[0001] L'invention concerne un disque porte-labyrinthe multifonction pour rotor de turbomachine,
le rotor comportant au moins un disque dans la jante duquel sont prévues des rainures
recevant les pieds d'aube, le porte-labyrinthe comportant sur sa face amont des léchettes
coopérant avec des moyens complémentaires prévus sur le stator, et sur sa face aval
des moyens d'étanchéité avec la face amont du disque de rotor, des moyens de fixation
du porte-labyrinthe et des moyens de maintien axial des aubes.
[0002] On a cherché à simiplifier les systèmes de fixation des flasques sur les rotors afin
d'obtenir à la fois une plus grande simplicité de montage et une meilleure tenue aux
variations de régime de la turbine. Ces variations finissent par produire un desserrage
des moyens de fixation et par suite une usure des éléments, ce qui entraîne un balourd
générateur de vibrations.
[0003] De tels moyens sont décrits dans les brevet des EUA N° 3 832 092 et 3 034 298 et
sont constitués par des boulons et/ou des clavettes.
Les améliorations ont porté sur le mode de fixation. C'est ainsi que le brevet français
N° 2 324 873 décrit un dispositif comportant deux flasques : un amont et un aval,
disposés de part et d'autre du disque de rotor et formés de segments. Le flasque amont
porte sur sa face radiale amont des léchettes assurant l'étanchéité de l'étage avec
le stator alors que le bord périphérique de sa face aval porte des moyens assurant
l'étanchéité avec la face radiale amont de la jante et les pieds d'aube. Cette face
aval porte vers son bord intérieur une bride axiale dans laquelle sont prévus des
logements destinés à maintenir des becs, formés à l'extrémité des pieds d'aube, lorsque
tous les segments sont montés.
[0004] La bride et par conséquent le flasque amont assure le verrouillage axial des aubes
dans le sens amont-aval. Le verrouillage dans le sens aval-amont et la fixation du
flasque amont sont obtenus par le flasque aval qui présente sur son abord intérieur
et sur sa face amont, des bossages qui se logent dans une gorge de la jante et qui,
par rotation du flasque, viennent se placer derrière un talon prévu à l'extrémité
du pied d'aube. Le flasque est alors verrouillé en rotation par des pions maintenus
par des chevilles immobilisées par un élément d'étanchéité soudé au flasque.
[0005] Les inconvénients liés aux moyens de fixation des flasques sont éliminés dans ce
mode de réalisation, mais cette amélioration a été obtenue au détriment de la simplicité.
L'utilisation de nombreuses petites pièces, telles que les pions, les chevilles, et
la nécessité de soudure d'un élément d'étanchéité ne facilite pas les opérations de
maintenance qui sont de ce fait relativement longues et minutieuses.
[0006] L'invention vise à fournir un dispositif constitué de deux pièces le disque porte-labyrinthe
et un segment d'arrêt susceptibles d'assurer à la fois l'étanchéité par rapport au
rotor, l'alimentation étanche des aubes en air de refroidissement et la retenue axiale
des aubes.
[0007] Le disque porte-labyrinthe, selon l'invention, est remmrquable en ce qu'il est constitué
d'un disque radial comportant à sa périphérie :
- un anneau porte-labyrinthe conique, disposé en amont du disque, et portant sur sa
surface extérieure les léchettes ;
- une collerette conique dirigée en aval du disque munie d'une portée annulaire disposée
à sa périphérie et sur son bord aval, susceptible de s'appuyer contre la face amont
de la jante du rotor et des pieds d'aube; et de dents de retenue des aubes disposées
axialement sur la face aval de la collerette en nombre égal à celui des rainures recevant
les pieds d'aube, et comportant à leur extrémité un talon radial dirigé vers la périphérie
et une partie des moyens de fixation du disque porte-labyrinte au disque de rotor.
