FR2943098A1

FR2943098A1 - Dispositif de fixation de deux pieces annulaires coaxiales dans une turbomachine

Info

Publication number: FR2943098A1
Application number: FR0901192A
Authority: FR
Inventors: Wouter Balk
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-17
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: FR2943098B1

Abstract

Dispositif de fixation de deux pièces annulaires (110, 114) coaxiales dans une turbomachine, comprenant un unique élément de fixation (124) auto-verrouillable destiné à s'étendre coaxialement à l'intérieur des pièces, cet élément comprenant un filetage (126) pour son vissage dans une première des pièces (114), et portant des moyens de verrouillage (130) coopérant avec la seconde pièce (110) pour immobiliser en rotation l'élément autour de son axe, ces moyens de verrouillage étant actionnés par l'outil (132) d'entraînement en rotation de l'élément.

Description

Dispositif de fixation de deux pièces annulaires coaxiales dans une turbomachine

La présente invention concerne un dispositif de fixation de deux pièces annulaires coaxiales dans une turbomachine, en particulier dans une turbomachine du type comprenant deux hélices externes non carénées coaxiales et contrarotatives. Ces deux hélices sont montées en rotation sur un arbre central fixe appelé support de paliers qui est une pièce tubulaire s'étendant le long de l'axe longitudinal de la turbomachine. Les hélices et ce support de paliers font partie d'une unité dite de propulsion de la turbomachine. Pendant la dernière phase d'assemblage du moteur, cette unité de propulsion est alignée axialement avec une autre unité dite de génération de gaz de la turbomachine, située en amont, et l'extrémité avant du support de paliers est engagée dans un moyeu d'un carter inter-turbines de l'unité de génération de gaz. Ce moyeu a une forme générale tubulaire et s'étend le long de l'axe longitudinal de la turbomachine. Dans la technique actuelle, la fixation du support de paliers sur le moyeu du carter inter-turbines est réalisée par plusieurs boulons qui s'étendent parallèlement à l'axe de la turbomachine et qui sont régulièrement répartis autour de cet axe. Ces boulons sont serrés par un opérateur depuis l'arrière de la turbomachine au moyen d'un outil engagé axialement à l'intérieur de la cavité interne définie par le support de paliers. Les opérations de vissage et de dévissage des boulons sont difficiles, en particulier car l'accessibilité des boulons est limitée par des moyens d'alimentation en huile des paliers, qui sont logés dans la cavité interne du support de paliers. Par ailleurs, le support de paliers transmet des efforts de poussée et de contre-poussée à l'avion équipé de cette turbomachine. De ce fait, les zones de liaison et de fixation du support de paliers aux autres pièces de la turbomachine sont critiques et doivent faire l'objet d'une attention particulière pour éviter des problèmes en vol. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux inconvénients de la technique antérieure.

Elle propose à cet effet, un dispositif de fixation bout à bout de deux pièces annulaires coaxiales dans une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend un unique élément de fixation auto-verrouillable destiné à s'étendre coaxialement à l'intérieur des pièces, cet élément comprenant un filetage pour son vissage dans une première des pièces, et portant des moyens de verrouillage déplaçables entre une première position de verrouillage dans laquelle ils sont destinés à coopérer avec la seconde pièce pour immobiliser en rotation l'élément autour de son axe, et une seconde position de déverrouillage dans laquelle l'élément peut être vissé ou dévissé.

L'invention a ainsi pour objet un unique moyen ou élément de fixation qui est engagé coaxialement à l'intérieur des pièces à fixer, cet élément pouvant se présenter sous la forme d'un écrou ou d'une vis par exemple. Cet élément comprend une partie filetée interne ou externe destinée à coopérer avec une des pièces, et des moyens de verrouillage destinés à coopérer avec l'autre pièce pour assurer l'immobilisation en rotation de l'élément autour de son axe et empêcher ainsi le desserrage de l'élément. Selon l'invention, ces moyens de verrouillage sont déplaçables entre une première position dans laquelle ils coopèrent avec la seconde pièce pour bloquer en rotation l'élément, et une seconde position dans laquelle les moyens de verrouillage sont écartés de la seconde pièce et l'élément peut être vissé/dévissé. Selon une caractéristique essentielle de la présente invention, l'élément est auto-verrouillable, c'est-à-dire que ses moyens de verrouillage sont amenés automatiquement en position active après la mise en place et le serrage de l'élément.

