FR3119646A1 - Rotor de turbomachine - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un rotor de turbomachine s’étendant selon un axe (X), comportant un disque (1) de soufflante comprenant une bride aval (7) et un tambour (11) de compresseur comportant une bride amont (12), ladite bride aval (7) du disque (1) étant fixée à ladite bride amont (12) du tambour (11) par l’intermédiaire de boulons (13) comportant chacun un écrou (18) et une vis (17) traversant des trous de fixation (14) desdites brides (7, 12), ladite bride amont (12) du tambour (11) comportant des trous de décharge (15), intercalés circonférentiellement entre les trous de fixation (14) de ladite bride amont (12), des bouchons (20) étant montés dans les trous de décharge (15), lesdits bouchons (20) étant aptes à être maintenus axialement par rapport à ladite bride amont (12) dans une première direction axiale, de l’aval vers l’amont, caractérisé en ce que ledit rotor comporte un ou plusieurs organes de butée (21) coopérant avec les bouchons (20) de façon à les maintenir axialement par rapport à ladite bride amont (12) dans une deuxième direction axiale, de l’amont vers l’aval. Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 7]

Description

Rotor de turbomachine
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un rotor de turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur d’aéronef.
Etat de la technique antérieure
Une turbomachine, en particulier un turboréacteur, comporte classiquement, de l’amont vers l’aval dans le sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression.
La soufflante comporte un disque de rotor et des aubes montées dans des alvéoles du disque. Le disque comporte une bride aval fixée par l’intermédiaire de boulons à une bride amont d’un élément de rotor, appelé tambour, du compresseur basse pression. La liaison entre le disque et le tambour est assurée par l’intermédiaire des boulons, qui traversent des trous ménagés dans la bride aval du disque et dans la bride amont du tambour.
Les trous servant au passage des boulons sont appelés trous de fixation, sont espacés les uns par rapport aux autres et sont régulièrement répartis sur la circonférence. D’autres trous, appelés trous de décharge, sont ménagés dans la bride amont du tambour. Les trous de décharge sont situés circonférentiellement entre les trous de fixation et également régulièrement répartis sur la circonférence. La présence des trous de décharge permet de mieux répartir les contraintes mécaniques au sein de la bride, de façon à éviter toute dégradation prématurée de cette bride.
La présence des trous de décharge autorise, s’ils ne sont pas obstrués, un reflux de gaz de l’aval vers l’amont au travers desdits trous de décharge, ce qui pénalise le fonctionnement et les performances de la turbomachine.
Afin d’éviter un tel reflux, ces trous de décharge sont obstrués par des bouchons qui sont montés frettés dans les trous de décharge. La présence des bouchons dans les trous de décharge permet de garantir l’étanchéité de la bride amont dans le tambour.
Il a été constaté que, en fonctionnement, certains bouchons peuvent migrer vers l’aval de la bride et être extraits des trous de fixation concernés, du fait du faible frettage des bouchons, des vibrations, des contraintes de dilatation thermique et des différences de pression entre l’amont et l’aval de de la bride amont du tambour. Une telle situation remet en cause l’étanchéité de la bride, pouvant nécessiter une opération de maintenance non prévue et coûteuse.
Lors d’une telle opération de maintenance, la structure de la turbomachine nécessite de devoir déposer la turbomachine pour remettre en place ou remplacer les bouchons extraits. Par ailleurs, après remplacement des bouchons manquants, rien ne garantit que les nouveaux bouchons ne seront pas à nouveau amenés à migrer vers l’aval jusqu’à leur désengagement total par rapport à la bride correspondante.
Présentation de l’invention
L’invention vise à remédier à ces inconvénients, de façon simple, fiable et peu onéreuse.