[0008] Les moyens de fixation du disque porte-labyrinthe sont constitués d'un segment d'arrêt,
d'une gorge annulaire radiale prévue dans la face aval du disque de rotor et dont
l'ouverture est dirigée vers l'extérieur par rapport à l'axe du disque, et une encoche
annulaire radiale prévue à l'extrémité des dents de retenue et dont l'ouverture est
dirigée vers l'axe du disque de rotor, le segment d'arrêt constituant le seul moyen
de retenue du disque porte-labyrinthe, étant susceptible de s'engager partiellement
dans la gorge et l'encoche.
[0009] Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre
comment l'invention peut être réalisée.
La figure 1 représente une vue partielle, en coupe, d'un étage de turbine comportant
un disque de rotor équipé d'un disque porte-labyrinthe selon l'invention.
La figure 2 est une vue en perspective d'un segment du disque de la figure 1.
La figure 3 est une vue selon III de la figure 1, avec coupe partielle et les aubes
6 étant enlevées.
[0010] La figure 1 représente une vue simplifiée partielle et en coupe d'un étage de turbine
d'une turbomachine. L'arbre creux 1 de la turbomachine entraîne en rotation le disque
de rotor 2 qui lui est fixé. Ce disque comporte, comme connu, une jante 3 qui est
traversée axialement par des rainures 4 en sapin (visibles sur la figure 2), qui reçoivent
et maintiennent les pieds 5 des aubes 6. Selon l'exemple de réalisation, les aubes
sont séparées du pied par une plate-forme 7 qui réalise la continuité aérodynamique
du canal annulaire dans lequel tourne l'aubage du rotor. Les aubes 6 du rotor 2 reçoivent
le flux d'air dirigé par l'aubage statorique, placé en amont, constitué d'aubes 8,
réglables ou non, maintenues à la périphérie du carter (non représenté) de la turbine.
Les extrémités axiales des aubes de stator 8, portent des moyens d'étanchéité 9 constitués
d'une ou plusieurs bagues cylindriques (trois selon l'exemple) coopérant avec les
léchettes 10, 11, 12 portées par un disque porte-labyrinthe 13 solidaire du rotor
de la turbomachine.
[0011] Selon l'exemple de réalisation conforme à l'invention (figures 1 et 2) le disque
porte-labyrinthe est constitué
- d'un disque 13 ;
- d'un anneau porte-labyrinthe 14, conique, dirigé en amont du disque 13 par rapport
à la direction du flux d'air et comportant sur sa surface extérieure les léchettes
10, 11, 12 formant une partie d'un joint labyrinthe ;
- d'une collerette conique 15, dirigée en aval du disque 13 par rapport à la direction
du flux d'air, munie à sa périphérie et sur son bord aval, d'une portée annulaire
16, destinée à s'appuyer directement ou indirectement par l'intermédiaire d'un joint
sur la face amont de la jante du rotor 2 et des pieds d'aube 5. Cette collerette porte
encore sur sa surface aval et selon un cercle, des dents de retenue des aubes, 17,
172, 173... axiales, en nombre égal à celui des rainures 4 recevant les pieds d'aubes,
disposées de manière à pouvoir se loger dans chacune des rainures entre le fond de
la rainure et celui du pied d'aube, constituant les moyens de maintien axial des aubes
;
- un segment d'arrêt 18 logé partiellement dans une gorge annulaire radiale 19 du
disque de rotor 2, ouverte vers l'extérieur par rapport à l'axe du disque, et partiellement
dans une encoche annulaire 20, radiale, prévue à l'extrémité des dents de retenue
17, 172, 173... et sur leur face dirigée vers l'axe de la turbomachine et ouverte
vers cet axe.
Le segment d'arrêt 18 se présente sous la forme d'un anneau fendu présentant une certaine
élasticité.
[0012] Selon une forme de réalisation des dents, celles-ci comportent sur leur face dirigée
vers l'axe de la turbomachine, une rainure longitudinal 21 (figure 3) destinée à amener
l'air de refroidissement aux aubes par des passages radiaux 22. L'extrémité libre
des dents porte, sur leur face dirigée vers la périphérie, un talon radial 23 destiné
à la retenue des aubes.
[0013] De préférence le disque porte-labyrinthe selon l'invention est obtenu d'une seule
pièce par moulage et/ou usinage.
