FR2996875A1

FR2996875A1 - Installation de mesures pour des essais de rupture d'aube sur une turbomachine

Info

Publication number: FR2996875A1
Application number: FR1259738A
Authority: FR
Inventors: Stephane Rousselin; Jean-Francois Adnot; Patrick Marcellin
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-04-18
Also published as: US9909444B2; US20140105727A1; GB2507003A; GB2507003B; GB201318124D0

Abstract

Turbomachine équipée d'un dispositif de recueil des informations relevées sur une de ses pièces mobiles (1) au cours de son fonctionnement, ledit dispositif comprenant une canne (6) cylindrique creuse positionnée à l'intérieur du ou des arbres de rotation (4) de ladite turbomachine pour guider au moins un fil (11) de transmission de ces informations, et une pièce de fixation (8) de ladite canne sur un des éléments tournants de ladite turbomachine, caractérisée en ce que ledit élément tournant est un arbre de rotation (4) de ladite turbomachine.

Description

Le domaine de la présente invention est celui des turbomachines et, en particulier, celui de l'instrumentation pour essais de ces turbomachines. Les turbomachines doivent, avant d'être mises en service, subir de nombreux essais, destinés tant à valider leur bon fonctionnement en utilisation qu'à démontrer leur aptitude à résister à de possibles ruptures mécaniques d'un de leurs composants. En particulier il convient de démontrer la capacité d'une turbomachine à maintenir son intégrité physique et à contenir des fragments qui se détacheraient d'elle, dans le cas d'une rupture d'aube de soufflante. Pour cela des essais de rétention sont organisés avant la certification de la turbomachine avec une rupture organisée d'une des aubes de la soufflante. Au cours de ces essais il est essentiel de mesurer les contraintes subies par les différents composants et une instrumentation est mise en place spécifiquement sur ceux-ci, et notamment sur les aubes de soufflante, lors des essais. Des jauges de contraintes, munies d'un fil, sont ainsi placées sur les pales de la soufflante pour mesurer en plusieurs endroits les contraintes qu'elles subissent au cours de l'essai.

