FR2948725A1 - Dispositif anti-usure d'un rotor de turbomachine - Google Patents

Abstract

La présent invention porte sur un dispositif anti-usure d'un rotor de turbomachine comprenant un disque (20) avec une jante et des alvéoles (21) axiales usinées sur la jante pour le logement individuel d'aubes, un anneau (43) étant rapporté sur une face de la jante, l'anneau étant percé de trous (44) dans le prolongement axial des alvéoles, au moins une partie desdits trous (44) dans le prolongement des alvéoles étant fermée par un bouchon (50) comprenant une tête métallique (51) formant surface d'appui desdites aubes. Le dispositif est caractérisé par le fait que le bouchon comprend une tige (52) dans le prolongement de la tête métallique, un insert (53) en matériau déformable entourant au moins en partie la tige et un moyen de serrage (54), l'insert en matériau déformable étant déformé par le moyen de serrage de manière à immobiliser le bouchon dans le trou.

Description

i La présente invention concerne le domaine des moteurs à turbine à gaz et vise en particulier un turboréacteur à soufflante avant.

Le rotor de la turbosoufflante d'un moteur équipant les avions civils comprend un disque entraîné par l'arbre basse pression et à la périphérie duquel sont retenues une pluralité d'aubes s'étendant radialement par leur extrémité formant le pied. Selon un type de structure courant, le pied des aubes est à section en queue d'aronde et ceux-ci sont logés dans des alvéoles usinées dans la jante du disque selon une direction sensiblement io axiale. Immédiatement en aval du disque de soufflante et formant le même rotor se trouve le compresseur de gavage. Celui-ci est en forme de tambour et comprend plusieurs étages d'aubes.

Le disque de soufflante est rendu solidaire du tambour du compresseur de 15 gavage par boulonnage à une bride radiale de ce dernier. La bride est par ailleurs pourvue d'encoches formant un moyen de rétention axiale des aubes du disque de soufflante. Chaque pied d'aube est pourvu en aval d'une extension axiale avec deux rainures radiales et est engagé dans une encoche de la bride du compresseur de gavage, mentionnée ci-dessus, au 20 niveau des rainures de manière à être bloqué contre tout déplacement axial.

En fonctionnement normal, les efforts aérodynamiques sur les aubes de la soufflante ont une résultante axiale dirigée vers l'amont. Cependant lorsque le moteur vient à être entraîné en autorotation les efforts sur les aubes 25 s'inversent. Malgré le blocage axial précité un jeu existe et il se produit un déplacement des aubes vers l'aval. La partie de l'aube formant l'échasse, entre le pied en queue d'aronde et la plateforme, vient alors appuyer par son bord transversal aval contre la bride amont du tambour du compresseur de gavage. Une usure a été constatée sur la face amont de la bride dans les 30 zones situées dans le prolongement des alvéoles du disque de soufflante.

Un problème associé à ce phénomène d'usure vient de la présence, dans ces zones, de perçages réalisés pour décharger les contraintes mécaniques dans la bride. L'aube qui s'appuie sur la bride dans une zone avec perçage subit 35 elle-même une érosion. L'usure de l'échasse n'est alors pas uniforme. La surface de la face aval de l'échasse ne s'use que dans la mesure où elle vient au contact de la bride ; la portion de surface qui est au droit du perçage ne s'use pas et devient proéminente à la longue. En plus de ce phénomène d'usure sur les aubes, il s'ensuit l'apparition de jeux entre les aubes et la bride. Ces jeux ne sont pas souhaitables car ils amplifient les phénomènes d'usure sur la bride.

La demanderesse s'est fixé comme objectif de réaliser un dispositif anti-5 usure qui permet d'éviter l'apparition de ces zones d'usure sur la bride amont du tambour de compresseur.

