FR2955895A1 - Turbomachine avec agencement optimise pour la fixation d'un palier d'arbre tournant. boulon pour une telle turbomachine - Google Patents

Abstract

Turbomachine comportant un arbre, un palier de maintien de l'arbre, comportant une bague externe, un support (20) pour ledit palier, sur une bride (36) duquel est fixée la bague externe par des boulons ; chaque boulon comportant une vis de maintien (146) et un écrou (150) vissés ensemble ; la turbomachine comportant en outre pour chaque boulon, des moyens de maintien en position (158) de la vis de maintien, aptes à maintenir celle-ci en position fixe par rapport au support de palier ou à la bague externe, même en l'absence de l'écrou (150). Boulon pour une telle turbomachine. La tête de la vis de maintien avec les moyens de maintien peut être de faibles dimensions, grâce à quoi la fixation de la bride sur le support de palier et donc le poids de cette fixation peuvent être optimisés.

Description

L'invention concerne une turbomachine comportant un arbre tournant maintenu par un palier ayant une bague externe ; dont le palier est supporté par un support de palier ; et dans lequel la bague externe du palier est fixée sur une bride du support de palier par des boulons.

L'invention vise plus précisément les turbomachines de ce type dans lesquelles la fixation de la bague externe du palier sur le support de palier est problématique, du fait que certaines opérations de montage du palier sont impossibles pour des raisons d'encombrement. Il arrive en effet que, à cause de la structure de la turbomachine et/ou de son environnement et/ou de la séquence de montage, au moment où il est nécessaire de fixer la bague externe du palier sur le support de palier, l'accès sur un côté de cet assemblage ne soit plus possible. L'assemblage entre la bague externe du palier, et la bride sur laquelle elle est montée a globalement en général la forme d'un disque. Aussi, la situation problématique en question est celle dans laquelle on ne peut accéder à cet assemblage que sur un côté du disque, l'accès étant en revanche impossible sur l'autre côté. L'invention vise aussi bien le cas où l'accès est possible du côté du support de palier, que le cas où l'accès est possible du côté de la bague externe. Une telle difficulté ou du moins particularité dans la séquence de montage d'un palier d'arbre de turbomachine se présente en particulier dans le domaine aéronautique, dans certaines turbomachines équipées de dispositifs de découplage dans leur partie avant. De telles turbomachines sont décrites par le brevet français FR2845126. La figure 1 montre l'agencement de la partie avant d'une telle turbomachine. Dans cette turbomachine 6, un dispositif de découplage est aménagé à l'avant. Ce dispositif permet de découpler la soufflante (non représentée) liée à l'arbre basse pression 10 du reste de la turbomachine, de manière à limiter les dommages causés par une avarie survenant sur la soufflante et engendrant l'apparition d'un balourd. La soufflante est fixée par une bride 8 à l'avant de l'arbre basse pression 10. Ce dernier est maintenu mobile en rotation autour de son axe X par un premier palier 12 en arrière de la soufflante, et un deuxième palier 14 en arrière du premier palier (l'avant de la turbomachine 6 est sur la gauche sur la figure 1).

Le premier palier 12 est porté par une enveloppe 16 de forme générale conique, entourant l'arbre 10 et s'étendant en arrière du premier palier 12 jusqu'à un support de palier 20. L'enveloppe 16 est fixée sur le support de palier 20 par des vis 22.

Le support de palier 20 est lui-même fixé sur un carter fixe 24 de la turbomachine, principalement au moyen de vis 26. Le support de palier 20 assure la fixation et le maintien en position non seulement du premier palier 12 (via l'enveloppe 16), mais également du deuxième palier 14. Plus précisément, la bague externe 30 du deuxième palier 14 est fixée sur le support de palier 20, au moyen d'un ensemble de boulons 40, d'axes parallèles à l'axe X, répartis régulièrement sur la circonférence de la bague externe 30. De manière connue en soi, la bague externe 30 a une forme d'anneau, qui entoure et maintient du côté radialement extérieur un ensemble de rouleaux 31. Du côté radialement intérieur, le palier 14 comporte une bague interne 33, qui maintient de l'intérieur les rouleaux 31. Le support de palier 20 se compose d'une bride annulaire externe 34 et d'une bride annulaire interne 36, reliées ensemble par des nervures 20 48. Comme l'arbre 10 sur lequel est fixée la soufflante est soumis à des efforts très importants, le nombre de nervures 48 servant au maintien de la bride 36 par rapport à la bride 34 est relativement élevé. Inversement, le support de palier 20 étant une pièce embarquée sur avion, son poids 25 est réduit autant que possible. Aussi, de larges passages 32 sont aménagés entre les brides externe 34 et interne 36 du support de palier 20 et entre les nervures 48 ; ces passages 32 sont en outre indispensables à la ventilation de l'enceinte de la turbomachine. La bride externe 34 comporte deux séries de perçages 38 et 42, qui 30 reçoivent respectivement les vis 26 et 22 citées précédemment. La bride 36 interne permet la fixation de la bague externe 30, et assure ainsi le maintien de l'arbre tournant 10 au niveau du palier 14. Pour la fixation de la bague 30, la bride 36 et la bague 30 comportent une série de passages traversants identiques 44, dans 35 lesquels passent les boulons 40 pour solidariser ensemble de manière rigide le support de palier 20 et la bague 30.