L'instrumentation mise en place est une instrumentation tournante, l'ensemble de ses éléments étant entraîné en rotation en même temps que les aubes de la soufflante. Les valeurs mesurées doivent être acheminées vers l'extérieur de la turbomachine et, pour cela, les fils des jauges sont reliés, via un connecteur, à des fils de transfert des mesures qui sont positionnés au niveau de l'axe du moteur, et qui courent à l'intérieur de l'arbre basse pression de celui-ci. Une canne est ainsi mise en place, lors des essais, à l'intérieur de l'arbre BP pour contenir ce fil et le guider vers l'extérieur du moteur. Le montage de l'instrumentation s'effectue généralement de la manière suivante : Les aubes fan sont tout d'abord pré-équipées de jauges de contraintes avec leurs fils de jauge pendants, et des fils de transfert des mesures sont placés dans une canne, à l'intérieur de l'arbre BP. Les aubes fan sont montées sur le disque et on joint, au niveau de connecteurs appropriés, les fils venant des jauges avec ceux de transfert des mesures. Par ailleurs les différents fils sont pontés sur les pièces pour éviter leur déplacement sous l'action des forces s'exerçant lors de la rotation du moteur en essai. Pour rendre possible ce montage les différents fils sont réalisés avec des sur-longueurs, qu'il conviendra de positionner, après le montage, dans un endroit particulier où ils ne risquent pas de s'entortiller ce qui pourrait conduire à leur rupture lors du fonctionnement. Dans l'art antérieur le surplus de longueur de ces fils était positionné, sous la soufflante, entre les pièces en forme de poireaux de ses disques, qui sont généralement au nombre de deux. Cette configuration a pour premier inconvénient qu'il est pratiquement impossible de fixer les fils par pontets sur l'arbre fan en aval du deuxième poireau, entre ce second poireau et l'amont de l'arbre BP, car cette partie n'est que très difficilement accessible par l'avant du moteur. Une solution avait été trouvée avec l'implantation d'une pièce sensiblement radiale venant se placer entre la canne de guidage des fils de mesure et le premier poireau du disque, qui était fixée par un emmanchement sur l'extrémité du poireau. Mais cette configuration a pour second inconvénient de ne pas être adaptée aux moteurs modernes qui ne présentent plus de poireaux au niveau de l'arbre fan, le disque étant du genre disque-anneau, formant un bloc continu longitudinalement. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de support d'un fil en provenance d'une aube mobile, qui permette son accrochage indépendamment de la forme qu'a le disque porteur de ladite aube. A cet effet, l'invention a pour objet une turbomachine équipée d'un dispositif de recueil des informations relevées sur une de ses pièces mobiles au cours de son fonctionnement, ledit dispositif comprenant une canne cylindrique creuse positionnée à l'intérieur du ou des arbres de rotation de ladite turbomachine pour guider au moins un fil de transmission de ces informations, et une pièce de fixation de ladite canne sur un des éléments tournants de ladite turbomachine, caractérisé en ce que ledit élément tournant est un arbre de rotation (4) de ladite turbomachine. Le rattachement de la pièce de fixation à un arbre de rotation de la turbomachine, de préférence à un pied de disque comme dans l'art antérieur, permet de rendre le dispositif plus compact et à 20 même d'être mis en oeuvre sur des moteurs modernes. Préférentiellement la pièce mobile est une aube de soufflante, le fil étant relié à au moins une jauge de contraintes positionnée sur ladite aube. Ce dispositif de recueil de mesures est particulièrement adapté à un essai de perte d'aube de soufflante sur un turboréacteur double flux à fort taux de dilution. 25 Dans un mode préférentiel de réalisation le disque portant les aubes de soufflante est un disque- anneau. Le choix d'un tel dispositif devient même impératif lorsque le disque de soufflante ne comporte pas de pied en forme de poireau. Dans un mode particulier de réalisation l'arbre de rotation est un arbre basse pression, ledit arbre s'étendant axialement vers l'amont jusqu'à venir sous ledit disque-anneau. 30 Avantageusement ladite pièce de fixation se fixe sur ledit arbre de rotation par un serrage axial de cannelures s'étendant radialement à l'intérieur dudit arbre. De façon préférentielle la pièce de fixation porte une pièce de guidage du fil vers son entrée dans ladite canne, ladite pièce de guidage comportant une zone de recueil des sur-longueurs dudit fil formée par une paroi à extension axiale et au moins une paroi à extension radiale. Cette zone permet d'y positionner les sur-longueurs inhérentes à la définition du câblage de mesures et nécessaires pour permettre leur installation sur le moteur, sans que celles-ci ne viennent perturber le fonctionnement de la turbomachine ni ne risquent de se rompre sous l'effet des efforts engendrés par la rotation de celle-ci.

Dans un mode préférentiel de réalisation la pièce de guidage s'étend axialement vers l'amont jusqu'au droit d'une des extrémités axiales du disque de soufflante. Le passage du fil de recueil des mesures entre le disque de soufflante et la pièce de guidage se fait alors selon une direction radiale, ce qui est favorable à la tenue du fil lors de la rotation de la turbomachine. Dans un mode particulier de réalisation la pièce de guidage comporte une partie cylindrique axiale de laquelle s'étend une partie radiale, en forme de disque, en direction de ladite extrémité axiale du disque de soufflante. Cette partie en forme de disque peut s'approcher au plus près, et radialement, du disque de soufflante, ce qui facilite le passage du fil entre le disque et la pièce de guidage. Préférentiellement ladite partie radiale se prolonge, vers l'intérieur de ladite partie cylindrique, par une extension radiale formant une paroi pour ladite zone de recueil des sur-longueurs. Dans un mode particulier de réalisation la partie radiale de la pièce de guidage comporte des trous permettant au fil de cheminer d'une des faces dudit disque vers la face opposée. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle- ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe de la partie avant d'une turbomachine équipée d'une installation de mesures selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue en coupe de la partie avant d'une turbomachine apte à recevoir un dispositif de mesure selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe de la partie avant de la figure 2 équipée d'un dispositif de mesure selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue de détail du dispositif de la figure 3, et - la figure 5 est une vue en coupe et en perspective du dispositif de la figure 3. En se référant à la figure 1, on voit la partie avant d'une turbomachine de l'art antérieur, qui comprend des aubes de soufflante 1, non installées et destinées à être montées sur un disque de soufflante 2 rattaché par son arbre de soufflante ou arbre fan 3 à l'arbre du compresseur basse pression ou arbre BP 4. L'arbre BP est classiquement porté par un roulement avant 101, lui-même porté par la structure du carter intermédiaire 102 de la turbomachine. Sur la figure 1 sont également représentés le compresseur basse pression 103 et le carter extérieur de soufflante 104.