Le dispositif selon l'invention peut comprendre des ressorts de rappel sollicitant les moyens de verrouillage vers leur première position. Les moyens de verrouillage sont par exemple déplaçables en pivotement ou en rotation autour d'axes transversaux sensiblement tangents à une circonférence centrée sur l'axe longitudinal de l'élément. Le déplacement des moyens de verrouillage depuis leur première position jusqu'à leur seconde position est avantageusement causé par la mise en place dans l'élément d'un outil d'entraînement en rotation de cet élément, et le déplacement des moyens de verrouillage depuis leur seconde position jusqu'à leur première position est causé par le retrait de l'outil de l'élément. Ainsi, après le serrage de l'élément de fixation, le retrait de l'outil de l'élément provoque le déplacement des doigts de leur seconde à leur première position, ce qui se traduit par l'immobilisation de l'élément en rotation autour de son axe.

L'invention permet donc de simplifier et d'accélérer les opérations de montage et de démontage des pièces, telles que par exemple d'un support de paliers et d'un moyeu de carter inter-turbines de turbomachine. Elle utilise un seul moyen de fixation contre plusieurs dans la technique antérieure et limite en outre le risque de mauvais montage ou serrage des pièces, qui peut entraîner des problèmes du moteur en vol. L'élément comprend de préférence un passage axial interne à section non circulaire, dans lequel l'outil d'entraînement en rotation de l'élément est destiné à être engagé pour le vissage et le dévissage de l'élément.

L'élément peut comprendre des moyens de butée axiale destinés à venir en appui sur la seconde pièce, pour définir une position de fin de vissage de l'élément. Avantageusement, les moyens de verrouillage comprennent des doigts longitudinaux qui sont chacun montés en pivotement autour d'un axe transversal sensiblement tangent à une circonférence centrée sur l'axe de l'élément, chaque doigt comportant à une extrémité une dent orientée sensiblement radialement vers l'extérieur et destinée à faire saillie radialement vers l'extérieur de l'élément lorsque les doigts sont dans leur première position de verrouillage, pour coopérer avec la seconde pièce. Chaque doigt peut comporter à son extrémité opposée à la dent une surface radialement interne de forme incurvée convexe pour son déplacement de sa première dans sa seconde position. Cette surface est destinée à coopérer par glissement avec l'outil précité pour provoquer le déplacement du doigt correspondant. Lorsque l'outil est engagé à l'intérieur de l'élément, et est déplacé en direction axiale vers l'élément, les doigts glissent par leurs surfaces radialement internes sur cet outil, ce qui provoque leur pivotement depuis leur seconde jusqu'à leur première position précitée, et l'amenée de leurs dents en saillie sur la surface externe de l'élément. Lorsque l'on retire l'outil de l'élément, les doigts glissent à nouveau sur l'outil et sont déplacés par les moyens de rappel de leur première à leur seconde position, provoquant le déplacement des dents de ces doigts radialement vers l'intérieur. Les dents des moyens de verrouillage sont ainsi du type escamotable. Ces dents peuvent être au nombre de deux, trois, quatre ou plus. L'élément peut avoir un diamètre externe compris entre 50 et 150mm, et par exemple entre 80 et 100mm. Il est par exemple à surface extérieure filetée et vissable dans une cavité filetée de la première pièce. L'invention concerne également une turbomachine, comprenant deux hélices externes non carénées coaxiales qui sont montées de manière contrarotative sur un support de paliers, caractérisée en ce que l'extrémité avant du support de paliers est fixée à un moyeu d'un carter inter-turbines par un dispositif tel que décrit ci-dessus. L'extrémité avant du support de paliers peut comprendre une rangée annulaire d'encoches radiales destinées à recevoir par emboîtement les moyens de verrouillage de l'élément de fixation. Ces encoches peuvent déboucher radialement vers l'intérieur. Le nombre d'encoches radiales peut être supérieur à celui des moyens de verrouillage de l'élément.

