FR3033890B1 - Fixation d'un disque fan a un arbre d'entrainement - Google Patents

Fixation d'un disque fan a un arbre d'entrainement Download PDF

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Abstract

L'invention se rapporte à un pour turbomachine comportant : - un arbre d'entraînement (2) comportant une première portion creuse (21 comportant une première (211) pluralité de cannelures de type femelle ; - un disque fan (1) destiné à s'insérer au moins en partie dans la première portion, le disque fan comportant une deuxième portion creuse (12) et une deuxième pluralité de cannelures de type mâle complémentaires des cannelures de la première pluralité de cannelures ; - un écrou (4), destiné à s'insérer au moins en partie dans la deuxième portion et dans la première portion, comportant des premiers moyens (41) de solidarisation adaptés pour coopérer avec une partie de la première portion creuse de l'arbre d'entrainement ; un dispositif d'anti-rotation (5) de l'écrou comportant : - des deuxièmes moyens de solidarisation (51) adaptés pour coopérer avec l'écrou ; - des troisièmes moyens de solidarisation (52) adaptés pour coopérer avec le disque fan.

Description

FIXATION D’UN DISQUE FAN A UN ARBRE D’ENTRAINEMENT
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001] L’invention se rapporte au domaine général de l’aéronautique. Elle concerne plus particulièrement la fixation d’un disque fan à un arbre d’entrainement d’une turbomachine, et plus particulièrement de turbomachines expérimentales pour aéronef, utilisées pour réaliser des mesures aérodynamiques et acoustiques, dites machines d’essai aeroacoustique.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0002] Afin de tester la forme de la veine secondaire d’une turbomachine ainsi que les composants principaux de ladite veine secondaire (soufflante, aubes de guidage, bras), on utilise généralement des turbomachines expérimentales, dites machines d’essai aeroacoustique. Une machine d’essai aeroacoustique est une représentation à échelle réduite d’une turbomachine : elle est ainsi moins encombrante et les tests sont moins coûteux.
[0003] Dans les machines d’essai aeroacoustique, comme la machine est de dimension réduite par rapport à une turbomachine, il existe un bras de levier important entre le disque fan et les premiers roulements, dits palier, de la machine. En effet, du fait du faible diamètre de la machine d’essai, la poutre assimilée est de faible résistance. Un des critères de dimensionnement important de ces machines d’essai sont les efforts de perte d’aube. En effet, en cas de perte d’aube, une vibration dite balourd se met en place. Le balourd exerce des contraintes dans l’arbre d’entrainement entre le disque fan et le palier qui peuvent être dommageables pour la machine.
[0004] Dans les turbomachines actuelles, telle que représentée à la figure 1, le disque fan 1, qui supporte les aubes fan 11, est raccordé à l’arbre d’entraînement 2 de la turbomachine en cherchant à maximiser le diamètre de la poutre de liaison entre le disque fan 1 et les roulements 3, c’est-à-dire de diminuer le rapport de moyeu, ce dernier correspond au ratio entre le rayon intérieur de la veine et le rayon extérieur de la veine, afin de minimiser les vibrations.
[0005] Du fait du manque de place sous la veine, le montage du disque fan 1 sur l’arbre d’entraînement 2 est rendu plus complexe. L’assemblage par bride du disque fan n’est ainsi plus possible et il est généralement fait recours à des cannelures, le disque fan comportant des cannelures femelles et l’arbre d’entrainement comportant des cannelures mâles. Dans ce cas, la fixation du disque fan 1 à l’arbre d’entrainement 2 est sécurisée au moyen d’un écrou 4, d’un frein d’écrou 5 et d’un jonc d’arrêt 6 du frein d’écrou 5, du type anneau élastique. Le frein d’écrou relie l’arbre 2 au disque fan 1 et l’écrou est à l’extérieur de l’arbre d’entrainement et du disque fan.
