d'aubes, chaque alvéole comportant une paroi radiale aval configurée pour bloquer axialement le pied d'aube dans l'alvéole, chaque paroi radiale aval comprenant un canal de ventilation de l'alvéole, comportant un orifice d'entrée qui débouche dans l'alvéole et un orifice de sortie qui débouche sur une surface aval du disque.

[0007] L'axe de rotation du disque définit une direction axiale qui correspond à la direction de l'axe de symétrie (ou quasi-symétrie) du disque. La direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe autour duquel le disque s'étend circonférentiellement et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l’axe du disque et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe.

[0008] Sauf précision contraire, les adjectifs intérieur/interne et extérieur/externe sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d’un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l’axe de rotation du disque que la partie extérieure du même élément.

[0009] Chaque alvéole comportant une paroi radiale aval, il est possible de bloquer axialement l'aube dans l'alvéole et de s'affranchir de l'utilisation d'un anneau de retenue aval. On comprend que la paroi radiale aval peut être venue de matière avec le disque. [0010] De plus, du fait de l'absence de l'anneau de retenue aval, il est également possible de supprimer le crochet de maintien de l'anneau de retenue aval de l'aube. Ainsi, l'aube, notamment le pied d'aube et la plateforme interne, peut présenter une forme géométrique plus simple. La fabrication de l'aube est donc moins complexe.

[0011] En outre, du fait de l'absence de l'anneau de retenue aval, il est également possible de s'affranchir de la partie amont de l'anneau mobile, c'est-à-dire la partie de l'anneau mobile en amont des léchettes d'étanchéité. En effet, le disque mobile peut ne plus être en compression entre deux étages de rotor pour maintenir l'anneau de retenue aval.

[0012] L'assemblage des étages du rotor, et en particulier des aubes sur les disques des différents étages du rotor est moins complexe et implique l'utilisation d'un nombre réduit d'éléments. On obtient ainsi une réduction de poids du rotor.

[0013] Grâce à la présence d'un canal de ventilation dont l'orifice d'entrée est présent dans chaque paroi radiale aval, il est possible de ventiler chaque alvéole et ainsi d'assurer un refroidissement efficace et homogène de toutes les alvéoles du disque.

[0014] De plus, le refroidissement du disque est contrôlé par la dimension de l'orifice de sortie du canal de ventilation.

[0015] Grâce à cet agencement, il est possible de réduire les fuites du flux d'air dans le flux de refroidissement. Le débit du flux de refroidissement peut donc être mieux contrôlé et donc réduit ce qui permet d'augmenter le débit de purge en amont de la première roue mobile à débit total constant (flux de purge et flux de refroidissement). Ainsi, cet agencement permet d'améliorer le rendement de la turbomachine.

[0016] La turbomachine peut par exemple être un turboréacteur.

[0017] Le rotor peut par exemple être un rotor de turbine.

[0018] La turbine peut par exemple être une turbine basse pression.

[0019] Dans certains modes de réalisation, l'orifice de sortie débouche sur une surface aval de la paroi radiale aval.

[0020] Dans certains modes de réalisation, chaque paroi radiale aval comprend un orifice de sortie.

[0021] Dans certains modes de réalisation, le canal de ventilation relie au moins deux orifices d'entrée et un orifice de sortie. [0022] Le canal de ventilation est présent dans la paroi radiale aval et également dans des parties du disque délimitant les alvéoles, par exemple des dents du disque qui délimitent l'alvéole, selon la direction circonférentielle.

[0023] Dans certains modes de réalisation, le canal de ventilation relie tous les orifices d'entrée.

[0024] Le canal de ventilation peut être un canal circonférentiel reliant tous les orifices d'entrée les uns avec les autres.

[0025] La direction circonférentielle est une direction selon un cercle qui se trouve dans un plan radial et dont le centre est l'axe de rotation.

[0026] On comprend que le canal de ventilation peut avoir une autre forme qu'une forme circonférentielle.

[0027] Dans certains modes de réalisation, les orifices d'entrée présentent un diamètre d'entrée et les orifices de sortie présentent un diamètre de sortie, le nombre d'orifices d'entrée étant supérieur ou égal au nombre d'orifices de sortie et le diamètre d'entrée étant supérieur ou égal au diamètre de sortie.

[0028] Dans certains modes de réalisation, les orifices d'entrée présentent une forme tronconique s'évasant de l'aval vers l'amont.

[0029] L'évasement de la forme tronconique permet de limiter la perte de charge dans le canal de ventilation.