Le moyeu du carter inter-turbines peut en outre comprendre un rebord cylindrique de centrage dans lequel est engagée l'extrémité avant du support de paliers. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une turbomachine à hélices externes non carénées, et représente un support de paliers qui est fixé sur un moyeu de carter inter-turbines par la technique antérieure à la présente invention, - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques en perspective et en coupe axiale d'un moyeu de carter inter-turbines fixé à un support de paliers par un dispositif selon l'invention, et représentent respectivement deux positions différentes des moyens de verrouillage de ce dispositif, - la figure 4 est une vue schématique en perspective de l'extrémité avant du support de paliers selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique en perspective du dispositif de fixation des figures 2 et 3, et - la figure 6 est une vue schématique en perspective des moyens de verrouillage du dispositif des figures 2 et 3. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une partie centrale d'une turbomachine du type à hélices externes non carénées (en anglais open rotor ou unducted fan ), ce type de turbomachine comportant deux hélices externes coaxiales et contrarotatives (non visibles), respectivement avant et arrière, s'étendant radialement vers l'extérieur. Ces hélices sont montées en rotation par l'intermédiaire de paliers 12 sur un arbre fixe appelé support de paliers 10. Ce support de paliers 10 est tubulaire et s'étend le long de l'axe A longitudinal de la turbomachine.

Le support de paliers 10, les hélices précitées et une turbine basse-pression non représentée font partie d'une unité de propulsion de la turbomachine, qui est située en arrière d'une unité de génération de gaz de la turbomachine. Cette dernière unité comporte notamment un compresseur, une chambre de combustion et une turbine haute-pression qui ne sont pas visibles.

Le support de paliers 10 est fixé par son extrémité avant sur un moyeu 14 d'un carter inter-turbines, situé entre les turbines basse-pression et haute-pression. Ce moyeu 14 s'étend coaxialement au support de paliers 14. Dans la technique actuelle représentée en figure 1, l'extrémité avant 16 du support de paliers 10 est engagée à l'intérieur du moyeu 14 et est fixée sur celui-ci par des boulons 18. L'extrémité avant 16 du support de paliers 10 a un diamètre inférieur à celui du reste du support et est reliée à celui-ci par une paroi annulaire radiale 20 percée d'orifices axiaux de passage des boulons 18. Cette paroi 20 est en appui axial vers l'avant sur un rebord annulaire radial 22 du moyeu 14 qui comporte des orifices axiaux alignés avec les orifices de la paroi 20 du support, pour le passage des boulons 18. Les boulons 18 sont serrés au moyen d'un outil approprié qui est engagé axialement à l'intérieur du support de paliers 10 et qui est manipulé par un opérateur depuis l'arrière de la turbomachine. Cette technique de fixation du support de paliers 10 au moyeu 14 du carter inter-turbines présente de nombreux inconvénients décrits plus haut. L'invention apporte une solution simple à ces inconvénients grâce à un unique élément de fixation qui se verrouille automatiquement après l'extraction d'un outil d'entraînement en rotation de cet élément de fixation. Dans l'exemple représenté aux figures 2 à 6, cet unique élément de fixation 124 est engagé coaxialement dans les extrémités à fixer du support de paliers 110 et du moyeu 114 du carter inter-turbines. Cet élément 124 comporte à son extrémité avant un filetage externe 126 coopérant avec un filetage interne 128 du moyeu 114, et à son extrémité arrière des moyens de verrouillage 130 destinés à s'engager dans des moyens complémentaires du support de paliers 110 pour immobiliser l'élément en rotation autour de son axe. Le moyeu 114 du carter inter-turbines comprend ici à son extrémité arrière un rebord cylindrique de centrage 131 à l'intérieur duquel est engagée coaxialement l'extrémité avant du support de paliers 110. Le carter inter-turbines 114 et le support de paliers 110 sont partiellement représentés aux figures 2 et 3. L'élément 124 comprend un passage axial interne à section non-circulaire (et par exemple polygonale) dont la forme est complémentaire de celle d'un outil 132 d'entraînement en rotation de l'élément, représenté en figure 3. Cet outil 132 a une forme allongée et est engagé dans le support de paliers 110 par déplacement axial depuis l'arrière jusqu'à l'avant, à l'intérieur du support de paliers, l'opérateur manipulant l'outil étant situé à l'arrière de la turbomachine, comme dans la technique antérieure. Le filetage 126 de l'élément 124 s'étend sur une partie d'extrémité avant de celui-ci. L'élément 124 comprend au voisinage de son extrémité arrière un rebord annulaire 134 s'étendant radialement vers l'extérieur et formant des moyens de butée destinés à venir en appui axial vers l'amont contre un épaulement annulaire interne 136 du support de paliers 110. L'élément 124 est vissé dans une cavité filetée du moyeu 114 jusqu'à ce que son rebord 134 vienne en appui contre l'épaulement 136 du support de paliers. Le rebord 134 de l'élément définit ainsi avec l'épaulement 136 du support de paliers 110 une position de fin de vissage de l'élément dans le moyeu 114 du carter inter-turbines. En position serrée, représentée aux figures 2 et 3, l'élément 124 comprend une partie avant engagée et vissée dans la cavité du moyeu 114, et une partie arrière engagée et montée coulissante dans le support de paliers 110.