Sur l'aube de soufflante 1 est fixée une jauge de contrainte de laquelle s'étend un premier tronçon de fil 11a, pour la transmission des informations de contraintes relevées, qui se termine par un premier connecteur 12a. Ce premier fil est raccordé, via un second connecteur 12b, à un second tronçon de fil 11b, pour former le fil 11 de transmission des données à l'extérieur de la turbomachine et à un système d'enregistrement des mesures au cours de l'essai envisagé. Le second tronçon 1 lb s'étend en direction de l'arbre BP 3, qu'il traverse pour rejoindre le dispositif (non représenté) de transfert des informations depuis la partie tournante de l'installation de mesures vers sa partie fixe. Dans la situation représentée, qui correspond à une turbomachine de l'art antérieur, le disque fan comprend deux extensions radiales, en forme de poireaux 21 et 22, entre lesquels se trouve un espace, formant range-fil, et dans lequel il était possible de lover les sur-longueurs du fil de mesure 11 après le montage des aubes 1 de la soufflante sur l'arbre fan 3. La figure 2 montre la partie avant d'un moteur moderne, ne présentant plus de poireau sous le disque de soufflante, ceux-ci étant maintenant remplacés par un disque cylindrique en forme d'anneau qui s'étend sous le pied des aubes 1 de soufflante. L'arbre fan 3 a, en coupe, une forme en U, ou encore dite en épingle, pour venir se raccorder au disque BP 4, qui s'étend ainsi longitudinalement jusqu'à venir se positionner sous le disque-anneau 2. Il convient de remarquer que l'arbre BP comporte classiquement, sur sa face interne et au niveau de son extrémité amont, des créneaux 5 en forme de cannelures, qui servent d'appui pour bloquer l'arbre BP en rotation lors du serrage de l'écrou de fixation du disque fan 3.

Les figures 3 et 4 montrent la même partie avant du moteur, avec une canne de guidage 6 du fil 11 de transmission des données, mise en place pour la réalisation d'un essai de rupture d'aube. Le fil court depuis l'aube de soufflante 1 jusqu'à cette canne 6 en traversant tout d'abord le disque fan 2 au niveau des alvéoles des pied d'aubes, puis en longeant la face amont de l'arbre fan 3 et enfin en longeant un flasque 7 de maintien et de guidage du fil vers la canne 6. En référence à la figure 4, ce flasque présente, au niveau amont, une partie radiale 7a en forme de disque recourbé, qui est positionné longitudinalement sensiblement au niveau de la face amont de l'arbre fan 3, de façon à offrir une prolongation pour le fil dans la continuité radiale de cette face amont. Il se continue vers l'aval par une partie cylindrique 7b, coaxiale avec l'axe du moteur, qui se termine par une bride radiale 7d pour venir se fixer sur une pièce 8 de support de la canne 6, qui sera décrite plus en détail par la suite. La partie radiale 7a, à son extrémité proche de l'arbre fan 3, est traversée par un perçage 13 qui permet au fil 11 de traverser ce flasque et de passer de son côté concave, orienté vers l'arbre fan 3, à son côté convexe et ainsi contourner le flasque pour arriver sur le flanc intérieur de sa partie cylindrique 7b. La partie radiale 7a se prolonge, par ailleurs, vers le bas par une extension 7c qui s'étend en dessous de sa partie axiale 7a de façon à former une barrière anti-retour vers l'amont pour le fil de mesures 11. De ce fait la partie axiale 7b forme, en association avec cette extension radiale 7c, une cavité range-fil dans laquelle peuvent être positionnées les sur-longueurs des fils 11 qui proviennent des aubes 1 sous surveillance, comme c'était le cas dans l'art antérieur avec la cavité inter-poireaux.