[0030] Dans certains modes de réalisation, les orifices d'entrée présentent un diamètre d'entrée et les orifices de sortie présentent un diamètre de sortie, le nombre d'orifices d'entrée étant supérieur ou égal au nombre d'orifices de sortie et le diamètre d'entrée étant inférieur ou égal au diamètre de sortie.

[0031] Lorsque le nombre d'orifice d'entrée est supérieur au nombre d'orifices de sortie, la fabrication du disque est facilitée car le nombre d'orifices de sortie est limité.

[0032] Par ailleurs, lorsque le diamètre de sortie est supérieur au diamètre d'entrée, l'évacuation de poussière pouvant être présente dans le flux d'air est facilité.

[0033] Dans certains modes de réalisation, au moins un parmi les orifices d'entrée est aligné axialement avec au moins un parmi les orifices de sortie. [0034] Les orifices étant de forme générale circulaire, on comprend que le centre du cercle formant l'orifice d'entrée et le centre du cercle formant l'orifice de sortie sont alignés selon une direction parallèle à l'axe de rotation lorsqu'un segment de droite reliant le centre de l'orifice d'entrée au centre de l'orifice de sortie est parallèle à l'axe de rotation.

[0035] Dans certains modes de réalisation, au moins un parmi les orifices d'entrée est décalé circonférentiellement et/ou radialement par rapport à au moins un parmi les orifices de sortie.

[0036] Ainsi, le centre du cercle formant l'orifice d'entrée et le centre du cercle formant l'orifice de sortie peuvent être décalé l'un par rapport à l'autre selon une direction circonférentielle et/ou radiale.

[0037] Dans certains modes de réalisation, la paroi radiale aval a une épaisseur supérieure ou égale à 0,5 mm (millimètre) et inférieure ou égale à 10 mm.

[0038] L'épaisseur des parois permet de limiter la masse du disque.

[0039] Dans certains modes de réalisation, les orifices d'entrée ont un diamètre supérieur ou égale à 0,5 mm et inférieur ou égale à 10 mm.

[0040] L'orifice d'entrée présentant un diamètre supérieur ou égale à 0,5 mm permet de limiter le risque d'encrassement du conduit de ventilation.

[0041] Dans certains modes de réalisation, les de sortie ont un diamètre supérieur ou égale à 0,5 mm et inférieur ou égale à 10 mm.

[0042] L'orifice de sortie présentant un diamètre supérieur ou égale à 0,5 mm permet de limiter le risque d'encrassement du conduit de ventilation.

[0043] Le présent exposé concerne également un ensemble pour turbomachine comprenant un disque tel que défini précédemment et d'un anneau de retenue amont.

[0044] L'ensemble peut comporter des aubes assemblées sur le disque.

[0045] Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant un ensemble tel que défini précédemment.

[0046] On comprend que la turbomachine peut comporter un ou plusieurs étages comportant un ensemble tel que défini précédemment. Par exemple, la turbomachine peut être un turboréacteur. Par exemple, l'ensemble tel que défini précédemment peut être disposé dans la turbine basse pression du turboréacteur.

Brève description des dessins

[0047] D’autres caractéristiques et avantages de l’objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées, sur lesquelles :

- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un turboréacteur ;

- la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue partielle en perspective d'un disque de turbine selon un premier mode de réalisation ;

- la figure 4 est une vue partielle en perspective du disque de la figure 3 ;

- la figure 5 est une vue partielle en perspective d'un disque de turbine selon un deuxième mode de réalisation ;

- la figure 6 est une vue en coupe selon le plan VI-VI de la figure 5 ;

- la figure 7 est une vue similaire à la vue de la figure 5 avec une coupe partielle montrant un canal de ventilation.

[0048] Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques.

Description détaillée

[0049] La figure 1 représente en coupe selon un plan vertical passant par son axe principal A, un turboréacteur à double flux 10 qui est un exemple de turbomachine. Le turboréacteur à double flux 10 comporte, d'amont en aval selon la circulation du flux d'air F, une soufflante 12, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20, et une turbine basse pression 22. [0050] Les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans la turbomachine, dans le cas d'espèce, selon la circulation du flux d'air F dans le turboréacteur 10.

[0051] Le turboréacteur 10 comporte un carter de soufflante 24 prolongé vers l’arrière, c'est-à-dire vers l'aval, par un carter intermédiaire 26, comprenant une virole externe 28 ainsi qu’une virole interne 30 parallèle et disposée, selon une direction radiale R, intérieurement par rapport à la virole externe 28. La direction radiale R est perpendiculaire à l'axe principal A.