[0014] Le mode de montage du disque porte-labyrinthe ci-dessus décrit est le suivant :
- le disque de rotor étant posé à plat sur un support convenable, le segment d'arrêt
18 étant en place dans la gorge 19, on présente le disque porte-labyrinthe, de façon
que les dents 17 s'engagent légèrement par leur talon 23 dans les rainures 4 de la
jante du rotor ;
- les pieds d'aube 5 sont mis en place sur les dents 17 entre la portée 16 et la face
amont du talon radial 23 ;
- le disque porte-labyrinthe est alors poussé de manière à faire pénétrer simultanément
tous les pieds d'aube dans les rainures jusqu'à ce que le segment d'arrêt, préalablement
comprimé par les talons des dents, vient se loger partiellement dans les encoches
annulaires 20 desdits talons.
A l'inverse, pour démonter le disque porte-labyrinthe, le segment d'arrêt 19 doit
être escamoté dans la gorge 19 du disque 2.
[0015] Le disque porte-labyrinthe assure les fonctions suivantes :
- le verrouillage des aubes : les aubes sont maintenues axialement vers l'amont par
appui sur la portée 16 et vers l'aval par appui sur la face amont du talon 23 de la
dent 17 ;
- le verrouillage du disque porte-labyrinthe : le disque est verrouillé axialement,
par le segment d'arrêt 18 inséré partiellement dans le disque de rotor et partiellement
dans les dents 17 ;
- l'alimentation en air de refroidissement des aubes : l'air de refroidissement pénètre
dans la rainure 21 et de là par des passages radiaux dans les canaux internes de refroidissement
des aubes ;
- l'amortissement : en fonctionnement, la portée 16 du porte-labyrinthe appuie sur
la face amont des pieds d'aube et amortit les vibrations des aubes. Un joint torique
souple, logé dans une rainure de la portée 16 reprend éventuellement les tolérances
de fabrication des pieds d'aubes.
1. Disque porte-labyrinth multifonction pour rotor de turbomachine, le rotor comportant
au moins un disque dans la jante duquel sont prévus des rainures recevant les pieds
d'aube, un porte-labyrinthe comportant sur sa face amont des léchettes coopérant avec
des moyens complémentaires prévus sur le stator, et sur sa face aval des moyens d'étanchéité
avec la face amont du disque de rotor, des moyens de fixation du porte-labyrinthe
et des moyens de maintien axial des aubes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un
disque radial (13) comportant à sa périphérie :
- un anneau porte-labyrinthe (14) conique, disposé en amont du disque, et portant
sur sa surface extérieure les léchettes (10, 11, 12);
- une collerette conique (15) dirigée en aval du disque munie d'un portée annulaire
(16) disposée à sa périphérie et sur son bord aval, susceptible de s'appuyer contre
la face amont de la jante du rotor (2) et des pieds d'aube (5) ; et de dents de retenue
des aubes (17) disposées axialement sur la face aval de la collerette, en nombre égal
à celui des rainures (4) recevant les pieds d'aube, et comportant à leur extrémité
un talon (23) radial dirigé vers la périphérie et une partie des moyens de fixation
du disque porte-labyrinthe au disque de rotor.
2. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fixation du
disque porte-labyrinthe sont constitués d'un segment d'arrêt (18) constituant le seul
moyen de retenue du disque porte-labyrinthe, d'une gorge annulaire (19) radiale prévue
dans la face aval du disque de rotor (2) et dont l'ouverture est dirigée vers l'extérieur
par rapport à l'axe du disque, et une encoche annulaire (20) radiale prévue à l'extrémité
des dents de retenue (17) et dont l'ouverture est dirigée vers l'axe du disque de
rotor, le segment d'arrêt (18) étant susceptible de s'engager partiellement dans la
gorge (19) et l'encoche (20).
3. Disque selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les dents de retenue
des aubes (17) comportent sur leur face dirigé vers l'axe de la turbomachine, une
rainure longitudinale (21) et des passages radiaux (22).
4. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé d'une seule
pièce obtenue par moulage et/ou usinage.