ROTOR DE TURBOMACHINE A POSITIONNEMENT ANGULAIRE AMELIORE DES AUBES
DESCRIPTION
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne les rotors de turbomachines ou de compresseurs, tels que des turboréacteurs d'avions. Elle concerne plus précisément la fixation des aubes sur le rotor d'une turbomachine.
ART ANTERIEUR ET PROBLEME POSE
En aéronautique, sur Les étages des compresseurs des turboréacteurs, on fixe les aubes sur le rotor de deux façons différentes. Elles sont, soit fixées dans des alvéoles individuelles usinées sur la périphérie du rotor, soit fixées toutes dans une même gorge circulaire usinée ~ la périphérie du rotor. Dans ce cas, les aubes sont appelées communément "aubes à attache ~ pied-marteau". Comme le montrent les figures 1 et 2, de telles aubes 10 ont donc un pied en forme de bulbe 7 qui vient se loger dans la gorge annulaire b usinée dans une jante 5 du rotor et dont la section correspond à celle du bulbe 7. L'aube se complète d'une plate-forme de positionnement 8 se trouvant entre la pale 9 et le pied-marteau. Cette plate-forme 8 repose au préalable sur une surface externe 18 de la jante 5 par une surface d'appui 19.
Dans les turboréacteurs plus modernes, le nombre des aubes a été augmenté. Ceci a entraîné
la réduction du pas relatif des aubes. Pour y parvenir, on a été amené é réaliser des plates-formes en losange à la place des plates-formes antérieures traditionnellement rectangulaires.
SP 6173 JB.
z Ces plates-formes en losange autorisent la tendance au pivotement de l'aube dans la gorge, sous l'effet du moment induit par la poussée aérodynamique sur la pale.
Les figures 3A et 3B illustrent ce problème de positionnement angulaire.
Sur la figure 3A, on a représenté trois plates-formes 8 adjacentes. On peut constater que la forme en losange implique que la largeur L d'une plate-forme 8 est forcément plus grande que l'épaisseur E, c'est-à-dire la distance séparant les deux faces les plus rapprochées de la forme losangique ou du parallélogramme. ae ce fait, toute tendance au pivotement pour une aube est facilité par le fait que ce pivotement libère un jeu supplémentaire. Toutes les aubes peuvent donc pivoter, ce pivotement étant relatif à La forme des plates-formes 8.
Ce pivotement tend, bien entendu, à ëtre contrecarré par le bulbe dont les flancs viennent en contact avec la paroi interne de la gorge de la jante, sous l'effet du champ mécanique centrifuge.
Cependant, la faible longueur circonférentielle d du bulbe 7 limite l'efficacité de ce guidage.
En effet, comme le montre la figure 3C, le montage de telles aubes avec attache marteau se fait communément gréce à une échancrure 14 ménagée dans la rainure 13 et dont la Longueur circonférentielle est adaptés à la longueur d du bulbe.
Le aubes sont ensuite immobilisées dans la gorge 6 de faon à éviter que le bulbe 7 d'une aube ne puisse se trouver en vis-à-vis de l'échancrure 14, ce qui signifierait l'expulsion de L'aube hors de la gorge 6.
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Cette condition signifie que la longueur d du bulbe 7 ne peut excéder la moitié de la Longueur L de la plate-forme 8. En particulier, pendant la phase de démarrage et les fonctionnements transitoires, S les efforts centrifuges peuvent ne pas être suffisants pour empêcher le pivotement de l'aube. Ceci aura pour conséquences que la portée du bulbe 7 dans la gorge 6 ne sera pas homogêne et que le calage de l'aube sera modifié, mettant ainsi en cause le comportement mécanique et aérodynamique du compresseur.
En référence aux figures 1 et 2, pour éviter ce pivotement, on connaît l'utilisation de rainures 1, 2, coopérant avec des nervures circonférentielles 3, 4, de la jante 5 du rotor, de maniére à ce que les plates-formes b viennent en butée sur les rainures 1, 2. La mise en oeuvre des rainures 1 et 2 et des nervures 3 et 4 pénalise la conception en augmentant l'épaisseur de la plate-forme 8 et la hauteur du disque. On notera, par ailleurs, que le jeu latéral de fabrication subsistant entre la rainure 1 ou 2 et la nervure 3 ou 4 autorise, en toute rigueur, le pivotement correspondant de l'aube dans la gorge 6.
Le but de l'invention est de limiter les possibilités de pivotement des aubes.
