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WO2015110751A1 - Disque de rotor a dispositif de prélèvement d'air centripète, compresseur comportant ledit disque et turbomachine avec un tel compresseur - Google Patents

Disque de rotor a dispositif de prélèvement d'air centripète, compresseur comportant ledit disque et turbomachine avec un tel compresseur Download PDF

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WO2015110751A1
WO2015110751A1 PCT/FR2015/050135 FR2015050135W WO2015110751A1 WO 2015110751 A1 WO2015110751 A1 WO 2015110751A1 FR 2015050135 W FR2015050135 W FR 2015050135W WO 2015110751 A1 WO2015110751 A1 WO 2015110751A1
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WO
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air
fabric
disk
compressor
sampling device
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2015/050135
Other languages
English (en)
Inventor
Nadège HUGON
Nicolas TRAPPIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SNECMA SAS filed Critical SNECMA SAS
Priority to US15/111,314 priority Critical patent/US10598096B2/en
Priority to GB1612128.7A priority patent/GB2537293B/en
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Definitions

  • the present invention relates to a rotor disk with a centripetal air sampling device and, more particularly, though not exclusively, to the arrangement of the centripetal air sampling device in axial compressor discs of turbomachines (turboprops and turbojets). ) of small size.
  • the axial compressors in which circulates the air stream entering the turbomachine, comprise a plurality of coaxial and alternating stages of rotor disks and paddle stator, the latter being traversed by the air stream to be compressed. circulating from upstream to downstream of the engine to go to the combustion chamber thereof.
  • FIG. 1 A schematic representation of an axial compressor 2 of turbomachine 1 A axis is illustrated with reference to Figure 1 with its magnifying glass L, the stator vanes having been removed.
  • the rotor disks 3 each comprise an annular radial web (or web) 4 with, at its inner periphery, a central bore 5 traversed by the turbine shaft 6 of the turbomachine, for example, a rim 7 terminating the outer periphery of the rotor. 4, and the corresponding blade 8 attached to the rim 7.
  • the latter are made integral by bolt-type connection means 10A fixing, in this embodiment, flanges 1 1 which terminate cylindrical side walls 12 of the disks, to the webs 4 of adjacent disks.
  • the assembly of the walls 12 thus assembled forms an internal continuous wall delimiting the flow of the air stream 13.
  • centripetal air 15 which serves to provide ventilation or cooling of certain parts of the turbomachine 1 such as, for example, the ventilation of the high-pressure turbine, the ventilation of the bores of the compressor discs high pressure, the pressurization of the lubrication chambers, the ventilation of the low pressure turbine, etc. This ventilation is advantageously from the internal air flow F of the motor circulating in the vein 13.
  • the device 15 comprises tubes 16 communicating, at their inlets 17, with the air stream 13 through at least one orifice 18 provided in the cylindrical lateral wall 12 of the downstream disc 3B, and at their outlets 19 located in the vicinity of the central bores of the discs, with the turbine shaft 6 to be ventilated.
  • the tubes 16 are arranged substantially radially and are carried by a cylindrical support 23 of the device, which is integral with the disks.
  • the air sampling device 15 can be arranged relatively easily in the chosen interdisc cavity, and linked to the disks of the compressor, bolts 10A being thus used as connecting means 10 of the two consecutive bladed disks.
  • connection means 10 between the consecutive disks toothed or gear-coupled connection means (referred to in English as "curvic coupling" and described for example in FR-2952138).
  • curvic coupling referred to in English as "curvic coupling" and described for example in FR-2952138.
  • tooth connection means 10 make it possible to reduce the axial space requirement compared with bolt connection means 10A and flanges, since the cylindrical walls 12 of the disks are directly engaged by conical teeth 10B and 10C, as shown in FIG. 2, while not weakening not the discs. Indeed, it weakens the latter when pierced in order to fix the flanges so that thicker discs are needed, which weighs on other parameters.
  • a generally conical toothing 10B terminates the transverse free end of the cylindrical lateral wall 12 of a disc and meshes with a complementary toothing 10C terminating the transverse free end of the side wall facing the disc to be associated.
  • the air sampling device 15 comprises a cylindrical support 23 which is previously mounted on an annular flange 24 perpendicularly projecting from the radial web 4 of the upstream disk 3A, being located near the central bore 5.
  • the support 23 is fixed to the flange 24 by bolts 25.
  • the radial air supply tubes 16 are then mounted through facing holes 26, 27 provided in the support 23 and the flange 24 to radially open in the annular cavity 14 of the disks 3A, 3B between the webs 4 and coming, by their inputs 17, near the side wall 12 of the disks and, by their outputs 19, near the central bores opposite the shaft of turbine to ventilate.
  • a locking means 28 maintains the air sampling tubes 16 in the support 23 and the flange 24.
  • an annular ring or flange 30 perpendicularly projecting from the radial fabric 4 and in which engages the support 23 for purposes of centering the latter.
  • the sampling device is attached to one of the disks and centered on the other disk.
  • the centripetal air sampling device tends to generate stresses in the upstream rotor disk to which it is attached. so that over-stresses can appear in the disk, which is undesirable.
  • the present invention aims to overcome the above drawbacks and concerns a compressor rotor disk, the design of which makes it possible to easily mount the centripetal air sampling device, to improve the mechanical strength of the disk, to reduce the risks of leakage and machining diametrically teeth curvic connections of the two disks enclosing the sampling device.
  • the rotor disk in particular for a compressor, comprises, with respect to the axis of rotation of the disk:
  • a centripetal radial air sampling device comprising a cylindrical support and at least one air supply tube whose inlet is turned towards the air supply orifice and whose outlet is turned towards the boring of the fabric, and an internal radial flange from the cylindrical side wall, the cylindrical support of the device being fixed to said inner radial flange, and a crown from the fabric, the cylindrical support being centered on the crown.
