FR2981694A1 - Blocage en rotation d'un fourreau de protection d'un arbre de turbomachine - Google Patents

Blocage en rotation d'un fourreau de protection d'un arbre de turbomachine Download PDF

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Abstract

Turbomachine (10), comprenant un fourreau cylindrique (20) de protection thermique d'un arbre de transmission (12), ce fourreau comportant à l'une de ses extrémités axiales des moyens (42) coopérant par liaison de formes avec des moyens (30) de blocage en rotation, caractérisé en ce que ces moyens de blocage comprennent un jonc annulaire (30) qui est engagé et retenu axialement dans une gorge annulaire interne (32) de l'alésage d'un tourillon et qui comprend des premiers moyens (40) coopérant par liaison de formes avec les moyens (42) précités du fourreau et des seconds moyens (34) coopérant par liaison de formes avec des moyens (36) complémentaires du tourillon.

Description

BLOCAGE EN ROTATION D'UN FOURREAU DE PROTECTION D'UN ARBRE DE TURBOMACHINE L'invention se rapporte à des moyens de blocage en rotation d'un fourreau de protection thermique d'un arbre de transmission d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une turbomachine comprend un module basse pression et un module haute pression, le module basse pression comportant un compresseur et une turbine basse pression dont les rotors sont reliés entre eux par un arbre de transmission et le module haute pression comportant un compresseur et une turbine haute pression dont les rotors sont reliés entre eux et entourent l'arbre de transmission du module basse pression. Cet arbre de transmission est monté à l'intérieur d'un fourreau cylindrique qui le protège des hautes températures auxquelles le module haute pression est exposé en fonctionnement. L'extrémité amont du fourreau est montée à l'intérieur d'un tourillon du compresseur haute pression et son extrémité aval est montée à l'intérieur d'un tourillon de la turbine haute pression. Ce fourreau a par exemple une longueur de l'ordre de 700mm et un diamètre de l'ordre de 70mm. Le document FR-A1-2 944 557 décrit une turbomachine comportant un fourreau dont l'extrémité aval est maintenue en appui axial sur le tourillon d'une turbine haute pression par un écrou vissé dans l'alésage du tourillon. L'écrou prend appui axialement sur une bague externe d'un palier qui prend elle-même appui axialement sur un anneau en appui sur l'extrémité aval du fourreau, l'anneau portant une couche annulaire interne en matériau abradable. Le fourreau est bloqué en rotation vis-à-vis de l'anneau et du tourillon au moyen d'un pion et l'écrou est bloqué en rotation vis-à-vis du tourillon au moyen d'un autre pion. Les moyens de retenue et de blocage en rotation de l'extrémité aval du fourreau sont donc relativement complexes. De plus, ils comprennent un 30 grand nombre de pièces indépendantes et ont un encombrement radial relativement important (de l'ordre de 22mm) qui peut empêcher leur montage dans une turbomachine de taille réduite. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes de la technique antérieure.
Elle propose à cet effet une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant un fourreau cylindrique de protection thermique d'un arbre de transmission s'étendant à l'intérieur du fourreau, une des extrémités axiales du fourreau étant logée dans un alésage cylindrique d'un tourillon de la turbomachine et comportant des moyens coopérant par liaison de formes avec des moyens de blocage en rotation du fourreau par rapport au tourillon, caractérisé en ce que ces moyens de blocage comprennent un jonc annulaire qui est engagé et retenu axialement dans une gorge annulaire interne de l'alésage du tourillon et qui comprend des premiers moyens coopérant par liaison de formes avec les moyens précités du fourreau et des seconds moyens coopérant par liaison de formes avec des moyens complémentaires du tourillon. Selon l'invention, le blocage en rotation du fourreau est assuré par un jonc qui est de préférence formé d'une seule pièce avec les moyens précités coopérant avec le fourreau et le tourillon. Les moyens de blocage selon l'invention sont plus simples que ceux de la technique antérieure car ils ne comprennent pas d'écrou de blocage axial du tourillon et de pions indépendants d'anti-rotation du fourreau et de l'écrou. Ces moyens de blocage peuvent donc être plus compacts en direction radiale (7,7mm dans un mode particulier de réalisation de l'invention) que dans la technique antérieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, le jonc est fendu et élastiquement deformable, et il est montable dans la gorge interne du tourillon par rapprochement de ses extrémités libres.
