FR3008135A1

FR3008135A1 - Centrage d'une piece a l'interieur d'un arbre de rotor dans une turbomachine

Info

Publication number: FR3008135A1
Application number: FR1356711A
Authority: FR
Inventors: Olivier Lefebvre; Gregory Nicolas Gerald Gillant; Pierre Heinry; Philippe Bourdin
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2015-01-09
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: FR3008135B1; WO2015004357A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de centrage d'une pièce à l'intérieur d'un arbre creux (10) comprenant un manchon tubulaire (26) inséré à l'intérieur de l'arbre (10) et une pluralité de cales (46) régulièrement réparties autour du manchon (26) entre celui-ci et l'arbre (10). Chaque cale (46) est montée mobile à translation axiale, par rapport au manchon (26) sur une rampe d'appui externe (54) du manchon (26) qui est inclinée axialement par rapport à l'axe (34) du manchon (26), entre une position de libération de la cale (46) et une position de serrage de la cale (46) entre la rampe (38) du manchon (26) et une surface interne (54) de l'arbre (10).

Description

CENTRAGE D'UNE PIECE A L'INTERIEUR D'UN ARBRE DE ROTOR DANS UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne un dispositif de centrage d'une pièce à l'intérieur d'un arbre creux de rotor dans une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Dans les turboréacteurs à double flux, l'arbre de la turbine basse pression est creux et peut contenir un tube, couramment appelé « tube center vent », destiné à la mise à l'air libre des paliers qui supportent le rotor basse pression pour permettre l'évacuation d'un débit d'air chargé d'huile vers l'aval du turboréacteur, l'aval étant considéré par rapport à l'amont, les gaz s'écoulant dans les turboréacteurs d'amont vers l'aval ». En général, ce tube s'étend sur toute la longueur de l'arbre du rotor et ses extrémités sont solidarisées en rotation avec l'arbre.

Lors de la phase de développement d'un turboréacteur, de nombreuses mesures doivent être effectuées sur le turboréacteur en fonctionnement. A cette fin, des capteurs sont montés à divers endroits du moteur et sont reliés par des câbles à des modules de transmission sans fil des données, par exemple par ondes radiofréquences, jusqu'à une station de réception au sol. Habituellement, les moyens de réception et de transmission à distance sont agencés dans le cône du turboréacteur coiffant l'extrémité amont du turboréacteur et servant au guidage de l'air en entrée d'une soufflante. Les capteurs agencés à l'extrémité aval du turboréacteur sont alors reliés par des câbles qui doivent cheminer à l'intérieur de l'arbre de la turbine basse pression. Pour cela, il est nécessaire de faire passer les câbles dans un tube agencé à l'intérieur de l'arbre de turbine basse pression. Toutefois, le montage et le centrage d'un tube de passage de câbles à l'intérieur de l'arbre de turbine basse pression sont ainsi effectués en lieu et place du tube de ventilation, ce qui impose alors une circulation d'air entre le tube de passage de câbles et l'arbre de la turbine basse pression. Toutefois, les moyens de centrage connus utilisés pour le centrage du tube de ventilation ne permettent pas une telle circulation d'air et sont de plus difficiles à mettre en oeuvre.

