FR3087480A1 - Liaison inter-rotors d'une partie tournante d'une turbomachine comprenant un manchon cannele - Google Patents

Liaison inter-rotors d'une partie tournante d'une turbomachine comprenant un manchon cannele Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une partie tournante (1) d'une turbomachine comprenant : - un premier rotor (10) comprenant une bride aval (14) pourvue de cannelures (13), - un deuxième rotor (20) comprenant une bride amont (24) pourvue de cannelures (23), et - un manchon (30) présentant une surface interne (31) cannelée, ledit manchon (30) étant rapporté et fixé sur la bride aval (14) et la bride amont (24) de sorte que la surface interne (31) cannelée vienne en prise avec les cannelures (13, 23) de la bride aval (14) et de la bride amont (24) pour raccorder mécaniquement le premier rotor (10) et le deuxième rotor (20) et transmettre un couple entre le premier rotor (10) et le deuxième rotor (20).

Description

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne l'accouplement de partie tournantes d'une turbomachine, et plus particulièrement le raccordement de rotors d'une turbine haute pression d'une turbomachine.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les parties tournantes dans une turbomachine, notamment les turbines et les compresseurs, sont montés à rotation autour d'un axe et peuvent comprendre dans la direction axiale plusieurs étages successifs de rotors comprenant chacun un disque à la périphérie duquel sont fixées une pluralité d'aubes.
Ces étages sont fabriqués séparément, puis les disques des rotors sont assemblés pour former une ligne de rotor solidaire en rotation d'un arbre de la turbomachine.
Le couplage axial entre deux étages successifs d'une partie tournante est généralement effectué par des organes de connexion du type accouplement à dentures courbes ou trapézoïdales (« curvic coupling » en anglais) comprenant des rangées de dents circonférentielles, orientées suivant l'axe moteur et ayant des profils curvilignes agencés pour que les dents s'emboîtent les unes dans les autres.
La coopération des dents permet la transmission des couples entre les différents étages de la partie tournante, tout en permettant la fabrication séparée de chaque étage.
Les parties tournantes sont maintenues axialement ensemble, on pourra notamment se référer au document FR 3 039 857 au nom de la Demanderesse qui décrit un procédé d'assemblage d'une ligne de rotors.
Toutefois, dans le cas où la partie tournante est une turbine haute pression à deux étages, il est nécessaire d'éviter le désengagement des étages en cas de perte d'aube.
Actuellement, cette fonction est assurée par un tirant.
Pour cela, le tirant est dimensionné de sorte à reprendre les efforts transitant entre les rotors en cas de perte d'aube.
Il en résulte que le tirant présente une épaisseur conséquente sous les parties tournantes, ce qui est gênant pour le dimensionnement et l'encombrement de cette partie tournante 2 de la turbomachine, notamment lorsque la turbomachine est de petite dimension, et augmente en outre son poids.
RESUME DE L'INVENTION 5 Un objectif de l'invention est donc de proposer une solution permettant de raccorder deux rotors d'une partie tournante, notamment d'une turbine haute pression, de manière sure et efficace, tout en garantissant la tenue du raccordement mécanique en cas de perte d'aube.
10 Pour cela, l'invention propose une partie tournante d'une turbomachine comprenant : un premier rotor comprenant une bride aval pourvue de cannelures, un deuxième rotor comprenant une bride amont pourvue de cannelures et 15 - un manchon présentant une surface interne cannelée, ledit manchon étant monté sur la bride aval et la bride amont de sorte que la surface interne cannelée vienne en prise avec les cannelures de la bride aval et de la bride amont pour raccorder mécaniquement le premier rotor et le deuxième rotor et transmettre un couple entre le premier rotor et le deuxième rotor.