Le jonc est engagé dans la gorge interne du tourillon et est bloqué axialement dans cette gorge. En position de repos, il a un diamètre externe supérieur au diamètre interne de la gorge. Le jonc est amovible et est monté dans la gorge et retiré de la gorge par rapprochement de ses extrémités circonférentielles l'une de l'autre jusqu'à ce que son diamètre externe soit inférieur au diamètre interne de la gorge. Le jonc peut être monté serré dans la gorge du tourillon. Le jonc peut avoir une étendue angulaire ou circonférentielle comprise entre 270 et 330°C. Le jonc peut comprendre un corps annulaire portant à sa périphérie interne, au niveau de chacune de ses parties d'extrémité circonférentielles, une patte de forme incurvée dont la concavité est orientée vers l'intérieur et qui a une dimension axiale supérieure à celle du corps. L'utilisation d'un jonc fendu peut engendrer la création d'un balourd dans le tourillon. Avantageusement, le corps du jonc peut être configuré pour limiter l'amplitude de ce balourd. Le corps du jonc peut notamment comprendre des portions angulaires des épaisseurs différentes de celles d'au moins certaines autres portions du corps du jonc. Avantageusement, le jonc comprend au niveau de ses extrémités circonférentielles des orifices d'engagement d'un outil de déformation élastique et de montage/démontage du jonc. Cet outil peut comprendre des doigts destinés à être engagés dans les orifices du jonc et à être rapprochés l'un de l'autre pour déformer élastiquement le jonc et réduire son diamètre externe. De préférence, le jonc comprend au moins un doigt axial amont destiné à être engagé dans une encoche radiale traversante de l'extrémité aval du fourreau, et au moins un doigt axial aval destiné à être engagé dans un évidement de forme complémentaire du tourillon. Ces doigts sont de préférence formés d'une seule pièce avec le jonc. Ils sont destinés à coopérer par butée en direction circonférentielle avec le fourreau et le tourillon, respectivement, pour les immobiliser en rotation l'un par rapport à l'autre.
L'extrémité aval du fourreau peut comprendre plusieurs encoches axiales traversantes régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal du fourreau. Le doigt axial amont précité du jonc est destiné à être engagé dans l'une de ces encoches.
Le tourillon peut comprendre un rebord annulaire radialement interne qui est situé en aval de la gorge de réception du jonc et qui comprend au moins une encoche axiale d'engagement du doigt aval du jonc. La présente invention concerne également un jonc annulaire pour une turbomachine telle que décrite ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est 10 fendu et élastiquement deformable et comprend deux doigts axiaux, respectivement amont et aval, formant des moyens de blocage en rotation. Ce jonc peut comprendre un corps annulaire portant à sa périphérie interne, au niveau de chacune de ses parties d'extrémité circonférentielles, une patte de forme incurvée dont la concavité est orientée vers l'intérieur et 15 qui a des dimensions axiale et/ou radiale supérieures à celles du corps. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : 20 la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'une turbomachine selon l'invention, et représente un tourillon de montage d'une extrémité d'un fourreau cylindrique ; la figure 2 est une vue schématique partielle et en perspective du tourillon et de l'extrémité du fourreau de la figure 1, vus de l'aval ; 25 la figure 3 est une vue schématique partielle et en perspective du tourillon et de l'extrémité du fourreau de la figure 1, vus de l'amont ; la figure 4 est une vue schématique en perspective des moyens selon l'invention de blocage en rotation du fourreau vis-à-vis du tourillon. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une partie d'une 30 turbomachine 10, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, 2 9816 94 5 qui comprend classiquement un module basse pression et un module haute pression. Le module basse pression comporte un compresseur et une turbine (non représentés) dont les rotors sont reliés entre eux par un arbre de 5 transmission 12, et le module haute pression comporte un compresseur et une turbine 14 dont les rotors sont reliés entre eux et entourent l'arbre de transmission 12. Le rotor de la turbine haute pression 14 comprend une roue 16 qui est reliée à un tourillon 18. Le rotor du compresseur haute pression comprend également un tourillon (non représenté). L'arbre de transmission 12 s'étend axialement à l'intérieur d'un fourreau cylindrique 20 qui le protège des hautes températures du module haute pression en fonctionnement, ce fourreau 20 ayant une extrémité amont (non visible) montée dans un alésage axial du tourillon du compresseur haute pression et une extrémité aval 22 montée dans un alésage axial du tourillon 18 de la turbine haute-pression. Le fourreau 26 est formé d'une seule pièce et il a par exemple une longueur de l'ordre de 700mm et un diamètre de l'ordre de 70mm. La présente invention a pour objet des moyens de blocage en rotation du fourreau 20 vis-à-vis du tourillon 18, ces moyens de blocage étant formés par un jonc annulaire qui est monté et bloqué axialement dans l'alésage du tourillon 18 et qui comprend des premiers moyens coopérant par liaison de formes avec des moyens complémentaires de l'extrémité aval du fourreau et des seconds moyens coopérant par liaison de formes avec des moyens complémentaires du tourillon. Dans l'exemple représenté, l'extrémité aval 22 du fourreau 20 comporte plusieurs encoches axiales 42 traversantes radialement qui sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal du fourreau et qui sont séparées les unes des autres par des dents axiales.