De plus, le diamètre interne de l'arbre de la turbine basse pression ne correspond pas à une dimension critique dans un turboréacteur de sorte que la tolérance d'usinage est relativement importante et ne permet pas de réaliser un centrage du tube par l'intermédiaire de saillie externes qui viendraient en contact sur la surface interne de l'arbre. Enfin, la réduction de la tolérance du diamètre interne de l'arbre n'est pas envisageable puisque cela nécessiterait de réaliser de nouvelles études de validation du fonctionnement du rotor de la turbine basse pression, ce qui nécessiterait très long et très couteux. La présente invention apporte une solution simple, efficace et 15 économique à ces problèmes. A cette fin, l'invention propose un dispositif de centrage d'une pièce à l'intérieur d'un arbre creux comprenant un manchon tubulaire s'étendant suivant un axe longitudinal inséré à l'intérieur de l'arbre et une pluralité de cales régulièrement réparties autour du manchon entre celui-ci et l'arbre, 20 chaque cale étant montée mobile à translation axiale, par rapport au manchon sur une rampe d'appui externe du manchon qui est inclinée axialement par rapport à l'axe du manchon, entre une position de libération de la cale et une position de serrage de la cale entre la rampe du manchon et une surface interne de l'arbre. 25 Selon l'invention, un manchon tubulaire est monté et centré à l'intérieur de l'arbre au moyen d'une pluralité de cales dont le déplacement le long de l'axe du manchon permet de les serrer entre le manchon et l'arbre creux. Il est ainsi possible de réaliser le manchon avec un diamètre interne précis permettant ainsi le montage d'un tube de passage de câbles 30 avec un diamètre externe parfaitement adapté à son montage à l'intérieur du manchon. Le centrage du manchon ne nécessite aucune modification du diamètre interne de l'arbre creux. Le terme tubulaire qualifiant le manchon désigne ici un manchon comportant un passage interne dont la section n'est pas nécessairement circulaire et peut prendre toute forme adaptée à l'insertion et au centrage d'une pièce, telle qu'en particulier un tube de passage de câbles, à l'intérieur du manchon. Selon une autre caractéristique de l'invention, la surface externe du manchon comprend une pluralité de bossages régulièrement répartis autour de l'axe du manchon et définissant entre eux des espaces débouchant aux extrémités axiales du manchon, chaque bossage comprenant une rampe d'appui externe inclinée par rapport à l'axe du manchon sur laquelle une cale est déplaçable entre ses positions de serrage et de libération. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chaque bossage est délimité circonférentiellement par des nervures formant avec la rampe une gorge de guidage axial d'une cale. Préférentiellement, la ou les rampes du manchon sont des surfaces planes. Le dispositif comprend également des moyens de blocage déplaçables sur une portée cylindrique entre une position de libération correspondant à la position de libération des cales et une position de blocage correspondant à la position de blocage axial sur les cales afin de déplacer lesdites cales dans leur position de serrage et des moyens de rappel configurés pour exercer une force de rappel des cales dans leurs positions de libération lorsque les moyens de blocage sont eux-mêmes dans leur position de libération. Dans une réalisation particulière de l'invention, les moyens de blocage comprennent un écrou vissé autour d'une extrémité du manchon pour le déplacement des cales de leur position de libération à leur position de serrage. Avantageusement, l'extrémité de l'écrou opposée aux cales ainsi que l'extrémité du manchon opposée à celle recevant l'écrou comprennent des indentations. Les indentations de l'écrou sont destinées à coopérer avec des indentations complémentaires d'un outil de vissage de l'écrou sur le manchon et les indentations du manchon sont destinées à coopérer avec des indentations complémentaires d'un outil pour le blocage en rotation du manchon par rapport à l'arbre lors du vissage de l'écrou sur le manchon. Une rondelle peut être intercalée axialement entre l'écrou et les cales pour faciliter le serrage. Préférentiellement, les moyens de rappel comprennent un anneau 10 élastique fendu entourant le manchon et engagé dans des rainures circonférentielles des faces des cales en vis-à-vis de la surface interne de l'arbre. Ainsi, lorsque l'écrou est dévissé du manchon, l'anneau élastique assure un desserrage des cales et mise en position de libération de 15 celles-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque cale comprend une face externe sensiblement cylindrique destinée à venir en position de serrage de la cale en contact sur la surface interne cylindrique complémentaire de l'arbre. 20 L'invention concerne encore une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus. Avantageusement, la turbomachine comprend deux dispositifs du type décrit précédemment espacés axialement l'un de l'autre. 25 L'arbre creux est avantageusement l'arbre d'une turbine basse pression et la pièce est un tube de passage de câbles monté à l'intérieur d'au moins un manchon tubulaire, le tube étant solidarisé à son extrémité aval sur l'arbre de la turbine basse pression. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et 30 caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe d'un arbre de turbine basse pression comprenant deux dispositifs de centrage selon l'invention ; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de centrage selon l'invention ; la figure 3 est une vue schématique du dispositif de la figure 2 selon un plan de coupe axiale passant par le milieu d'une cale ; la figure 4 est une vue schématique depuis l'amont selon le plan de coupe IV-IV de la figure 1. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un arbre creux 10 de turbine basse pression s'étendant longitudinalement suivant un axe 11 d'amont en aval à l'intérieur d'un turboréacteur. Sur la figure 1, l'amont et l'aval sont respectivement considérés situés à gauche et à droite. Un tube 12 de passage de câbles est monté et centré à l'intérieur de l'arbre au moyen de deux dispositifs de centrage 14 selon l'invention agencés aux extrémités amont et aval de l'arbre 10. L'extrémité aval de l'arbre 10 comprend une paroi tronconique 16 divergeant par rapport à l'axe 11 vers l'aval fixée par des systèmes 20 vis/écrou 18 à un support 20 d'aubes mobiles d'une manière bien connue de l'homme du métier. L'extrémité aval du tube 12 de passage de câbles est engagée et maintenue dans l'extrémité amont d'une pièce annulaire 22 fixée par des systèmes vis/écrou 24 au support 20. 25 Comme indiqué précédemment, un turboréacteur d'essai doit comprendre un grand nombre de capteurs montés à des endroits d'intérêts dans le turboréacteur afin de disposer de mesures sur le comportement du turboréacteur en fonctionnement. Les capteurs sont ainsi reliés par des câbles à des moyens de transmission à distance jusqu'à une station de 30 réception au sol pour l'analyse et le traitement des données provenant des capteurs.