Le montage du palier 14 de la turbomachine 6 présente la particularité indiquée précédemment : Lors de ce montage, la partie avant de la turbomachine (arbre basse pression 10, premier palier 12, enveloppe 16, support de palier 20), est assemblée avant que n'ait lieu le montage de la bague externe 30. Il s'ensuit que lors du montage de cette bague 30, il n'est possible d'accéder au support de palier 20 et à la bague 30 que du côté de la bague ; inversement à ce stade, il est impossible d'accéder au côté avant du support de palier. Il n'est donc plus possible d'agir sur la partie avant des boulons 40, c'est-à-dire celle se trouvant du côté avant ; il n'est pas possible par exemple d'empêcher de tourner la partie avant du boulon 40, pour réaliser le vissage entre la partie avant du boulon et sa partie arrière. La solution technique utilisée dans l'art antérieur pour remédier à cette difficulté apparaît sur les figures 1 et 2. Elle consiste à utiliser des boulons 40 comportant deux parties, à savoir un écrou prisonnier 50 (partie avant), et une vis de maintien 46 (partie arrière). Le boulon peut par ailleurs comporter des pièces secondaires comme des rondelles, etc. La partie arrière du boulon 40 est une vis de maintien 46, comportant une tête du côté arrière et un fût s'étendant vers l'avant, l'extrémité du fût étant filetée. Cette vis de maintien 46 est prévue pour être fusible en cisaillement, c'est-à-dire pour pouvoir se casser sous l'effet des efforts de cisaillement, au cas où il est nécessaire d'actionner le dispositif de découplage et de libérer l'enveloppe 16 de sa fixation sur le support de palier 20.

Par ailleurs, la partie avant du boulon 40 est un écrou prisonnier 50, fixé sur une collerette 58 aménagée sur le support de palier 20. L'écrou 50, qui est un écrou standard, est dit prisonnier car il est bloqué ou rendu prisonnier' par un support d'écrou 54 en tôle qui le maintient en position. Le support d'écrou 54 permet de fixer l'écrou 50 sur le support de palier, et de le maintenir en position jusqu'au moment où il est définitivement fixé du fait de son vissage avec la vis 46. Pendant cette opération de vissage, le support d'écrou 54 assure en outre que l'écrou 50 ne tourne pas lors de son vissage avec la vis 46. Pour assurer le maintien en position de l'écrou 50, le support d'écrou 54 est lui-même fixé au support de palier 20. Cette opération de fixation des écrous 50 est faite avant le montage du support de palier 20 sur la partie avant de la turbomachine 6, au moment où le côté avant du support de palier 20 est encore accessible. Pour éviter toute rotation des écrous prisonniers 50 avant vissage des vis 46, les supports 54 sont fixés au moyen de deux rivets (un seul ne serait pas suffisant).

Dans ce système antérieur, les filetages des écrous 50 sont situés à l'intérieur de ceux-ci : Aussi, le risque d'endommager ces filetages, pendant la période séparant le montage des écrous 50, de leur vissage avec les vis 46, est faible. Il faut noter par ailleurs que l'écrou 50 est maintenu avec un léger jeu (perpendiculairement à l'axe X) par le support 54. Ce léger jeu est nécessaire. En effet, lors du montage de la bague 30 sur le support de palier, on met d'abord la bague 30 en position presque finale en la calant avec les rouleaux 31. Ensuite, on fixe la bague en mettant en place et en vissant successivement les différentes vis 46 dans les écrous 50 correspondants. Au moment où l'on fait entrer les vis 46 dans les passages 44 aménagés dans le support de palier, la bague 30 prend sa position définitive, les passages 44 étant ajustés avec un jeu tout juste suffisant pour le passage des vis 46. Lorsque commence le vissage des vis 46 sur les écrous 50, ceux-ci se décalent légèrement de manière à ce que leurs axes respectifs coïncident avec ceux des vis. Cet ajustement de la position des axes des écrous est rendue possible par le léger jeu précité entre les écrous et leurs supports 54. L'agencement des boulons 40 indiqué précédemment permet le montage de la bague externe 30 mais présente différents inconvénients. En particulier, la collerette 58 est formée sur l'avant du support de palier 20. Les écrous 50 sont fixés à l'avant du support de palier, en avant des nervures 48. De ce fait, le support de palier 20 et la bague 30 sont traversés sur une grande longueur par les passages traversants 44. La présence de ces passages nécessite de prévoir des bossages dans les nervures 48 : Les nervures sont ainsi renflées le long des passages 44 afin de maintenir leur résistance mécanique à un niveau suffisant. La longueur des vis 46, l'importance du renflement rendu nécessaire par les passages 44 conduisent à ce que la fixation de la bague 30 sur le support 20 ait un poids non négligeable.

