EP0530097A1

EP0530097A1 - Turbomachine motor with angular positioning of the blades

Info

Publication number: EP0530097A1
Application number: EP92402340A
Authority: EP
Inventors: Jacques Marie Pierre Stenneler
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1993-03-03
Also published as: FR2680828B1; FR2680828A1; CA2077051A1; CA2077051C

Abstract

The rotor according to the invention allows the blades to be fastened with very limited rotation as regards their positioning on the rim of the rotor. The blades (10) are connected together in pairs to form a doublet. Two adjacent blades (10) may thus be connected together by welding (20) in the region of their platform (8). In this way, the length of the lateral bearing surface on the rim of the rotor is therefore increased. Rotation is thereby limited. Application to turbine machine rotors whose blades are fastened using a hammerhead fixing. <IMAGE>

Description

FIELD OF THE 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.The invention relates to the rotors of turbomachinery or compressors, such as aircraft turbojets. It relates more precisely to the fixing of the blades on the rotor of a turbomachine.

PRIOR ART AND PROBLEM POSED

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 à la périphérie du rotor. Dans ce cas, les aubes sont appelées communément "aubes à attache à 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 6 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.In aeronautics, on the compressor stages of turbojets, the blades are fixed to the rotor in two different ways. They are either fixed in individual cells machined on the periphery of the rotor, or all fixed in the same circular groove machined on the periphery of the rotor. In this case, the blades are commonly called "hammer foot attachment blades". As shown in Figures 1 and 2, such blades 10 therefore have a bulbous-shaped foot 7 which is received in the annular groove 6 machined in a rim 5 of the rotor and whose section corresponds to that of the bulb 7. L the blade is completed with a positioning platform 8 located between the blade 9 and the hammer foot. This platform 8 rests beforehand on an external surface 18 of the rim 5 by a bearing surface 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 à réaliser des plates-formes en losange à la place des plates-formes antérieures traditionnellement rectangulaires.In more modern turbojet engines, the number of blades has been increased. This resulted in the reduction of the relative pitch of the blades. To achieve this, we were led to make diamond platforms in place of the traditionally rectangular front platforms.

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.These diamond platforms allow the tendency of the blade to pivot in the groove, under the effect of the moment induced by the aerodynamic thrust on the blade.

Les figures 3A et 3B illustrent ce problème de positionnement angulaire.FIGS. 3A and 3B illustrate this problem of angular positioning.

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. De 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.In FIG. 3A, three adjacent platforms 8 are shown. We can see that the diamond shape implies that the width L of a platform 8 is necessarily greater than the thickness E, that is to say the distance between the two closest sides of the diamond shape or the parallelogram. Therefore, any tendency to pivot for a blade is facilitated by the fact that this pivoting releases additional play. All the vanes can therefore pivot, this pivoting being relative to the shape of the platforms 8.

Ce pivotement tend, bien entendu, à être 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.This pivoting tends, of course, to be counteracted by the bulb, the sides of which come into contact with the internal wall of the groove of the rim, under the effect of the centrifugal mechanical field. However, the short circumferential length d of the bulb 7 limits the effectiveness of this guidance.

En effet, comme le montre la figure 3C, le montage de telles aubes avec attache marteau se fait communément grâce à une échancrure 14 ménagée dans la rainure 13 et dont la longueur circonférentielle est adaptée à la longueur d du bulbe.Indeed, as shown in Figure 3C, the mounting of such blades with hammer attachment is commonly done through a notch 14 formed in the groove 13 and whose circumferential length is adapted to the length d of the bulb.

Le aubes sont ensuite immobilisées dans la gorge 6 de façon 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.The blades are then immobilized in the groove 6 so as to prevent the bulb 7 of a blade from being facing the notch 14, which would mean expelling the blade from the throat 6.

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, 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 homogène et que le calage de l'aube sera modifié, mettant ainsi en cause le comportement mécanique et aérodynamique du compresseur.This condition means that the length d of the bulb 7 cannot exceed half the length L of the platform 8. In particular, during the start-up phase and transient operations, the centrifugal forces may not be sufficient to prevent the pivoting of dawn. This will have the consequences that the range of the bulb 7 in the groove 6 will not be homogeneous and that the setting of the blade will be modified, thus calling into question the mechanical and aerodynamic behavior of the compressor.

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 manière à ce que les plates-formes 6 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.With reference to FIGS. 1 and 2, to avoid this pivoting, the use of grooves 1, 2 is known, cooperating with circumferential ribs 3, 4, of the rim 5 of the rotor, so that the platforms 6 come into abutment on the grooves 1, 2. The implementation of the grooves 1 and 2 and the ribs 3 and 4 penalizes the design by increasing the thickness of the platform 8 and the height of the disc. It will be noted, moreover, that the lateral play of manufacture remaining between the groove 1 or 2 and the rib 3 or 4 authorizes, in all rigor, the corresponding pivoting of the blade in the groove 6.

Le but de l'invention est de limiter les possibilités de pivotement des aubes.The object of the invention is to limit the possibilities of pivoting of the blades.

SUMMARY OF THE INVENTION

A cet effet, l'objet principal de l'invention est un rotor de turbomachine, d'axe de rotation déterminé, comprenant :

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.

To this end, the main object of the invention is a turbomachine rotor, of determined axis of rotation, comprising:

a rim on a cylindrical external surface from which opens a circular groove by a groove of reduced width to fix on this rim:
vanes each having a platform and a hammer foot penetrating through said groove to come to bear in the circular groove of the disc.

Selon l'invention, les aubes sont réunies deux par deux au niveau des plates-formes pour constituer des doublets de manière à 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 à l'axe du rotor.According to the invention, the blades are joined two by two at the level of the platforms to form doublets so as to increase, for each of them, the bearing formed by the two hammer feet and thus limit the rotation of the blades by relative to the axes perpendicular to the axis of the rotor.

