TITRE : Ensemble d’anneau mobile pour rotor de turbomachine

Domaine technique

La présente invention concerne, de manière générale, un rotor de turbomachine et se rapporte, plus particulièrement, au maintien d’une pluralité d’ aubes dans un disque de turbine par un anneau mobile d’un rotor de turbomachine.

Plus précisément, l’invention se rapporte à un ensemble d’anneau mobile ainsi qu’un rotor de turbomachine comprenant un tel ensemble d’anneau mobile.

Etat de la technique

Classiquement, une turbomachine comprend d’amont en aval par rapport au sens de circulation de l’ air dans la turbomachine, une soufflante, un étage de compresseur basse pression, un étage de compresseur haute pression, une chambre de combustion, un étage de turbine haute pression et un étage de turbine basse pression.

En référence à la figure 1 , un étage de turbine basse pression comprend, généralement, un disque 1 de rotor sur lequel sont montées une pluralité d’ aubes 2 amovibles. Les aubes 2 comprennent un pied d’ aube 3 usiné à la base de l'aube 2 et comportant une portion, par exemple en queue d'aronde, pour leur installation dans des rainures axiales, également en queue d’aronde, usinées sur le disque 1 de rotor. L’assemblage s'effectue par l'emboîtement du pied d’ aube 3 dans la rainure axiale.

Les pieds d’ aube 3 sont immobilisés axialement par l'intermédiaire de crochets de retenue axiale 4 de l’ aube sur le disque 1 de rotor, solidaires du pied des aubes 3.

Le bras d’anneau 5 d’un anneau mobile 6 est pourvu d’une denture périphérique externe 7. L ’ anneau mobile 6 est monté sur le disque 1 de rotor et les aubes 2 de façon à ce que les dents de la denture périphérique externe 7 soit insérées dans la gorge 8 des crochets de retenue axiale 4. Chaque aube 2 possède un crochet retenue axiale 4 et les dents de la denture périphérique externe 7 de l’ anneau mobile viennent bloquer chaque aube 2 via la gorge 8. Un joint d’ étanchéité 9, disposé entre l’ anneau mobile 6 et le disque de 1 de rotor, limite les fuites d’ air.

La forme du bras d’ anneau 5 est permissive en termes de flexion conduisant au mouvement du bras d’ anneau 5 à chaud. L’ aube 2 est généralement réalisée avec un matériau plus dur que celui de l’ anneau mobile 6 et le mouvement du bras d’ anneau provoque des contacts répétés avec le crochet de retenue axiale.

Ces impacts, qui s ’ajoutent aux chocs dus aux vibrations pendant les phases de vol, conduisent à une détérioration par usure de contact, en anglais « fretting », de la gorge des crochets de retenue axiale 4 et de la denture périphérique externe 7. La déformation provoque une détérioration par empreinte des dents allant jusqu’ à une perte d’ épaisseur de 2mm.

Exposé de l’invention

L ’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un rotor de turbomachine permettant de réduire voire supprimer l’usure prématurée de l’anneau mobile en limitant le contact entre l’ anneau mobile et le crochet de retenue axiale.

Il est donc proposé un ensemble d’anneau mobile pour rotor de turbomachine, l’ anneau mobile comprenant une denture périphérique externe, chaque dent de la denture périphérique externe comportant une face intérieure destinée à être positionnée en regard d’un pied d’ aube du rotor et une face extérieure opposée à la face intérieure et destinée à être positionnée en regard d’un crochet de retenue axiale disposé sur le pied d’aube.

En outre, l’ ensemble d’ anneau mobile comprend au moins un élément de protection disposé sur la face extérieure d’ au moins une dent de la denture périphérique externe.

Selon un exemple de réalisation, l’élément de protection peut être un revêtement sur la face extérieure des dents.

Selon une caractéristique, le matériau dudit revêtement peut comporter du nickel et du chrome.

Avantageusement, la face extérieure des dents peut comprendre une portion usinée sur laquelle ledit revêtement est appliqué. Selon un autre exemple de réalisation, l’ élément de protection peut être une pièce de protection disposée sur l’ anneau mobile.

