FR3011575A1 - Disque pour l'equilibrage d'un rotor, et rotor - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un disque (1) de rotor de turbomachine, dont le pourtour (5) est apte à recevoir des aubes (6), caractérisé en ce qu'il comprend : - une bride (7) présentant une pluralité de trous (9), - au moins un module (10) d'équilibrage comprenant : o au moins une masse (11), o des languettes (12, 13) présentant des trous (18, 19), et o un élément (14) de verrouillage comprenant un pion (17) qui traverse les trous (9, 18, 19) de la bride (7) et des languettes (12, 13) afin de fixer le module (10) d'équilibrage à la bride (7). L'invention concerne également un rotor comprenant une pluralité de ces disques.

Description

Domaine de l'invention L'invention concerne un disque de rotor de turbomachine, présentant un module d'équilibrage. L'invention concerne également un rotor comprenant une pluralité de ces disques, ainsi qu'une turbomachine comprenant un tel rotor. Présentation de l'Art Antérieur Dans une turbomachine, le rotor comprend classiquement une pluralité d'aubes 100 mobiles en rotation, montées sur des disques 101 solidaires entre eux, par exemple via des vis. Un tel rotor se retrouve notamment dans les compresseurs (haute-pression et basse-pression) et dans les turbines (haute-pression et basse-pression). Or, il est le plus souvent nécessaire d'équilibrer le rotor par l'intermédiaire de modules d'équilibrage. Ces modules permettent de créer des plans d'équilibrage du rotor. L'intégration de modules d'équilibrage dans un rotor est connue de l'état de la technique. Toutefois, les solutions actuelles présentent un encombrement, notamment axial, élevé, ce qui limite les zones dans lesquelles ces modules d'équilibrage peuvent être intégrés. Une solution de l'état de la technique est illustrée en Figures 1 et 2. Une masse 102 d'équilibrage est fixée sur une vis 103 à écrou liant les disques 101 entre eux. La vis 103 présente typiquement un diamètre A 25 minimum d'environ 6,3 mm, imposé par des spécifications de la turbomachine. En outre, comme cela est représenté en Figure 2, l'encombrement axial B de l'extrémité de la vis 103 sur laquelle l'écrou 104 est fixé est d'environ 14 mm. 30 Cet encombrement axial est important, ce qui limite les zones dans lesquelles une masse d'équilibrage peut être fixée.

En particulier, les zones amont et aval du rotor (selon l'écoulement du flux) ne disposent que d'un espace axial réduit. Par conséquent, il n'est pas possible d'y installer des plans d'équilibrage avec les modules d'équilibrage de l'art antérieur.

Enfin, étant donné qu'il n'est pas possible d'écarter au maximum les plans d'équilibrage, il est nécessaire d'augmenter les masses d'équilibrage, ce qui alourdit l'ensemble. Présentation de l'invention Afin de pallier les inconvénients de l'état de la technique, l'invention propose un disque de rotor de turbomachine, dont le pourtour est apte à recevoir des aubes, caractérisé en ce qu'il comprend une bride présentant une pluralité de trous, au moins un module d'équilibrage comprenant au moins une masse, des languettes présentant des trous, et un élément de verrouillage comprenant un pion qui traverse les trous de la bride et de_ languettes afin de fixer le module d'équilibrage à la bride. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : la bride présente une surface festonnée, les trous de la bride étant portés par les festons ; l'élément de verrouillage comprend une patte à l'extrémité du pion ; une extrémité de la patte est flexible et présente une première position autorisant la rotation de la patte autour de l'axe du pion ; le disque comprend des butées et l'extrémité de la patte présente, dans sa première position, une courbure correspondant à la courbure d'une zone des butées ; le disque comprend des butées, et l'extrémité de la patte présente une seconde position dans laquelle la patte est bloquée en rotation entre les butées ; dans la seconde position, l'extrémité de la patte dépasse les butées. une autre extrémité de la patte est configurée pour se loger dans une gorge du module d'équilibrage. L'invention concerne également un rotor comprenant une pluralité d'aubes mobiles en rotation, montées sur une pluralité de disques, lesdits disques étant solidaires les uns des autres, au moins une partie des disques étant tels que décrits précédemment, afin de créer des plans d'équilibrage du rotor. Selon un aspect de l'invention, le disque amont et le disque aval sont conformes à ce qui a été décrit précédemment, afin de maximiser la distance entre les plans d'équilibrage du rotor. Ce rotor fait par exemple partie d'un compresseur ou d'une turbine. Enfin, l'invention concerne une turbomachine comprenant un tel rotor. Un avantage de l'invention est de proposer un module d'équilibrage à l'encombrement réduit, en particulier selon la direction axiale. Un autre avantage de l'invention est de maximiser la distance entre les plans d'équilibrage. Un autre avantage encore de l'invention est de permettre la réduction des masses d'équilibrage.