En outre, le montage préalable des écrous sur le support de palier, du fait qu'il est nécessaire de fixer deux rivets pour chaque écrou, est une opération relativement longue. Un premier objectif de l'invention est donc de proposer une turbomachine comportant un arbre tournant, un palier de maintien de l'arbre comportant une bague externe, et un support pour ledit palier, sur une bride duquel est fixée la bague externe au moyen d'une pluralité de boulons ; chaque boulon comportant deux parties vissées l'une à l'autre ; la turbomachine comportant en outre pour chaque boulon, des moyens de maintien en position d'une première partie du boulon, aptes à maintenir celle-ci sensiblement en position fixe par rapport au support de palier, même en l'absence de la deuxième partie ; turbomachine dans laquelle les opérations de montage de la bague externe sur le support de palier soient relativement rapides ; dans laquelle le montage proprement dit de la bague externe sur le support de palier soit possible bien que l'accès ne soit possible que sur un seul côté lors de l'opération d'assemblage de ces deux pièces ; mais dans laquelle le poids des organes de fixation de la bague externe 20 sur le support de palier reste modéré. Cet objectif est atteint grâce au fait que la première partie est une vis de maintien et la deuxième partie un écrou. Ainsi, au lieu de fixer d'abord un écrou (prisonnier) sur le support de palier sur lequel il doit être monté, on fixe une vis sur celui-ci. 25 La différence est que la vis de maintien, du fait qu'elle comporte un fût, est automatiquement centrée sur le passage aménagé à travers le support de palier pour faire passer la vis. Le fût de la vis de maintien assure ainsi une partie du maintien en position de la vis. Il s'ensuit qu'avec l'invention, au lieu d'avoir besoin de deux points de fixation comme pour 30 l'écrou 50 précité, un seul point de fixation peut être suffisant pour assurer le maintien en position de la vis de maintien, jusqu'à son vissage sur l'écrou. Par conséquent, les moyens de maintien en position de la vis de maintien, dans l'invention, sont plus simples et plus compacts que ceux (le 35 support d'écrou 54, fixé sur une collerette spécifique) utilisés auparavant.

Aussi, les boulons 40 peuvent être positionnés de manière à réduire le poids des organes de fixation de la bague 30 sur le support 20. Selon un mode de réalisation, les moyens de maintien en position comportent au moins un élément de retenue (158) fixé sur le support de palier et qui retient la vis de maintien sur celui-ci avant le vissage de l'écrou sur la vis de maintien. L'élément de retenue peut être une vis vissée dans le support de palier, un rivet, ou encore un boulon comportant vis et écrou. L'élément de retenue assure une liaison, et notamment une retenue dans le sens axial (de l'axe X) entre le support de palier et la vis de maintien. Selon un mode de réalisation, l'élément de retenue permet de bloquer la vis de maintien dans une position angulaire souhaitée lors du vissage avec l'écrou. L'élément de retenue joue ainsi non seulement un rôle de retenue avant le vissage de la vis de maintien avec l'écrou, mais également un rôle de prévention de la rotation en cours de vissage, pour empêcher que la vis ne tourne autour de son axe. Selon un mode de réalisation, l'élément de retenue comporte une unique tige de fixation pénétrant dans le support de palier ou une pièce solidaire de celui-ci. En effet, du fait que le fût de la vis assure le centrage de la vis de maintien, une tige de fixation unique est suffisante pour assurer le maintien en position de la vis de maintien (un blocage axial est suffisant). L'agencement le plus simple est que la tige de fixation passe à travers la tête de la vis de maintien. De préférence, l'axe de la tige de fixation est décentré ou décalé par rapport à celui de la vis de maintien. La tige de fixation assure ainsi que la vis de maintien ne tourne pas autour de son axe. La tige de fixation peut être par exemple le fût d'un rivet ou d'une vis de fixation. De préférence, la vis de fixation, ainsi que la vis de maintien, peuvent être des vis freinées.