[0052] Les termes « externe » et « interne » sont définis par rapport à la direction radiale R de sorte que la partie interne d’un élément est, suivant la direction radiale, plus proche de l’axe principal A que la partie externe du même élément.

[0053] Le carter intermédiaire 26 comprend en outre des bras structuraux 32 répartis circonférentiellement et s'étendant radialement entre la virole interne 30 jusqu'à la virole externe 28. Par exemple, les bras structuraux 32 sont boulonnés sur la virole externe 28 et sur la virole interne 30. Les bras structuraux 32 permettent de rigidifier la structure du carter intermédiaire 26.

[0054] L'axe principal A est l'axe de rotation du turboréacteur 10 et de la turbine basse pression 22. Cet axe principal A est donc parallèle à la direction axiale.

[0055] La turbine basse pression 22 comprend une pluralité de roues à aubes qui forment le rotor de la turbine basse pression 22.

[0056] La figure 2 représente un premier et un deuxième étage de la turbine basse pression 22. Le premier étage comprend une première roue à aubes 34 formée d'un premier disque 36 sur la périphérie duquel sont assemblées des aubes 38. De même, le deuxième étage comprend une deuxième roue à aubes 40 formée d'un deuxième disque 42 sur la périphérie duquel sont assemblées des aubes 38. Les première et deuxième roues à aubes 34, 40 sont séparées l'une de l'autre par un distributeur 44.

[0057] Les premier et deuxième disques 36, 42 du rotor comportent chacun au moins une virole de liaison 46.

[0058] Dans le mode de réalisation de la figure 2, le premier disque 36 comporte une virole de liaison 46, en l'occurrence une virole de liaison 46 aval et le deuxième disque 42 comporte deux viroles de liaison 46, une virole de liaison 46 amont et une virole de liaison 46 aval. Les premier et deuxième disques 36, 42 sont assemblés l'un avec l'autre au moyen d'une pluralité de boulons 48 disposés selon une direction circonférentielle C dans des orifices portés par la virole de liaison 46 aval du premier disque 36 et par la virole de liaison 46 amont du deuxième disque 42. Les boulons 48 permettent également d'assembler un anneau mobile 50 à la première roue à aubes 34 et à la deuxième roue à aubes 40.

[0059] Sur la figure 2, l'anneau mobile 50 comprend un voile d'assemblage 52 s'étendant selon la direction radiale R.

[0060] L'anneau mobile 50 porte des léchettes d'étanchéité 54 qui coopère à étanchéité avec un anneau de matériau abradable 56 porté par le distributeur 44.

[0061] Comme représenté sur la figure 2, l'aube 38 est assemblée sur le premier disque 36 par insertion d'un pied d'aube 58 dans une alvéole 60 de réception de pied d'aube.

[0062] Comme cela est visible sur la figure 3, l'alvéole 60 est délimitée selon la direction circonférentielle C par des dents 62 formant des parties du premier disque 36 délimitant les alvéoles 60 selon la direction circonférentielle C. Chaque alvéole 60 comporte une paroi radiale aval 64. La paroi radiale aval 64 est venue de matière avec les dents 62 du disque 36 et donc le disque 36 et permet de bloquer axialement le pied d'aube 58 dans l'alvéole 60. En particulier, le blocage axiale est réalisé par mise en butée d'une face avale 58A du pied d'aube 58 contre une face amont 64A de la paroi radiale aval 64.

[0063] Dans le mode de réalisation des figures 2 à 4, chaque paroi radiale aval 64 comprenant un canal de ventilation 66 de l'alvéole. Le canal de ventilation 66 de l'alvéole 60 comprend un orifice d'entrée 68 et un orifice de sortie 70. Le canal de ventilation 66 débouche, par l'orifice d'entrée 68, sur la face amont 64A de la paroi radiale aval 64 et, par l'orifice de sortie 70, sur une face aval 34A du disque 34. Dans le mode de réalisation des figures 2 à 4, l'orifice de sortie 70 débouche sur la face aval de la paroi radiale 64, c'est-à-dire que chaque paroi radiale aval 64 comporte un orifice d'entrée 68 et un orifice de sortie 70. [0064] Dans un mode de réalisation non représenté, l'orifice de sortie 70 pourrait déboucher sur une partie de la face aval 34A du disque 34 qui n'est pas la face aval de la paroi radiale aval 64.