Les moyens de verrouillage 130 de l'élément comprennent quatre doigts 138 ayant une forme allongée en direction longitudinale dans l'exemple représenté, chaque doigt étant monté en rotation autour d'un axe transversal 142 porté par une chape 140, cet axe 142 étant ici sensiblement tangent à une circonférence centrée sur l'axe longitudinal de l'élément.

Chaque doigt 138 est traversé sensiblement à mi-distance de ses extrémités axiales par son axe 142 de rotation, les extrémités de cet axe 142 étant engagées dans des orifices de la chape 140 correspondante. Les chapes 140 s'étendent axialement vers l'arrière depuis le rebord externe arrière 134 de l'élément, et sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal de l'élément. Chaque doigt 138 (mieux visible figure 6) comporte à son extrémité arrière une surface 144 radialement interne de forme arrondie convexe qui est destinée à coopérer par glissement avec l'outil 132 pour provoquer le pivotement du doigt autour de son axe 142. Chaque doigt 138 comporte en outre à son extrémité avant une dent 146 qui est orientée sensiblement radialement vers l'extérieur et qui est destinée à s'emboîter dans une encoche radiale 148 de forme complémentaire formée sur la surface intérieure du support de paliers 110 (figure 4). Chaque dent 146 a une forme parallélépipédique dans l'exemple représenté. Les encoches radiales 148 sont formées dans une gorge annulaire interne du support de paliers 110 dont la paroi latérale avant est formée par l'épaulement 136 précité et dont la paroi latérale arrière 150 est visible en figure 4. Chaque dent 146 coopère par butée par ses extrémités latérales ou circonférentielles avec les bords latéraux des encoches 148 du support de paliers 110 pour immobiliser l'élément 124 en rotation autour de son axe, vis-à-vis du moyeu 114 et du support de paliers 110. Le nombre d'encoches 148 du support de paliers 110 est au moins égal et de préférence supérieur à celui du nombre de dents 146 de l'élément 124. Les encoches 148 sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal de la turbomachine et sont disposées de manière à ce que les dents 146 soient alignées radialement avec des encoches en position de serrage de l'élément 124. Les doigts 138 sont déplaçables en pivotement autour de leurs axes 142 respectifs entre une première position où ils s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la turbomachine (figure 3) et dans laquelle les dents 146 des doigts ne font pas saillie vers l'extérieur par rapport à la surface externe du rebord 134 de l'élément, et une seconde position dite de verrouillage où les doigts sont inclinés d'avant en arrière vers l'intérieur (figures 2 et 5) et dans laquelle les dents 146 sont en saillie sur la surface externe du rebord 134 de l'élément. Dans cette seconde position, les dents 146 sont engagées dans les encoches 148 du support de paliers 110 et immobilisent en rotation l'élément autour de son axe. Au contraire, dans la première position précitée, les dents 146 sont 15 désengagées des encoches et l'élément 124 peut être vissé ou dévissé par l'outil 132. Les doigts 138 sont sollicités dans leur seconde position par des ressorts de rappel 152. Dans l'exemple représenté en figure 6, ces ressorts 152 sont du type à spires et sont chacun enroulés autour de l'axe 142 d'un 20 doigt 138. Chaque ressort 152 comprend une première extrémité 154 s'étendant longitudinalement et prenant appui sur le doigt, et une seconde extrémité 156 s'étendant transversalement et prenant appui sur la chape 140 correspondante de l'élément. La seconde extrémité 156 du ressort traverse ici une lumière latérale 158 du doigt.