  • the rotor disc is remarkable in that locking means are provided between the cylindrical support of the air sampling device and the centering ring of the radial web.
  • the support of the sampling device thus adjusted and locked, thus remains in contact with the ring gear reducing the risk of leakage, which avoids over-dimensioning the air bleed and maintain engine performance .
  • the device instead of coming to clamp the air sampling device on one of the two consecutive rotor disks and to center on the other rotor disk, the device is fixed and applies only on only one of the rotor discs, which on the one hand facilitates the assembly operations (and disassembly) of said device and the intervention on inaccessible parts and, on the other hand, to stiffen the disk assembly. device by distributing the best efforts passing through them. Indeed, the centrifugal force created by the device is taken up by its fixing and its centering on the same disk.
  • the air sampling device is reported, in full, in the internal space defined by the fabric and the side wall of the disc, so that the axial space is consequently necessarily reduced, which is advantageous for engines of contained dimension.
  • the cylindrical side wall is provided, at its free end, toothed connection means, said fixing flange being located (axially offset) of the tooth connection means. So, the space internal disc directly above the connecting means is free, so that one can perform the diametrical machining of the teeth of this disc.
  • the locking means are defined by at least one axial lateral slot formed in the centering ring of the disc and ending in an angular slot, and by a radial lug protruding from the cylindrical support and successively engaging in the slots , locking the support in the crown of the veil.
  • the internal radial clamping flange is attached by welding to the side wall of the disc. This is particularly advantageous for engines of reduced size for which machining difficulties may be otherwise encountered.
  • vibratory damping means is provided between the air supply tube and the support of the air sampling device.
  • the damping means comprises a split tube with elastically deformable petals engaging in the air supply tube to be applied against it and absorb the vibrations, the assembly “supply tube d air and damper tube “being held in the holder of the air bleeding device.
  • said air sampling device comprises a plurality of air supply tubes arranged substantially radially in receiving holes of the cylindrical support, and regularly distributed angularly around it .
  • the invention also relates to a compressor comprising:
  • coaxial rotor disks each having a radial web, vanes at the outer periphery of the fabric, traversed by an air stream, and a bore at the inner periphery of the fabric, said disks being associated in rotation by connecting means; teeth terminating cylindrical side walls of the discs, and
  • a centripetal air sampling device arranged between the webs of two consecutive disks and bringing air from the vein towards the bores.
  • the compressor is remarkable in that said device for extracting centripetal air is reported, in its entirety, in the internal space between the fabric and the side wall of one of said disks. consecutive in the manner defined above, with the tooth connecting means of the disc projecting from the insert device, and in that the internal space of the other of said consecutive discs, delimited by the side wall with tooth connection means is free, free of obstacles, at least in line with its toothed connection means.
  • the fixing flange as described with reference to FIG. 2 is omitted and the diametrical machining of the teeth of the toothed connection (curvic) of the rotor disk in question can be eliminated. to be done directly, as well as that of the disc with the air intake device reported, since the latter is not in line with the tooth connection means.
  • the centripetal air sampling device is integral with the downstream disk of the two consecutive disks, respectively upstream and downstream.
  • the invention also relates to a turbomachine for an aircraft, of the type comprising at least one axial compressor with an air sampling device, a combustion chamber and a turbine.
  • the axial compressor is as defined above.
  • FIG. 1 is a longitudinal and schematic half-section of a high-pressure axial compressor for a turbomachine with rotor disks associated by bolt connection means and a centripetal radial air sampling device, in accordance with the prior art described above.
  • FIG. 2 is a longitudinal and schematic half-section of a part of a turbomachine compressor with rotor discs associated by tooth connection means and a centripetal radial air sampling device, according to the prior art described above.
  • Figure 3 is a view similar to Figure 2 with, according to the invention, the arrangement of the centripetal air sampling device in one of the compressor discs.
  • Figure 4 shows the air bleeding device of Figure 3 before mounting on the downstream disk concerned.
  • Figure 5 shows the two rotor disks separated with the toothed connections for their diametrical machining.
  • Figures 6a, 6b and 6c show the assembly with centering and locking of the air bleeding device on the downstream disk of the compressor.
  • the centripetal air sampling device 15 is housed in the respective interdiscal annular cavity 14 of the compressor 2 and, according to the invention, is attached to one of the two rotor disks. respectively upstream 3A and downstream 3B delimiting the cavity, in this case in the internal space 14B of the downstream disk 3B in the embodiment shown.
  • the downstream disk 3B includes the air sampling device 15 which comprises a cylindrical support 23 in the orifices 26 which are radially mounted air supply tubes 16 identical to each other.
  • the air sampling device 15 comprises a cylindrical support 23 in the orifices 26 which are radially mounted air supply tubes 16 identical to each other.
  • four air supply tubes may be provided at 90 ° from each other to ensure a suitable air supply to the bore of the discs in which the turbine shaft to be cooled.
  • a different number of tubes is of course possible.
  • Each sampling tube or air intake tube 16 terminates at its outlet 19 by a base 31 which abuts against an annular portion 32 of the cylindrical support 23.
  • damping means 29 such as damping slotted tubes with petals 33 intended to absorb, by means of elasticity of the petals applying against the wall of the respective tubes 16, the centrifugal effect and vibrations occurring during operation of the engine.
  • Each damping tube 33 also ends with a base 34 which is pressed against the base 31 of the sampling tube 16.
  • the set of pairs of tubes 16-33 is held axially in position in the holes 26 of the support 23 by any appropriate means of blocking
  • the cylindrical support 23 has, on the side intended to be turned towards the upstream disk 3A, a substantially flat part 35 extending radially outwards from the annular part 32 with, in the vicinity of its periphery, holes 36 in which are adapted to engage bolts 37.