A cet effet, l’invention concerne un rotor de turbomachine s’étendant selon un axe, comportant un premier module comprenant une bride aval et un second module comprenant une bride amont, ladite bride aval du premier module étant fixée à ladite bride amont du second module par l’intermédiaire de boulons comportant chacun un écrou et une vis traversant des trous de fixation desdites brides, ladite bride amont du second module comportant des trous de décharge, intercalés circonférentiellement entre les trous de fixation de ladite bride amont, des bouchons étant montés dans les trous de décharge, lesdits bouchons étant aptes à être maintenus axialement par rapport à ladite bride amont dans une première direction axiale, de l’aval vers l’amont, caractérisé en ce que ledit rotor comporte un ou plusieurs organes de butée coopérant avec les bouchons de façon à les maintenir axialement par rapport à ladite bride amont dans une deuxième direction axiale, de l’amont vers l’aval.
Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine.
Par ailleurs, les termes axial, radial et circonférentiel sont définis par rapport à l’axe de la turbomachine, qui est confondu avec l’axe du rotor de ladite turbomachine.
Les organes de butée permettent de maintenir en position les bouchons de façon à éviter leur retrait accidentel par rapport aux trous de décharge. On garantit ainsi l’étanchéité de la bride amont du second module et, ainsi, le bon fonctionnement de la turbomachine.
Le premier module peut être un disque de soufflante et le second module peut être un tambour de compresseur.
Chaque organe de butée peut être fixé à la bride amont du second module par l’intermédiaire de l’un desdits boulons.
On facilite ainsi le montage de ces organes de butée et on limite également l’impact de l’intégration de tels organes de butée.
Chaque organe de butée peut comporter une zone de fixation comportant un trou de passage de la vis du boulon correspondant.
Chaque organe de butée peut comporter au moins une patte s’étendant depuis la zone de fixation correspondante, ladite patte coopérant avec l’extrémité aval d’au moins un bouchon.
Chaque organe de butée peut présenter une forme d’arc de cercle.
Chaque organe de butée peut se présenter sous la forme d’une tôle plate de forme allongée. Chaque organe de butée peut être réalisé en métal, par exemple en aluminium, ou en matériau composite.
Chaque organe de butée peut être symétrique par rapport à l’axe du trou de passage de la vis. Chaque extrémité circonférentielle de l’organe de butée peut former une butée axiale pour le bouchon correspondant.
Chaque organe de butée peut comporter des surfaces principales planes radiales, à savoir amont et aval. La surface plane amont peut être maintenue en appui sur une surface radiale aval de la bride amont du second module, par serrage du boulon correspondant. La tête de vis peut venir en appui sur une surface plane aval de l’organe de butée.
Bien entendu, les positions des vis et de l’écrou peuvent être inversées.
Les bouchons peuvent être distincts des organes de butée, les extrémités aval des bouchons venant en appui sur les organes de butée correspondants.
L’invention peut ainsi s’appliquer aux bouchons déjà existants.
L’organe de butée peut comporter au moins une zone d’appui au niveau de laquelle l’extrémité aval de l’un desdits bouchons vient en appui axial, ladite zone d’appui comportant un lamage ou un évidement.
Le lamage ou l’évidement permet de limiter l’encombrement axial de l’organe de butée, une fois celui-ci en position sur la bride amont.
Au moins un organe de butée peut comporter une seule branche. Au moins un organe de butée peut comporter deux branches symétriques ou dissymétriques s’étendant de part et d’autre de la zone de fixation.
Au moins une branche peut servir à maintenir plus d’un seul bouchon. Dans ce cas, un premier bouchon peut être maintenu par une extrémité de la branche, au moins un deuxième bouchon peut être maintenu par une zone médiane de la banche, située entre ladite extrémité et la zone de fixation.
La ou les branches peuvent être rectilignes ou curvilignes.
L’organe de butée peut être annulaire, l’ensemble des bouchons venant en appui ou étant formés par l’organe de butée.
Chaque organe de butée peut être formé intégralement avec au moins l’un desdits bouchons.
Une telle caractéristique permet de faciliter le montage de l’ensemble et permet de réduire le nombre de pièces nécessaires.