Habituellement, les moyens de transmission ainsi que les différents modules électroniques de puissance nécessaires sont agencés à l'extrémité amont du turboréacteur, à l'intérieur d'un cône coiffant l'extrémité amont du turboréacteur et permettant le guidage de l'air en entrée d'une soufflante. Les capteurs agencés à l'extrémité aval de la turbomachine doivent ainsi être reliés aux moyens de transmission amont par l'intermédiaire de câbles cheminant à l'intérieur de l'arbre de turbine basse pression dans le tube 12 de passage de câbles monté et centré à l'intérieur de l'arbre de turbine 10 basse pression. De plus, le diamètre interne de l'arbre 10 est réalisé avec une importante tolérance ne permettant pas de réaliser un centrage simple et rapide du tube 12 de passage de câbles dans l'arbre 10 par simple insertion du tube 12 dans l'arbre creux. Enfin, il est nécessaire que de l'air puisse cheminer à l'intérieur de l'arbre 10 de turbine basse pression afin de ventiler les équipements qui en ont besoin. L'invention représentée aux figures 2 à 4 propose ainsi un dispositif de centrage 14 permettant de répondre à ces différents problèmes. La figure 2 représente un dispositif de centrage 14 pris isolément et 20 destiné à être monté dans un arbre creux 10 comme représenté aux figures 1, 3 et 4. Le dispositif comprend un manchon tubulaire 26 comprenant une partie d'extrémité amont 28 et une partie d'extrémité aval 30. La surface externe de la partie d'extrémité amont 28 du manchon 26 comprend une 25 pluralité de bossages 32, trois dans l'exemple représenté aux dessins, régulièrement répartis autour de l'axe 34 du manchon 26. Chaque bossage 32 comprend une gorge axiale délimitée circonférentiellement par deux nervures 36. La gorge de chaque bossage 32 débouche radialement vers l'extérieur et sa surface de fond 38 forme une rampe à surface plane 30 inclinée par rapport à l'axe 34 du manchon 26 de manière à converger vers ledit axe 34 en direction de la partie d'extrémité aval 30 du manchon 26.

Les rampes 38 des bossages 32 se prolongent à leurs extrémités aval par une surface cylindrique externe 40 de la partie aval 30 du manchon 26. Cette surface cylindrique 40 comprend un filetage externe sur lequel un écrou 42 est vissé. Une rondelle 44 est intercalée entre l'écrou 42 et les extrémités aval de cales 46 engagées à coulissement depuis l'aval dans les gorges des bossages 32. Chaque cale 46 est déplaçable entre une position de libération (non représentée) et une position de serrage de la cale entre la rampe du manchon et la surface interne de l'arbre (figure 3).

