FR3021066A1 - Disque de rotor equilibre, et procede d'equilibrage - Google Patents

Disque de rotor equilibre, et procede d'equilibrage Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un disque (1) de rotor de turbomachine, comprenant une bride (2) qui présente : - une pluralité de trous (3) de fixation, et - une pluralité de festons (4) formant des encoches dans la bride (2), et étant séparés par des portions (7) de bride inter-festons, caractérisé en ce que : - un ou plusieurs des festons (47, 48, 49; 42, 45-47, 48-411, 414) présente un volume supérieur au volume de chacun des autres festons (41-46,410-414 ; 41, 43, 44, 412, 413) et/ou - une ou plusieurs des portions (73) de bride inter-festons présente un volume inférieur au volume de chacune des autres portions (71, 72, 74) de bride inter-festons, afin d'équilibrer ledit disque (1). L'invention concerne également une turbomachine comprenant ce disque de rotor, et un procédé d'équilibrage d'un disque de rotor.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un disque de rotor de turbomachine, et un procédé d'équilibrage de ce disque.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans une turbomachine, un ou plusieurs rotors sont prévus, comprenant chacun au moins un disque. Ce disque reçoit en général les pieds des aubes. Il est nécessaire d'équilibrer mécaniquement le disque du rotor, 10 notamment vis-à-vis de son balourd. Dans l'art antérieur, diverses méthodes d'équilibrage ont été proposées. Une solution consiste à mettre en place un cordon d'équilibrage. Cette solution est toutefois pénalisante au niveau de la masse de l'ensemble. 15 De plus, certaines parties du disque ont une géométrie figée pour imposer la section du flux d'air. En outre, des espaces sont nécessaires au passage d'outils de serrage de boulons de fixation du disque. Par conséquent, l'espace disponible pour la mise en place d'un tel 20 cordon est réduit, ce qui peut rendre son implémentation complexe. Une autre solution consiste à équilibrer le disque via des rivets. Cette solution est également pénalisante au niveau de la masse de l'ensemble. En outre, les deux faces de la bride amont du disque sont en général en contact avec d'autres pièces (comme un autre disque) ou des masselottes 25 d'équilibrage), rendant impossible la mise en place de rivets. RESUME DE L'INVENTION Afin de pallier ces inconvénients, l'invention propose un disque de rotor de turbomachine, comprenant une bride qui présente une pluralité de 30 trous de fixation, et une pluralité de festons formant des encoches dans la bride, et étant séparés par des portions de bride inter-festons, caractérisé en ce que au moins un des festons présente un volume supérieur au volume de chacun des autres festons et/ou au moins une portion de bride inter-festons présente un volume inférieur au volume de chacune des autres portions de bride inter-festons, afin d'équilibrer ledit disque. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : les festons présentant un volume supérieur au volume des autres festons ne sont pas adjacents entre eux, et/ou les portions de bride inter-festons présentant un volume inférieur au volume des autres portions de bride inter-festons ne sont pas adjacentes entre elles ; la bride s'étend vers l'extérieur du disque ; la bride s'étend vers l'intérieur du disque. L'invention concerne également une turbomachine comprenant un rotor dont au moins un disque est tel que décrit précédemment.
L'invention concerne également un procédé d'équilibrage d'un disque de rotor de turbomachine comprenant une bride qui présente une pluralité de trous de fixation, et une pluralité de festons formant des encoches dans la bride, et étant séparés par des portions de bride inter-festons, caractérisé en qu'il comprend les étapes consistant à mesurer le balourd du disque, usiner un ou plusieurs festons, afin que ceux-ci présentent un volume supérieur au volume de chacun des autres festons, et/ou une ou plusieurs portions de bride inter-festons, afin que celles-ci présentent un volume inférieur au volume de chacune des autres portions de bride inter-festons, de sorte à équilibrer le disque vis-à-vis du balourd mesuré.
