FR3095669A1 - Disque de rotor comportant un insert de boulonnage - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un disque (12) de rotor de turbomachine s’étendant autour d’un axe (A), comportant une portion radiale annulaire (14, 26) délimitée axialement par deux faces latérales (14a) et pourvue d’au moins un orifice de fixation (28, 30) qui débouche dans les deux faces latérales (14a) de la dite portion radiale (14, 26), caractérisé en ce que la portion radiale (14, 26) comprend une gorge (36) formée dans au moins l'une des deux faces latérales (14a), et dans le fond de laquelle dite gorge (36) l’orifice de fixation (28, 30) débouche, et en ce que le disque (12) comprend un insert (38) disposé dans la gorge, ledit insert (38) ayant un trou traversant prolongeant l'orifice de fixation (28, 30). Figure pour l’abrégé : figure 2

Description

Disque de rotor comportant un insert de boulonnage

L'invention concerne un disque de rotor de turbomachine qui est destiné à être assemblé par boulonnage à un autre disque.

L'invention concerne plus particulièrement un disque de rotor de turbomachine conçu pour faciliter la fabrication de ses orifices de fixation.

Certaines parties d'une turbomachine d'aéronef, notamment les parties du compresseur haute pression ou de la turbine basse pression de la turbomachine, comportent une pluralité de disques de rotor, qui s'étendent chacun globalement dans des plans radiaux par rapport à l'axe principal de la turbomachine et qui sont fixés les uns aux autres.

Selon un mode de réalisation, la solidarisation d’un disque avec un autre disque s'effectue par boulonnage d'une bride annulaire provenant d'un disque du rotor sur la toile d'un autre disque du rotor.

La toile de cet autre disque comporte pour cela une pluralité d'orifices permettant le passage de vis pour le boulonnage.

Selon un mode de réalisation connu, les vis de boulonnage sont montées ajustées dans les orifices, afin d'assurer le bon positionnement relatif des deux disques l'un par rapport à l'autre et par rapport à l'axe principal de la turbomachine.

Pour cela, il est important de maitriser à la fois la position des orifices destinés au passage des vis et le diamètre de ces orifices. Ainsi, les tolérances dimensionnelles sur la localisation et le diamètre de ces orifices sont particulièrement faibles.

Ces tolérances dimensionnelles sont difficiles à tenir pour les pièces de grand diamètre, notamment à cause de fortes tendances aux déformations pendant l’usinage. Lorsque les tolérances d'usinages ne sont pas respectées, l’intégration et le montage du rotor est impacté ou bien un disque peut être directement mis au rebus si un usinage est hors tolérance.

Ainsi, il est difficile de réaliser des orifices sur la toile du disque dont le positionnement et les dimensions sont satisfaisantes pour les fonctions de positionnement et de fixation.

L'invention a donc pour but de proposer un disque de rotor qui est réalisé pour induire moins de contraintes de tolérances dimensionnelles au niveau des orifices d'assemblage.

L'invention propose un disque de rotor de turbomachine s’étendant autour d’un axe A, comportant une portion annulaire délimitée axialement par deux faces d’extrémité opposées et pourvue d’au moins un orifice de fixation qui débouche dans les deux faces d’extrémité de la dite portion annulaire,

caractérisé en ce que la portion annulaire comprend une gorge formée dans une face d’extrémité a, et l’orifice de fixation débouche dans le fond de la gorge, et en ce que le disque comprend un insert disposé dans la gorge, ledit insert ayant un trou traversant prolongeant l'orifice de fixation.

De préférence, chaque face latérale de la portion annulaire du disque comporte au moins une gorge.

De préférence, la portion annulaire comporte une pluralité d'orifices de fixation répartis circonférentiellement de manière régulière autour dudit l'axe A, et la gorge est annulaire et chaque orifice de fixation débouche au fond de la gorge.

De préférence, ladite gorge annulaire reçoit un insert annulaire qui comporte une pluralité de trous prolongeant les orifices de fixation.

De préférence, l'insert est un anneau fendu par une découpe.