[0006] Etant donné que les aubes restent massives, les efforts de perte d’aube ne sont pas diminués. La tenue des différentes pièces (disque fan et arbre) est ainsi compromise, les efforts de perte d’aubes n’étant pas diminués malgré le changement de système de fixation.
EXPOSE DE L’INVENTION
[0007] L’invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique identifiés ci-dessus, et notamment à proposer des moyens pour permettre de proposer une solution d’assemble par cannelures simple et compacte, et dont la tenue mécanique en perte d’aube soit garantie.
[0008] Dans ce dessein, un aspect de l'invention se rapporte à un système pour turbomachine comportant : un arbre d’entraînement comportant une première portion creuse, ladite première portion creuse comportant une première pluralité de cannelures de type femelle ; un disque fan destiné à s’insérer au moins en partie dans la première portion, le disque fan comportant une deuxième portion creuse et une deuxième pluralité de cannelures de type mâle complémentaires des cannelures de la première pluralité de cannelures de l’arbre d’entraînement; un écrou, destiné à s’insérer au moins en partie dans la deuxième portion et dans la première portion, comportant des premiers moyens de solidarisation adaptés pour coopérer avec une partie de la première portion creuse de l’arbre d’entrainement ; un dispositif d’anti-rotation de l’écrou comportant : des deuxièmes moyens de solidarisation adaptés pour coopérer avec l’écrou ; des troisièmes moyens de solidarisation adaptés pour coopérés avec le disque fan.
[0009] L’inversion du système de cannelures, qui consiste à doter le disque fan de cannelures males et l’arbre d’entrainement de cannelures femelles, permet de maximiser le diamètre de la poutre à laquelle est assimilée la machine et donc de garantir un maintien aux efforts de perte d’aube. Les cannelures sont dites « mâles >> lorsqu’elles sont usinées sur la paroi extérieure d’un arbre, et « femelles >> quand elles sont usinées sur la paroi intérieure Cependant, une telle inversion des cannelures implique que l’arbre d’entrainement n’est plus accessible pour la fixation du disque fan à l’arbre. En effet, le disque fan a un rayon extérieur supérieur au diamètre extérieur de l’arbre ce qui rend l’arbre inaccessible une fois le disque monté.
[0010] Le système selon l’invention déporte la fixation en aval afin d’accéder à l’arbre d’entrainement de façon indirecte. En effet, le disque fan est inséré dans la première portion creuse de l’arbre d’entrainement, l’écrou est inséré dans la deuxième portion creuse du disque fan et dans la première portion creuse de l’arbre et est solidarisé à l’arbre. Le disque fan est dépendant en rotation par rapport à l’arbre grâce au système de cannelures complémentaires. L’écrou traverse ainsi le disque fan pour aller se solidariser à l’arbre d’entrainement. Etant donné que l’écrou est monté dans le disque fan et est solidarisé à l’arbre d’entrainement, il permet de fixer le disque fan à l’arbre d’entrainement. L’écrou comporte ainsi préférentiellement un corps dont la dimension longitudinale est suffisante pour pouvoir traverser à la fois la première portion creuse et la deuxième portion creuse, afin que les premiers moyens de solidarisation viennent coopérer avec la première portion creuse et être accessible à un utilisateur depuis l’extérieur du disque fan, et plus particulièrement de la deuxième portion creuse du disque fan.
[0011] L’écrou a pour fonction de bloquer le disque fan en translation dans l’arbre d’entrainement.
[0012] Le dispositif d’anti-rotation de l’écrou, ou frein d’écrou, a une fonction de solidarisation de l’écrou avec le disque fan. En effet, le dispositif est solidarisé avec l’écrou au moyen des deuxièmes moyens de solidarisation, et est solidarisé avec le disque fan au moyen des troisièmes moyens de solidarisation.
[0013] Outre les caractéristiques principales qui viennent d’être mentionnées dans le paragraphe précédent, le système selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon les combinaisons techniquement possibles.