RESUME DE L'INVENTION
R cet effet, L'objet principal de l'invention est un rotor de turbomachine, d'axe de rotation déterminé, comprenant .
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- une jante sur une surface externe cylindrique de laquelle débouche une gorge circulaire par une rainure de largeur réduite pour fixer sur cette jante .
- des aubes possédant chacune une plate-forme et un pied marteau pénétrant par ladite rainure pour venir s'appuyer dans la gorge circulaire du disque.
Selon l'invention, les aubes sont réunies deux par deux au niveau des plates-formes pour constituer des doublets de manière è augmenter, pour chacun d'eux, la portée constituée par les deux pieds-marteau et limiter ainsi la rotation des aubes par rapport aux axes perpendiculaires è l'axe du rotor.
Plusieurs procédés sont utilisés pour constituer un doublet d'aubes.
Un premier procédé consiste à souder ou â braser les aubes par leur plate-forme.
Un deuxième consiste è produire un doublet d'aubes par fonderie.
Une troisième solution consiste à utiliser l'usinage pour produire un tel doublet d'aubes.
L'invention s'applique particulièrement aux aubes dont les plates-formes sont losangiques.
Pour chaque doublet de deux aubes, deux échancrures sont pratiquées dans la rainure de la jante, pour permettre l'introduction et le montage des aubes.
LISTE DES FIGURES
L'invention et ses différentes caractéristïques techniques seront mieux comprises è la lecture de ta description qui suit et qui est accompagnée des figures représentant respectivement .
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figure 1, en coupe, le bas d'une aube équipée d'un pied-marteau selon l'art antérieur, et fixée sur une jante ;
- figure 2, en perspective, la même aube 5 que la figure 1 sortie de la jante ;
- figures 3A, 38, et 3C, trois schémas relatifs au placement et au pivotement des aubes dans leur moyen de fixation ;
- figure 4, en vue de dessus, deux plates-formes d'aubes adjacentes et soudées ou brasées entre elles ;
- figure 5, en coupe, un doublet formé
de deux aubes soudées ou brasées ;
- figure 6, un schéma relatif au blocage en rotation du doublet de la figure 5 ;
- figure 7, la rainure de la jante du rotor selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE
REALISATION DE L'INVENTION
Les figures 4 et 5 symbolisent un doublet formé de deux aubes adjacentes et fixées l'une par rapport é l'autre.
Sur ces figures, la fixation a été
représentée par un cordon de soudure 20 qui joint les deux plates-formes 8 des deux aubes adjacentes.
Ce cordon de soudure réunit les deux plates°formes par deux de leur grand côté. De cette maniére, les deux aubes sont fixées l'une par rapport à l'autre sur toute la longueur du parallélogramme de la plate-forme $.
Dans ce cas, les dEUx aubes sont réalisées au préalable individuellement et soudées de préférence au moyen d'un faisceau d'électrons. Pour réaliser SP 6173 Je.
ce soudage, il est intéressant d'utiliser un outillage de maintien des aubes simulant la jante sur laquelle le doublet doit être monté.
Comme le montre la figure 5, une distance D sépare les deux aubes. En outre, on précise que cette distance D sépare également les deux bulbes 7 des pieds-marteau de chacune des deux aubes.
Comme le montre la figure 6, en fait, le blocage en rotation d'un doublet est assuré grâce au fait que la longueur de guidage dans la gorge du disque augmente de maniêre très importante. Cette longueur correspond à la distance hors tout H des deux bulbes 7.
Pour illustrer cela, on retiendra que si d peut être tout au plus égale à L/2, la distance H correspondera alors à 1,5 L.
Le soudage est une des possibilités de fabrication des doublets. On signale également qu'il est possible d'envisager de fournir un doublet lors de la fonderie des aubes. Une telle ébauche de fonderie peut être usinée pour obtenir le doublet final. Il est également possible de réaliser le doublet uniquement par des usinages à partir d'une ébauche commune pour un seul doublet.
En référence à la figure 6, le montage d'un doublet nécessite la présence de deux échancrures 21 dans la rainure 13. Ces deux échancrures sont distantes de la même distance D séparant les deux aubes, donc les deux bulbes, d'un même doublet. Ce dernier peut donc être introduit dans La gorge par pénétration des deux bulbes dans deux échancrures adjacentes 21 et par translation du doublet dans la gorge.
SP 6173 J8.