Le procédé est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : le procédé comprend l'étape consistant à sélectionner les festons et/ou les portions de bride inter-festons à usiner en fonction de l'amplitude et/ou de la position angulaire du balourd mesuré ; préalablement à l'étape d'usinage, les festons présentent un sommet selon l'axe radial du disque, et l'étape d'usinage des festons ne modifie pas la position desdits sommets selon un axe radial du disque. L'invention présente de nombreux avantages. L'invention propose un procédé d'équilibrage dont la robustesse est accrue. En outre, la solution évite l'ajout de masses supplémentaires destinées uniquement à l'équilibrage. Un gain de masse est donc réalisé. Enfin, la solution permet de maintenir la possibilité de mettre en place des masselottes d'équilibrage du module comprenant le disque.
DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : la Figure 1 est une représentation en coupe d'un disque de rotor lié à d'autres pièces de la turbomachine via sa bride amont et sa bride aval ; la Figure 2 est une représentation tridimensionnelle d'un disque de rotor ; la Figure 3 est une représentation d'une partie de la bride d'un disque de rotor ; la Figure 4 est une représentation d'un exemple de réalisation d'une bride présentant des festons de volume supérieur à celui de chacun des autres festons ; la Figure 5 est une représentation d'un autre exemple de réalisation d'une bride présentant des festons de volume supérieure à celui de chacun des autres festons ; la Figure 6 est une représentation d'un exemple de réalisation d'une bride présentant une portion de bride inter-festons de volume inférieur à celui de chacun des autres portions de bride inter-festons ; - la Figure 7 est une représentation d'un procédé d'équilibrage d'un disque de rotor. DESCRIPTION DETAILLEE Disque de rotor On a représenté en Figures 1 et 2 un disque 1 de rotor de turbomachine suivant un axe longitudinal )(X. Le disque 1 n'est en général pas plein, et comprend une partie 15 extérieure annulaire pleine, et un trou 16 en son centre. Le disque 1 présente un pourtour 12 apte à recevoir des aubes. Par exemple, le pourtour 12 comprend une pluralité de logements 10 pour la réception des aubes. Le disque 1 comprend en outre au moins une bride 2. Sur les figures, la bride 2 est portée par une portion 13 qui s'étend en saillie suivant l'axe longitudinal XX à partir de la partie 15 extérieure annulaire du disque 1. La solution s'applique aussi bien à la bride amont qu'à la bride aval du disque 1. La bride 2 permet la fixation du disque à des pièces adjacentes du rotor ou de la turbomachine.
La bride 2 s'étend de manière circonférentielle. Sur les figures, la bride 2 s'étend sur la circonférence de la portion 13 en saillie. Elle peut toutefois s'étendre sur toute autre circonférence du disque 1. Sur les figures, la bride 2 s'étend radialement vers l'extérieur du disque 1. En variante, la bride 2 s'étend rad ialement vers l'intérieur du disque 1.
La bride 2 comprend une pluralité de trous 3 de fixation (cf. Figure 3). Ces trous 3 permettent la fixation à une autre pièce du moteur, comme par exemple un autre disque, par l'intermédiaire de pièces 17 de fixation traversant ces trous 3 et des trous complémentaires prévus dans la pièce adjacente.
La bride 2 comprend de plus une pluralité de festons 4. Ces festons 4 forment des encoches dans la bride 2. Ces festons 4 servent notamment à décharger en contrainte les trous 3 de la bride 2 et permettent d'assurer sa tenue mécanique. En outre, ces festons permettent d'obtenir un gain de masse. La bride 2 présente alternativement des trous 3 de fixation et des festons 4.