[0014] Dans un mode de réalisation non limitatif, la première portion creuse comporte un taraudage et les premiers moyens de solidarisation comportent une première extrémité de l’écrou comportant un filetage adapté pour coopérer avec le taraudage.
[0015] Dans un mode de réalisation non limitatif, l’écrou comporte une pluralité d’encoches pratiquées au niveau d’une deuxième extrémité de l’écrou et s’étendant selon un axe longitudinal de l’écrou et les deuxièmes moyens de solidarisation comportent une première pluralité de créneaux pratiqués au niveau d’une troisième extrémité du dispositif d’anti-rotation et s’étendant selon un axe longitudinal du dispositif, les créneaux de la première pluralité de créneaux et les encoches de la pluralité d’encoches étant adaptés pour se superposer au moins partiellement. Le dispositif d’anti-rotation de l’écrou est ainsi solidarisé avec l’écrou par superposition entre les créneaux de la première pluralité de créneaux et les encoches de la pluralité d’encoches.
[0016] Dans un mode de réalisation non limitatif, l’écrou comporte un épaulement entre la première extrémité de l’écrou et la deuxième extrémité de l’écrou. L’épaulement a pour fonction de maintenir le disque fan axialement sur l’arbre d’entrainement. Il est disposé entre la première et la deuxième extrémité de l’écrou en veillant à ne pas le placer : sous l’alésage du disque fan de façon à conserver un alésage régulier du disque ce qui permet de garantir une bonne tenue mécanique et un déplacement homogène sous l’effort centrifuge ; devant le disque fan, ce qui réduirait la place utile pour la fixation d’un cône d’entrée de la turbomachine.
[0017] Dans un mode de réalisation non limitatif, le disque fan comporte une gorge axisymétrique circulaire et les troisièmes moyens de solidarisation comportent une pluralité d’éléments de maintien élastiquement déformables, au moins un élément de la pluralité d’éléments de maintien étant destiné à s’insérer au moins en partie dans la gorge. Les éléments de maintien sont élastiquement déformables afin de pouvoir être rétreint pendant le montage du système et redéployés afin de bloquer l’écrou par rapport au disque fan, une fois un élément de la pluralité d’éléments de maintien s’étant inséré en partie dans la gorge. Les éléments de maintien sont des languettes souples, ou spatules, au moins une comportant à une extrémité un rebord pouvant venir s’insérer dans la gorge du disque fan. Pour mettre en place le dispositif d’anti-rotation de l’écrou, les spatules sont rétreintes de façon à ce que leur extrémité, par exemple, viennent se mettre en place dans la gorge du disque. Une fois en place, les spatules sont déployées afin de bloquer l’écrou en translation par rapport à la gorge du disque fan. Les éléments de maintien ont une limite d’élasticité suffisamment élevée afin qu’elles reviennent dans leur position [0018] De façon préférentielle, les éléments de maintien de la pluralité d’éléments de maintien s’étendent selon un axe longitudinal depuis une portion périphérique du dispositif d’anti-rotation de l’écrou.
[0019] Dans un mode de réalisation non limitatif, le disque fan comporte une virole comportant une deuxième pluralité de créneaux et en ce que au moins un élément de la pluralité d’éléments de maintien du dispositif d’anti-rotation de l’écrou comporte une excroissance destinée à s’insérer dans au moins un créneau de la deuxième pluralité de créneaux. L’excroissance permet de bloquer le frein d’écrou en rotation. Le nombre de créneaux de la deuxième pluralité de créneaux dépend de la circonférence de la virole et est calculé de façon à ce qu’au moins un des créneaux viennent s’aligner avec l’excroissance peu importe la position angulaire du dispositif anti-rotation. Ainsi grâce à l’excroissance, le dispositif antirotation a à la fois une fonction de centrage et de maintien en translation. L’excroissance est du type doigt de calage.