De préférence, la portion annulaire comporte une pluralité d'orifices de fixation répartis circonférentiellement de manière régulière autour dudit l'axe A, et la face d’extrémité de la portion annulaire comporte une pluralité de gorges, chaque gorge étant associée à un De préférence, les dimensions de chaque gorge, mesurées selon la direction radiale et selon la direction circonférentielle, par rapport à l'axe sont supérieures aux dimensions de l'insert qui lui est associé.

De préférence, les dimensions de chaque orifice de fixation de la portion annulaire mesurées selon la direction radiale et selon la direction circonférentielle, sont supérieures au diamètre du trou de l'insert.

De préférence, la gorge comporte une aile radiale qui s’étend à partir d'une extrémité axiale de la gorge, l’aile délimitant axialement la gorge.

De préférence, l'insert qui est reçu dans ladite gorge comporte une encoche complémentaire de l'aile.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles :

est une représentation schématique en section selon un plan axial d'une partie aubagée d'une turbomachine comportant au moins un disque de rotor réalisé selon l'invention ;

est un détail à plus grande échelle de la partie aubagée représentée à la figure 1, montrant l'assemblage de deux disques adjacents l'un avec l'autre ;

est une vue démontée d'un disque représenté à la figure 2, montrant notamment les inserts destinés à être reçus dans les gorges du disque

est une représentation schématique d'un insert annulaire destiné à être monté dans une gorge du disque représenté à la figure 3 ;

est une vue en bout d'un disque selon un deuxième mode de réalisation de l'invention comportant une pluralité de gorges ;

est un détail à plus grande échelle du disque représenté à la figure 5, montrant les gorges et les orifices de fixation ;

est un détail à une échelle encore plus grande du disque représenté à la figure 5, montrant les formes et dimensions relatives des orifices de fixation du disque par rapport au trou d'un insert ;

est une vue similaire à la figure 7, montrant un positionnement possible d'un insert dans la gorge associée ;

est une vue similaire à celle de la figure 8, montrant un exemple de rapport dimensionnel entre un orifice du disque et le trou de l'insert ;

est une vue similaire à celle de la figure 8, montrant un autre positionnement possible de l'insert dans la gorge associée.

On a représenté à la figure 1 une partie d'un rotor de turbomachine qui porte des aubes mobiles. Cette partie, aussi appelée partie aubagée, est par exemple la partie mobile d'une turbine 10 basse pression de turbomachine et elle comporte plusieurs disques 12 de rotor dont chacun correspond à un étage de la turbine 10. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée aux disques 12 de rotor de la turbine basse pression 10 et que la description de l'invention qui va suivre peut concerner toute autre partie aubagée du rotor de la turbomachine, qui appartient par exemple à la turbine haute pression, le compresseur basse pression ou le compresseur haute pression.

Chaque disque 12 de rotor est coaxial à l'axe principal A de la turbomachine et il comporte une toile radiale annulaire 14, un moyeu 16, ou alésage, radialement central et situé à l'extrémité radialement interne de la toile 14 et une jante 18 située à l'extrémité radialement externe de la toile 14.

La jante 18 est conformée pour supporter les aubes 20 de l'étage de la turbine 10, elle comporte à cet effet une pluralité d’alvéoles creusées à sa périphérique, qui reçoivent des pieds des aubes 20.

Tous les disques 12 de la turbine 10 basse pression sont solidaires les uns avec les autres en rotation autour de l'axe principal A de la turbomachine.

Pour cela, certains disques 12 comportent une virole 24 qui s'étend axialement en direction d'un disque 12 axialement adjacent. L'extrémité axiale libre de la virole 24 comprend une bride annulaire 26 qui est fixée à la toile 14 du disque adjacent.

La solidarisation de chaque bride 26 avec la toile 14 qui lui est associée est réalisée par boulonnage, c’est-à-dire une pluralité de vis 32 et d'écrous 34 qui serrent la ou les brides 26 sur la toile 14. La toile 14 comporte à cet effet une pluralité d'orifices 28 traversant la toile 14 et qui sont disposés pour être alignés avec des orifices 30 associés formés dans les brides 26.

Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, en se référant à un ordre des disques 12 allant de l'amont vers l'aval, qui sera l'orientation axiale allant de la gauche vers la droite, le premier disque 12, c'est à dire celui qui est situé le plus à gauche, comporte une virole 24 s'étendant axialement vers l'aval jusqu'au deuxième disque 12 ; le deuxième disque 12 comporte une virole 24 s'étendant axialement vers l'aval jusqu'au troisième disque 12 et le quatrième disque 12 comporte une virole 24 s'étendant axialement vers l'amont jusqu'au troisième disque 12.

Le troisième disque 12 ne comporte pas de virole 24 et reçoit deux brides 26 situées axialement de part et d'autre de ce troisième disque 12.

Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à cette répartition des viroles 24 et que toute variante peut être concernée par la présente invention.

Par exemple, deux disques 12 peuvent être assemblés l'un à l'autre par deux brides 26 portées chacune par l'un des deux disques.

Dans le cas ici du troisième disque 12, sur lequel la bride 26 provenant du deuxième disque 12 et la bride 26 provenant du quatrième disque 12 sont fixées, chaque orifice 28 de la toile 14 est aligné avec un orifice 30 de la bride 26 provenant du deuxième disque 12 et avec un orifice 30 de la bride 26 provenant du quatrième disque 12.

Chaque bride 26 du premier, deuxième ou quatrième disque 12 est en contact avec une face 14a d'extrémité axiale de la toile 14 du deuxième ou du troisième disque 12.

Chaque face 14a de la toile 14 s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe principal du disque 12, c’est-à-dire un plan perpendiculaire à l'axe principal A du disque 12.

Chaque bride 26 comporte une face radiale qui vient en contact et est serrée contre la face 14a de la toile 14 par les boulons formés par les vis 32 et les écrous 34.

Dans la description qui va suivre, on fera référence à un disque 12. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et qu'elle peut s'appliquer par analogie à la bride 26 d'un du premier, deuxième ou quatrième disque 12.

Comme on peut le voir plus en détails aux figures 2 et 3, un premier disque 12, ici le disque représenté à droite de la figure 2 porte une virole 24 se terminant par une bride 26, qui est en contact avec une face 14a de la toile 14 du deuxième disque 12.

La toile 14 du deuxième disque 12, auquel la bride 26 est fixée, comporte une pluralité d'orifices 28 répartis circonférentiellement autour de l'axe A et à une même distance radiale de celui-ci.

La toile 14 du deuxième disque 12 comporte aussi, sur chacune de ses faces latérales 14a une gorge 36 dans laquelle chaque orifice 28 débouche.

Un insert 38 est disposé à l'intérieur de cette gorge 36 et il comporte au moins un trou 40 qui est lui aussi destiné à être traversé par la tige d'une vis 32. Ainsi, lorsque l'insert 38 est en place dans la gorge 36, son trou 40 prolonge l'orifice 28 de la toile 14.

Le disque 12 comporte aussi des moyens réalisant la retenue axiale de l'insert 38 dans la gorge 36.

Ces moyens de retenue sont notamment utiles avant l'assemblage des deux disques 12 l'un avec l'autre, pour éviter la désolidarisation de l'insert 38 du disque 12.

Pour cela, comme on peut le voir plus en détails à la figure 3, chaque gorge 36 comporte une aile 44 s'étendant principalement radialement.

Cette aile 44 est montée affleurante avec la face latérale 14a de la toile 14, pour ne pas nuire à l'appui de la bride 26 contre cette face latérale 14a.

Ici, l'aile 44 est portée par un bord de la gorge 36, qui délimite radialement la gorge 36, ici le bord d'extrémité radialement interne de la gorge 36, et l'aile 44 s'étend radialement vers l'extérieur vers l'autre bord de la gorge 36. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et que l'aile 44 peut aussi s'étendre radialement en direction de l'axe principal A, à partir d'un bord radialement externe de la gorge 36.

Comme on peut le voir notamment à la figure 3, l'insert 38 comporte une encoche 46 complémentaire de l'aile 44, pour que la section de l'insert 38 corresponde à la section de la gorge 36, en prenant en compte la présence de l'aile 44.