Enfin, un autre avantage de l'invention est de proposer un montage simple et efficace du module d'équilibrage. Présentation des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une représentation d'un rotor comprenant des disques avec des modules d'équilibrage de l'art antérieur ; - la Figure 2 est une représentation de l'encombrement des modules d'équilibrage de l'art antérieur ; - la Figure 3 est une représentation d'un mode de réalisation d'un disque de rotor selon l'invention ; - la Figure 4 est une représentation tridimensionnelle du pourtour d'un disque selon un mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 5 est une représentation d'un mode de réalisation d'un élément de verrouillage du module d'équilibrage ; - la Figure 6 est une représentation d'un mode de réalisation d'une masse et de languettes d'un module d'équilibrage ; - les Figures 7 à 10 représentent des étapes de montage d'un module d'équilibrage sur un disque de rotor ; - la Figure 11 est une représentation d'une position de l'extrémité d'une patte du module d'équilibrage ; - la Figure 12 est une représentation d'une autre position de l'extrémité d'une patte du module d'équilibrage ; - la Figure 13 est une représentation d'un mode de réalisation d'un rotor selon l'invention.

Description détaillée On a représenté sur les Figures 3 et suivantes un disque 1 de rotor 16 de turbomachine. Le disque 1 n'est en général pas plein, et comprend une partie extérieure annulaire pleine, et un trou en son centre. Le disque 1 présente un pourtour 5 apte à recevoir des aubes 6. Par exemple, le pourtour 5 comprend une pluralité de logements 27 pour la réception des aubes 6. Sur la Figure 4, le pourtour 5 présente une alternance de gorges 28 et de nervures 29, les gorges 28 servant de logements pour les aubes 6. Dans le cas d'une turbine basse pression, l'effort axial de veine entraîne en rotation la roue mobile par l'intermédiaire des profils aérodynamiques des aubes 6, entraînant ainsi le rotor. Le disque 1 comprend en outre une bride 7 présentant une pluralité de trous 9. Cette bride 7 est surajoutée au disque 1 à proximité de son pourtour 5. La bride 7 s'étend de manière circonférentielle le long du disque 1.

Comme indiqué ci-dessous, cette bride 7 permet de fixer au moins un module d'équilibrage 10 comprenant une masse 11. Or, le fait de positionner la bride 7 à proximité, voire au plus près du pourtour 5 externe du disque 1, permet de maximiser l'effet d'équilibrage produit par les masses 11. En outre, la bride 7 s'étend principalement, voire strictement, radialement vers l'intérieur du disque 1 (cf. Figure 4, où la bride 7 pointe vers le centre du disque 1), de façon à minimiser l'encombrement axial des masses 11. Sur les figures, la bride 7 présente une surface festonnée, les trous 9 de la bride 7 étant portés par les festons. Il est possible que seule une partie de la bride 7 soit festonnée, ou que la bride ne soit pas festonnée du tout. Les festons permettent de réduire la masse et permettent une dispersion, sur une plus grande longueur, des contraintes induites par l'effort centrifuge du rotor. En général, les festons sont répartis de manière régulière le long de la bride 7, par souci d'équilibrage. Le disque 1 comprend en outre au moins un module 10 d'équilibrage.

Ce module 10 d'équilibrage est destiné à créer un plan d'équilibrage. Le cas échéant, le disque 1 peut comprendre une pluralité de modules 10 d'équilibrage. Le module 10 d'équilibrage comprend au moins une masse 11. La masse 11 est déterminée en fonction des besoins d'équilibrage. 25 La masse 11 peut présenter une masse plus ou moins importante selon le besoin, ce qui offre une gamme de masses permettant l'équilibrage. A titre d'exemple non limitatif, les masses 11 présentent une masse comprise entre 2,5g et 9g, les masses pouvant être incrémentées de 0,5g avec une précision de +/-0,1g. 30 Le module 10 d'équilibrage comprend des languettes 12, 13. Ces languettes 12, 13 présentent chacune au moins un trou 18, 19 les traversant.