[0020] L’invention se rapporte également à un procédé d’assemblage d’un système selon l’un des modes de réalisation précédemment décrits, ledit procédé comportant les étapes suivantes : une première étape d’insertion du disque fan dans la première portion ; une deuxième étape d’insertion de l’écrou dans la première portion au travers de la deuxième portion ; une troisième étape d’insertion du dispositif d’anti-rotation de l’écrou dans le disque fan comprenant la superposition au moins en partie les créneaux de la pluralité de créneaux et les encoches de la pluralité d’encoches.
[0021] La première étape d’insertion comporte préférentiellement la mise en correspondance la première pluralité de cannelures avec la deuxième pluralité de cannelures.
[0022] La deuxième étape comporte préférentiellement le vissage du filetage de la première extrémité de l’écrou dans le taraudage de la première portion creuse de l’arbre d’entrainement.
[0023] La troisième étape comporte préférentiellement une première sous-étape dans laquelle les éléments de maintien de la pluralité d’éléments de maintien élastiquement déformables sont rétreints de façon à s’insérer dans la deuxième portion et dans la gorge circulaire du disque fan et une deuxième sous-étape dans laquelle les éléments de maintien de la pluralité d’éléments de maintien sont déployés de façon à se bloquer dans la gorge.
[0024] Dans un mode de réalisation non limitatif, le procédé comporte une quatrième étape d’insertion de l’excroissance dans un créneau de la deuxième pluralité de créneaux.
[0025] L’invention se rapporte également à une turbomachine comportant un système selon l’un des modes de réalisation précédemment décrits.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0026] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : la figure 1, une vue en coupe longitudinale d’une turbomachine de l’art antérieur ; la figure 2, une vue en coupe longitudinale d’une turbomachine comportant un système selon un mode de réalisation de l’invention ; la figure 3, une vue en coupe d’une partie d’un disque fan d’un système selon un mode de réalisation de l’invention ; la figure 4, une vue en coupe d’un écrou d’un système selon un mode de réalisation de l’invention ; la figure 5, une vue 3D d’un dispositif anti-rotation d’un écrou d’un système selon un mode de réalisation de l’invention ; les figures 6A à 6D, les différentes étapes d’assemblage d’un système selon un mode de réalisation de l’invention.
[0027] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
[0028] A la figure 2 est illustrée une turbomachine comportant un arbre d’entrainement 2, un disque fan 1. Les efforts de perte d’aube d’une turbomachine induisent un moment de flexion dans l’arbre d’entrainement 2. Ce moment est maximum au niveau des roulements 3 qui maintiennent l’arbre d’entrainement 2 au carter fixe 31. Le fait d’avoir inversé les cannelures entre une turbomachine telle que présentée à la figure 1 et celle-ci, i.e. l’arbre d’entrainement 2 comporte une première pluralité de cannelures de type femelle et le disque fan 1 comporte une deuxième pluralité de cannelures de type mâle complémentaires de la première pluralité, permet d’augmenter la section S de l’arbre d’entrainement au niveau des roulements par rapport à l’art antérieur et donc d’optimiser la résistance de la turbomachine aux efforts de perte d’aubes.
[0029] Une fois le disque fan 1 monté dans l’arbre d’entrainement 2, un écrou 4 est vissé dans l’arbre d’entrainement 2. L’écrou 4 est muni d’un épaulement 41 qui permet de maintenir axialement le disque fan 1 à l’arbre d’entrainement 2. L’écrou 4 est bloqué par un dispositif d’anti-rotation 5 de l’écrou.
[0030] La figure 3 illustre une portion d’un disque fan 1 comportant une deuxième portion creuse 12. Le disque fan 1 comporte une deuxième pluralité de cannelures sur une face externe du disque fan 1 (non visible sur la figure 3). Le disque fan 1 comporte également une gorge 13 axisymétrique circulaire. La gorge 13 est disposée à une première extrémité 121 de la deuxième portion creuse 12 du disque fan, première extrémité 121 opposée à une deuxième extrémité (non visible sur la figure 3) de la deuxième portion creuse 12 du disque fan par laquelle le disque fan 1 est inséré dans un arbre d’entrainement de la machine (expliqué en référence aux figures 6A à 6D). Le disque fan 1 comporte également une virole 14 comportant une deuxième pluralité de créneaux 15. La virole 14 est disposée au niveau de la première extrémité 121 de la deuxième portion creuse 12.