L’organe de butée peut comporter un corps rigide, par exemple en métal, et une partie en matériau synthétique, par exemple en élastomère, solidaire du corps, le boulon venant en appui axial sur le corps, la partie en matériau synthétique venant en appui sur le second module.
La partie synthétique permet notamment d’éviter ainsi toute dégradation de la bride, et plus généralement du second module.
Le ou les bouchons correspondants peuvent être formés par la partie synthétique, de manière à améliorer l’étanchéité entre les bouchons et les trous de décharge de la bride amont du second module.
La partie en matériau synthétique est par exemple réalisée en polyuréthane. Ladite partie en en matériau synthétique est par exemple collée ou surmoulée audit corps. Le corps peut présenter une section en U ainsi que le trou destiné au passage de la vis et peut servir à l’appui de la tête de vis au niveau de sa base. La partie en matériau synthétique peut recouvrir les branches et la base et peut être destinée à venir en contact avec la bride amont ou, plus généralement, avec le second module.
Le premier module ou disque de soufflante peut comporter des alvéoles, des dents pouvant être délimitées entre les alvéoles. La soufflante peut comporter des aubes comprenant chacune un pied et une pale, les pieds des pales étant engagés dans les alvéoles du disque. La bride aval du disque peut être formée par un ensemble de pattes de fixation régulièrement réparties sur la circonférence. Les pattes peuvent s’étendre depuis les extrémités aval des dents du disque. Chaque patte de fixation de la bride aval peut comporter un trou servant au passage d’une vis de fixation d’un boulon.
L’extrémité aval de la bride aval forme une surface radiale plane annulaire.
Le second module peut appartenir à un compresseur basse pression. La bride amont du second module peut comporter une extrémité amont formant une surface radiale annulaire, venant en appui sur la surface radial aval de la bride aval du premier module.
Les trous de fixation et/ou les trous de décharge peuvent être cylindriques et peuvent présenter les mêmes diamètres.
Un seul trou de décharge peut être situé à chaque fois entre deux trous de fixation successifs. En variante, plusieurs trous de décharge, par exemple deux ou trois trous de décharge, peuvent être situés circonférentiellement à chaque fois entre deux trous de fixation.
Chaque vis peut comporter une tête en appui, directement ou indirectement, sur l’organe de butée, et une partie filetée coopérant avec l’écrou. Ledit écrou peut venir en appui, directement ou indirectement, sur la bride aval du premier module. Bien évidemment, les positions de la vis et de l’écrou peuvent être inversés.
Chaque bouchon peut être monté fixement, par exemple par frettage, dans chaque trou de décharge. Chaque bouchon peut présenter au moins une zone de forme tronconique. Chaque bouchon peut comporter une tête élargie ou un épaulement à son extrémité aval, ladite tête ou ledit épaulement étant destiné à venir prendre appui sur la bride correspondante, de façon empêcher le déplacement axial du bouchon, de l’aval vers l’amont.
Les bouchons peuvent ainsi être insérés par l’aval des trous de décharge, les têtes ou les épaulements des bouchons pouvant venir en appui sur une surface radiale aval de la bride amont du second module.
L’invention concerne également une turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un rotor du type précité.
La turbomachine peut être un turboréacteur, par exemple un turboréacteur à double flux.
L’invention concerne également un aéronef, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une turbomachine du type précité.