La surface interne de chaque cale comprend une première surface 48 plane amont ayant une inclinaison identique à celle de la rampe 38, reliée à une surface sensiblement cylindrique aval 50. La surface externe 52 de chaque cale 46 est sensiblement cylindrique et complémentaire de la surface interne 54 de l'arbre 10 de turbine basse pression sur laquelle la cale 46 est destinée à venir s'appliquer en position de serrage. Chaque cale 46 comprend également une rainure 56 orientée circonférentiellement et débouchant radialement en regard de la surface interne 54 de l'arbre 10. En position de serrage, les rainures 56 des cales 46 sont alignées circonférentiellement les unes avec les autres et un anneau élastique 58 fendu est engagé autour du manchon 26 dans les rainures 56 des cales 46. Cet anneau élastique 58 est précontraint autour des cales 46 de manière à ce que son diamètre en position de serrage des cales 46 soit supérieur à son diamètre au repos. De cette façon, l'anneau élastique 58 exerce une force de rappel des cales 46 dans leurs positions de libération lorsque l'écrou 42 est dévissé. L'anneau élastique assure également un contact permanent des cales sur les rampes 38. L'extrémité de l'écrou 42 opposée aux cales 46 comprend des indentations 60 orientées axialement vers l'aval et destinées à coopérer avec des indentations complémentaires d'un outil de vissage de l'écrou 42.

L'extrémité aval de chaque indentation 60 de l'écrou 42 comprend un rebord aval 62 en saillie radialement vers l'extérieur. De manière similaire, l'extrémité amont du manchon 26 comprend également des indentations 64 orientées axialement vers l'amont et destinées à coopérer avec des indentations complémentaires d'un outil assurant le blocage en rotation du manchon lors du vissage de l'écrou 42.

Le dispositif selon l'invention est mis en place à l'intérieur de l'arbre de la manière suivante. En premier lieu, l'ensemble formé du manchon 26, des cales 46 partiellement engagées dans les gorges des bossages 32 et de l'anneau élastique 58 engagé dans les rainures des cales 46 est configuré dans un état tel que les cales 46 sont positionnées axialement 10 dans leurs positions de libération sous l'effet de l'effort de rappel de l'anneau 58. Cet ensemble est inséré à l'intérieur de l'arbre creux 10 de la turbine basse pression. La rondelle 44 est ensuite montée autour de l'extrémité aval du manchon 26 puis l'écrou 42 est vissé, ce qui permet faire coulisser les cales 46 vers l'amont dans les gorges des bossages 32 depuis leurs positions de libération jusque dans leur position de serrage. Le démontage suit des étapes inverses, consistant à dévisser l'écrou 42 et retirer la rondelle 44. L'anneau élastique 58 permet ensuite un desserrage des cales 46 et leur déplacement en position de libération. Le dispositif selon l'invention permet ainsi de compenser la tolérance de fabrication du diamètre interne de l'arbre 10 en disposant un manchon 26 de diamètre calibré avec précision à l'intérieur duquel il est possible de réaliser de manière simple et rapide le montage et le centrage d'un tube 12 de passage de câbles. De plus, selon l'invention, les bossages 32 régulièrement formés autour du manchon 26 délimitent entre eux des espaces circonférentiels 66 débouchant aux extrémités amont et aval du manchon 26 et permettant la circulation d'air entre l'arbre 10 de la turbine basse pression et le manchon 26 (figure 4). Ainsi, avec le dispositif de centrage selon l'invention, il est possible de monter centré à l'intérieur de l'arbre 10 un tube 12 de passage de câbles tout en assurant une circulation d'air à l'intérieur de l'arbre 10 en direction des éléments de la turbomachine qui en ont besoin.