  • the screw 38 of the bolt 37 shown is mounted in the hole concerned and that the nut 39 is placed against an inner radial flange 40 of the downstream disc 3B, this flange is intended for fixing the device 15 on the disk 3B and it comes perpendicularly from the cylindrical side wall 12 of the latter.
  • the nut 39 of the bolt 37 is mounted on the screw 38 immobilizing the sampling device 15 on the upstream disk.
  • the cylindrical support 23 On the side intended to be turned towards the downstream disk 3B, the cylindrical support 23 has an outer annular flange 41 on which we will return and which is intended to cooperate, for centering and locking purposes, with the crown 30 issuing perpendicularly from the radial web 4 of the downstream rotor disk 3B.
  • the sampling device 15 in the internal space 14B of the downstream disc, delimited by the cylindrical lateral wall 12 and the radial web 4 of said disc, will be housed, in its entirety, the sampling device 15.
  • the inner radial flange 40 of annular shape, is arranged close to the toothing 10C of the connecting means 10 of the downstream disc and it projects radially inwardly of the side wall, in the internal space 14B. .
  • the fastening flange 40 of the downstream disk situated in the space 14B, is axially offset towards the right of the plane PR. and is therefore not under the teeth 10C, and that the internal space 14A of the upstream disk is now free of flanges or any other obstacle, internally to the teeth 10B of the connecting means, in particular at the base of the teeth 10B thereof.
  • the upstream disk 3A only includes the canvas radial 4 and the cylindrical side wall 12 at the free end of which are formed the teeth 10B of the connection.
  • the arrangement of the device 15 in this disc is shown in detail with reference to FIG. 3. It can be seen, on the one hand, that the radial portion 35 of the cylindrical support 23 is applied against the flange 40 while engaging under the side wall 12 of the downstream disc 3B, with fixation of the support to the disc by the bolts 37, and secondly, that the annular flange 41 of the annular portion 32 of said support engages simultaneously in the crown 30 from the fabric of the 3B disk, which ensures not only the adjusted centering of the set "device-disk", but also the locking thereof by means 42 described below.
  • the flange 40 is attached by welding inside the side wall 12 of the disc 3B, which is easier than a machining realization given the compact size of the engine. The welding is performed after the machining of the rotor disc and, since it is not located in a zone of significant effort, the mechanical strength of the disc is not affected. Welding is easier to control.
  • the locking means 42 between the support 23 and the downstream disk 3B are advantageously of bayonet or dog type ensuring the maintenance of the centering by preventing it from "open".
  • at least one side slot 43 parallel to the axis A, is provided in the thickness of the ring 30, which lateral slot 43 is extended and terminated by an angular slot 44 blind, bent at right angles to the axial slot 43.
  • On the flange 41 of the annular portion 32 of the support is then provided at least one radial lug 45, of similar size to the width of the slots and which is intended to engage successively therein.
  • FIG. 6b shows, according to the arrow F2, the radial lug 45 of the cylindrical support 23 of the centripetal device facing the lateral slot 43 of the ring, and the annular portion 32 of the support is axially introduced into the ring until at the moment when the lug 45 reaches the bottom of the lateral slot 43.
  • FIG. 6c the device 15 is rotated angularly along the arrow F3 so that the lug 45 moves in the angular slot 44 until that it comes to a stop against the bottom of it.
  • the centripetal device 15 is then prevented from dissociating from the downstream disk 3B and an always optimal centering of the part 32 of the support 23 in the ring 30 is ensured with a maximum reduction of the risks of leakage at this level.
  • the flat part 35 of the support facing the annular flange 40 of the downstream disc is stopped in rotation by the bolts 37, which ensures the immobilization of the sampling device 15 in the internal space 14B of the 3B downstream disk.

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Abstract

Le disque de rotor (3B) pour compresseur comporte, par rapport à l'axe de rotation du disque: une toile radiale (4), des aubes (8) en périphérie extérieure de la toile, un alésage (5) en périphérie intérieure de la toile, et une paroi latérale cylindrique (12) prolongeant la toile au voisinage de sa périphérie extérieure et présentant un orifice d'amenée d'air (18), et - un dispositif de prélèvement d'air centripète (15). Avantageusement, le dispositif (15) comprend un support cylindrique (23) et au moins un tube d'amenée d'air (16) dont l'entrée est tournée vers l'orifice (18) et dont la sortie est tournée vers l'alésage (5) de la toile, et le disque comporte une bride radiale interne (40) issue de la paroi latérale cylindrique (12), le support cylindrique (23) du dispositif (15) étant fixé à ladite bride radiale interne (40), et une couronne (30) issue de la toile (4), le support cylindrique (23) étant centré sur la couronne (30).

Description

DISQUE DE ROTOR A DISPOSITIF DE PRELEVEMENT D'AIR CENTRIPETE, COMPRESSEUR COMPORTANT LEDIT DISQUE ET TURBOMACHINE AVEC
UN TEL COMPRESSEUR La présente invention concerne un disque de rotor à dispositif de prélèvement d'air centripète et, plus particulièrement quoique non exclusivement, l'agencement du dispositif de prélèvement d'air centripète dans des disques de compresseurs axiaux de turbomachines (turbopropulseurs et turboréacteurs) de faible dimension.
Généralement, les compresseurs axiaux, dans lesquels circule la veine d'air entrée dans la turbomachine, comprennent une pluralité d'étages coaxiaux et alternés de disques de rotor et de stator à aubes, ces dernières étant traversées par la veine d'air à comprimer circulant d'amont en aval du moteur pour se diriger vers la chambre de combustion de celui-ci.