Selon un mode de réalisation, la tête de la vis de maintien est plate et présente un trou sur le côté par rapport à l'axe de la vis de maintien et prévu pour faire passer la tige de fixation d'un élément de retenue. Selon un mode de réalisation, la tige de fixation passe avec jeu dans un passage de la tête de la vis de maintien. Ainsi, la distance entre la tige de fixation et la vis de maintien, s'ajuste très légèrement lors du montage de celles-ci sur le support de palier. Cette possibilité d'ajustement de la distance entre la tige de fixation et la vis de maintien permet de réduire les exigences de précision de fabrication visant l'élément de retenue et/ou la vis de maintien. Elle permet d'éviter de spécifier une valeur par exemple d'entraxe, pour assurer que la distance séparant ces deux éléments a une valeur spécifiée. En contrepartie, lorsque l'élément de retenue et la vis de maintien sont montés sur le support, la distance qui les sépare est imposée par la distance entre l'axe de la vis de maintien et la position du point de fixation de l'élément de retenue sur le support de palier.

Selon un mode de réalisation, la tête de la vis de maintien présente dans au moins une direction radiale un rayon inférieur au diamètre du fût de la vis de maintien. Selon un mode de réalisation, une tête de la vis de maintien est bloquée en rotation par une surface du support de palier. Ainsi, les moyens de maintien en position de la vis de maintien sur la première partie ne sont sollicités mécaniquement qu'avant vissage de la vis de maintien sur son écrou, ce qui permet de réduire le dimensionnement des moyens de maintien en position de la vis de maintien. L'invention vise également un boulon comportant un écrou et une vis de maintien, aptes à être vissés l'un sur l'autre pour contribuer au maintien en position d'une bague de palier de turbomachine telle que présentée précédemment sur un support de palier de celle-ci ; boulon permettant la fixation d'une bague externe de palier sur un support de palier, alors que l'accès à ces deux éléments assemblés (l'assemblage ayant la forme générale d'un disque) n'est possible que depuis un côté, boulon permettant cette fixation de telle manière que le poids total de la fixation de la bague externe sur le support de palier reste modéré. Cet objectif est atteint grâce au fait que le boulon comporte en outre une vis de fixation, et qu'une tête de la vis de maintien présente un passage décentré par rapport à l'axe de la vis et prévu pour ladite vis de fixation. Ainsi, les vis de maintien peuvent être mises en position et fixées au moyen des vis de fixation sur le support de palier. Cette première opération a lieu avant assemblage de la bague externe sur le support de palier. Dans un second temps, la bague externe est positionnée sur le support de palier, et les écrous sont vissés sur les vis de maintien, ce qui réalise la fixation de la bague externe sur le support de palier. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 déjà décrite est une vue partielle en coupe axiale de la partie avant d'une turbomachine, dans un mode de réalisation connu ; - la figure 2 déjà décrite est une vue en perspective partielle de la turbomachine de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un boulon avec une vis de fixation, dans un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue en perspective d'une partie d'une turbomachine agencée conformément à l'invention, avec le boulon représenté en figure 3,et - la figure 5 est une vue partielle en coupe axiale de la fixation d'un palier sur un support de palier, dans une turbomachine agencée conformément à l'invention. En faisant référence aux figures 3 à 5, une turbomachine selon l'invention et notamment l'agencement des boulons de fixation de la bride interne 36 sur le support de palier 20 de cette machine, vont maintenant être décrits. L'agencement général de la turbomachine est identique à celui de la turbomachine 6 présentée en relation avec les figures 1 et 2.

L'amélioration apportée par l'invention concerne seulement la fixation de la bague externe 30 sur le support de palier 20. Dans ce mode de réalisation, cette fixation est assurée par des boulons 140. Comme les boulons 40, chacun des boulons 140 est un boulon fusible en cisaillement.

Chaque boulon 140 s'étend dans un passage traversant formé à travers le support de palier 20 et la bague externe 30, et comporte une vis 146 et un écrou 150. La vis 146 comporte un fût 148 d'axe X2 et une tête plate 152. Le fût 148 comporte une première partie cylindrique à paroi lisse, et une partie d'extrémité filetée prévue pour être vissée dans le filetage intérieur de l'écrou 150.