La disposition de bouchons dans les trous de décharge de la bride amont et ménageant des surfaces d'appui pour les aubes a été examinée mais les 10 matériaux plastiques envisagés n'assuraient pas une tenue mécanique suffisante. Par ailleurs l'emploi de bouchons métalliques entraînait un risque de détérioration du tambour lors des opérations de montage et de démontage des bouchons rendues nécessaires pour contrôler la santé matière des trous de décharge du tambour de compresseur de gavage. 15 L'invention a donc pour objet un dispositif anti usure qui ne présente pas ces Inconvénients.

L'invention se rapporte donc à un dispositif anti-usure d'un rotor de 20 turbomachine comprenant un disque avec une jante et des alvéoles axiales usinées sur la jante pour le logement individuel d'aubes, un anneau étant rapporté sur une face de la jante, l'anneau étant percé de trous dont au moins une partie se trouve dans le prolongement axial des alvéoles, au moins une partie desdits trous dans le prolongement des alvéoles étant 25 fermée par un bouchon comprenant une tête métallique formant surface d'appui desdites aubes.

Le dispositif conforme à l'invention est caractérisé par le fait que le bouchon comprend une tige dans le prolongement de la tête métallique, un 30 insert en matériau déformable entourant au moins en partie la tige et un moyen de serrage, l'insert en matériau déformable étant déformé par le moyen de serrage de manière à immobiliser le bouchon dans le trou.

On résout ainsi très simplement ce problème d'usure avec une pièce dont le 35 coût est très faible, et qui est de mise en oeuvre aisée depuis un côté du rotor. On peut appliquer ce dispositif aussi bien sur les turbomachines neuves que celles déjà en cours d'utilisation.

L'emploi de deux matériaux permet de combiner les avantages respectifs 40 de ceux-ci : la partie métallique confère au bouchon une bonne tenue mécanique aux efforts exercés par l'aube qui vient en appui contre la tête métallique et la partie déformable permet le montage et le démontage du bouchon sans nécessiter la mise en oeuvre d'outil lourd qui serait susceptible de blesser la surface du rotor. Par ailleurs un bouchon incorporant un moyen de serrage peut être réalisé de manière à être mis en place à partir d'un seul côté de l'anneau. Il présente l'avantage lorsque le bouchon est monté sur la bride amont d'un compresseur de gavage d'éviter le démontage de la ligne rotor. i0 Selon un mode de réalisation avantageux, le bouchon présente au moins l'une des caractéristiques suivantes : - La tête est en forme de disque de diamètre supérieur à celui du trou. Le disque peut être circulaire, ovale ou bien polygonal. 15 - Le matériau de l'insert déformable est un élastomère et forme un manchon autour de la tige. - Le diamètre extérieur de l'insert est suffisant pour en limiter tout mouvement de rotation dans le trou avant mise en oeuvre du moyen de serrage. 20 - Le moyen de serrage comprend une bague rigide à collerette qui est appliquée contre l'insert en matériau déformable de manière à le déformer. - Ladite bague rigide à collerette est montée sur la tige, le serrage étant produit par déplacement de la bague le long de la tige et plus particulièrement la bague rigide à collerette est fileté et est vissée sur la tige 25 qui elle-même comprend un filetage. - La tête du bouchon est pourvue de marquages extérieurs pour permettre l'introduction d'un outil de vissage et la rotation du bouchon autour de l'axe du trou.

30 Le bouchon est ainsi agencé de façon à ne pas blesser le métal constituant le tambour. On le met en place par des opérations simples et aisées évitant les contacts entre parties métalliques. Il s'agit lors des interventions par un technicien d'éviter la formation de tout départ de crique.