Une représentation schématique d'un compresseur axial 2 de turbomachine 1 d'axe A est illustrée en regard de la figure 1 avec sa loupe L, les aubes de stator ayant été supprimées. Une telle représentation correspond à celle du document FR-2825413 du demandeur. Les disques de rotor 3 comprennent chacun une toile (ou voile) radiale annulaire 4 avec, à sa périphérie intérieure, un alésage central 5 traversé entre autre par l'arbre de turbine 6 de la turbomachine, une jante 7 terminant la périphérie extérieure de la toile 4, et l'aube correspondante 8 rapportée sur la jante 7. Pour associer coaxialement les disques de rotor 3, ces derniers sont rendus solidaires par des moyens de liaison 10 du type à boulons 10A fixant, dans cette réalisation, des brides 1 1 qui terminent des parois latérales cylindriques 12 des disques, aux toiles 4 des disques adjacents.
L'ensemble des parois 12 ainsi assemblées forme une paroi continue interne délimitant l'écoulement de la veine d'air 13.
Dans la cavité annulaire 14 délimitée par deux disques de rotor consécutifs du compresseur 2, respectivement amont 3A et aval 3B (voir la loupe L) selon le sens du flux d'air F dans la veine 13, est alors prévu le dispositif de prélèvement d'air centripète 15 qui sert à assurer la ventilation ou refroidissement de certaines parties de la turbomachine 1 comme, par exemple, la ventilation de la turbine haute pression, la ventilation des alésages des disques du compresseur haute pression, la pressurisation des enceintes de lubrification, la ventilation de la turbine basse pression, etc .. Cette ventilation se fait avantageusement à partir du flux d'air interne F du moteur circulant dans la veine 13.
Pour cela, comme le montre notamment la loupe L de la figure 1 , le dispositif 15 comprend des tubes 16 communiquant, à leurs entrées 17, avec la veine d'air 13 grâce à au moins un orifice 18 prévu dans la paroi latérale cylindrique 12 du disque aval 3B, et, à leurs sorties 19 situées au voisinage des alésages centraux des disques, avec l'arbre de turbine 6 à ventiler. Les tubes 16 sont agencés sensiblement radialement et sont portés par un support cylindrique 23 du dispositif, qui est solidaire des disques. De la sorte, une partie du flux d'air frais F circulant dans la veine 13 s'engouffre, de façon centripète et par les orifices 18, dans les passages internes 20 des tubes radiaux 16, pour être distribuée en direction de l'arbre 6 et axialement le long de celui-ci jusqu'à la turbine en vue de son refroidissement, comme le montrent les flèches F1 sur la figure 1 .
Dans le type de moteur de la figure 1 (tel qu'un turboréacteur double flux), en raison de ses grandes dimensions, le dispositif de prélèvement d'air 15 peut être agencé relativement aisément dans la cavité interdisque choisie, et lié aux disques du compresseur, des boulons 10A étant ainsi utilisés comme moyens de liaison 10 des deux disques aubagés consécutifs.
En revanche, dans le cas de moteurs de dimensions plus petites avec des compresseurs moins imposants et des pièces peu accessibles, le dispositif de prélèvement d'air est plus difficile à monter dans la cavité interdisque alors réduite, malgré le fait que l'on utilise, en tant que moyens de liaison 10 entre les disques consécutifs, des moyens de liaison dentée ou à couplage par engrenage (désignés en anglais par l'expression « curvic coupling » et décrits par exemple dans le document FR-2952138). Tel est notamment le cas du compresseur 2 de turbopropulseur 1 représenté partiellement sur la figure 2 sur laquelle des références identiques désignent des éléments semblables à ceux de la figure 1 .
Ces moyens de liaison dentée 10 permettent de réduire l'encombrement axial comparativement à des moyens de liaison 10 par boulons 10A et brides, puisque les parois cylindriques 12 des disques sont directement en prise par des dentures coniques 10B et 10C, comme le montre la figure 2, tout en ne fragilisant pas les disques. En effet, on fragilise ces derniers quand on les perce pour pouvoir fixer les brides si bien que des disques plus épais sont nécessaires, ce qui pèse alors sur d'autres paramètres.
Les dentures coniques assurent l'entraînement en rotation et la coaxialité de l'ensemble des disques 3 du compresseur. Une denture 10B généralement conique termine l'extrémité libre transversale de la paroi latérale cylindrique 12 d'un disque et s'engrène avec une denture complémentaire 10C terminant l'extrémité libre transversale de la paroi latérale en regard du disque à associer.
On remarque, par ailleurs, l'orifice d'amenée d'air 18 de la veine, ménagé dans la paroi cylindrique 12 du disque de rotor aval 3B, ainsi que le stator 21 venant au contact d'un dispositif d'étanchéité à léchettes avec un matériau abradable 22, prévu en correspondance de la paroi cylindrique 12 du disque de rotor.
Dans la représentation de la figure 2, le dispositif de prélèvement d'air 15 comporte un support cylindrique 23 qui est préalablement monté sur une bride annulaire 24 faisant perpendiculairement saillie de la toile radiale 4 du disque amont 3A, en étant située près de l'alésage central 5. Le support 23 est fixé à la bride 24 par des boulons 25. Les tubes radiaux d'amenée d'air 16 sont ensuite montés à travers des trous en regard 26, 27 prévus dans le support 23 et la bride 24 pour déboucher radialement dans la cavité annulaire 14 des disques 3A, 3B entre les toiles 4 et venir, par leurs entrées 17, près de la paroi latérale 12 des disques et, par leurs sorties 19, près des alésages centraux en regard de l'arbre de turbine à ventiler.