La canne 6 de guidage du fil 11 se termine à son extrémité amont par une collerette sertie 6a qui fait office de bride de fixation de la canne. Cette collerette comporte classiquement une série de perçages régulièrement disposés sur sa périphérie destinés à recevoir des moyens de fixation du type vis ou vis-écrous pour attacher la canne 6 sur la pièce de support 8 et in fine, à travers elle, sur l'arbre BP 4 par lequel elle est entraînée en rotation. Dans la suite de la description le terme générique canne s'applique à l'ensemble constitué par la canne proprement dite et sa collerette. La pièce de support 8 a une forme sensiblement cylindrique creuse, qui s'étend entre l'arbre BP 4 avec lequel elle est en contact au niveau de ses créneaux 5 et la canne 6 au niveau de sa collerette 6a. A sa partie supérieure elle comporte un verrou amont 8a, sous la forme d'une nervure radiale qui s'étend dans l'axe de sa face amont et qui vient prendre appui contre la partie radiale amont du créneau 5. Elle est, par ailleurs, percée d'une première série de trous sur sa circonférence, dans lesquels passent des moyens de fixation 9 du type vis-écrous, dont la vis 9a porte, du côté aval, une extension radiale 9b qui vient prendre appui contre la partie radiale aval du créneau 5. Le serrage de l'écrou 9c du moyen de fixation 9 contre la face amont de la pièce de support 8 assure l'emprisonnement du créneau 5 et le verrouillage en position de la pièce support 8 sur l'arbre BP 4. Du fait de la fonction d'anti-rotation assurée par les créneaux 5, ce serrage assure la solidarisation en rotation de la pièce de support 8 et, partant, de la canne 6, avec l'arbre BP 4 du moteur. La pièce de support est également percée sur sa circonférence d'une deuxième série de trous, taraudés, dans lesquels passent les vis de fixation 14 du flasque 7 qui traversent ce dernier au niveau de sa bride radiale 7d. Enfin une troisième série de trous reçoit les vis de fixation de la collerette 6a de la canne 6. Enfin, la figure 5 montre en perspective, de la même façon que la figure 4, la disposition des divers éléments précédents. On peut remarquer, entre autres, que le flasque 7 est percé autant que de besoin, au niveau de son extension radiale 7c, d'orifices pour pouvoir y passer un outil de serrage capable d'atteindre les vis ou boulons de fixation des divers éléments attachés à la pièce de support 8. Le montage du dispositif de mesure consiste ainsi à mettre en place la pièce de support 8 au niveau des créneaux 5 de l'arbre BP 4 et à appuyer sa nervure amont 8a contre la face amont dudit créneau, puis à fixer cette pièce à l'aide du moyen de fixation 9. La vis 9a est alors appliquée contre la face aval du créneau 5 et le serrage de l'écrou 9d provoque l'emprisonnement du créneau 5 entre le l'extension radiale 9b de la vis et la nervure 8a de la pièce support. La pièce support étant ainsi rendue solidaire de l'arbre BP 4, la canne 6 est montée sur elle à l'aide de vis ou de vis-écrous qui traversent sa collerette 6a. Par ailleurs le flasque 7 est monté, lui aussi sur la pièce support 8, en appuyant contre elle sa bride radiale 7d et en la fixant à l'aide des vis-écrous 14. Il convient de remarquer que le montage de ces moyens d'instrumentation sont assemblés sur la turbomachine déjà montée et qu'aucun désassemblage d'un de ses composants n'est nécessaire, pour autant que les jauges de contraintes soient déjà mises en place sur les aubes de soufflante 1.