35 L'invention porte également sur un bouchon agencé pour former un dispositif anti usure. Le bouchon est caractérisé par le fait que la tête avec la tige, l'insert déformable et le moyen de serrage, sont pré-assemblés avant montage du bouchon sur le rotor par introduction d'un côté du rotor.5 L'invention porte également sur un rotor de compresseur de moteur à turbine à gaz, comprenant un disque avec une jante solidaire d'un anneau, la jante du disque présentant des alvéoles axiales pour le logement d'aubes, l'anneau recouvrant au moins partiellement le bord aval des alvéoles et comportant des perçages de décharge de contraintes dont une partie est disposée dans le prolongement axial desdits alvéoles, caractérisé par le fait qu'il comprend ledit dispositif anti-usure.

Plus particulièrement, le disque est un disque de soufflante dans un io turboréacteur à soufflante avant fixé à un tambour de compresseur basse pression. L'anneau est solidaire du tambour de compresseur et le disque est fixé au tambour par boulonnage sur l'anneau. Les trous sont des trous de décharge de contraintes mécaniques.

15 L'invention s'applique prioritairement à un turboréacteur comprenant une soufflante avant et un compresseur de gavage en aval de la soufflante dont le disque de soufflante et le tambour de compresseur forment le rotor de l'invention.

20 D'autres caractéristique et avantages ressortiront de la description qui suit d'un mode de réalisation en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 représente vu en coupe axiale un turboréacteur auquel s'applique le dispositif anti-usure de l'invention ; - La figure 2 montre en perspective le détail d'un rotor de soufflante 25 de turboréacteur du côté de la bride amont du compresseur de gavage ; La figure 3 montre le détail de la bride représentée sur la figure 2 avec un dispositif anti-usure ; - La figure 4 montre en demi coupe axiale un bouchon conforme à 30 l'invention en place dans un perçage de la bride amont du compresseur de gavage d'un moteur ; La figure 5 montre le bouchon de l'invention à son introduction dans le perçage de la figure 4 avant qu'il soit verrouillé ; - La figure 6 montre la bouche de l'invention vue de face. 35 On a représenté sur la figure 1 un turboréacteur 1, en coupe axiale, à double flux et à double corps. Il comprend, à l'amont, une soufflante avant 2 avec un rotor caréné dans un carter de soufflante 3 qui délimite la veine de flux secondaire. Le rotor 2 de la soufflante est solidaire d'un compresseur à 40 basse pression 4, désigné encore compresseur de gavage. L'ensemble de la soufflante 2 et du compresseur de gavage est solidaire par l'intermédiaire d'un arbre central, d'un ensemble de turbine en aval formant la turbine basse pression 8.

En aval du compresseur de gavage 4, l'air est encore comprimé par le compresseur à haute pression 5. Ce dernier est solidaire en rotation de l'étage de turbine à haute pression 7 par lequel il est entraîné. L'air comprimé entre dans la chambre de combustion 6 qui produit les gaz chauds pour entraîner les étages de turbine. i0 L'invention concerne, dans cet exemple, la partie du moteur située entre le rotor 2 de soufflante et le rotor 4 du compresseur à basse pression.

On a représenté sur la figure 2, en perspective et vu depuis l'amont 15 l'intérieur de cette zone dans laquelle on a omis, pour plus de clarté, les aubes de soufflante.

Le disque 20 de soufflante comprend sur sa jante des alvéoles 21 orientées globalement axialement, c'est-à-dire dans l'axe du moteur, avec ici une 20 forme curviligne. Les alvéoles sont à section transversale en queue d'aronde pour retenir les aubes radialement. La jante comprend des brides radiales transversales 22 entre les alvéoles pour la fixation de plateformes inter-aubes non représentées. Le disque 20 est solidaire du compresseur à basse pression 40 dit de gavage, situé en aval. Le compresseur 40 25 comprend un tambour 41 cylindrique sur lequel sont fixées les aubes de compresseur 42 que l'on voit en partie. A l'amont, le tambour est solidaire d'une bride transversale radiale 43, formant un anneau et sur laquelle la jante du disque 20 est boulonnée. La jante comprend des brides de fixation radiales 23 entre les alvéoles 21. Chaque bride radiale 23 est fixée par un 30 boulon 24 à la bride amont 43 du compresseur.