Un moyen de blocage 28 assure le maintien des tubes de prélèvement d'air 16 dans le support 23 et la bride 24. En outre, dans le disque aval est prévue une couronne ou bride annulaire 30 faisant perpendiculairement saillie de la toile radiale 4 et dans laquelle s'engage le support 23 à des fins de centrage de ce dernier. Ainsi, le dispositif de prélèvement est fixé à l'un des disques et centré sur l'autre disque.
Bien que la réalisation du dispositif de prélèvement d'air avec un tel compresseur à disques de rotor avec des liaisons dentées soit techniquement possible, elle présente néanmoins des inconvénients. Tout d'abord, comme le dispositif est fixé à l'un des disques puis centré sur l'autre disque, le montage de celui-ci est délicat, fastidieux, et demande un certain temps.
Par ailleurs, comme les toiles des disques de rotor du compresseur sont d'épaisseur limitée pour ce type de moteur compact, le dispositif de prélèvement d'air centripète a tendance à engendrer des contraintes dans le disque de rotor amont sur lequel il est fixé, si bien que des surcontraintes peuvent apparaître dans le disque, ce qui n'est pas souhaitable.
De surcroît, cela risque d'entraîner une détérioration du centrage au niveau du dispositif et du disque de rotor aval, le centrage entre ceux-ci risquant de « s'ouvrir », d'où l'apparition de fuites à ce niveau. Comme il y a des fuites potentielles, il faut sur-dimensionner le prélèvement d'air, ce qui réduit alors la performance du moteur car l'air prélevé est extrait de la veine principale.
Par ailleurs, avec une telle réalisation (figure 2), il est impossible d'usiner directement les dents diamétralement opposées de la liaison dentée du disque amont de par la présence de la bride annulaire saillante 24 de la toile servant à la fixation du support de tubes. En effet, cette bride s'étend, en projection radiale sur l'axe A, bien au-delà des dents 10B des moyens de liaison 10. Ainsi, un usinage dent par dent est rendu nécessaire, ce qui implique un temps d'usinage plus long et des coûts supplémentaires.
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus et concerne un disque de rotor pour compresseur, dont la conception permet de monter aisément le dispositif de prélèvement d'air centripète, d'améliorer la tenue mécanique du disque, de réduire les risques de fuite et d'usiner diamétralement les dents des liaisons « curvic » des deux disques enfermant le dispositif de prélèvement.
A cet effet, le disque de rotor, notamment pour compresseur, comporte, par rapport à l'axe de rotation du disque :
- une toile radiale, des aubes en périphérie extérieure de la toile, un alésage en périphérie intérieure de la toile, et une paroi latérale cylindrique prolongeant la toile au voisinage de sa périphérie extérieure et présentant un orifice d'amenée d'air, et - un dispositif de prélèvement d'air radial centripète comprenant un support cylindrique et au moins un tube d'amenée d'air dont l'entrée est tournée vers l'orifice d'amenée d'air et dont la sortie est tournée vers l'alésage de la toile, et une bride radiale interne issue de la paroi latérale cylindrique, le support cylindrique du dispositif étant fixé à ladite bride radiale interne, et une couronne issue de la toile, le support cylindrique étant centré sur la couronne.
Selon l'invention, le disque de rotor est remarquable par le fait que des moyens de verrouillage sont prévus entre le support cylindrique du dispositif de prélèvement d'air et la couronne de centrage du voile radial.
Ainsi, avantageusement, le support du dispositif de prélèvement, ainsi ajusté et verrouillé, reste donc en contact avec la couronne du disque réduisant les risques de fuite, ce qui évite de sur-dimensionner le prélèvement d'air et de conserver la performance du moteur.
Grâce à l'invention, au lieu de venir brider le dispositif de prélèvement d'air sur l'un des deux disques de rotor consécutifs et de faire le centrage sur l'autre disque de rotor, le dispositif se fixe et s'applique uniquement sur un seul des disques de rotor, ce qui permet d'une part de faciliter les opérations de montage (et démontage) dudit dispositif et l'intervention sur des pièces peu accessibles et, d'autre part, de rigidifier l'ensemble disque-dispositif en répartissant au mieux les efforts transitant dans ceux-ci. En effet, l'effort centrifuge créé par le dispositif est repris par sa fixation et par son centrage sur le même disque. De plus, le dispositif de prélèvement d'air est rapporté, en totalité, dans l'espace interne défini par la toile et la paroi latérale du disque, si bien que l'encombrement axial s'en trouve en conséquence forcément réduit, ce qui est avantageux pour des moteurs de dimension contenue.
On remarque également le montage structurellement simple et fiable du dispositif sur le disque, par sa fixation sur la bride radiale (via des moyens de serrage) et son centrage dans la couronne du disque, tout en étant logé dans l'espace interne du disque.
Selon une autre caractéristique, la paroi latérale cylindrique est pourvue, à son extrémité libre, de moyens de liaison dentée, ladite bride de fixation étant située en retrait (décalé axialement) des moyens de liaison dentée. Ainsi, l'espace interne du disque à l'aplomb des moyens de liaison est libre, de sorte que l'on peut effectuer l'usinage diamétral des dents de ce disque.
Par ailleurs, les moyens de verrouillage sont définis par au moins une fente latérale axiale ménagée dans la couronne de centrage du disque et se terminant en une fente angulaire, et par un ergot radial faisant saillie du support cylindrique et s'engageant successivement dans les fentes, en verrouillant le support dans la couronne du voile.
De plus, la bride radiale interne de fixation est rapportée par soudage à la paroi latérale du disque. Cela est notamment avantageux pour des moteurs de dimension réduite pour lesquels des difficultés d'usinage peuvent être sinon rencontrées.