Avantageusement, l’ ensemble d’ anneau mobile peut comprendre une pluralité de pièces de protection, chaque pièce de protection étant positionnée sur l’une des dents de la denture périphérique externe.

Selon une variante, la pièce de protection peut s ’ étendre sur toute la circonférence de la denture périphérique externe de l’ anneau mobile, la pièce de protection comportant une fente. La fente est réalisée pour permettre le montage de la pièce de protection sur la denture périphérique externe de l’ anneau mobile.

Avantageusement, la denture périphérique externe peut être surmontée de la pièce de protection, la pièce de protection comprenant une première portion configurée pour recouvrir les faces extérieure et intérieure des dents de la denture périphérique externe.

Avantageusement, l’ anneau mobile peut comprendre un crochet disposé dans le prolongement de la face intérieure des dents de la denture périphérique externe et configuré pour la réception d’un joint d’ étanchéité, une deuxième portion de la pièce de protection comportant un crochet configuré pour s ’intégrer au moins en partie dans le crochet disposé sur l’anneau mobile.

De préférence, le crochet de la deuxième portion de la pièce de protection comporte une partie oblique configurée pour recevoir un joint d’ étanchéité et s’ étendant dans une direction opposée à l’ axe central de l’anneau mobile.

L ’invention concerne également un rotor de turbomachine comprenant une pluralité d’ aubes comportant chacune un pied d’ aube pourvu d’un crochet de retenue axiale.

En outre, le rotor comprend en outre un ensemble d’ anneau mobile comme décrit précédemment, les faces intérieure et extérieure de chaque dent de la denture périphérique externe de l’ anneau mobile étant respectivement positionnées en regard d’un pied d’ aube et en regard d’un crochet de retenue axiale.

L ’invention se rapport aussi à une turbomachine comprenant un rotor comme décrit précédemment. Brève description des dessins

D ’ autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

[Fig 1 ] est une vue en coupe d’un rotor de turbomachine selon l’ art antérieur.

[Fig 2] est une vue en coupe d’un bras d’ anneau mobile d’un ensemble d’ anneau mobile pour rotor de turbomachine selon un premier mode de réalisation de l’invention.

[Fig 3] est une vue d’un bras d’ anneau mobile d’un ensemble d’ anneau mobile pour rotor de turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.

[Fig 4] est une vue en coupe d’un rotor de turbomachine comprenant un ensemble d’ anneau mobile selon le deuxième mode de réalisation illustré à la figure 3.

[Fig 5] est une vue de dessus d’une pièce de protection d’un ensemble d’anneau mobile selon le deuxième mode de réalisation illustré à la figure 3.

Exposé détaillé d’un mode de réalisation

Les figures 2 et 3 illustrent un étage de turbine basse pression d’une turbomachine d’un aéronef.

Les références se rapportant aux éléments du rotor de turbine basse pression illustré aux figures 2 et 3 de structure ou fonction identique, équivalente ou similaire à celles des éléments du rotor de turbine basse pression illustré à la figure 1 sont identiques.

Le rotor de l’ étage de turbine basse pression illustré comprend un disque 1 de rotor sur lequel est montée une pluralité d’ aubes 2 amovibles. Les aubes 2 comprennent un pied d’ aube 3 usiné à la base de l'aube 2 et comportant une portion, par exemple en queue d'aronde, pour leur installation dans des rainures axiales, également en queue d’ aronde, usinées sur le disque 1 de rotor. L'assemblage s'effectue par l'emboîtement du pied d’ aube 3 dans la rainure axiale. Les pieds d’ aube 3 sont immobilisés axialement par l'intermédiaire de crochets de retenue axiale 4 de l’ aube sur le disque 1 de rotor, solidaires du pied des aubes 3.

L ’ anneau mobile 6, et en particulier l’ extrémité libre de l’ anneau mobile 6, autrement nommé bras d’ anneau 5 de l’ anneau mobile 6, est pourvu d’une denture périphérique externe 7. La denture périphérique externe 7 est formé par une pluralité de dents ou crabots. L ’anneau mobile 6 est monté sur le disque 1 de rotor et les aubes 2 de sorte que chaque dent de la denture périphérique externe 7 soit associée à un pied d’ aube 3 et soit insérée dans une gorge 8 d’un crochet de retenue axiale 4 disposé sur le pied d’ aube 3.