L'espacement des languettes 12, 13 permet de définir une gorge 31, destinée à recevoir au moins une partie de la bride 7. Le module 10 d'équilibrage comprend en outre un élément 14 de verrouillage comprenant un pion 17 qui traverse les trous 9, 18, 19 de la bride 7 et des languettes 12, 13 afin de fixer le module 10 d'équilibrage à la bride 7. En position, les trous 9, 18, 19 de la bride 7 sont alignés, ce qui permet au pion 17 de traverser ces trous et donc de maintenir l'ensemble. Le pion 17 est par exemple de type cylindrique.

Selon le cas, le disque 1 peut comprendre autant de modules 10 d'équilibrage que de trous 9 présents sur la bride 7. Selon un mode de réalisation, l'élément 14 de verrouillage comprend une patte 20 à l'extrémité du pion 17. Cette patte 20 s'étend dans un plan sensiblement orthogonal au pion 17.

Selon un aspect possible de l'invention, une extrémité 33 de la patte s'étend dans une gorge 21 du module 10. Cette gorge 21 est par exemple pratiquée entre une des languettes 12 et une saillie 34 du module 10. Afin de permettre sa mise en place, une autre extrémité 23 de la 20 patte 20 est flexible et présente une première position autorisant la rotation de la patte 20 autour de l'axe du pion 17. Cette première position est illustrée en Figure 9. Dans cette position, l'extrémité 23 est courbée vers l'extérieur du module 10 d'équilibrage. Ainsi, l'élément 14 de verrouillage est tout d'abord introduit de sorte que le pion 17 traverse les trous 9, 18, 19 de la bride 7 et des languettes 12, 13. Les languettes 12, 13 enserrent quant à elles la surface festonnée de la bride 7. Lors de l'insertion de l'élément 14 de verrouillage, la patte 20 est disposée à l'horizontale et l'extrémité 23 est dans sa première position.

Puis, la patte 20 est mise en rotation autour de l'axe du pion 17 de sorte à ce que la patte 20 rejoigne une autre position, dans laquelle la patte 20 est disposée entre des butées 25 du module 2 d'équilibrage. Cette autre position est en général une position verticale. Afin de permettre la rotation de la patte 20 malgré la présence des butées 25, l'extrémité 23 de la patte 20 présente, dans sa première position, une courbure correspondant à la courbure d'une zone 26 des butées 25 (Figure 9). Ainsi, cette complémentarité de courbure autorise le passage la patte 20 à travers les butées 25 lors de sa rotation. Afin de bloquer la rotation de la patte 20 lorsque celle-ci se trouve entre les butées 25, l'extrémité 23 de la patte 20 présente une seconde position dans laquelle la patte 20 est bloquée en rotation entre les butées 25. Dans cette seconde position, l'extrémité 23 de la patte 20 est fléchie par déformation plastique de la patte 20 jusqu'à mise en butée axiale cette fois-ci vers le module 10. Après flexion de l'extrémité 23, la patte 20 se retrouve bloquée entre les butées 25 et ne peut plus se mouvoir en rotation. Les butées 25 sont plus épaisses que l'extrémité 23 de la patte 20 afin de ne pas désengager la patte 20 sous l'effet des forces centrifuges. Afin de faciliter le démontage du module 10 d'équilibrage, l'extrémité 23 de la patte 20 dépasse, dans sa seconde position, les butées 25 (cf.

Figure 12). Ainsi, il est possible de saisir plus facilement l'extrémité 23 lors des opérations de démontage. Le démontage du module 2 suit les étapes inverses. La patte 20 est courbée vers l'extérieur du module 2 afin que l'extrémité 23 rejoigne sa première position. La patte 20 est mise en rotation jusqu'à une position horizontale, puis l'élément 14 de verrouillage est désengagé, ce qui permet de retirer la masse 11 et les languettes 12, 13 de la bride 7. Comme on le constate, le montage et le démontage du module 10 sont simples et efficaces. En position, le module d'équilibrage présente un encombrement axial C réduit. Il est par exemple de l'ordre de 7-8 mm, ce qui facilite son intégration, même dans des zones étroites.