De préférence, un moyen d'amortissement vibratoire est prévu entre le tube d'amenée d'air et le support du dispositif de prélèvement d'air.
En particulier, le moyen d'amortissement comprend un tube fendu à pétales élastiquement déformables s'engageant dans le tube d'amenée d'air pour s'appliquer contre celui-ci et absorber les vibrations, l'ensemble « tube d'amenée d'air et tube amortisseur » étant maintenu dans le support du dispositif de prélèvement d'air.
Par ailleurs, pour assurer un refroidissement efficace et homogène, ledit dispositif de prélèvement d'air comporte une pluralité de tubes d'amenée d'air disposés sensiblement radialement dans des trous de réception du support cylindrique, et régulièrement répartis angulairement autour de celui-ci.
L'invention concerne également un compresseur comportant :
- des disques de rotor coaxiaux présentant chacun une toile radiale, des aubes en périphérie extérieure de la toile, traversées par une veine d'air, et un alésage en périphérie intérieure de la toile, lesdits disques étant associés en rotation par des moyens de liaison dentée terminant des parois latérales cylindriques des disques, et
- un dispositif de prélèvement d'air centripète agencé entre les toiles de deux disques consécutifs et amenant de l'air de la veine en direction des alésages.
Avantageusement, le compresseur est remarquable par le fait que ledit dispositif de prélèvement d'air centripète est rapporté, dans sa totalité, dans l'espace interne compris entre la toile et la paroi latérale de l'un desdits disques consécutifs de la manière définie ci-dessus, avec les moyens de liaison dentée du disque faisant saillie du dispositif rapporté, et par le fait que l'espace interne de l'autre desdits disques consécutifs, délimité par la paroi latérale à moyens de liaison dentée, est libre, dépourvu d'obstacles, au moins à l'aplomb de ses moyens de liaison dentée.
Ainsi, par la fixation et le centrage du dispositif sur le même disque, la bride de fixation telle que décrite en regard de la figure 2 est supprimée et l'usinage diamétral des dents de la liaison dentée (curvic) du disque de rotor concerné peut se faire directement, de même que celui du disque avec le dispositif de prélèvement d'air rapporté, puisque ce dernier ne se trouve pas à l'aplomb des moyens de liaison dentée.
De préférence, par rapport au sens de circulation de la veine d'air, le dispositif de prélèvement d'air centripète est solidaire du disque aval des deux disques consécutifs, respectivement amont et aval.
L'invention concerne également une turbomachine pour aéronef, du type comportant au moins un compresseur axial à dispositif de prélèvement d'air, une chambre de combustion et une turbine. Avantageusement, le compresseur axial est tel que défini ci-dessus.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 est une demi-coupe longitudinale et schématique d'un compresseur axial haute pression pour turbomachine avec des disques de rotor associés par des moyens de liaison à boulons et un dispositif de prélèvement d'air radial centripète, conformément à l'art antérieur décrit ci-dessus.
La figure 2 est une demi-coupe longitudinale et schématique d'une partie d'un compresseur pour turbomachine avec des disques de rotor associés par des moyens de liaison dentée et un dispositif de prélèvement d'air radial centripète, conformément à l'art antérieur décrit ci-dessus.
La figure 3 est une vue analogue à la figure 2 avec, conformément à l'invention, l'agencement du dispositif de prélèvement d'air centripète dans l'un des disques du compresseur. La figure 4 montre le dispositif de prélèvement d'air de la figure 3 avant son montage sur le disque aval concerné.
La figure 5 montre les deux disques de rotor séparés avec les liaisons dentées permettant leur usinage diamétral.
Les figures 6a, 6b et 6c montrent le montage avec centrage et verrouillage du dispositif de prélèvement d'air sur le disque aval du compresseur.
Comme le montrent les figures 3 et 4, le dispositif de prélèvement d'air centripète 15 est logé dans la cavité annulaire interdisques 14 concernée du compresseur 2 et, conformément à l'invention, il est rapporté à l'un des deux disques de rotor respectivement amont 3A et aval 3B délimitant la cavité, en l'occurrence dans l'espace interne 14B du disque aval 3B dans la réalisation représentée.
Pour cela, le disque aval 3B inclut le dispositif de prélèvement d'air 15 qui comprend un support cylindrique 23 dans les orifices 26 duquel sont montés radialement les tubes d'amenée d'air 16 identiques entre eux. Par exemple, quatre tubes d'amenée d'air peuvent être prévus à 90° les uns des autres pour garantir une amenée d'air appropriée en direction des alésages des disques dans lesquels passe l'arbre de turbine à refroidir. Un nombre différent de tubes est bien entendu possible. Chaque tube de prélèvement ou d'amenée d'air 16 se termine à sa sortie 19 par une embase 31 qui vient en butée contre une partie annulaire 32 du support cylindrique 23.
Dans les passages internes 20 de ces tubes de prélèvement d'air agencés radialement par rapport à l'axe A du moteur, sont engagés un moyen d'amortissement 29 tel que des tubes fendus d'amortissement à pétales 33 destinés à absorber, par l'élasticité des pétales s'appliquant contre la paroi des tubes respectifs 16, l'effet centrifuge et les vibrations apparaissant lors du fonctionnement du moteur. Chaque tube d'amortissement 33 se termine également par une embase 34 qui s'applique contre l'embase 31 du tube de prélèvement 16. L'ensemble des couples de tubes 16-33 est maintenu axialement en position dans les trous 26 du support 23 par tout moyen de blocage approprié
28 tel qu'un anneau du type circlip, disposé dans le support et empêchant la sortie des tubes vers l'intérieur du compresseur. Le support cylindrique 23 présente, du côté destiné à être tourné vers le disque amont 3A, une partie sensiblement plane 35 s'étendant radialement vers l'extérieur depuis la partie annulaire 32 avec, au voisinage de sa périphérie, des trous 36 dans lesquels sont aptes à s'engager des boulons 37. Sur la figure 4, on voit que la vis 38 du boulon 37 représenté est montée dans le trou concerné et que l'écrou 39 est placé contre une bride radiale interne 40 du disque aval 3B, Cette bride est destinée à la fixation du dispositif 15 sur le disque 3B et elle est issue perpendiculairement de la paroi latérale cylindrique 12 de ce dernier. Sur la figure 3, l'écrou 39 du boulon 37 est monté sur la vis 38 immobilisant le dispositif de prélèvement 15 sur le disque amont.