La tête plate 152 s'étend dans le plan perpendiculaire à l'axe X2. Elle comporte une première partie d'appui 154 qui s'étend autour et à proximité de l'extrémité du fût 148 et a une forme de partie de disque, et une deuxième partie qui est une extension 156, prévue pour le passage d'une vis de fixation 158. La vis de fixation 158, d'axe X3, est prévue pour passer dans un trou percé dans l'extension 156. Les axes X, X2, X3 sont parallèles. La vis de fixation 158 a le rôle suivant : Préalablement au montage de la bague 30 sur le support de palier 20, on fixe les différentes vis 146 sur le support de palier 20. Pour cela, on fixe chacune des vis 146 sur le support de palier, en vissant une vis de fixation 158 dans le support de palier, à travers le trou de l'extension 156 de la vis 146. Le résultat obtenu est présenté en figure 4. Dans un second temps, on positionne la bague 30 sur la bride 36 du support de palier, et on la fixe en vissant les écrous 150 sur les vis 146. Pendant cette étape de vissage, les vis 146 sont empêchées à la fois de tomber (vers l'avant, sur la gauche sur la figure 5) et de tourner, par les vis de fixation 158, qui maintiennent les têtes 152 des vis 146. D'autre part, comme cela a été indiqué, le support de palier 20 comporte des nervures 48. Les boulons 140 (ou au moins un boulon) sont disposés entre ces nervures. Ainsi, avantageusement les passages des boulons 140 passent dans des parties de plus faible épaisseur du support de palier 20, et les longueurs des vis 146 sont minimisées. On notera que les têtes 152 des vis 146, en position montée, sont placées dans un lamage en creux, usiné dans le support de palier 20 (fig.4). Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les bords de ce lamage peuvent être utilisés pour bloquer en rotation les têtes 152 et donc les vis 146. Dans ce cas, les vis de fixation 158 ont seulement à remplir un rôle de maintien axial, consistant à empêcher tout déplacement des vis 146 suivant leur axe X2 ; mais elles n'ont alors pas de fonction anti-rotation à remplir, consistant à empêcher la rotation des vis 146 lors du vissage sur celles-ci des écrous 150.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Turbomachine comportant un arbre (10) tournant, un palier (14) de maintien de l'arbre comportant une bague externe (30), et un support (20) pour ledit palier, sur une bride (36) duquel est fixée la bague externe au moyen d'une pluralité de boulons (140) ; chaque boulon comportant deux parties (146,150) vissées l'une à l'autre ; la turbomachine comportant en outre pour chaque boulon, des moyens de maintien en position (152,158) d'une première partie (146) du boulon, aptes à maintenir celle-ci sensiblement en position fixe par rapport au support de palier, même en l'absence de la deuxième partie (150) ; la turbomachine se caractérisant en ce que ladite première partie est une vis de maintien (146) et la deuxième partie un écrou (150).
2. 2. Turbomachine selon la revendication 1, dans lequel le support de palier comporte des nervures (48), et ledit au moins un boulon est disposé entre ces nervures.
3. 3. Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de maintien en position comportent au moins un élément de retenue (158) fixé sur le support de palier et qui retient la vis de maintien sur celui-ci avant le vissage de l'écrou sur la vis de maintien.
4. 4. Turbomachine selon la revendication 3, dont ledit au moins un élément 25 de retenue (158) permet de bloquer la vis de maintien dans une position angulaire souhaitée lors du vissage avec l'écrou.
5. 5. Turbomachine selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ledit au moins un élément de retenue comporte une unique tige de fixation pénétrant 30 dans le support de palier ou une pièce solidaire de celui-ci, à travers une tête (152) de la vis de maintien.
6. 6. Turbomachine selon la revendication 5, dans lequel la tête de la vis de maintien est plate et présente un trou sur le côté par rapport à l'axe de la 35 vis de maintien et prévu pour faire passer la tige de fixation d'un élément de retenue.
7. 7. Turbomachine selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la tige de fixation (158) passe avec jeu dans le trou de la tête de la vis de maintien.
8. 8. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel une tête de la vis de maintien est bloquée en rotation par une surface du support de palier (20).
9. 9. Boulon (140) comportant un écrou (150) et une vis de maintien (146), aptes à être vissés l'un sur l'autre pour contribuer au maintien en position d'une bague (30) de palier d'une turbomachine (10) selon l'une des revendications 1 à 8, sur un support de palier (20) de celle-ci ; le boulon se caractérisant en ce qu'il comporte en outre une vis de fixation (158), et qu'une tête (152) de la vis de maintien présente un passage décentré par rapport à l'axe de la vis et prévu pour ladite vis de fixation.