Selon un premier mode de réalisation que l'on peut voir aux figures 4 et 5, la gorge 36 qui est formée dans chaque face latérale 14a de la toile 14 est de forme annulaire centrée sur l'axe principal du deuxième disque 12. Tous les orifices 28 de cette toile 14 débouchent dans cette unique gorge 36.

Ainsi, chaque face latérale 14a de la toile 14 comporte une seule gorge 36.

Aussi, un insert 38 unique est disposé dans cette gorge 36. L'insert 38 unique a lui aussi une forme annulaire.

Le nombre de trous 40 de l'insert est égal au nombre d'orifices 28 du disque 12 et ils sont répartis pour prolonger les orifices 28 du disque 12, lorsque l'insert 38 est correctement positionné dans la gorge.

L'insert 38 comporte une découpe 42 de sorte que l'insert 38 consiste en un anneau fendu. La découpe 42 a notamment pour objet de permettre le montage de l'insert dans la gorge 36. En effet, grâce à la présence de la découpe 42, il est possible de déformer l'insert 38 pour augmenter son diamètre et permettre son montage dans la gorge 36.

On a représenté aux figures 6 et suivantes un autre mode de réalisation selon lequel chaque face latérale 14a de la toile 14 comporte une pluralité de gorges 36 dont chaque gorge 36 est associée à un orifice 28 de la toile 14. Chaque face latérale 14a de la toile 14 comporte ainsi autant de gorges 36 que la toile 14 comporte d'orifices 28.

L'ensemble comporte en outre une pluralité d'insert 38 qui sont répartis dans toutes les gorges 36 et un insert 38 comportant un trou 40 est disposé dans chaque gorge 36.

Selon ce mode de réalisation, la position de chaque insert 38 dans la gorge 36 qui lui est associée, peut être modifiée selon la direction radiale et la direction circonférentielle.

Pour cela, selon un premier aspect, et comme on peut le voir aux figures 7 et 8, la dimension circonférentielle de chaque gorge 36 est supérieure à la dimension circonférentielle de l'insert 38, permettant d'ajuster la position circonférentielle de l'insert dans la gorge 36.

De même, comme on peut le voir à la figure 8, la dimension radiale de la gorge 36, c’est-à-dire sa dimension selon une direction perpendiculaire à l'axe principal A du disque, est supérieure à la dimension radiale de l'insert 38.

Cela permet par exemple à l'insert 38 de l'appuyer radialement contre un bord radialement interne de la gorge 36 et un jeu radial est présent entre l'insert 38 et le bord radialement externe de la gorge 36.

Aussi, pour permettre cet ajustement de la position de l'insert 38 dans la gorge 36, les dimensions de l'orifice 28 de la toile 14, qui est associé à la gorge 36 et à l'insert 38, sont supérieures au diamètre du trou 40 de l'insert 38.

Pour cela, la section de l'orifice 28 peut ne pas être circulaire.

A titre d'exemple non limitatif, comme on peut le voir à la figure 9, la longueur de l'orifice 28 de la toile 14, mesurée circonférentiellement, est sensiblement égale au double du diamètre du trou 40 de l'insert 38, comme on l'a représenté schématiquement par les cercles en pointillés.

Selon une variante de réalisation représentée notamment aux figures 7 et 10, l'orifice 28 de la toile 14 est de forme oblongue, ou ovale, sa plus grande dimension étant ici orientée selon la direction circonférentielle et sa plus petite dimension étant radiale, chacune des deux dimensions de l'orifice étant supérieure au diamètre du trou 40 de l'insert 38.

L'insert 38 est un composant de dimensions réduites par rapport aux dimensions du deuxième disque 12. Ainsi, il est plus aisé de réaliser ce composant avec des tolérances dimensionnelles réduites et en contrepartie, réaliser l'orifice 28 de la toile avec des dimensions ou des tolérances dimensionnelles plus importantes.

En outre, il est possible d'ajuster le positionnement de l'insert 38 dans la gorge 36 pour que le trou 40 de l'insert 38 soit positionné avec son axe coaxial à l'axe d'un orifice 30 de la bride 26.