Du côté destiné à être tourné vers le disque aval 3B, le support cylindrique 23 présente un rebord annulaire externe 41 sur lequel on reviendra et qui a pour but de coopérer, à des fins de centrage et de verrouillage, avec la couronne 30 issue perpendiculairement de la toile radiale 4 du disque de rotor aval 3B.
Comme le montrent plus particulièrement les figures 4 et 5, dans l'espace interne 14B du disque aval, délimité par la paroi latérale cylindrique 12 et la toile radiale 4 dudit disque, va venir se loger, dans sa totalité, le dispositif de prélèvement 15. Pour cela, la bride radiale interne 40, de forme annulaire, est agencée à proximité de la denture 10C des moyens de liaison 10 du disque aval et elle fait radialement saillie vers l'intérieur de la paroi latérale, dans l'espace interne 14B.
On voit, notamment sur la figure 5, que l'usinage des dents, deux à deux diamétralement opposées, des moyens de liaison dentée 10 ne pose pas de problèmes, ni pour les dents 10C du disque aval 3B, ni pour les dents 10B du disque amont 3A, du fait que les espaces internes, à l'aplomb des dents 10B,
10C, sont vides, dépourvus d'obstacles.
En effet, par rapport au plan radial PR délimitant l'engrènement des deux dentures des moyens de liaison 10, on voit que la bride de fixation 40 du disque aval, située dans l'espace 14B, est décalée axialement vers la droite du plan PR et ne se trouve donc pas sous la denture 10C, et que l'espace interne 14A du disque amont est dépourvu maintenant de bride ou de tout autre obstacle, intérieurement à la denture 10B des moyens de liaison, en particulier à l'aplomb des dents 10B de celle-ci. Le disque amont 3A comprend seulement la toile radiale 4 et la paroi latérale cylindrique 12 à l'extrémité libre de laquelle sont ménagées les dents 10B de la liaison.
Cela permet, par ailleurs, de limiter la cavité interdisques 14, correspondant aux deux espaces 14A, 14B réunis, à la juste dimension axiale (longueur) nécessaire à la liaison et à l'intégration du dispositif de prélèvement 15 dans l'espace 14B du disque aval 3B, d'où un encombrement réduit, optimisé de celui-ci.
L'agencement du dispositif 15 dans ce disque est montré en détail en regard de la figure 3. On voit, d'une part, que la partie radiale 35 du support cylindrique 23 s'applique contre la bride 40 en s'engageant sous la paroi latérale 12 du disque aval 3B, avec fixation du support au disque par les boulons 37, et d'autre part, que le rebord annulaire 41 de la partie annulaire 32 dudit support s'engage simultanément dans la couronne 30 issu de la toile du disque 3B, ce qui assure non seulement le centrage ajusté de l'ensemble « dispositif-disque », mais aussi le verrouillage de celui-ci par des moyens 42 décrits par la suite.
Une telle conception de montage simplifié du dispositif de prélèvement d'air 15 totalement rapporté dans l'espace interne 14B d'un seul des disques permet de plus de rigidifier le dispositif en lui-même et les disques associés. L'effort centrifuge engendré par le dispositif 15 lors du fonctionnement du moteur 1 est en partie repris par la bride annulaire radiale de fixation 40 et en partie par la couronne 30 servant de palier de centrage, de sorte que les risques de contrainte dans le disque (notamment la toile) sont fortement réduits. Le passage des efforts PE dans le disque et le dispositif est représenté en trait interrompu sur la figure 3.
On souligne, également, que la bride 40 est rapportée par soudage à l'intérieur de la paroi latérale 12 du disque 3B, ce qui est plus aisé qu'une réalisation par usinage compte tenu de la dimension compacte du moteur. La soudure est réalisée après l'usinage du disque de rotor et, comme elle ne se situe pas dans une zone d'effort importante, la tenue mécanique du disque ne s'en trouve pas affectée. La soudure est de plus facile à contrôler.
Les moyens de verrouillage 42 entre le support 23 et le disque aval 3B sont avantageusement du type à baïonnette ou à crabot garantissant le maintien du centrage en empêchant ce dernier de « s'ouvrir ». Pour cela, comme le montre la figure 6a, au moins une fente latérale 43, parallèle à l'axe A, est ménagée dans l'épaisseur de la couronne 30, laquelle fente latérale 43 se prolonge et se termine par une fente angulaire 44 borgne, coudée à angle droit par rapport à la fente axiale 43. Sur le rebord 41 de la partie annulaire 32 du support est alors prévu au moins un ergot radial 45, de dimension analogue à la largeur des fentes et qui est destiné à venir s'engager successivement dans celles-ci.