L'extrémité aval 22 du fourreau 20 comporte en outre une surépaisseur annulaire dont la surface cylindrique externe coopère avec la surface cylindrique interne de l'alésage du tourillon 18 pour le centrage du fourreau. La surface cylindrique externe du fourreau 20 comprend une gorge annulaire externe de réception d'un joint annulaire d'étanchéité 43 coopérant avec la surface cylindrique interne de l'alésage.
L'extrémité amont du fourreau 20 est filetée et vissée dans le tourillon du compresseur basse pression. Dans l'exemple de réalisation du jonc représenté aux figures 1 à 4, ce jonc 30 est formé d'une seule pièce et est destiné à être engagé et retenu axialement dans une gorge annulaire interne 32 de l'alésage du tourillon 18. Le jonc 30 comprend un corps annulaire à section sensiblement rectangulaire dont la dimension axiale peut être sensiblement égale à celle de la gorge 32 du tourillon 18 pour que le jonc soit monté avec ajustement serré dans cette gorge.
Le jonc 30 comprend une première dent 34 qui s'étend axialement vers l'aval depuis une face radiale aval de son corps et qui est destinée à être engagée dans une encoche axiale 36 de forme complémentaire de l'alésage du tourillon. Dans l'exemple représenté, cette encoche 36 est formée dans un rebord annulaire interne 38 de l'alésage du tourillon, qui est situé directement en aval de la gorge 32 et dont la face radiale amont définit la face latérale aval de la gorge. Le jonc 30 comprend une seconde dent 40 qui s'étend axialement vers l'amont depuis une face radiale amont de son corps et qui est destinée à être engagée dans une des encoches axiales 42 de l'extrémité aval 22 du fourreau 20. Dans l'exemple représenté, les dents 34, 40 du jonc sont alignées et situées sensiblement dans un même plan passant par l'axe longitudinal du jonc. Comme cela est mieux visible en figure 4, le jonc 30 est fendu, sa fente 44 ayant une étendue angulaire comprise entre 30 et 90° environ. Le plan précité passant par les dents 34, 40 et l'axe du jonc 30 traverse la fente 44 du jonc sensiblement en son milieu.
A l'état sans contrainte, les extrémités circonférentielles libres 46 du jonc 30 sont écartées l'une de l'autre et le jonc a un diamètre externe qui est supérieur au diamètre interne ou d'entrée de la gorge 32 et qui est de préférence supérieur au diamètre du fond de la gorge.
Lorsque le jonc 30 est monté dans la gorge 32, il peut être légèrement contraint. Le jonc 30 est élastiquement déformable. Ses extrémités circonférentielles 46 peuvent être rapprochées l'une de l'autre afin de diminuer son diamètre externe jusqu'à ce qu'il soit inférieur au diamètre interne de la gorge 32 et de l'alésage, et ainsi autoriser le démontage du jonc du tourillon 18. Pour cela, les extrémités circonférentielles 46 du jonc 30 comprennent des orifices 48 sensiblement radiaux d'engagement d'un outil approprié pour rapprocher ces extrémités 46 l'une de l'autre et retirer le jonc de la gorge 32 du toruillon. Le même outil peut être utilisé pour monter le jonc 30 dans la gorge 32. Les débouchés radialement externes des orifices 48 du jonc 30 sont situés sur une circonférence Cl dont le diamètre est inférieur à celui de la circonférence C2 s'étendant au niveau de la périphérie externe du corps du jonc. Les débouchés radialement externes des orifices 48 sont ainsi à distance radiale de la surface interne de l'alésage du tourillon. Ceci permet de limiter les risques de contact entre l'outil et le tourillon 18 lors de l'engagement de l'outil dans les orifices 48 du jonc 30. Les parties d'extrémité circonférentielles du jonc 30 portent chacune, à leur périphérie interne, une patte 50 à orientation circonférentielle dont la concavité est orientée vers l'intérieur et qui est radialement plus épaisse que le reste du jonc. La surface cylindrique interne de chaque patte 50 du jonc 30 est centrée sur l'axe du jonc et a un rayon de courbure R1, qui est sensiblement égal au rayon interne du fourreau 20 et qui est légèrement supérieur au rayon externe de l'arbre de transmission 12. Cette surface est reliée par l'une de ses extrémités circonférentielles à une surface annulaire interne du corps du jonc, qui a un rayon de courbure R2, avec R2 supérieur à R1. La portion du corps du jonc 30 comportant les dents 34, 40 a une dimension radiale supérieure à celle des portions du corps dont les surfaces internes ont un rayon de courbure R2. Chaque patte 50 a une étendue angulaire de l'ordre de 