AVANTAGES DE L'INVENTION
- Le positionnement angulaire de chaque aube est donc amélioré en utilisant un doublet d'aubes, par rapport au montage individuel pour chaque aube, comme l'enseigne l'art antérieur.
- On note que les intervalles et jeux entre les plates-fermes et la jante sont considérablement réduits du fait que 50 ~ des surfaces latérales des plates-formes sont soudées entre elles. Ceci réduit considérablement les fuites et les recirculations parasites.
- L'invention permet de détromper les opérateurs, lors du montage des aubes d'un rotor.
En effet, un rotor de turbomachine, tel qu'un compresseur, comprend plusieurs étages, c'est-à-dire plusieurs jantes. Chaque étage possède un nombre différent d'aubes. La distance D séparant deux aubes adjacentes d'un même étage, c'est-à-dire leurs deux bulbes respectifs, est donc fonction du nombre d'aubes prévues sur l'étage, c'est-à-dire sur la jante. Cette distance D est donc généralement différente d'un étage du compresseur à l'autre. L'utilisation de doublets d'aubes é une distance D déterminée pour un étage déterminé évite donc de monter sur un étage de rang N des aubes prévues pour un étage de rang N + 1 ou autre.
SP b173 JE3. TURBOMACHINE ROTOR WITH IMPROVED ANGULAR POSITIONING OF BLADES
DESCRIPTION
FIELD OF THE INVENTION
The invention relates to rotors of turbomachinery or compressors, such as aircraft turbojet engines. It concerns more precisely fixing the blades on the rotor of a turbomachine.
PRIOR ART AND PROBLEM POSED
In aeronautics, on the floors of turbojet compressors, we set the blades on the rotor in two different ways. They are, either fixed in individual machined cells on the periphery of the rotor, either all fixed in the same machined circular groove ~ the periphery rotor. In this case, the blades are called commonly "vane à attache ~ pied-hammer". As shown in Figures 1 and 2, such blades 10 therefore have a bulbous foot 7 which comes lodge in the annular groove b machined in a rim 5 of the rotor and whose section corresponds to that of the bulb 7. The dawn is completed by a platform positioning 8 located between the blade 9 and the hammer foot. This platform 8 rests at preliminary on an external surface 18 of the rim 5 by a support surface 19.
In more modern turbojet engines, the number of blades has been increased. This resulted in reducing the relative pitch of the blades. To achieve this, we were led to realize diamond platforms in place of earlier platforms traditionally rectangular.
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z These diamond platforms allow the tendency of the dawn to pivot in the throat, under the effect of the moment induced by the push aerodynamics on the blade.
Figures 3A and 3B illustrate this problem angular positioning.
In Figure 3A, three are shown 8 adjacent platforms. We can note that the diamond shape implies that the width L of a platform 8 is necessarily larger than the thickness E, i.e. the distance between the two faces closest to the lozenge shape or parallelogram. therefore, any tendency to pivoting for a dawn is made easier by the fact that this pivoting frees up additional play. All the blades can therefore pivot, this pivoting being relating to The shape of the platforms 8.
This pivoting tends, of course, to be thwarted by the bulb whose sides come in contact with the inner wall of the throat of the rim, under the effect of the centrifugal mechanical field.
However, the short circumferential length d bulb 7 limits the effectiveness of this guidance.
Indeed, as shown in Figure 3C, mounting such blades with hammer attachment is commonly done with a notch 14 in groove 13 and whose length circumferential are adapted to the length d of the bulb.
The blades are then immobilized in the groove 6 so as to prevent the bulb 7 from dawn cannot be in front of the notch 14, which would mean the expulsion of Dawn out throat 6.
SP 6173 JB.
This condition means that the length d of bulb 7 cannot exceed half the length L of platform 8. In particular, during the start-up phase and transient operations, S centrifugal forces may not be sufficient to prevent the blade from turning. This will have for consequences that the scope of bulb 7 in the groove 6 will not be homogeneous and that the setting of the dawn will be modified, thus calling into question the mechanical and aerodynamic behavior of the compressor.
With reference to Figures 1 and 2, to avoid this pivoting, we know the use of grooves 1, 2, cooperating with circumferential ribs 3, 4, from the rim 5 of the rotor, so that the platforms b come into abutment on the grooves 1, 2. The implementation of grooves 1 and 2 and ribs 3 and 4 penalizes the design by increasing the thickness of the platform 8 and the height of the disk. Note, moreover, that the lateral play remaining between groove 1 or 2 and rib 3 or 4 authorizes, in all rigor, the corresponding pivoting of the blade in the groove 6.