Chaque orifice 28 de la toile 14 a alors uniquement pour fonction de permettre le passage de la vis 32 du boulon.

Aussi, dans le cas d'un problème de réalisation du trou 40 d'un insert, seul l'insert 38 sera mis au rebus, contrairement aux solutions de l'art antérieur pour lesquelles l'ensemble du disque 12 pouvait être mis au rebus si une reprise d'usinage n'était pas possible.

Les coûts induits par une telle mise au rebus de l'insert 38 seul sont donc réduits.

Comme on l'a dit précédemment, l'invention ne concerne pas seulement la toile 14 d'un disque comportant une ou plusieurs gorges 36 dans ses faces latérales, mais elle peut aussi concerner la bride annulaire radiale 26 qui est destinée à venir en appui contre l'une des faces latérales 14a de la toile 14 d'un disque ou contre une bride annulaire radiale 26 d'un autre disque 12.

Dans un tel cas (non représenté), les deux faces latérales de la bride 26 comportent alors une ou plusieurs gorges recevant chacune un insert.

La description des gorges 36 et des inserts 38 qui vient d'être faite pour leur application sur la toile 14 d'un disque s'appliquera de manière analogue aux gorges et inserts de la bride 26.

Claims (10)

1. Disque (12) de rotor de turbomachine s’étendant autour d’un axe (A), comportant une portion annulaire (14, 26) délimitée axialement par deux faces d’extrémité (14a) opposées et pourvue d’au moins un orifice de fixation (28, 30) qui débouche dans les deux faces d’extrémité (14a) de la dite portion annulaire (14, 26),
   caractérisé en ce que la portion annulaire (14, 26) comprend une gorge (36) formée dans une face d’extrémité (14a), et l’orifice de fixation (28, 30) débouche dans le fond de la gorge (36),
   et en ce que le disque (12) comprend un insert (38) disposé dans la gorge, ledit insert (38) ayant un trou (40) traversant prolongeant l'orifice de fixation (28, 30).
2. Disque (12) de rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque face latérale (14a) de la portion annulaire (14, 26) du disque (12) comporte au moins une gorge (36).
3. Disque (12) de rotor selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la portion annulaire (14, 26) comporte une pluralité d'orifices de fixation (28, 30) répartis circonférentiellement de manière régulière autour dudit l'axe (A), caractérisé en ce que la gorge (36) est annulaire et chaque orifice de fixation (28, 30) débouche au fond de la gorge (36).
4. Disque (12) de rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite gorge annulaire (36) reçoit un insert (38) annulaire qui comporte une pluralité de trous (40) prolongeant les orifices de fixation (28, 30).
5. Disque (12) de rotor selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert (38) est un anneau fendu par une découpe (42).
6. Disque (12) de rotor selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la portion annulaire (14, 26) comporte une pluralité d'orifices de fixation (28, 30) répartis circonférentiellement de manière régulière autour dudit l'axe (A), caractérisé en ce que la face d’extrémité (14a) de la portion annulaire (14, 26) comporte une pluralité de gorges (36), chaque gorge (36) étant associée à un orifice de fixation (28, 30) et recevant un insert (38) qui lui est associé.
7. Disque (12) de rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dimensions de chaque gorge (36), mesurées selon la direction radiale et selon la direction circonférentielle, par rapport à l'axe (A) sont supérieures aux dimensions de l'insert (38) qui lui est associé.
8. Disque (12) de rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que les dimensions de chaque orifice de fixation (28, 30) de la portion annulaire (14, 26) mesurées selon la direction radiale et selon la direction circonférentielle, sont supérieures au diamètre du trou (40) de l'insert (38).
9. Disque (12) de rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gorge (36) comporte une aile (44) radiale qui s’étend à partir d'une extrémité axiale de la gorge (36), l’aile délimitant axialement la gorge (36).
10. Disque (12) de rotor selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert (38) qui est reçu dans ladite gorge (36) comporte une encoche (46) complémentaire de l'aile (44).