Les dents de la denture périphérique externe 7 comportent une face intérieure 7a et une face extérieure 7b opposée à la face intérieure 7a. La face intérieure 7a est destinée à être positionnée en regard d’un pied d’aube 3 du rotor et la face extérieure 7b destinée à être positionnée en regard du crochet de retenue axiale 4 disposé sur le pied d’ aube 3.

La pluralité d’ aubes 2 est ainsi disposée sur la denture périphérique externe 7 de l ’ anneau mobile 6 et chacune des dents de la denture périphérique externe 7 de l ’anneau mobile 6 est positionnée en regard d’une gorge 8 d’un crochet de retenue axiale 4 de pied d’ aube 3.

Dans l’exemple illustré, un joint d’ étanchéité 9, également nommé joint d’ étanchéité, est disposé entre l’ anneau mobile 6 et le disque de 1 de rotor.-;

Après que les aubes 2 et le joint d’ étanchéité 9 soit positionnés sur le disque 1 de rotor, l’ anneau mobile 6 est tourné de quelques degrés pour placer chacune des dents dans l ’une des gorges 8 de crochet de retenue axiale 4.

La denture périphérique externe 7 permet de maintenir l’ anneau mobile 6 à l’ amont des aubes 2 en place pendant le montage mais également d’ éviter le désengagement du joint d’ étanchéité 9 à l’ amont des aubes 2 lors du fonctionnement de la turbomachine.

L ’interaction entre les crochets de retenue axiale 4 et l’ anneau mobile 6 est donc obtenue grâce à la présence des crabots formés par la denture périphérique externe 7. Lors du montage, l’ anneau mobile 6 est inséré en faisant passer les crochets de retenue axiale 4 entre les dents de la denture périphérique externe 7, puis en faisant légèrement tourner l’anneau mobile 6 jusqu’ à ce que les dents soient disposées dans une position finale dans laquelle chaque dent est positionnée dans une gorge 8 d’un crochet de retenue axiale 4.

Les crochets de retenue axiale 4 limitent l’ouverture par centrifugation du bras d’ anneau 5. Lors du fonctionnement du rotor de la turbomachine, la température élevée induit le mouvement de l’ anneau mobile 6 qui s ’ouvre et vient au contact du crochet de retenue axiale 4 de façon répétée engendrant une usure de contact des dents de la denture périphérique externe 7.

La présence des crabots complexifie la géométrie de l’ anneau mobile 6.

Au moins un élément de protection est disposé sur la face extérieure d’ au moins une dent, de préférence chacune des dents, de la denture périphérique externe 7. L ’ anneau mobile 6 et l’ élément de protection forment un ensemble 10 d’anneau mobile.

L ’ élément de protection, disposé sur la face extérieure 7b des dents sujette au contact du crochet de retenue axiale 4, limite ainsi l’usure de la denture périphérique externe 7 en s ’ adaptant à la forme complexe de l’ anneau mobile 6.

Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 2, l’ élément de protection est un revêtement 1 1 appliqué sur la face extérieure 7 des dents de la denture périphérique externe 7 permettant d’ améliorer ses propriétés mécaniques en frottement.

Avantageusement, le matériau du revêtement 1 1 comporte du nickel et du chrome afin d’améliorer les propriétés de résistance de la face extérieure 7b de la dent revêtue face aux frottements et limiter son usure.

Le dépôt du revêtement l i a pour avantage de protéger l’ anneau mobile 6 des frottements sans modifier de manière significative sa masse.

Dans l’ exemple illustré, la face extérieure 7b des dents comprend une portion usinée sur laquelle le revêtement est appliqué. Il est ainsi possible de contrôler l’ épaisseur finale des dents par le contrôle de l’ épaisseur résiduelle des dents après usinage. La formation d’une portion usinée évite de créer une surépaisseur sur les dents après application du revêtement.

Selon un deuxième mode de réalisation illustré aux figures 3 et 4, l’ élément de protection peut être une pièce de protection 12 disposée sur l’anneau mobile 6. La pièce de protection 12 est disposée sur la face extérieure 7b des dents de la denture périphérique externe 7 et subit l’usure de contact à la place de l’ anneau mobile 6.