La bride amont 43 présente des encoches de rétention 43a avec des bords radiaux et qui sont ouvertes vers l'axe de la machine. Ces encoches servent à retenir axialement les aubes par introduction du pied de ces dernières qui 35 sont logées dans les alvéoles 21 situées en vis-à-vis. Ce mode de retenue des aubes est décrit dans le brevet au nom de la demanderesse EP 165 860. Entre les brides de fixation 23, sur le même cercle, des perçages 44 axiaux sont pratiqués sur la bride amont 43 du tambour du compresseur de gavage 40. La fonction de ces perçages est de relaxer les contraintes mécaniques 40 auxquelles cette pièce est soumise. Des bouchons d'étanchéité obturent les perçages et évitent que l'air à l'aval, à l'intérieur de la cavité du tambour, ne fuie par les perçages vers l'amont dont la pression est inférieure. Ces bouchons d'étanchéité sont en matière synthétique et n'assurent aucune autre fonction.

En fonctionnement, le moteur peut être mis en autorotation avec inversion des efforts sur les aubes. Dans un tel cas, les aubes viennent en appui contre la bride 43 par la face aval de leur échasse. La pression et les déplacements des aubes entraînent une usure à la fois de l'aube et de la io bride amont. On a indiqué sur ce rotor la disposition des traces T d'usure laissées par les échasses des aubes sur la bride 43. Ces traces reproduisent la forme de la section des échasses des aubes ; elle est de forme rectangulaire. Elles sont situées dans le prolongement des alvéoles dans lesquelles les aubes sont logées et chevauchent notamment les perçages 44. 15 Ce chevauchement de la zone d'appui entraîne une usure non homogène de l'échasse avec creusement de la matière autour de la partie qui vient au droit du perçage. En effet, dans les montages de l'art antérieur cette partie n'étant en contact qu'avec le bouchon en matière plastique ne s'use pas.

20 On évite l'apparition de ces zones T en disposant des bouchons sur lesquels les aubes vont s'appuyer ménageant la surface de la bride du tambour.

La figure 3 montre, en perspective, la même zone du moteur que la figure 2, sous un autre angle mais également sans les aubes. Seule une partie du 25 disque de soufflante 20 est montrée. Elle est associée à la bride amont 43 du compresseur basse pression aval. On a représenté une pluralité de perçages qui sont pratiqués sur la bride amont 43, et répartis selon un cercle passant au niveau des boulons de fixation des brides 23 du disque de soufflante à la bride amont 43. On voit en particulier un perçage qui est en 30 vis-à-vis d'une alvéole 21, dans son prolongement, fermé par un bouchon 50. Ce bouchon est agencé, conformément à l'invention, pour former une surface d'appui pour l'aube qui se trouve dans cette alvéole.

Les figures 4, 5 et 6 illustrent la solution de l'invention. 35 Le bouchon 50 comprend une tête 51 en forme de disque circulaire ou autre. Son diamètre est supérieur à celui du trou 44 dans lequel il est monté. La tête se prolonge par une tige 52 de longueur ici supérieure à l'épaisseur de la bride 43. Un insert 53 en forme de manchon entoure la tige 52 et 40 comble le volume entre la tige 52 et la paroi interne du trou.

L'insert est réalisé en un matériau déformable à mémoire de forme, c'est-à-dire qu'il reprend sa position et sa forme initiale après suppression des contraintes qui lui sont appliquées. Il est avantageusement réalisé en élastomère et présente une dureté shore comprise entre 45 et 80 shore. Il est ainsi déformable afin d'assurer le serrage du bouchon (dureté < 80 shore) et sa déformation sous l'action de la force centrifuge reste admissible (dureté > 45 shore). Étant à mémoire de forme, l'élastomère se rétracte lors du desserrage et assure ainsi le démontage et le remontage des bouchons.