Brève description des figures
est une vue en perspective d’une partie d’une turbomachine selon l’invention,
est une vue en perspective de la bride amont du tambour,
est une vue en perspective illustrant l’assemblage de la bride aval du disque à la bride amont du tambour,
est une vue en perspective illustrant un tel assemblage, vue de l’aval,
est une vue correspondant à la , illustrant une variante,
est une vue de l’aval illustrant le positionnement d’un organe de butée en aval de la bride amont du tambour, selon une première forme de réalisation de l’invention,
est une vue en perspective et avec arrachage partiel, illustrant l’assemblage des deux brides, selon la première forme de réalisation,
est une vue en perspective d’un organe de butée dans le cas de la première forme de réalisation,
est une autre vue en perspective dudit organe de butée,
est une vue en perspective, d’un organe de butée selon une variante de réalisation,
est une vue correspondant à la , illustrant une deuxième forme de réalisation de l’invention,
est une vue en perspective et avec arrachage partiel, illustrant l’assemblage des deux brides, selon la deuxième forme de réalisation,
est une vue de l’aval d’un tel assemblage,
est une vue en perspective de l’organe de butée dans le cas de la deuxième forme de réalisation,
est une autre vue en perspective dudit l’organe de butée,
Description détaillée de l’invention
Une partie d’une turbomachine de l’art antérieur, en particulier un turboréacteur, est illustrée aux figures 1 à 5.
Comme illustré à la , celui-ci comporte une soufflante comprenant un disque 1 de soufflante annulaire s’étendant autour d’un axe X, qui est confondu avec l’axe de la turbomachine, le disque 1 comportant des alvéoles 2. Des dents 3 sont délimitées entre les alvéoles 2. La soufflante comporte en outre des aubes 4 comprenant chacune un pied 5 et une pale 6, les pieds 5 des pales 6 étant engagés dans les alvéoles 2 du disque 1. Le disque 1 comporte en outre une bride annulaire aval 7, mieux visible à la , formée par un ensemble de pattes de fixation 8 régulièrement réparties sur la circonférence, les pattes 8 s’étendent depuis les extrémités aval des dents 3 du disque 1. Chaque patte 8 comporte un trou 9 ( ).
L’extrémité aval de la bride aval 7 forme une surface radiale plane annulaire 10.
La turbomachine comporte en outre un tambour 11 appartenant à un compresseur basse pression. L’extrémité amont du tambour 11 comporte une bride amont 12, fixée à la bride aval 7 du disque 1, par l’intermédiaire de boulons 13.
En particulier, ladite bride amont 12 est annulaire et comporte des trous 14, 15 régulièrement répartis sur la circonférence.
Ladite bride 12 comporte une extrémité amont formant une surface radiale annulaire 16, venant en appui sur la surface radial aval 10 de la bride aval 7 du disque.
La bride 12 comporte des trous de fixation 14, destinés au passage de vis des boulons 13 et des trous de décharge 15, intercalés circonférentiellement entre les trous de fixation 14. Les trous précités sont cylindriques et peuvent présenter les mêmes diamètres.
Dans la variante illustrée aux figures 1 à 4, un seul trou de décharge 15 est situé à chaque fois entre deux trous de fixation 14 successifs. Dans la variante illustrée à la , plusieurs trous de décharge 15, ici trois trous de décharge 15, sont situés circonférentiellement à chaque fois entre deux trous de fixation 14.
Comme cela apparaît aux figures 3 à 5, la bride aval 7 du disque est fixée à la bride amont 12 du tambour par l’intermédiaire de boulons 13. Chaque boulon 13 comporte une vis 17 et un écrou 18. Chaque vis 17 comporte une tête 19 en appui, directement ou indirectement, sur une surface annulaire radial aval de la bride amont 12 du tambour 11 et une partie filetée coopérant avec l’écrou 18. Ledit écrou 18 vient en appui, directement ou indirectement, sur une surface radiale amont de la patte correspondante de la bride aval 7 du disque.
Un bouchon 20 est monté fixement, par exemple par frettage, dans chaque trou de décharge 15. Chaque bouchon 20 peut présenter une forme légèrement tronconique. Chaque bouchon 20 comporte une tête élargie à son extrémité aval. Les bouchons 20 sont insérés par l’aval des trous de décharge 15, les têtes des bouchons 20 venant en appui sur la surface radiale aval de la bride amont 12 du tambour 11.