Plusieurs procédés sont utilisés pour constituer un doublet d'aubes.Several methods are used to form a doublet of blades.

Un premier procédé consiste à souder ou à braser les aubes par leur plate-forme.A first method consists in welding or brazing the blades by their platform.

Un deuxième consiste à produire un doublet d'aubes par fonderie.A second consists in producing a doublet of blades by foundry.

Une troisième solution consiste à utiliser l'usinage pour produire un tel doublet d'aubes.A third solution consists in using machining to produce such a doublet of blades.

L'invention s'applique particulièrement aux aubes dont les plates-formes sont losangiques.The invention is particularly applicable to blades whose platforms are lozenges.

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.For each doublet of two blades, two notches are made in the groove of the rim, to allow the introduction and mounting of the blades.

LIST OF FIGURES

L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et qui est accompagnée des figures représentant respectivement :

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 que la figure 1 sortie de la jante ;
figures 3A, 3B, 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.

The invention and its various technical characteristics will be better understood on reading the description which follows and which is accompanied by the figures representing respectively:

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 blade as Figure 1 out of the rim;
Figures 3A, 3B, and 3C, three diagrams relating to the placement and pivoting of the blades in their fixing means;
Figure 4, in top view, two adjacent blade platforms welded or brazed together;
Figure 5, in section, a doublet formed of two welded or brazed blades;
Figure 6, a diagram relating to the locking in rotation of the doublet of Figure 5;
Figure 7, the groove of the rotor rim according to the invention.

DETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION

Les figures 4 et 5 symbolisent un doublet formé de deux aubes adjacentes et fixées l'une par rapport à l'autre.Figures 4 and 5 symbolize a doublet formed of two adjacent blades and fixed relative to each other.

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 manière, les deux aubes sont fixées l'une par rapport à l'autre sur toute la longueur du parallélogramme de la plate-forme 8.In these figures, the attachment 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 in pairs 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 8.

Dans ce cas, les deux aubes sont réalisées au préalable individuellement et soudées de préférence au moyen d'un faisceau d'électrons. Pour réaliser ce soudage, il est intéressant d'utiliser un outillage de maintien des aubes simulant la jante sur laquelle le doublet doit être monté.In this case, the two blades are produced beforehand individually and preferably welded by means of an electron beam. To realize this welding, it is advantageous to use a tool for holding the blades simulating the rim on which the doublet is to be mounted.

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.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 from the hammer feet of each of the two blades.

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 manière très importante. Cette longueur correspond à la distance hors tout H des deux bulbes 7.As shown in Figure 6, in fact, the locking in rotation of a doublet is ensured by 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.

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.To illustrate this, it will be remembered that if d can be at most equal to L / 2, the distance H will then correspond to 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.Welding is one of the possibilities of manufacturing doublets. It is also reported that it is possible to consider providing a doublet during the casting of the blades. Such a foundry blank can be machined to obtain the final doublet. It is also possible to produce the doublet only by machining from a common blank for a single 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.With reference to FIG. 6, the mounting of a doublet requires the presence of two notches 21 in the groove 13. These two notches are spaced by the same distance D separating the two blades, therefore the two bulbs, from the same doublet . The latter can therefore be introduced into the groove by penetration of the two bulbs in two adjacent notches 21 and by translation of the doublet in the groove.

ADVANTAGES OF THE INVENTION

The angular positioning of each blade is therefore improved by using a doublet of blades, compared to the individual assembly for each blade, as taught in the prior art.
It should be noted that the intervals and clearances between the platforms and the rim are considerably reduced because 50% of the lateral surfaces of the platforms are welded together. This considerably reduces leaks and parasitic recirculations.
The invention makes it possible to disarm operators, when mounting the blades of a rotor. Indeed, a turbomachine rotor, such as a compressor, comprises several stages, that is to say several rims. Each stage has a different number of blades. The distance D separating two adjacent blades of the same stage, that is to say their two respective bulbs, is therefore a function of the number of blades provided on the stage, that is to say on the rim. This distance D is therefore generally different from one stage of the compressor to another. The use of blade doublets at a determined distance D for a given stage therefore avoids mounting on a stage of row N vanes provided for a stage of row N + 1 or other.

Claims

Turbomachine rotor, of defined axis of rotation, comprising: - a rim (5), on a cylindrical external surface from which opens a circular groove (6) by a groove (13) of reduced width to fix on this rim (6): - vanes (10) each having a platform (8) and a hammer foot (7, 12) penetrating into the groove (6) to rest in said groove (6), characterized in that the blades (10) are joined two by two at the level of the platforms (8) to constitute doublets, so as to lengthen the lateral bearing formed by the hammer feet (7, 12) and limit the rotation of the vanes (10) relative to the axes perpendicular to the axis of the rotor.

Rotor according to claim 1, characterized in that the joining of the two blades (10) takes place by welding.

Rotor according to claim 1, characterized in that the joining of the two blades (10) is effected by brazing.

Rotor according to claim 3, characterized in that the welding takes place by electron beam.

Rotor according to claim 1, characterized in that the doublet of two blades (10) is obtained by casting.

Rotor according to claim 4 or 5, characterized in that the doublet uniting two blades (10) is obtained by machining.

Rotor according to any one of the preceding claims, characterized in that the platforms (8) of the blades (10) are of diamond shape.

Rotor according to any one of the preceding claims, characterized in that the rim has for each blade (10) a notch (21) in the groove (13), each notch (21) being spaced from an adjacent notch (21) the distance (D) separating two blades (10).