Disque aubagé à aubes tripodes

Abstract

 Les aubes (10) d'une turbine ou d'un compresseur sont ici fixées au disque (1) par trois pieds (7, 8 et 9) engagés dans autant de rainures circulaires (4, 5 et 6). Ce montage permet d'obtenir une bonne répartition des efforts pendant le fonctionnement.

Description

[0001] L'invention se rapporte à un disque aubagé à aubes tripodes.

[0002] Les machines telles que les turbines à gaz comprennent toutes des disques aubagés pour constituer leurs turbines et leurs compresseurs. Si on met de côté les disques réalisés d'une pièce avec les aubes qu'ils portent, qui sont peu nombreux, on trouve que les réalisations concrètes d'assemblages des aubes au disque sont très diverses mais se répartissent en deux familles assez nettement séparées : celle des disques brochés et celle des disques à rainure circulaire.

[0003] Dans la première de ces familles, un outil à brocher exécute des rainures de direction axiale ou oblique, rectiligne ou en arc de cercle à travers la largeur de la couronne extérieure du disque ; les aubes sont introduites autour du disque en faisant glisser leur pied le long des brochages, et l'emboîtement des pieds à section bulbeuse dans les brochages interdit d'arracher les aubes. Un exemple est illustré à la figure 6, où des aubes 20 ont leurs pieds curvilignes et enfichés dans des brochages 22 de forme complémentaire, établis sur le pourtour d'une couronne extérieure 23 du disque, jointe à une partie centrale 24 plus étroite du disque. Dans l'autre famille de réalisations, une rainure unique s'étend sur la circonférence de la couronne extérieure du disque et les pieds des aubes y sont tous engagés.

[0004] L'inconvénient des réalisations de la première famille est que les efforts très importants que les aubes 20 subissent pendant le fonctionnement ne sont pas répartis uniformément sur le disque : ils sont exercés sur toute la largeur de la couronne extérieure, et seule une petite partie est transmise à la partie centrale 24 plus étroite, alors que tout le reste de l'effort s'exerce sur les bords en encorbellement de la couronne. Il en résulte des irrégularités de contraintes importantes dans le disque et notamment dans la couronne extérieure, dont les bords sont très chargés, surtout aux zones 25 situées sur les flancs de la couronne extérieure 23, entre les brochages 22 et près du pourtour de la couronne. L'autre famille de réalisations offre par contre une répartition assez uniforme des efforts dans le disque, la rainure étant située dans le plan de la partie centrale, mais son inconvénient est que les pieds d'aubes occupent des portions de rainure moins étendues qu'un brochage s'étendant dans la largeur de la couronne, et qu'ils doivent donc être moins volumineux. Cette famille de réalisation est plutôt destinée aux petites aubes, qui subissent des efforts moins importants.

[0005] L'invention constitue un perfectionnement du montage d'aubes à un disque au sein de la seconde famille. Elle conserve l'avantage inhérent à celle-ci d'une bonne uniformité des efforts tout en permettant de transmettre des efforts sensiblement plus élevés qu'avec les réalisations connues.

[0006] Le disque aubagé conforme à l'invention est creusé de trois rainures circulaires dans lesquelles pénètrent respectivement, pour chacune des aubes, trois pieds d'aubes situés à des angles différents du disque, et de surcroît, ces pieds sont dirigés sur l'axe de rotation du disque ; de plus, les rainures ont des sections différentes et les pieds d'aubes ont aussi des sections différentes. Il peut être avantageux de placer les rainures à des distances différentes de l'axe de rotation du disque, toujours afin de permettre une transmission d'efforts élevés selon la forme (cylindrique ou conique) du disque.

[0007] Selon un autre aspect de l'invention, des amortisseurs peuvent se trouver entre les pieds d'aubes et les fonds des rainures afin de réduire les vibrations.

[0008] Il faut remarquer que le document FR-2375440-A décrit des aubes tripodes, mais qui sont montées dans des rainures hélicoïdales : il concerne donc la première famille de réalisations. Le dispositif du document US 2 639 119 A appartient par contre à la même famille de réalisations que l'invention, et il décrit des aubes à rainures multiples (au moins quatre dans les réalisations illustrées) dans lesquelles des pieds respectifs du disque sont engagés et retenus par un forgeage. Mais les rainures et les pieds ont tous la même section, et leur nombre est quelconque et dépend de la largeur des aubes et du disque. Une telle disposition ne permet pas d'ajuster les efforts et les contraintes sur la surface de liaison entre l'aube et le disque, et le nombre de pieds implique qu'ils ont toutes une petite section. Ce double inconvénient interdit de transmettre les mêmes efforts qu'avec l'invention entre les aubes et le disque. Le document US 1 638 639 A mérite les mêmes commentaires.

[0009] On doit enfin signaler le document FR 2 078 097 A, qui décrit un ressort arqué analogue à l'amortisseur de l'invention, mais qui n'est pas placé au même endroit et qui ne sert d'ailleurs qu'à retenir la succession d'aubes dans la rainure contre les glissements angulaires, et à les empêcher d'atteindre l'élargissement de la rainure par lesquelles elles sont introduites au montage.

[0010] L'invention va maintenant mieux apparaître à la lecture du commentaire des figures suivantes :

• la figure 1 est une vue en coupe diamétrale d'un mode de réalisation de l'invention,
• la figure 2 est une autre vue de ce mode de réalisation, le disque étant vu de l'extérieur en direction radiale ;
• la figure 3 est une triple vue en coupe transversale des pieds d'aubes et du disque, prise selon la ligne III-III de la figure 2 ;
• la figure 4 illustre un mode d'insertion des aubes ;
• la figure 5 représente un élément du montage ;
• et la figure 6 est une vue de l'art antérieur.