Comme indiqué précédemment, il a été constaté qu’en fonctionnement, certains bouchons 20 peuvent migrer vers l’aval de la bride amont 12 et être extraits des trous de fixation 14 concernés. Une telle situation remet en cause l’étanchéité de la bride amont 12 pouvant nécessiter une opération de maintenance non prévue et coûteuse.
Afin d’éviter une telle perte des bouchons 20, l’invention prévoit de maintenir ces bouchons 20 à l’aide au moins un organe de butée 21.
Les figures 6 à 10 illustrent une forme de réalisation de l’invention, dans laquelle l’organe de butée 21 se présente sous la forme d’une tôle plate de forme allongée. L’organe de butée 21 est réalisé en métal, par exemple en aluminium, ou en matériau composite.
L’organe de butée 21 comporte une zone de fixation 22 comprenant un trou 23 de passage de la vis 17 et au moins une branche 24 comportant une zone d’appui 25 apte à venir en appui sur la tête élargie, c’est-à-dire l’extrémité aval, d’au moins un bouchon 20. Chaque branche 24 s’étend depuis la zone de fixation 22.
Dans la forme de réalisation illustrée, chaque organe de butée 21 est symétrique par rapport à l’axe du trou 23, chaque extrémité circonférentielle de l’organe de butée 21 étant destinée à former une butée axiale pour le bouchon 20 correspondant.
L’organe de butée 21 comporte des surfaces principales planes radiales, à savoir amont 26 et aval 27. La surface plane amont 26 est maintenue en appui sur la surface radiale aval de la bride amont 12 du tambour 11 par serrage du boulon 13 correspondant. La tête de vis 17 vient en appui sur la surface plane aval 27 de l’organe de butée 21.
Bien entendu, les positions des vis 17 et de l’écrou 18 peuvent être inversées.
Chaque zone d’appui 25 d’un bouchon 20 de l’organe de butée 21 comporte un lamage ou un évidement destiné à loger, au moins en partie, la tête élargie ou l’extrémité aval du bouchon 20 correspondant.
La illustre une variante de réalisation dans laquelle les branches 24 de l’organe de butée 21 présentent des largeurs, ou dimensions radiales, plus faibles.
Le montage de tels organes de butée 21 peut être effectué après montage des bouchons 20 dans les trous de décharge 15. Les organes de butée 21 sont alors mis en place de façon à venir en appui sur les extrémités aval des bouchons 20 puis les vis 17 sont engagées dans les trous correspondant 14 de la bride aval 7 du disque 1, de la bride amont 12 du tambour 11 et des organes de butée 21. Les écrous 18 sont ensuite serrés sur les vis 17 de façon à maintenir fixement les brides 7, 12 entre elles et de façon à maintenir également les organes de butée 21.
Chaque organe de butée 21 peut comporter une seule branche 24. Chaque organe de butée 21 peut comporter deux branches 24 symétriques ou dissymétriques s’étendant de part et d’autre de la zone de fixation 22.
Chaque branche 24 peut servir à maintenir plus d’un seul bouchon 20. Dans ce cas, un premier bouchon 20 peut être maintenu par une extrémité de la branche 24, au moins un deuxième bouchon 20 peut être maintenu par une zone médiane de la banche 24, située entre ladite extrémité et la zone de fixation 22.
Selon une autre variante non représentée, l’organe de butée 21 peut être formé intégralement avec le ou les bouchons 20 concernés.
La ou les branches 24 peuvent être rectilignes ou curvilignes.
Les figures 11 à 15 illustrent une autre forme de réalisation de l’invention, qui diffère de celle exposée précédemment en référence aux figures 6 à 10 en ce que l’organe de butée 21 se présente sous la forme d’une portion de d’anneau ou une forme d’arc de cercle, de section en U, comportant une base radiale 28 venant en appui sur la surface radial aval de la bride amont 12 du tambour 11 et deux branches 29 destinées à se conformer ici à la géométrie du tambour 11 dans cette zone. Bien entendu, en fonction de la géométrie du tambour 11, l’organe de butée 21 peut être dépourvu de branches 24. Le trou de passage 23 de la vis 17 est formé dans la base 28.