Les festons 4 sont quant à eux séparés par des portions 7 de bride, qui seront qualifiées par la suite de portions 7 de bride inter-festons. Les festons 4 sont donc des parties évidées de la bride 2, et les portions 7 de bride inter-festons des parties de matière de la bride 2. Selon un mode de réalisation, un ou plusieurs des festons présente 10 chacun un volume supérieur à celui de chacun des autres festons. On entend par volume d'un feston 4 le volume de l'évidement réalisé par ledit feston 4 dans la bride 2. Ceci résulte du fait que la section dudit feston (ou desdits festons) dans un plan radial (plan orthogonal à l'axe longitudinal )(X) est supérieure 15 la section des autres festons. En d'autres termes, certains festons réalisent chacun des encoches de volume plus grand que celui des autres festons dans la bride 2. Cette configuration permet d'équilibrer mécaniquement le disque 1, notamment vis-à-vis de son balourd. Comme explicité par la suite, le choix 20 approprié du nombre et/ou de la position et/ou du volume des festons concernés permet de réduire ou de supprimer le balourd du disque 1. Des exemples sont schématisés en Figures 4 et 5. En Figure 4, les festons 47, 48 et 49 présentent chacun un volume supérieur à celui des autres festons 41 à 46, et 410 à 414 de la bride 2. 25 Il est à noter que les festons présentant un volume supérieur à celui des autres festons ne sont pas nécessairement adjacents entre eux sur la bride 2. La Figure 5 illustre une configuration dans laquelle les festons 42, 45, 46, 47, 48, 49, 410, 411, 414, qui présentent un volume supérieur à celui des 30 autres festons 41, 43, 44, 412 et 413, ne sont pas tous adjacents entre eux. Alternativement, ou en complément, au moins une portion de bride inter-festons présente un volume inférieur à celui de chacune des autres portions de bride inter-festons. On entend par volume de portion de bride inter-festons le volume de matière occupé par la dite portion de bride inter-festons. Certaines des portions de bride inter-festons sont donc usinées de sorte à présenter un volume inférieur au volume de chacune des autres portions n'ayant pas été usinées. L'enlèvement de matière est par exemple réalisé selon l'axe radial du disque, sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal )(X. La Figure 6 illustre un exemple dans lequel la portion 73 de bride inter-festons présente un volume inférieur au volume de chacune des autres portions 71, 72, 74 de bride inter-festons. Selon un aspect possible, les portions de bride inter-festons présentant un volume inférieur au volume de chacune des autres portions de bride inter-festons ne sont pas adjacentes entre elles.
La solution mettant en oeuvre un ou plusieurs portions de bride inter- festons de volume inférieur au volume de chacune des autres portions de bride permet d'améliorer la précision angulaire de la reprise du balourd. Le disque 1 de rotor peut par exemple être installé dans un compresseur (haute-pression ou basse-pression) et/ou dans une turbine 20 (haute-pression ou basse-pression) d'une turbomachine. La solution d'équilibrage proposée est particulièrement avantageuse dans un aéronef utilisé pour l'aviation d'affaires, qui requiert un équilibrage précis des pièces de la turbine haute pression. 25 Procédé d'équilibrage On décrit (cf. Figure 7) un procédé d'équilibrage d'un disque 1 de rotor de turbomachine comprenant une bride 2 qui présente une pluralité de trous 3 de fixation, et une pluralité de festons 4 formant des encoches dans la bride 2, et étant séparés par des portions 7 de bride inter-festons. 30 Une des fonctions des festons est de décharger en contrainte la bride 2.
Selon un aspect possible, les festons 4 présentent un contour arrondi, de sorte à maximiser la matière de la bride 2 pouvant être enlevée lors de l'étape ultérieure d'usinage. Une première étape El consiste à mesurer le balourd du disque 1 par l'intermédiaire d'un dispositif de mesure de balourd de l'état de l'art, appelé équilibreuse par l'homme du métier. Le procédé comprend alors l'étape E3 consistant à usiner : un ou plusieurs festons, afin que ceux-ci présentent un volume supérieur à chacun des aux autres festons, et/ou une ou plusieurs des portions de bride inter-festons, afin que celles-ci présentent un volume inférieur au volume de chacune des autres portions de bride inter-festons. L'usinage du disque 1 tel que décrit permet d'équilibrer le disque 1 vis-à-vis du balourd mesuré.
Selon un aspect possible, le procédé comprend l'étape E2 consistant à sélectionner les festons et/ou les portions de bride inter-festons à usiner en fonction de l'amplitude et/ou de la position angulaire du balourd mesuré. La sélection des festons et/ou des portions de bride inter-festons à usiner peut s'opérer de la manière suivante.
Une unité de traitement, intégrée au dispositif de mesure, ou externe, fournit à partir de la mesure du balourd et d'un tableau d'équivalence, la position angulaire et le nombre de festons à usiner. Le cas échéant, l'unité de traitement fournit également le volume des festons à usiner. Le tableau d'équivalence prend en compte les paramètres des pièces (dimensions, positions,...). Alternativement, ou en complément, l'unité de traitement fournit la position angulaire et le nombre de portions de bride inter-festons à usiner. Le cas échéant, l'unité de traitement fournit également le volume des portions de bride inter-festons à usiner.