[0011] Le disque conforme à l'invention porte la référence 1 sur les figures, et on peut y distinguer une partie centrale 2 mince et plane et au bord de laquelle se raccorde une couronne 3 extérieure dans laquelle ont été creusées une rainure centrale 4 et deux rainures latérales 5 et 6 flanquant la précédente, toutes trois circulaires et s'ouvrant vers l'extérieur de la couronne 3.

[0012] Les trois rainures 4, 5 et 6 sont étroites à leur portion d'ouverture pour retenir respectivement trois pieds 7, 8 et 9 de forme bulbeuse d'aubes 10. Quand le disque 1 tourne en entraînant la couronne d'aubes 10, ces dernières sont soumises, sous l'effet des forces centrifuges, aérodynamiques et vibratoires, à des efforts principalement radiaux qui sont transmis au disque 1 par trois composantes F7, F8 et F9 passant respectivement par les pieds de même numéro. Il est ainsi possible de mieux répartir les efforts dans le disque 1 que si on ne disposait que de la rainure 4 centrale et de son pied 7, comme dans les conceptions antérieures. Les forces F7, F8 et F9 sont transmises à la couronne 3, et de là au reste du disque 1, par l'intermédiaire de trois paires de surfaces S de contact entre les faces latérales des rainures 4 à 6 et des pieds 7 à 9, et l'optimisation des positions de ces surfaces et de leurs superficies permet d'obtenir des concentrations de contraintes peu importantes dans le disque 1 et notamment dans la couronne 3. On voit en effet que les sections des rainures 4, 5 et 6, de même que celles des pieds 7, 8 et 9, sont différentes. Elles sont d'ailleurs placées à des distances différentes de l'axe de rotation du disque, dont le pourtour peut être cylindrique ou conique selon les exigences habituelles de dimensionnement des machines. La présence de trois pieds 7, 8 et 9 seulement (un central et deux latéraux) permet de prévoir avec exactitude les efforts F7, F8 et F9 passant par chacun d'entre eux, ce qui ne serait pas forcément le cas avec un nombre de pieds plus élevé ; il faudrait aussi resserrer les rainures et les rendre plus étroits, ce qui réduirait les sections des pieds et donc leur résistance. Comme un tel travail est cependant empirique et relève uniquement d'essais de laboratoire ou de simulations par calcul, et que son résultat dépend fortement des formes réelles des aubes 10 (notamment de leur cambrure) et du disque 1, il n'est pas possible de donner de règles générales.

[0013] La figure 2 montre que la cambrure des aubes 10 impose de placer les pieds 7, 8 et 9 à des angles différents de la circonférence du disque 1. Mais comme on le voit bien à la figure 3, les pieds 7, 8 et 9 ne sont pas parallèles mais dirigés sur l'axe de rotation X du disque 1, ce qui favorise l'uniformisation des contraintes.

[0014] La figure 4 illustre un mode de montage des aubes 10 : des entailles 11 de direction radiale sont ménagées sur la couronne extérieure 3 de façon à élargir localement les rainures 4, 5 et 6 pour les rendre plus larges que les pieds 7, 8 et 9 et permettre de les insérer. Le mouvement d'insertion des aubes peut être purement radial ou, comme on le représente ici, il peut être produit par une rotation de l'aube 10 autour d'un point de charnière 12 défini par le contact d'un bord de l'aube 10 et de la couronne 3. Dans tous les cas, le verrouillage des aubes 10 est réalisé en faisant coulisser les pieds 7, 8 et 9 dans leur rainure 4, 5 et 6 après l'insertion pour leur faire quitter le secteur des entailles 11.

[0015] La figure 5 représente un élément amortissant 13 en matière élastique et de forme arquée, dont les extrémités 14 reposent sur le fond 15 d'une quelconque des rainures 4, 5 et 6 et dont la partie médiane 16 est engagée sous le pied d'une aube 10, et maintenue sous ce pied malgré les risques de mouvement de l'élément 13 le long de la rainure grâce à deux rebords 17 qui pincent le pied d'aube. Les vibrations de direction radiale auxquelles l'aube 10 est soumise ont pour effet d'écraser et de relâcher l'élément 13 et de lui donner ainsi la possibilité de dissiper de l'énergie. Un bossage 18 est avantageusement prévu sous la partie médiane 16 pour buter contre le fond 15 de la rainure quand l'écrasement de l'élément 13 à atteint une limite qu'on souhaite ne pas dépasser.

Revendications

1. Disque (1) aubagé garni d'une couronne extérieure d'aubes (10), caractérisé en ce qu'il est creusé de trois rainures circulaires (4, 5, 6) dans lesquelles pénètrent respectivement, pour chacune des aubes (10), trois pieds (7, 8, 9) d'aube situés à des angles différents du disque et dirigés sur un axe de rotation (X) du disque, et en ce que les rainures (4, 5, 6) ont des sections différentes et les pieds d'aube (7, 8, 9) ont aussi des sections différentes.

2. Disque aubagé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures sont situées à des distances différentes de l'axe de rotation du disque.

3. Disque aubagé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des amortisseurs (13) se trouvent entre les pieds (10) d'aube et des fonds (15) de rainure.

4. Disque aubagé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les amortisseurs consistent en des lames arquées et élastiques ayant des extrémités reposant sur les fonds de rainure, une partie médiane (16) reposant sous les pieds d'aube, et un bossage (18) d'arrêt de débattement attaché sous la partie médiane (16) et dirigé vers les fonds de rainure.

Dessins