En pratique, figure 6b, on amène selon la flèche F2 l'ergot radial 45 du support cylindrique 23 du dispositif centripète en regard de la fente latérale 43 de la couronne, et on introduit axialement la partie annulaire 32 du support dans la couronne jusqu'au moment où l'ergot 45 parvient au fond de la fente latérale 43. Puis, figure 6c, on fait pivoter angulairement selon la flèche F3 le dispositif 15 de manière que l'ergot 45 se déplace dans la fente angulaire 44 jusqu'à ce qu'il vienne en butée contre le fond de celle-ci. On empêche alors le dispositif centripète 15 de se désolidariser du disque aval 3B et on assure un centrage toujours optimal de la partie 32 du support 23 dans la couronne 30 avec une réduction maximale des risques de fuite à ce niveau.
La partie plane 35 du support se trouvant en regard de la bride annulaire 40 du disque aval, on vient faire l'arrêt en rotation par les boulons 37, ce qui assure l'immobilisation du dispositif de prélèvement 15 dans l'espace interne 14B du disque aval 3B.
On obtient ainsi un ensemble prémonté « dispositif centripète 15 - disque de rotor aval 3B » prêt à coopérer avec le disque de rotor amont 3A par les liaisons dentées 10.
Par une telle conception de compresseur axial à dispositif de refroidissement centripète radial rapporté sur un seul disque, on peut également remarquer que, comme le centrage est maintenu entre les deux disques en limitant les risques de fuite, le prélèvement d'air depuis la veine du compresseur peut être réduit. En outre, comme la liaison entre les deux disques est plus rigide, avec une meilleure dynamique du disque, la toile du disque peut rester mince, impliquant un gain de masse.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Disque de rotor, notamment pour compresseur, comportant, par rapport à l'axe de rotation du disque :
5 - une toile radiale (4), des aubes (8) en périphérie extérieure de la toile, un alésage (5) en périphérie intérieure de la toile, et une paroi latérale cylindrique (12) prolongeant la toile au voisinage de sa périphérie extérieure et présentant un orifice d'amenée d'air (18), et un dispositif de prélèvement d'air radial centripète (15), comprenant :
0 - un support cylindrique (23) et au moins un tube d'amenée d'air (16) dont l'entrée est tournée vers l'orifice d'amenée d'air (18) et dont la sortie est tournée vers l'alésage (5) de la toile,
- une bride radiale interne (40) issue de la paroi latérale cylindrique (12), le support cylindrique (23) du dispositif (15) étant fixé à ladite bride radiale interne5 (40), et
- une couronne (30) issue de la toile (4), le support cylindrique (23) étant centré sur la couronne (30),
Caractérisé en ce que des moyens de verrouillage (42) sont prévus entre le support cylindrique (23) du dispositif de prélèvement d'air et la couronne (30) de o centrage de la toile radiale.
2. Disque selon la revendication 1 , dans lequel la paroi latérale cylindrique (12) est pourvue, à son extrémité libre, de moyens de liaison dentée (10C), ladite bride de fixation (40) étant située en retrait des moyens de liaison dentée.
5 3. Disque selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens de verrouillage (42) sont définis par au moins une fente latérale axiale (43) ménagée dans la couronne de centrage (30) du disque et se terminant en une fente angulaire (44), et par un ergot radial (45) faisant saillie du support cylindrique (23) et s'engageant successivement dans les fentes, en verrouillant le 0 support dans la couronne de la toile.
4. Disque selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la bride radiale interne de fixation (40) est rapportée par soudage à la paroi latérale (12) du disque.
5. Disque selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel un moyen d'amortissement vibratoire (29) est prévu entre le tube d'amenée d'air (16) et le support (23) du dispositif de prélèvement d'air.
6. Disque selon la revendication 5, dans lequel le moyen 5 d'amortissement comprend un tube fendu (33) à pétales élastiquement déformables s'engageant dans le tube d'amenée d'air (16) pour s'appliquer contre celui-ci et absorber les vibrations, l'ensemble « tube d'amenée d'air et tube amortisseur » étant maintenu dans le support du dispositif de prélèvement d'air.
7. Disque selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit 0 dispositif de prélèvement d'air (15) comporte une pluralité de tubes d'amenée d'air
(16) disposés sensiblement radialement dans des trous de réception du support cylindrique (23), et régulièrement répartis angulairement autour de celui-ci.
8. Compresseur comportant :
- des disques de rotor coaxiaux (3) présentant chacun une toile radiale (4), des5 aubes (8) en périphérie extérieure de la toile, traversées par une veine d'air, et un alésage (5) en périphérie intérieure de la toile, lesdits disques étant associés en rotation par des moyens de liaison dentée (10) terminant des parois latérales cylindriques des disques, et
- un dispositif de prélèvement d'air centripète (15) agencé entre les toiles de deux o disques consécutifs et amenant de l'air de la veine en direction des alésages, caractérisé par le fait que ledit dispositif de prélèvement d'air centripète (15) est rapporté, dans sa totalité, dans l'espace interne (14B) compris entre la toile et la paroi latérale de l'un (3A, 3B) desdits disques consécutifs de la manière définie par l'une des revendications 1 à 7, avec les moyens de liaison dentée (10C) du 5 disque faisant saillie du dispositif rapporté (15), et par le fait que l'espace interne
(14A) de l'autre (3B, 3A) desdits disques consécutifs, délimité par la paroi latérale à moyens de liaison dentée, est libre, dépourvu d'obstacles, au moins à l'aplomb de ses moyens de liaison dentée (10B).
9. Compresseur selon la revendication 8, dans lequel, par rapport au 0 sens de circulation de la veine d'air (13), le dispositif de prélèvement d'air centripète (15) est solidaire du disque aval (3B) des deux disques consécutifs, respectivement amont et aval.
10. Turbomachine pour aéronef, du type comportant au moins un compresseur axial (2) à dispositif de prélèvement d'air (15), une chambre de combustion et une turbine, caractérisé par le fait que le compresseur axial (2) est tel que défini par l'une quelconque des revendications 8 à 9.
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