20 Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de la partie tournante décrite ci-dessus est la suivante, prise individuellement ou en combinaison : - la bride amont et la bride aval présentent chacune une extrémité 25 amincie dans laquelle sont formées leurs cannelures. - l'extrémité amincie de la bride aval forme une butée axiale amont pour le manchon. - l'extrémité amincie de la bride amont forme une butée axiale aval pour le manchon. 30 - une longueur axiale du manchon est au moins égale au double d'un jeu axial entre la bride amont et la bride aval. 3 - la longueur axiale du manchon est au moins égale au triple du jeu axial. le premier rotor et le deuxième rotor sont des rotors de turbine. le premier rotor et le deuxième rotor sont des rotors de turbine haute 5 pression. - la partie tournante comprend en outre un tirant, monté de part et d'autre du premier rotor et du deuxième rotor et configuré pour appliquer une contrainte de serrage entre le premier rotor et le deuxième rotor afin de rapprocher lesdits premier et deuxième rotors.
10 Selon un deuxième aspect, l'invention propose également une turbomachine comprenant une partie tournante comme décrite ci-dessus.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 15 D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés données à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1 est une vue partielle d'un exemple de partie tournante du 20 type turbine haute pression conforme à un mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 est une vue en détail du manchon et des brides amont et aval de la partie tournante de la figure 1.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION 25 Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz dans la turbomachine, et donc dans la partie tournante 1.
Par ailleurs, on appelle axe de révolution de la partie tournante 1, l'axe X autour duquel est disposée la partie tournante 1.
La direction axiale correspond à la direction de l'axe X de la partie tournante 1, 30 et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et passant par lui.
Sauf précision contraire, interne (ou intérieur) et externe (ou extérieur), respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale 4 de sorte que la partie ou la face interne (i.e. radialement interne) d'un élément est plus proche de l'axe X que la partie ou la face externe (i.e. radialement externe) du même élément. s L'invention peut trouver application dans toute partie tournante 1 d'une turbomachine comprenant au moins deux rotors, par exemple dans une section de compresseur ou une section de turbine.
Dans ce qui suit, par commodité, l'invention sera plus particulièrement décrite dans le cas où la partie tournante 1 est une turbine, et plus précisément une turbine haute 10 pression à deux étages.
La turbine 1 comprend en particulier, de l'amont vers l'aval, un premier rotor 10 et un deuxième rotor 20.
Le premier rotor 10 et le deuxième rotor 20 comprennent chacun, de 15 manière connue en soi, un disque 12, 22 annulaire comprenant une plateforme radialement externe à partir de laquelle s'étendent une pluralité d'aubes.
Les aubes peuvent par exemple être rapportée et fixées dans des empreintes formées dans la plateforme ou être venues de matière avec la plateforme et le disque.
20 Le disque 12 du premier rotor 10 comprend en outre une bride aval 14 s'étendant sensiblement axialement vers l'aval depuis celui-ci, tandis que le disque 22 du deuxième rotor 20 comprend en outre une bride amont 24 s'étendant sensiblement axialement vers l'amont depuis celui-ci.
25 Le premier rotor 10 et le deuxième rotor 20 sont raccordés mécaniquement l'un à l'autre par l'intermédiaire de la bride amont 24 et de la bride aval 14.
Pour cela, la bride aval 14 présente une surface radialement extérieure dans laquelle sont formées une série de cannelures 13.
De même, la bride 30 amont 24 présente une surface radialement extérieure dans laquelle sont formées une série de cannelures 23.
Enfin, la turbine 1 comprend un manchon 30 présentant une surface interne 31 cannelée, qui est monté sur 5 la bride amont 24 et sur la bride aval 14 de sorte que la surface cannelée 31 du manchon 30 vienne en prise avec les cannelures 13, 23 de la bride aval 14 et de la bride amont 24 afin de raccorder mécaniquement le premier rotor 10 et le deuxième rotor 20 et de transmettre un couple entre le premier rotor 5 10 et le deuxième rotor 20.
Dans une forme de réalisation, la bride aval 14 et la bride amont 24 comprennent chacune une extrémité amincie 16, 25 au niveau de laquelle sont formées les cannelures 13, 23.