[0065] Dans le mode de réalisation des figures 2 à 4, l'orifice d'entrée 68 de chaque canal de ventilation 66 est aligné avec l'orifice de sortie 70 selon une direction parallèle à l'axe principal A, c'est-à-dire une direction parallèle à l'axe de rotation du premier disque 36. De plus, l'orifice d'entrée 68 et l'orifice de sortie 70 sont de forme circulaire, l'orifice d'entrée 68 présente un diamètre d'entrée D68 et l'orifice de sortie 70 présente un diamètre de sortie D70, le diamètre d'entrée D68 de l'orifice d'entrée 68 étant égal au diamètre de sortie D70 de l'orifice de sortie 70. Le canal de ventilation 66 a donc la forme d'un cylindre droit de base circulaire dont l'axe est parallèle à l'axe principal A du turboréacteur 10.

[0066] Les aubes 38 de la première roue à aubes 34 comportent crochet de maintien 72 d'un anneau de retenue amont 74 pour le blocage axial des aubes 38 dans les alvéoles 60.

[0067] Dans le mode de réalisation de la figure 2, seul le premier disque 36 comprend des alvéoles comportant chacune une paroi radiale aval. On notera que l'aube 38 de la deuxième roue à aubes 40 comporte des crochets de maintien 72 d'un anneau de retenue amont et aval. On comprend que le deuxième disque 42 pourrait également comprendre des alvéoles comportant chacune une paroi radiale aval pour permettre le blocage axial des pieds d'aube. Il en va de même des autres étages de la turbine basse pression 22. Les aubes 38 de ces disques pourraient alors ne comporter qu'une seule rainure 72 de réception d'un anneau de retenue amont. On notera que dans le mode de réalisation de la figure 2, l'anneau mobile 50 comporte une portion jouant le rôle d'anneau de retenue amont 74 pour les aubes 38 de la deuxième roue à aubes 40.

[0068] Par exemple, le premier disque 36 peut être réalisé par fabrication additive, en particulier par un procédé de fabrication additive sur un lit de poudre.

[0069] Dans ce qui suit, les éléments communs aux différents modes de réalisation sont identifiés par les mêmes références numériques.

[0070] Les figures 5 à 7 représentent un deuxième mode de réalisation. Dans le mode de réalisation des figures 5 à 7, le canal de ventilation 66 du premier disque 36 s'étend selon la direction circonférentielle C et fait le tour du premier disque 36.

[0071] Dans le mode de réalisation des figures 5 à 7, le canal de ventilation 66 relie tous les orifices d'entrée 68 entre eux et relie au moins deux orifices d'entrée 68 à un orifice de sortie 70.

[0072] Par exemple, dans le mode de réalisation des figures 5 à 7, chaque paroi radiale aval 64 ne comporte pas un orifice de sortie 70, chaque paroi radiale aval 64 comportant un orifice d'entrée 68, c'est-à-dire qu'un orifice d'entrée 68 débouche sur la face amont 64A de chaque paroi radiale aval 64. Par exemple, la paroi radiale aval 64 d'une alvéole 60 sur deux comporte un orifice de sortie 70. Cet exemple n'est pas limitatif. Ainsi, la paroi radiale aval 64 d'une alvéole 60 sur trois, voire plus, peut comporter un orifice de sortie 70.

[0073] Dans le mode de réalisation des figures 5 à 7, dans une première alvéole 60 dont la paroi radiale aval 64 comporte un orifice d'entrée 68 et un orifice de sortie 70, l'orifice d'entrée 68 est aligné avec l'orifice de sortie du canal de ventilation 66 de la première alvéole 60.

Dans une deuxième alvéole 60, adjacente à la première alvéole 60, la paroi radiale aval 64 comporte un orifice d'entrée 68 communiquant avec l'orifice de sortie 70 de la première alvéole 60 grâce au canal de ventilation 66 et l'orifice d'entrée 68 de la deuxième alvéole 60 n'est pas aligné avec l'orifice de sortie 70, l'orifice d'entrée 68 est décalé selon la direction circonférentielle C par rapport à l'orifice de sortie 70 du canal de ventilation 66 de la deuxième alvéole 60. On comprend que le canal de ventilation 66 de la deuxième alvéole 60 relie l'orifice d'entrée 68 de la paroi radiale aval 64 de la deuxième alvéole 60 à l'orifice de sortie 70 de la paroi radiale aval 64 de la première alvéole 60.

[0074] Dans le mode de réalisation des figures 5 à 7, le diamètre d'entrée D68 des orifices d'entrée 68 est inférieur au diamètre de sortie D70 des orifices de sortie 70.

[0075] Quoique le présent exposé ait été décrit en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. Par exemple, l'orifice d'entrée pourrait ne pas être aligné selon une direction parallèle à l'axe principal A avec l'orifice de sortie. [0076] En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.