Comme représenté en figure 3, les extrémités amont et aval du manchon 26 peuvent comprendre deux chanfreins 68 délimitant axialement entre eux un espace annulaire dans lequel est engagée une partie annulaire 70, à section axiale en arc de cercle, formée autour du tube 12 de passage de câbles. La partie annulaire 70 à section sphérique assure un contact linéique entre la surface interne du manchon 26 et le tube 12 de passages de câbles. Dans d'autres réalisations, la surface interne du manchon 26 peut être à section autre que section circulaire et peut être à section triangulaire, 10 par exemple, de manière à recevoir et centrer un tube 12 de passage de câbles à section également triangulaire. Dans une autre réalisation de l'invention, l'anneau élastique en matériau métallique peut être remplacé par un joint torique en élastomère. Le dispositif de centrage selon l'invention est également utilisable en 15 combinaison avec des moyens élastiques de rappel différents d'un anneau élastique ou d'un joint torique comme représenté en figure 2. En particulier, il serait possible de disposer d'une pluralité de moyens élastiques indépendants, coopérant chacun avec une cale donnée pour son déplacement en translation.

20 Dans encore d'autres réalisations, le déplacement des cales 46 en position de serrage et leurs blocage dans cette position peut être réalisé au moyen d'un organe engagé à coulissement sur la partie d'extrémité aval du manchon 26, cet organe étant ensuite bloqué axialement par un anneau élastique fendu, du type Circlip par exemple, inséré dans une gorge de 25 l'extrémité aval du manchon 26. Dans une réalisation préférée, les rampes 38 ou surfaces inclinées forment un angle compris entre 5° et 15°, préférentiellement 10° par rapport à l'axe 34 du manchon 26. 30

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de centrage d'une pièce à l'intérieur d'un arbre creux (10) comprenant un manchon tubulaire (26) s'étendant suivant un axe longitudinal (34) inséré à l'intérieur de l'arbre (10) et une pluralité de cales (46) régulièrement réparties autour du manchon (26) entre celui-ci et l'arbre (10), chaque cale (46) étant montée mobile à translation axiale, par rapport au manchon (26) sur une rampe d'appui externe (54) du manchon (26) qui est inclinée axialement par rapport à l'axe (34) du manchon (26), entre une position de libération de la cale (46) et une position de serrage de la cale (46) entre la rampe (38) du manchon (26) et une surface interne (54) de l'arbre (10).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface externe du manchon (26) comprend une pluralité de bossages (32) régulièrement répartis autour de l'axe du manchon (26) et définissant entre eux des espaces (66) débouchant aux extrémités axiales du manchon (26), chaque bossage (32) comprenant une rampe d'appui externe (38) inclinée par rapport à l'axe du manchon (26) sur laquelle une cale (46) est déplaçable entre ses positions de serrage et de libération.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque bossage (32) est délimitée circonférentiellement par des nervures (36) formant avec la rampe (38) une gorge de guidage axial d'une cale (46).
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ou les rampes (38) du manchon (26) sont des surfaces planes.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de blocage (42) déplaçables sur une portée cylindrique entre une position de libération correspondant à la position de libération des cales et une position de blocage correspondant à la position de blocage axial des cales dans leur position de serrage et des moyens de rappel (58) configurés pour exercer une force de rappel surles cales afin de déplacer lesdites cales dans leurs positions de libération lorsque les moyens de blocage sont eux-mêmes dans leur position de libération.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de blocage comprennent un écrou (42) vissé autour d'une extrémité du manchon (26) pour le déplacement des cales (46) de leur position de libération à leur position de serrage.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité de l'écrou (42) opposée aux cales ainsi que l'extrémité du manchon (26) opposée à celle recevant l'écrou (42) comprennent des indentations (60, 64) destinées à coopérer avec des outils adaptés respectivement pour le vissage de l'écrou (42) sur le manchon (26) et le blocage en rotation du manchon (26).
8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens de rappel comprennent un anneau élastique fendu (58) entourant le manchon et engagé dans des rainures circonférentielles des faces des cales (46) en vis-à-vis de la surface interne de l'arbre (10).
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cale (46) comprend une face externe sensiblement cylindrique destinée à venir en position de serrage de la cale (46) en contact sur la surface interne cylindrique complémentaire de l'arbre (10).
10. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif (14) selon l'une des revendications précédentes.
11. Turbomachine selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'arbre est l'arbre (10) d'une turbine basse pression et la pièce est un tube (12) de passage de câbles monté à l'intérieur du manchon tubulaire (26), le tube (12) étant solidarisé à son extrémité aval sur l'arbre de la turbine basse pression.