Préalablement à l'étape d'usinage, les festons 4 présentent un sommet 21 (cf. Figure 3) selon l'axe radial (R) du disque. Selon un aspect possible, l'étape d'usinage des festons 4 ne modifie pas la position desdits sommets 21 selon l'axe radial du disque 1. En effet, les festons 4 remplissent deux fonctions : d'une part, les festons 4 permettent de décharger en contrainte la bride 2, et, d'autre part, les festons 4 de volume supérieur permettent de lutter contre le balourd. La conservation de la position des sommets 21 des festons 4 de volume supérieur, même après leur usinage, permet à ceux-ci de conserver leur fonction de décharge en contrainte de la bride 2 (qui dépend en particulier de la position radiale de leur sommet 21 vis-à-vis des trous 3 de fixation). L'usinage visant à augmenter le volume des festons en question est donc opéré vers toutes les directions tant qu'elle ne modifie pas la position radiale du sommet 21. Dans un mode de réalisation, le disque 1 ne présente à l'origine pas de festons, et ceux-ci sont réalisés lors de l'étape E3 d'usinage. Cette étape E3 comprend alors l'usinage de la bride 2 pour réaliser un nombre suffisant de festons nécessaires à l'équilibrage du disque 1. La position angulaire des festons est figée et déterminée au préalable par la position des trous 3. En complément, cette étape E3 peut également comprendre l'usinage des portions de bride inter-festons, comme mentionné précédemment.

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS1. Disque (1) de rotor de turbomachine, comprenant une bride (2) quiprésente : une pluralité de trous (3) de fixation, et une pluralité de festons (4) formant des encoches dans la bride (2), et étant séparés par des portions (7) de bride inter-festons, caractérisé en ce que : un ou plusieurs des festons (47, 48, 49; 42, 45-47, 48-411, 414) présente un volume supérieur au volume de chacun des autres festons (41- 46,410-414 ; 41, 43, 44, 412,413) et/ou une ou plusieurs des portions (73) de bride inter-festons présente un volume inférieur au volume de chacune des autres portions (71, 72,74) de bride inter-festons, afin d'équilibrer ledit disque (1).
  2. 2. Disque (1) selon la revendication 1, dans lequel : les feston présentant un volume supérieur au volume des autres festons ne sont pas adjacents entre eux, et/ou les portions de bride inter-festons présentant un volume inférieur aux au volume des autres portions de bride inter-festons ne sont pas adjacentes entre elles. . Disque selon la revendication 1, dans lequel la bride (2) s'étend vers l'extérieur du disque (1). 4. Disque selon la revendication 1, dans lequel la bride (2) s'étend vers l'intérieur du disque (1). 5. Turbomachine comprenant un rotor dont au moins un disque (1) est conforme à l'une des revendications 1 à 4.
  3. 3 02 1066 10 6. Procédé d'équilibrage d'un disque (1) de rotor de turbomachine comprenant une bride (2) qui présente : une pluralité de trous (3) de fixation, et une pluralité de festons (4) formant des encoches dans la bride (2), et étant séparés par des portions (7) de bride inter-festons, caractérisé en qu'il comprend les étapes consistant à: mesurer (El) ) le balourd du disque (1); usiner (E3) o un ou plusieurs festons (47, 48, 49; 42, 45-47, 48-411, 414), afin que ceux-ci (41, 42, 43) présentent un volume supérieur au volume de chacun des autres festons (41-48,410-414; 41, 43, 44, 412,413), et/ou o une ou plusieurs portions (73) de bride inter-festons, afin que celles-ci présentent un volume inférieur au volume de chacune des autres portions (71, 72, 74) de bride inter-festons, de sorte à équilibrer le disque (1) vis-à-vis du balourd mesuré. 7. Procédé selon la revendication 6, comprenant une étape (E2) consistant à sélectionner les festons et/ou les portions de bride inter-festons à usiner en fonction de l'amplitude et/ou de la position angulaire du balourd mesuré. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel : préalablement à l'étape d'usinage, les festons (4) présentent un sommet (21) selon l'axe radial du disque, et l'étape d'usinage des festons (4) ne modifie pas la position desdits sommets selon un axe radial du disque (1).30
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