[0031] La figure 4 illustre un écrou 4 comportant des premiers moyens 41 de solidarisation de l’écrou 4 avec un arbre d’entrainement d’un système. Dans cet exemple de réalisation, les premiers moyens 41 de solidarisation comportent une première extrémité 411 de l’écrou 4 comportant un taraudage destiné à coopérer avec un filetage d’un arbre d’entrainement. L’écrou 4 comporte également un épaulement 41 situé entre la première extrémité 411 et la deuxième extrémité 412 de l’écrou 4. L’écrou comporte une deuxième extrémité 412 comportant une pluralité d’encoches 42 s’étendant selon un axe longitudinal L de l’écrou 4.
[0032] La figure 5 illustre un dispositif d’anti-rotation 5 d’un écrou. Le dispositif 5 comporte des deuxièmes moyens 51 de solidarisation destinés à coopérer avec un écrou. Dans cet exemple de réalisation, les deuxièmes moyens 51 sont des créneaux d’une première pluralité de créneaux destinés à coopérer avec des encoches d’un écrou par exemple. Les créneaux 51 de la première pluralité de créneaux sont pratiqués au niveau d’une troisième extrémité 531 du dispositif 5 et s’étendent selon un axe longitudinal I du dispositif 5. Le dispositif 5 comporte également des troisièmes moyens 52 de solidarisation destinés à coopérer avec un disque fan. Dans cet exemple de réalisation, les troisièmes moyens 52 comportent une pluralité d’éléments de maintien élastiquement déformables du type spatules s’étendant selon l’axe longitudinal I du dispositif 5. Au moins un des éléments de la pluralité d’éléments 52 comporte une excroissance 521 du type doigt de calage.
[0033] La figure 6A illustre un arbre d’entrainement 2 vu en coupe comportant une première portion creuse 21. La première portion creuse 21 comporte une première pluralité 211 de cannelures de type femelle.
[0034] La figure 6B illustre un arbre 2 et un disque 1 d’un système après la première étape d’insertion du disque fan 1 dans la première portion 21 de l’arbre 2. La deuxième pluralité de cannelures de type mâle du disque fan complémentaires de la première pluralité de cannelures de l’arbre 2 n’est pas visible sur la figure car en vis-à-vis de la première pluralité de cannelures. Le disque fan 1 est inséré au moins en partie dans la première portion 21 de l’arbre 2. Il reste une portion non remplie par le disque fan 1 de la première portion 21 de l’arbre 2. Le disque fan 1 est introduit par sa deuxième extrémité 122 dans la première portion 21 de l’arbre 2.
[0035] La figure 6C illustre les éléments de la figure 6B et un écrou 4 d’un système après la deuxième étape d’insertion de l’écrou 4 dans la première portion 21 creuse de l’arbre et la deuxième portion 12 creuse du disque. La première extrémité 411 de l’écrou solidarise l’écrou 4 avec l’arbre 2 au moyen d’une coopération entre un filetage dans la première portion creuse 21 de l’arbre 2 et un taraudage sur une face externe de la première extrémité 411. Le taraudage constitue les premiers moyens de solidarisation de l’écrou avec l’arbre d’entrainement.
[0036] La figure 6D illustre les éléments de la figure 6C et un dispositif d’antirotation 5 de l’écrou 4 d’un système après la troisième étape d’insertion du dispositif 5 dans la deuxième portion creuse 12 du disque fan 2. Il y est visible que les créneaux d’une première pluralité de créneaux 51 du dispositif 5 se superposent au moins partiellement avec les encoches de la pluralité d’encoches 42 de l’écrou 4. Cette superposition a pour effet de solidariser l’écrou 4 et le dispositif 5 d’anti-rotation.