Une bague 54 avec une collerette 54A est interposée entre la vis et l'insert 53 du côté de l'extrémité aval de la tige. La bague 54 est filetée intérieurement et est vissée sur la tige 52 qui comporte un filetage correspondant. Une autre bague à collerette 55 est interposée entre le manchon 53 et la tige du côté de la tête 51. Cette bague 55 est intérieurement lisse.

Comme on le voit sur la figure 6, qui est une vue de face du bouchon 50, la tête 51a comporte aussi trois marques 51c pour l'introduction d'un outil par 20 lequel on peut visser le bouchon autour de l'axe de la tige filetée.

Le montage du bouchon est le suivant.

25 Comme on le voit sur la figure 5, le bouchon 50 se présente avant montage avec son insert 53 non déformé. La surface extérieure de l'insert en forme de manchon est creusée de rainures transversales et son diamètre maximum est légèrement supérieur à celui du trou 44 ; il est ainsi mis en place avec ajustement serré. Les rainures permettent le glissement du bouchon dans le 30 trou malgré l'absence de jeu. La longueur du bouchon est supérieure à la profondeur du trou ; son extrémité distale déborde donc du trou sur la face opposée. Une fois la tête 51 en appui contre la face amont de la bride 43, comme cela est représenté sur la figure 5, on procède au verrouillage du bouchon dans le trou. 35 Dans ce but, on introduit un outil approprié à trois branches dans les marques 51C ménagées à la surface de la tête du bouchon. Cet outil a pour fonction de faire tourner le bouchon autour de son axe. En procédant ainsi et le manchon étant maintenu par les efforts de friction contre la paroi 40 interne, la rotation de la tige entraîne l'avance de la bague filetée 54 par rapport à la tige 52. La bague est solidaire de l'insert et ne peut tourner sur celui-ci. L'insert se déforme progressivement jusqu'à ce que la partie aval forme un bourrelet 52' entre la sortie aval du trou 44 et la collerette 54A de la bague 54. Ce bourrelet immobilise le bouchon.

Comme on le voit sur la figure 4, l'aube A est ensuite mise en place dans son alvéole et vient en appui contre la tête 51. Afin d'assurer un contact de l'aube à la fois sur la tête du bouchon et la face amont de la bride 43, on a usiné une rainure 43' dans la face amont de la bride 43, de profondeur io égale à l'épaisseur de la tête 51. En débordant du perçage 44, la tête 51 forme une surface d'appui, suffisante pour que les efforts soient répartis. La résistance de la tête 51 est également suffisante pour que le métal ne pénètre pas dans le perçage.

15 Sur la figure 4 on voit aussi que le prolongement aval du pied de l'aube est logé dans une encoche 43A de la bride à l'intérieur de laquelle celui-ci est maintenu axialement. Les rainures de verrouillages ne sont pas visibles sur la figure.

20 Lorsqu'il est nécessaire de changer le bouchon, il suffit de dévisser la tête 51 dans le sens opposé à celui du montage. La bague s'écarte alors libérant le bourrelet. On dévisse la tête jusqu'à ce que le bourrelet s'efface complètement. Il suffit alors de tirer l'ensemble du bouchon dans l'axe, vers l'amont. Les éléments du bouchon restent assemblés ; on évite ainsi 25 qu'une partie quelconque tombe de l'autre côté de la bride amont 43. On résout ainsi tout problème d'accès à l'autre face de la bride amont.

Ainsi on a résolu par un moyen particulièrement simple et peu onéreux un problème d'usure qui était susceptible d'avoir des conséquences très 30 dommageables sur la sécurité, le coût et les performances du moteur.

Le mode de réalisation présenté n'est pas limitatif ; des variantes entrent dans le cadre de l'invention. Ces variantes peuvent porter sur le manchon, son mode de montage sur la tige, le maintien anti rotation du manchon à 35 l'intérieur du trou pendant son serrage ou encore le moyen de serrage lui-même qui peut être réalisé autrement que par vissage dévissage.