10 Plus précisément, la bride aval 14 comprend une portion amont 15 qui est connectée au disque 12 du premier rotor 10 et une portion aval 16 qui s'étend axialement depuis la portion amont 15 et qui comprend les cannelures 13 de la bride aval 14, et la portion aval 16 présente une épaisseur plus faible que la portion amont 15.
Par épaisseur, on comprendra ici la 15 dimension suivant un axe radial de la turbine 1.
De même, la bride amont 24 comprend une portion aval 26 qui est connectée au disque 12 du deuxième rotor 20 et une portion amont 25 qui s'étend axialement depuis la portion aval 26 et qui comprend les cannelures 23 de la bride amont 24, et la portion amont 25 présente une épaisseur plus faible que la portion aval 26.
20 L'extrémité amincie (correspondant à la portion aval 16) de la bride aval 14 forme par ailleurs une butée amont pour le manchon 30 configurée pour limiter le déplacement axial du manchon 30 vers l'amont, tandis que l'extrémité amincie (correspondant à la portion amont 25) de la bride amont 24 forme une butée aval pour le manchon 30 qui est configurée pour limiter 25 le déplacement axial du manchon 30 vers l'aval.
Pour cela, la bride amont 24 forme un épaulement entre une portion amont 25 et une portion aval 26 et la bride aval 14 forme un épaulement entre une portion amont 15 et une portion aval 16.
L'épaulement ainsi formé dans la bride amont 24 joue donc le rôle de butée axiale aval du manchon 30 tandis que l'épaulement formé dans la 30 bride aval 14 joue le rôle de butée axiale amont du manchon 30.
En position de repos, le manchon 30 est ainsi bloqué axialement par la bride amont 24 et la bride aval 14.
6 Afin de raccorder et de bloquer axialement le premier rotor 10 et le deuxième rotor 20 l'un par rapport à l'autre, la turbine 1 comprenant en outre, un tirant 3.
5 Le tirant 3 peut notamment être monté d'une part sur le deuxième rotor 20 et d'autre part sur le premier rotor 10 ou sur une autre pièce tournante de la turbomachine afin d'appliquer une contrainte de serrage aux étages de la turbine 1.
Le tirant 3 a donc pour fonction de rapprocher le premier rotor 10 et le deuxième rotor 20 de sorte que le manchon 30 se trouve bloqué 10 axialement entre la butée amont et la butée aval formées par la bride aval 14 et la bride amont 24, respectivement, lorsque le premier et le deuxième rotor sont au repos car non entrainés en rotation (la turbomachine est à l'arrêt).
La longueur axiale L du manchon 30 (c'est-à-dire la longueur suivant 15 un axe parallèle à l'axe X entre l'extrémité amont 32 et l'extrémité aval 34 du manchon 30) est choisie de sorte que, en cas de perte d'aube, le déplacement axial du rotor ayant perdu l'aube soit plus court que la longueur de la partie du manchon 30 qui chevauche les cannelures 13 ou 23 de ce rotor.
Cette configuration permet ainsi de conserver l'alignement axial ainsi 20 que la transmission du couple entre le premier rotor 10 et le deuxième rotor 20, malgré la perte d'aube.
Le chevauchement suffisant entre le manchon 30 et les brides amont et aval 14, 24 évite ainsi le désengagement du premier rotor 10 et du deuxième rotor 20 malgré une perte d'aube.
Le rotor ayant perdu l'aube n'entre donc pas en survitesse.
25 Par exemple, en cas de perte d'aube sur le deuxième rotor 20, la longueur de la partie aval du manchon 30 qui est fixée sur la bride amont 24 est plus grande que le déplacement axial maximal que peut subir le deuxième rotor 20 en raison d'une perte d'aube.
A titre d'exemple, la longueur axiale L du manchon 30 peut être au 30 moins égale au double du jeu axial 2 au repos entre la bride amont 24 et la bride aval 14.
Par jeu axial 2 au repos, on comprendra ici la distance entre l'extrémité de la bride aval 14 et l'extrémité amont de la bride amont 24 7 lorsque le premier et le deuxième rotor 20 de la turbine 1 sont au repos et ne tournent pas.