Dans l’ exemple illustré, la pièce de protection 12 est une pièce indépendante de l’anneau mobile 6 facilitant le remplacement de la pièce de protection 12 lorsqu’ elle est usée.

Selon une variante de réalisation, on pourra prévoir que l’ élément de protection soit une pièce de protection fixée sur l’ anneau mobile 6.

La pièce de protection 12 illustrée est une pièce de révolution et s’ étend sur toute la circonférence de la denture périphérique externe 7. De cette façon, la pièce de protection 12 unique protège l’ ensemble des dents de la denture périphérique externe 7.

Comme cela est représenté à la figure 5 , la pièce de protection 12 comporte, de préférence, une fente 13 sur sa circonférence, ce qui permet de faciliter son montage sur l’ anneau mobile 6. L’ écartement des deux extrémités de la pièce de protection 12 formée par la fente permet d’augmenter son diamètre intérieur pour la monter sur l’ anneau mobile 6. Une fois montée, la pièce de protection 12 reprend sa position d’ équilibre par diminution de son diamètre intérieur et se positionne sur l’anneau mobile 6.

La pièce de protection 12 peut être réalisée par des techniques simples telles que le pliage ou l’ emboutissage.

Compte tenu de la géométrie complexe de l’anneau mobile 6, la réalisation de la pièce de protection 12 par pliage ou emboutissage peut s’ avérer délicate.

A cet égard, selon une variante de réalisation, l’ ensemble 10 d’ anneau mobile 6 peut comprendre une pluralité de pièces de protection, chaque pièce de protection étant positionnée sur l’une des dents de la denture périphérique externe 7. La protection de toute la denture périphérique externe 7 est alors obtenue via l’ensemble de ces pièces de protection 12. Leur réalisation est simplifiée et leur pliage ou emboutissage est plus facilement réalisable.

Dans l’ exemple de réalisation illustré aux figures 3 et 4, la denture périphérique externe 7 est surmontée de la pièce de protection 12. La pièce de protection 12 comprend une première portion 12a configurée pour recouvrir les faces extérieure 7b et intérieure 7a des dents de la denture périphérique externe 7. La pièce de protection 12 épouse ainsi la forme de la denture périphérique externe 7.

De plus, l’ anneau mobile 6 peut comprendre un crochet 13 disposé dans le prolongement de la face intérieure 7a des dents de la denture périphérique externe 7, configuré pour recevoir le joint d’ étanchéité 9.

La pièce de protection 12 peut, avantageusement, comprendre une deuxième portion 12b pourvue d’un crochet 14 configuré pour épouser la forme de l’ anneau mobile 6 et s’intégrer au moins en partie dans le crochet 13 disposé sur l’ anneau mobile 6. Le crochet 14 de la pièce de protection 12 permet alors l’intégration du joint d’ étanchéité 9.

De préférence, la pièce de protection 12 comporte un moyen de retenue pour son maintien sur la denture périphérique externe 7. Le moyen de retenu est, de préférence, configuré pour le blocage de la pièce de protection 12 afin d’éviter sa fuite radiale sous effort centrifuge.

A cet égard, dans l’ exemple illustré, le crochet 14 de la pièce de protection 12 permet en outre le blocage de la pièce de protection 12 sur l’anneau mobile 6 pour empêcher sa fuite radiale par effort centrifuge lors de la rotation de l ’ anneau mobile 6.

De plus, le crochet 14 de la deuxième portion 12b de la pièce de protection 12 comporte, de préférence, une partie oblique 14a de réception du joint d’étanchéité 9. La partie oblique s’ étend dans une direction opposée à l’ axe de rotation de l’anneau mobile 6, en direction des pieds d’aube 3.

De cette façon, le joint d’ étanchéité intégré dans le crochet 14 de l’élément de protection 12 et reposant sur la partie oblique 14 est incité à remonter sous l’ effet centrifuge pour aller obstruer le jeu axial entre l’ anneau mobile 6 et le disque 1 de rotor crée par l’ouverture de l’anneau mobile 6 à chaud. Ceci empêche notamment les fuites d’air de ventilation.