Claims (15)

1. Revendications1. Dispositif anti-usure d'un rotor de turbomachine comprenant un disque (20) avec une jante et des alvéoles (21) axiales usinées sur la jante pour le logement individuel d'aubes, un anneau (43) étant rapporté sur une face de la jante, l'anneau étant percé de trous (44) dans le prolongement axial des alvéoles, au moins une partie desdits trous (44) dans le prolongement des alvéoles étant fermée par un bouchon (50) comprenant une tête métallique (51) formant surface d'appui desdites aubes, caractérisé par le fait que le bouchon comprend une tige (52) dans le prolongement de la tête métallique, un insert (53) en matériau déformable entourant au moins en partie la tige et un moyen de serrage (54), l'insert en matériau déformable étant déformé par le moyen de serrage de manière à immobiliser le bouchon dans le trou.
2. 2. Dispositif anti-usure, selon la revendication 1, dont la tête (51) est en forme de disque de diamètre supérieur à celui du trou.
3. 3. Dispositif anti-usure, selon l'une des revendications 1 et 2, dont l'insert (53) en matériau déformable forme un manchon autour de la tige.
4. 4. Dispositif anti usure, selon la revendication précédente, dont le diamètre extérieur de l'insert (53) est suffisant pour limiter toute rotation du manchon déformable dans le trou avant mise en oeuvre du moyen de serrage.
5. 5. Dispositif anti-usure, selon l'une des revendications 1 à 4, dont 30 l'insert (53) est un matériau déformable à mémoire de forme.
6. 6. Dispositif anti-usure, selon la revendication 5, dont l'insert (53) est un élastomère de dureté comprise entre 45 et 80 shore. 35
7. 7. Dispositif anti-usure, selon l'une des revendications précédentes, dont le moyen de serrage (54) comprend une bague rigide à collerette qui est appliquée contre l'insert (53) en matériau déformable de manière à le déformer. 35
8. 8. Dispositif anti-usure, selon la revendication 7, dont ladite bague rigide à collerette (54) est montée sur la tige, le serrage étant produit par déplacement de la bague le long de la tige.
9. 9. Dispositif anti-usure, selon la revendication précédente, dont la bague rigide à collerette (54) est vissée sur la tige.
10. 10.Dispositif selon l'une des revendications précédentes dont la tête (51) du bouchon est pourvue de marquages (51C) extérieurs pour permettre l'introduction d'un outil de vissage et la rotation du bouchon autour de l'axe du trou.
11. 11.Bouchon anti-usure de rotor de turbomachine agencé pour former le dispositif de l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la tête avec la tige, l'insert déformable et le moyen de serrage, sont pré-assemblés, avant montage sur le rotor.
12. 12.Rotor de compresseur de moteur à turbine à gaz, comprenant un disque (20) avec une jante solidaire d'un anneau, la jante du disque présentant des alvéoles axiales (21) pour le logement d'aubes, l'anneau recouvrant au moins partiellement le bord aval des alvéoles et comportant des perçages de décharge de contraintes (44) dont une partie est disposée dans le prolongement axial desdits alvéoles, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif anti-usure selon l'une des revendications 1 à 11.
13. 13.Rotor selon la revendication précédente dont le disque (20) est un disque de soufflante dans un turboréacteur à soufflante avant fixé à un tambour de compresseur basse pression.
14. 14.Rotor selon la revendication précédente dont l'anneau (43) est solidaire du tambour de compresseur et le disque est fixé au tambour par boulonnage sur l'anneau, et dont les trous sont des trous (44) de décharge de contraintes.
15. 15.Turboréacteur comprenant une soufflante avant et un compresseur de gavage en aval de la soufflante dont le disque de soufflante et le tambour de compresseur forment un rotor selon l'une des revendications 12 à 14. 40