The object of the invention is to limit the possibilities of pivoting of the blades.
SUMMARY OF THE INVENTION
To this end, the main object of the invention is a turbomachine rotor with an axis of rotation determined, understanding.
SP 6173 JB.
- a rim on an external surface cylindrical from which a circular groove opens by a groove of reduced width to fix on that rim.
- blades each having a platform and a hammer foot penetrating through said groove for come to rest in the circular groove of the disc.
According to the invention, the blades are joined two by two at the platforms for build doublets so as to increase, to each of them, the scope constituted by the two hammer feet and thus limit the rotation of the blades with respect to the axes perpendicular to the axis of the rotor.
Several methods are used to constitute a doublet of blades.
A first method consists in welding or to braze the blades by their platform.
A second is to produce a doublet blades by foundry.
A third solution is to use machining to produce such a doublet of blades.
The invention is particularly applicable with vanes whose platforms are lozenges.
For each doublet of two blades, two notches are made in the groove of the rim, to allow introduction and mounting blades.
LIST OF FIGURES
The invention and its different technical characteristics will be better understood è reading your description which follows and which is accompanied by figures representing respectively.
SP 6173 JB.
figure 1, in section, the bottom of a blade equipped with a hammer foot according to the prior art, and fixed on a rim;
- figure 2, in perspective, the same dawn 5 as Figure 1 out of the rim;
- Figures 3A, 38, and 3C, three diagrams relating to the placement and pivoting of the blades in their fixing means;
- Figure 4, in top view, two adjacent and welded or brazed blade platforms between them ;
- Figure 5, in section, a doublet formed two blades welded or brazed;
- Figure 6, a diagram relating to blocking in rotation of the doublet of Figure 5;
- Figure 7, the groove of the rotor rim according to the invention.
DETAILED DESCRIPTION OF A MODE OF
REALIZATION OF THE INVENTION
Figures 4 and 5 symbolize a doublet formed of two adjacent blades and fixed one by compared to the other.
In these figures, the fixing has been represented by a weld bead 20 which joins the two platforms 8 of the two adjacent blades.
This weld bead joins the two platforms by two on their long side. In this way, the two blades are fixed relative to each other over the entire length of the parallelogram of the platform $.
In this case, the two blades are made beforehand individually and preferably welded by means of an electron beam. To realize SP 6173 I.
this welding, it is interesting to use a tool blade retention simulating the rim on which the doublet must be fitted.
As shown in Figure 5, a distance D separates the two blades. In addition, it is specified that this distance D also separates the two bulbs 7 of the hammer feet of each of the two blades.
As Figure 6 shows, in fact, the rotational locking of a doublet is ensured by to the fact that the guide length in the groove of the disc increases very significantly. This length corresponds to the overall distance H of the two bulbs 7.
To illustrate this, we will retain that if d can be at most equal to L / 2, the distance H will then correspond to 1.5 L.
Welding is one of the possibilities of manufacture of doublets. It is also reported that it is possible to consider providing a doublet when of the paddle foundry. Such a foundry draft can be machined to obtain the final doublet. he is also possible to make the doublet only by machining from a blank common for a single doublet.
Referring to Figure 6, the assembly of a doublet requires the presence of two notches 21 in groove 13. These two notches are distant by the same distance D separating the two blades, so the two bulbs, of the same doublet. This the latter can therefore be introduced into The throat by penetration of the two bulbs into two notches adjacent 21 and by translation of the doublet in the throat.
SP 6173 J8.
ADVANTAGES OF THE INVENTION
- The angular positioning of each blade is therefore improved by using a pair of blades, compared to the individual assembly for each blade, as taught in the prior art.
- We note that the intervals and clearances between the trusses and the rim are considerably reduced by the fact that 50 ~ of the lateral surfaces of platforms are welded together. This reduces considerably leaks and recirculations parasites.
- The invention makes it possible to disabuse the operators, when mounting the blades of a rotor.
Indeed, a turbomachine rotor, such as a compressor, comprises several stages, i.e.
several rims. Each floor has a number different from blades. The distance D between two blades adjacent to the same floor, i.e. their two respective bulbs, is therefore a function of the number of blades provided on the floor, that is to say on the rim. This distance D is therefore generally different from compressor stage to another. The use of blade doublets at a distance D determined for a given floor therefore avoids going up on a floor of row N of the blades provided for a row of row N + 1 or other.
SP b173 JE3.