Les bouchons 20 sont formés intégralement avec l’organe de butée 21 et s’étendent en particulier depuis la base 28. En d’autres termes, les bouchons 20 ne peuvent pas être séparés du reste de l’organe de butée 21.
En particulier, dans la forme de réalisation illustrée aux figure, l’organe de butée 21 comporte un corps rigide métallique 30 et une partie en matériau synthétique 31, par exemple en élastomère, tel que du polyuréthane, solidaire du corps 30, par exemple collée ou surmoulée audit corps 30. Le corps 30 présente une section en U ainsi que le trou 23 et sert à l’appui de la tête 19 de vis 17 au niveau de sa base 28. La partie en matériau synthétique 31 recouvre les branches 29 et la base 28 et est destinée à venir en contact avec la bride amont 12 ou, plus généralement, avec le tambour 11. On évite ainsi toute dégradation de la bride amont 12 par un contact de type métal sur métal.
La partie en matériau synthétique 31 forme également les bouchons 20.

Claims (11)

  1. Rotor de turbomachine s’étendant selon un axe (X), comportant un premier module (1) comprenant une bride aval (7) et second module (11) comprenant une bride amont (12), ladite bride aval (7) du premier module (1) étant fixée à ladite bride amont (12) du second module (11) par l’intermédiaire de boulons (13) comportant chacun un écrou (18) et une vis (17) traversant des trous de fixation (14) desdites brides (7, 12), ladite bride amont (12) du second module (11) comportant des trous de décharge (15), intercalés circonférentiellement entre les trous de fixation (14) de ladite bride amont (12), des bouchons (20) étant montés dans les trous de décharge (15), lesdits bouchons (20) étant aptes à être maintenus axialement par rapport à ladite bride amont (12) dans une première direction axiale, de l’aval vers l’amont, caractérisé en ce que ledit rotor comporte un ou plusieurs organes de butée (21) coopérant avec les bouchons (20) de façon à les maintenir axialement par rapport à ladite bride amont (12) dans une deuxième direction axiale, de l’amont vers l’aval.
  2. Rotor de turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier module est un disque (1) de soufflante et le second module est un tambour (11) de compresseur.
  3. Rotor de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque organe de butée (21) est fixé à la bride amont (12) du second module (11) par l’intermédiaire de l’un desdits boulons (13).
  4. Rotor de turbomachine selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque organe de butée (21) comporte une zone de fixation (22) comportant un trou de passage (23) de la vis (17) du boulon (13) correspondant.
  5. Rotor de turbomachine selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque organe de butée (21) comporte au moins une patte (24) s’étendant depuis la zone de fixation (22) correspondante, ladite patte (24) coopérant avec l’extrémité aval d’au moins un bouchon (20).
  6. Rotor de turbomachine selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque organe de butée (21) présente une forme d’arc de cercle.
  7. Rotor de turbomachine selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les bouchons (20) sont distincts des organes de butée (21), les extrémités aval des bouchons (20) venant en appui sur les organes de butée (21) correspondants.
  8. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’organe de butée (21) comporte au moins une zone d’appui (25) au niveau de laquelle l’extrémité aval de l’un desdits bouchons (20) vient en appui axial, ladite zone d’appui (25) comportant un lamage ou un évidement.
  9. Rotor de turbomachine selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque organe de butée (21) est formé intégralement avec au moins l’un desdits bouchons (20).
  10. Rotor de turbomachine selon la revendication 9, caractérisé en ce que l’organe de butée (21) comporte un corps (30) rigide, par exemple en métal, et une partie (31) en matériau synthétique, par exemple en élastomère, solidaire du corps (30), le boulon (13) venant en appui axial sur le corps (30), la partie (31) en matériau synthétique venant en appui sur le second module (11).
  11. Turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un rotor selon l’une des revendications 1 à 9.
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