II ne reste plus qu'à joindre les tronçons de fils en provenance des jauges lia aux tronçons des fils de mesure llb au niveau des connecteurs 12a et 12b puis à fixer le fil 11 obtenu, par des pontets, tout le long de son cheminement sur les différentes pièces de la turbomachine, en passant au niveau des pieds d'aubes et en venant traverser le flasque 7 de l'aval vers l'amont à l'aide des perçages 13. La mise en place du fil est faite de façon à lui donner une direction la plus directe possible et à regrouper les sur-longueurs au niveau du range-fil constitué par l'extension radiale 7c et la partie cylindrique axiale 7b du flasque 7. Les différents bénéfices apportés par cette configuration du dispositif d'installation de mesures sont, outre le fait qu'elle est adaptée à une turbomachine dont le disque de soufflante 2 est un disque-anneau : - un système relativement compact qui ne perturbe pas le comportement du disque de soufflante lors de la perte d'aube, - un montage du moteur au banc facilité puisqu'il s'installe une fois que la turbomachine est assemblée et déjà installée sur le banc d'essai, et - la possibilité de l'installer, même lorsque la turbomachine est de petite taille et que la place disponible est très réduite.

Claims

REVENDICATIONS1. Turbomachine équipée d'un dispositif de recueil des informations relevées sur une de ses pièces mobiles (1) au cours de son fonctionnement, ledit dispositif comprenant une canne (6) cylindrique creuse positionnée à l'intérieur du ou des arbres de rotation (4) de ladite turbomachine pour guider au moins un fil (11) de transmission de ces informations, et une pièce de fixation (8) de ladite canne sur un des éléments tournants de ladite turbomachine, caractérisée en ce que ladite canne est fixée sur un arbre de rotation (4) de ladite turbomachine.
2. Turbomachine selon la revendication 1 dans laquelle ladite pièce mobile est une aube de soufflante (1) portée par un disque de soufflante (2), ledit fil (11) étant relié à au moins une jauge de contraintes positionnée sur ladite aube.
3. Turbomachine selon la revendication 2 dans laquelle le disque (2) portant les aubes de soufflante est un disque-anneau.
4. Turbomachine selon la revendication 3 dans laquelle l'arbre de rotation est un arbre basse pression (4), ledit arbre s'étendant axialement vers l'amont jusqu'à venir sous ledit disque- anneau.
5. Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 4 dans laquelle ladite pièce de fixation (8) se fixe sur ledit arbre de rotation par un serrage axial de cannelures (5) s'étendant radialement à l'intérieur dudit arbre.
6. Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 5 dans laquelle la pièce de fixation (8) porte une pièce (7) de guidage du fil vers son entrée dans ladite canne, ladite pièce de guidage comportant une zone de recueil des sur-longueurs dudit fil formée par une paroi à extension axiale (7b) et au moins une paroi à extension radiale (7c, 7d).
7. Turbomachine selon la revendication 6 dans laquelle la pièce de guidage s'étend axialement vers l'amont jusqu'au droit d'une des extrémités axiales du disque de soufflante (2).
8. Turbomachine selon la revendication 7 dans laquelle la pièce de guidage comporte une partie cylindrique axiale (7b) de laquelle s'étend une partie radiale (7a), en forme de disque, en direction de ladite extrémité axiale du disque de soufflante.
9. Turbomachine selon la revendication 8 dans laquelle ladite partie radiale se prolonge, vers l'intérieur de ladite partie cylindrique, par une extension radiale (7c) formant une paroi pour ladite zone de recueil des sur-longueurs.
10. Turbomachine selon l'une des revendications 8 ou 9 dans laquelle la partie radiale (7a) de la pièce de guidage comporte des trous (13) permettant au fil de cheminer d'une des faces dudit disque vers la face opposée.