On a représenté en Figure 13 un rotor 16 comprenant une pluralité d'aubes 6 mobiles en rotation, montées sur une pluralité de disques 1, lesdits disques 1 étant solidaires les uns des autres. Les disques peuvent être solidaires entre eux par l'intermédiaire de vis. Alternativement, il peut s'agir de disques formés en une seule pièce. Au moins une partie des disques 1 comprend chacun un ou plusieurs modules 10 d'équilibrage tels que décrit précédemment, fixés sur la bride 7 de chaque disque, afin de créer des plans d'équilibrage du rotor. Selon un mode de réalisation, le disque 35 amont et le disque 36 aval du rotor (situés aux extrémités amont et aval du rotor) portent chacun au moins un module 10 d'équilibrage. Ceci permet de maximiser la distance D entre les plans d'équilibrage du rotor. Grâce à ce mode de réalisation, il est possible de réduire la masse 11 requise pour équilibrer le rotor. Egalement, il est avantageux que la masse 11 soit à distance (la plus importante possible) de l'axe de la turbomachine (axe longitudinal de la turbomachine le long duquel s'écoule le flux), cette distance étant évaluée selon l'axe radial de la turbomachine. Ceci permet de réduire la masse 11 requise pour équilibrer le rotor. L'installation du module 10 d'équilibrage au niveau du disque 36 aval permet d'augmenter la distance à l'axe de la turbomachine, car à ce niveau le module 10 peut être disposé à une distance plus élevée de l'axe de la turbomachine, ce qui n'est pas le cas pour les autres disques du rotor. Le rotor comprenant ces disques peut notamment être installé dans un compresseur (haute-pression ou basse-pression) et/ou dans une turbine (haute-pression ou basse-pression) d'une turbomachine.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Disque (1) de rotor de turbomachine, dont le pourtour (5) est apte à recevoir des aubes (6), caractérisé en ce qu'il comprend : une bride (7) présentant une pluralité de trous (9), au moins un module (10) d'équilibrage comprenant : o au moins une masse (11), o des languettes (12, 13) présentant des trous (18, 19), et o un élément (14) de verrouillage comprenant un pion (17) qui traverse les trous (9, 18, 19) de la bride (7) et des languettes (12, 13) afin de fixer le module (10) d'équilibrage à la bride (7).
2. 2. Disque selon la revendication 1, dans lequel la bride (7) présente une surface festonnée, les trous (9) de la bride (7) étant portés par les festons.
3. 3. Disque selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'élément (14) de verrouillage comprend une patte (20) à l'extrémité du pion (17).
4. 4. Disque selon la revendication 3, dans lequel une extrémité (23) de la patte (20) est flexible et présente une première position autorisant la rotation de la patte (20) autour de l'axe du pion (17).
5. 5. Disque selon la revendication 4, comprenant des butées (25) et dans lequel l'extrémité de la patte (20) présente, dans sa première position, une 25 courbure correspondant à la courbure d'une zone (26) des butées (25).
6. 6. Disque selon l'une des revendications 4 ou 5, comprenant des butées (25), et dans lequel l'extrémité (23) de la patte (20) présente une seconde position dans laquelle la patte (20) est bloquée en rotation entre les butées 30 (25).
7. 7. Disque selon la revendication 6, dans lequel, dans la seconde position, l'extrémité (23) de la patte (20) dépasse les butées (25).
8. 8. Disque selon la revendication 3 à 7, dans lequel une autre extrémité (33) 5 de la patte (20) est configurée pour se loger dans une gorge (21) du module (10) d'équilibrage.
9. 9. Rotor (16) comprenant : une pluralité d'aubes mobiles en rotation, montées sur une pluralité 10 de disques (1), lesdits disques (1) étant solidaires les uns des autres, au moins une partie des disques (1) étant conformes à l'objet de l'une des revendications 1 à 8, afin de créer des plans d'équilibrage du rotor. 15
10. 10. Rotor selon la revendication 9, dans lequel le disque (35) amont et le disque (36) aval sont conformes à l'objet de l'une des revendications 1 à 8, afin de maximiser la distance entre les plans d'équilibrage du rotor.