25 Ce ressort est monté légèrement précontraint de façon à ce que, à l'état libre, les doigts 138 soient dans leur seconde position représentée aux figures 2 et 5. La fixation du support de paliers 110 sur le moyeu 114 du carter inter-turbines est réalisée comme suit. L'extrémité avant du support de 30 paliers 110 est engagée dans le rebord cylindrique 131 du moyeu 114 de façon à ce que le support et le moyeu soient alignés axialement. Une extrémité de l'outil 132 est engagée dans l'élément 124, ce qui entraîne le glissement des doigts 138 sur la surface extérieure de l'outil et se traduit par le pivotement des doigts depuis leur première position jusqu'à leur seconde position (figure 3). L'outil est déplacé axialement vers l'avant à l'intérieur du support de paliers 110 jusqu'au filetage 128 du moyeu 114. L'élément est ensuite vissé à l'aide de l'outil 132 jusqu'à ce que le rebord 134 de l'élément vienne en appui axial sur l'épaulement 136 du support de paliers. L'outil 132 est retiré de l'élément en le déplaçant axialement vers l'arrière, ce qui entraîne le glissement des doigts sur l'outil et se traduit par le pivotement des doigts depuis leur seconde position jusqu'à leur première position, et l'engagement des dents 146 des doigts dans les encoches 148 correspondantes du support (figure 2). Le démontage de l'élément est réalisé en répétant les opérations précitées dans l'ordre inverse.

Claims

Revendications1. Dispositif de fixation bout à bout de deux pièces annulaires (110, 114) coaxiales dans une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend un unique élément de fixation (124) auto-verrouillable destiné à s'étendre coaxialement à l'intérieur des pièces, cet élément comprenant un filetage (126) pour son vissage dans une première des pièces, et portant des moyens de verrouillage (130) déplaçables entre une première position de verrouillage dans laquelle ils sont destinés à coopérer avec la seconde pièce pour immobiliser en rotation l'élément autour de son axe, et une seconde position de déverrouillage dans laquelle l'élément peut être vissé ou dévissé.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des ressorts de rappel (152) sollicitant les moyens de verrouillage (130) vers leur première position.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage (130) sont déplaçables de leur première dans leur seconde position par mise en place dans l'élément (124) d'un outil (132) d'entraînement en rotation de cet élément.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (124) comprend un passage axial interne à section non circulaire dans lequel un outil (132) d'entraînement en rotation est destiné à être engagé pour le vissage/dévissage de l'élément.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (124) comprend des moyens (134) de butée axiale destinés à venir en appui sur la seconde pièce (110) pour définir une position de fin de vissage.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage (130) comprennent des doigts longitudinaux (138) qui sont chacun montés en pivotement autour d'un axe (142) transversal sensiblement tangent à une circonférencecentrée sur l'axe de l'élément (124), chaque doigt (138) comportant à une extrémité une dent (146) orientée sensiblement radialement vers l'extérieur et destinée à faire saillie radialement vers l'extérieur de l'élément (124) lorsque les doigts sont dans leur première position de verrouillage, pour coopérer avec la seconde pièce (110).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque doigt (138) comporte à son extrémité opposée à la dent (146) une surface (144) radialement interne de forme incurvée convexe pour son déplacement de sa première dans sa seconde position.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (124) est à surface extérieure filetée et est vissable dans une cavité filetée de la première pièce (114).
9. Turbomachine, comprenant deux hélices externes non carénées coaxiales qui sont montées de manière contrarotative sur un support de paliers (110), caractérisée en ce que l'extrémité avant du support de paliers est fixée à un moyeu (114) d'un carter inter-turbines par un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8.
10. Turbomachine selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'élément de fixation (124) est monté coulissant dans une extrémité cylindrique avant du support de paliers (110) et comporte à son extrémité arrière un rebord annulaire externe (134) d'appui sur un épaulement (136) de l'extrémité avant du support de paliers, l'extrémité avant de l'élément de fixation étant vissée dans une cavité axiale du moyeu (114) du carter inter-turbines.
11. Turbomachine selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'extrémité avant du support de paliers (110) comprend une rangée annulaire d'encoches radiales (148) destinées à recevoir par emboîtement les moyens de verrouillage (130) de l'élément de fixation (124).
12. Turbomachine selon la revendication 11, caractérisé en ce que le nombre d'encoches radiales (148) est supérieur à celui des moyens de verrouillage (130) de l'élément de fixation (124).