De préférence, la longueur du manchon 30 est au moins égale au triple de ce jeu axial 2 au repos.
Afin de permettre un déplacement axial relatif du premier rotor 10 par 5 rapport au deuxième rotor 20 en cas de perte d'aubes, les cannelures 13, 23 peuvent être rectilignes.
L'autorisation d'un tel déplacement axial en cas de perte d'aube permet au rotor qui est intact de freiner le rotor ayant perdu l'aube et de l'empêcher de prendre de la vitesse, malgré le balourd crée par cette perte d'aube et l'effet de casse.
Le rotor qui est intact va donc limiter 10 l'augmentation de vitesse du rotor ayant perdu l'aube et définir la vitesse de rotation de la turbine 1.
On notera que l'utilisation du manchon 30 cannelé pour raccorder mécaniquement les rotors 10, 20 de la turbine 1 et transmettre les efforts de 15 couple tout en évitant les risques de désengagement desdits rotors 10, 20 en cas de perte d'aube permet d'alléger le dimensionnement du tirant 3.
En effet, il n'est pas nécessaire de dimensionner le tirant 3 de telle manière qu'il soit capable de reprendre les efforts transitant entre le premier et le deuxième rotor 10, 20 en cas de perte d'aube.
Il suffit de tenir compte des efforts 20 nécessaires pour maintenir axialement le premier et le deuxième rotor 10, 20 dans des conditions de fonctionnement normales.
Pour une même turbomachine, l'épaisseur du tirant 3 nécessaire pour contraindre axialement le premier rotor 10 contre le deuxième rotor 20, sans besoin de reprise des efforts en cas de perte d'aube, peut donc être plus faible,

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Partie tournante (1) d'une turbomachine comprenant : s un premier rotor (10) comprenant une bride aval (14) pourvue de cannelures (13), - un deuxième rotor (20) comprenant une bride amont (24) pourvue de cannelures (23), la partie tournante (1) étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un manchon (30) présentant une surface interne (31) cannelée, ledit manchon (30) étant monté sur la bride aval (14) et la bride amont (24) de sorte que la surface interne (31) cannelée vienne en prise avec les cannelures (13, 23) de la bride aval (14) et de la bride amont (24) pour raccorder mécaniquement le premier rotor (10) et le deuxième rotor (20) et transmettre un couple entre 15 le premier rotor (10) et le deuxième rotor (20).
  2. 2. Partie tournante (1) selon la revendication 1, dans laquelle la bride amont (24) et la bride aval (14) présentent chacune une extrémité amincie (16, 25) dans laquelle sont formées leurs cannelures (13, 23). 20
  3. 3. Partie tournante (1) selon la revendication 2, dans laquelle l'extrémité amincie (16) de la bride aval (14) forme une butée axiale amont pour le manchon (30). 25
  4. 4. Partie tournante (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle l'extrémité amincie (26) de la bride amont (24) forme une butée axiale aval pour le manchon (30).
  5. 5. Partie tournante (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans 30 laquelle une longueur axiale (L) du manchon (30) est au moins égale au double d'un jeu axial (2) entre la bride amont (24) et la bride aval (14). 9
  6. 6. Partie tournante (1) selon la revendication 5, dans lequel la longueur axiale (L) du manchon (30) est au moins égale au triple du jeu axial (2).
  7. 7. Partie tournante (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle le premier rotor (10) et le deuxième rotor (20) sont des rotors de turbine.
  8. 8. Partie tournante (1) selon la revendication 7, dans laquelle le premier rotor (10) et le deuxième rotor (20) sont des rotors de turbine haute 10 pression.
  9. 9. Partie tournante (1) selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre un tirant (3), monté de part et d'autre du premier rotor (10) et du deuxième rotor (20) et configuré pour appliquer une contrainte de 15 serrage entre le premier rotor (10) et le deuxième rotor (20) afin de rapprocher lesdits premier et deuxième rotors (10, 20).
  10. 10. Turbomachine comprenant une partie tournante (1) selon l'une des revendications 1 à 9. 20
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