30° environ dans l'exemple représenté. Cette étendue angulaire est optimisée pour minimiser le balourd du jonc 30, et peut être comprise entre 30 et 40° par exemple. En fonctionnement, l'extrémité aval 22 du fourreau 20 peut coulisser axialement dans l'alésage du tourillon 18 pour compenser les dilatations thermiques différentielles entre le fourreau et le tourillon. En position de repos et à froid, les extrémités aval des dents du fourreau 20 peuvent être séparées par un jeu axial de la face radiale amont du corps du jonc 30 et l'extrémité amont du doigt 40 du jonc peut être séparée par un faible jeu axial du fond de l'encoche 42 dans laquelle est logé ce doigt, pour autoriser des déplacements relatifs des pièces en direction axiale dus à leurs dilatations différentielles. Les dents 34, 40 du jonc 30 peuvent venir en butée en direction circonférentielle contre des dents du fourreau 20 et les parois latérales de l'encoche 36 du tourillon 18, pour bloquer en rotation le fourreau vis-à-vis du tourillon.25

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Turbomachine (10), telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant un fourreau cylindrique (20) de protection thermique d'un arbre de transmission (12) s'étendant à l'intérieur du fourreau, une des extrémités axiales du fourreau étant logée dans un alésage cylindrique d'un tourillon (18) de la turbomachine et comportant des moyens (42) coopérant par liaison de formes avec des moyens (30) de blocage en rotation du fourreau par rapport au tourillon, caractérisé en ce que ces moyens de blocage sont constitués d'un jonc annulaire (30) qui est engagé et retenu axialement dans une gorge annulaire interne (32) de l'alésage du tourillon et qui comprend des premiers moyens (40) coopérant par liaison de formes avec les moyens (42) précités du fourreau et des seconds moyens (34) coopérant par liaison de formes avec des moyens (36) complémentaires du tourillon.
  2. 2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce le jonc (30) est fendu et élastiquement deformable, pour être monté dans la gorge interne (32) du tourillon (18) par rapprochement de ses extrémités libres (46).
  3. 3. Turbomachine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le jonc (30) a une étendue angulaire comprise entre 270 et 330°C.
  4. 4. Turbomachine selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le jonc (30) comprend un corps annulaire portant à sa périphérie interne, au niveau de chacune de ses parties d'extrémité circonférentielles, une patte de forme incurvée dont la concavité est orientée vers l'intérieur et qui a des dimensions axiale et/ou radiale supérieures à celles du corps.
  5. 5. Turbomachine selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le jonc comprend au niveau de ses extrémités circonférentielles des orifices d'engagement d'un outil de déformation élastique et de 30 montage/démontage du jonc. 2 9 816 94 10
  6. 6. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le jonc (30) comprend au moins un doigt axial amont (40) destiné à être engagé dans une encoche radiale traversante (42) de l'extrémité aval du fourreau (20), et au moins un doigt axial aval 5 (34) destiné à être engagé dans un évidement (36) de forme complémentaire du tourillon.
  7. 7. Turbomachine selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'extrémité aval (22) du fourreau (20) comprend plusieurs encoches axiales radialement traversantes (42) régulièrement réparties autour de l'axe 10 longitudinal du fourreau.
  8. 8. Turbomachine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le tourillon (18) comprend un rebord annulaire radialement interne (38) qui est situé en aval de la gorge (32) de réception du jonc (30) et qui comprend au moins une encoche axiale (36) d'engagement du doigt aval 15 (34) du jonc.
  9. 9. Jonc annulaire (30) pour une turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est fendu et élastiquement deformable et comprend deux doigts axiaux (40, 34), respectivement amont et aval, formant des moyens de blocage en rotation. 20
  10. 10. Jonc selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un corps annulaire portant à sa périphérie interne, au niveau de chacune de ses parties d'extrémité circonférentielles, une patte de forme incurvée dont la concavité est orientée vers l'intérieur et qui a des dimensions axiale et/ou radiale supérieure à celles du corps. 25
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