[0037] Il y est également visible que les éléments de maintien 52 des troisièmes moyens de solidarisation 52 du dispositif 5 s’insèrent dans la gorge 13 axisymétrique circulaire du disque fan 1 afin de bloquer l’écrou en translation dans le disque fan 1 et l’arbre 2. Au moins un élément de la pluralité d’éléments de maintien 52 du dispositif d’anti-rotation de l’écrou comporte une excroissance 521 qui est insérée dans un créneau de la deuxième pluralité de créneaux 15. Le blocage de l’excroissance 521 permet de bloquer le dispositif 5 en rotation et par là-même l’écrou 4 et le disque fan dans l’arbre d’entrainement.
[0038] L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l’invention.
[0039]

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système pour turbomachine comportant : un arbre d’entraînement (2) comportant une première portion creuse (21), ladite première portion creuse comportant une première (211) pluralité de cannelures de type femelle ; un disque fan (1) destiné à s’insérer au moins en partie dans la première portion, le disque fan comportant une deuxième portion creuse (12) et une deuxième pluralité de cannelures de type mâle complémentaires des cannelures de la première pluralité de cannelures de l’arbre d’entraînement ; un écrou (4), destiné à s’insérer au moins en partie dans la deuxième portion et dans la première portion, comportant des premiers moyens (41) de solidarisation adaptés pour coopérer avec une partie de la première portion creuse de l’arbre d’entrainement ; un dispositif d’anti-rotation (5) de l’écrou comportant : des deuxièmes moyens de solidarisation (51) adaptés pour coopérer avec l’écrou ; des troisièmes moyens de solidarisation (52) adaptés pour coopérer avec le disque fan.
  2. 2. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première portion creuse comporte un taraudage et les premiers moyens de solidarisation comportent une première extrémité (411 ) de l’écrou comportant un filetage adapté pour coopérer avec le taraudage.
  3. 3. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’écrou comporte une pluralité d’encoches (42) pratiquées au niveau d’une deuxième extrémité (412) de l’écrou et s’étendant selon un axe longitudinal (L) de l’écrou et en ce que les deuxièmes moyens de solidarisation avec l’écrou comportent une première pluralité (51) de créneaux pratiqués au niveau d’une troisième extrémité du dispositif d’anti-rotation et s’étendant selon un axe longitudinal du dispositif, les créneaux de la première pluralité de créneaux et les encoches de la pluralité d’encoches étant adaptés pour se superposer au moins partiellement.
  4. 4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’écrou comporte un épaulement (41) entre la première extrémité de l’écrou et la deuxième extrémité de l’écrou.
  5. 5. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le disque fan comporte une gorge (13) axisymétrique circulaire et en ce que les troisièmes moyens de solidarisation comportent une pluralité d’éléments de maintien élastiquement déformables, au moins un élément de la pluralité d’éléments de maintien étant destiné à s’insérer au moins en partie dans la gorge.
  6. 6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le disque fan comporte une virole (14) comportant une deuxième pluralité (15) de créneaux et en ce que au moins un élément de la pluralité d’éléments de maintien du dispositif d’anti-rotation de l’écrou comporte une excroissance (521) destinée à s’insérer dans au moins un créneau de la deuxième pluralité de créneaux.
  7. 7. Procédé d’assemblage d’un système selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé comportant les étapes suivantes : une première étape d’insertion du disque fan dans la première portion ; une deuxième étape d’insertion de l’écrou dans la première portion et la deuxième portion ; une troisième étape d’jnsertion du dispositif d’anti-rotation de l’écrou dans le disque fan comprenant la superposition au moins en partie de créneaux d’une pluralité de créneaux et d’encoches d’une pluralité d’encoches.
  8. 8. Procédé selon les revendications 6 et 7 caractérisé en ce qu’il comporte une quatrième étape d’insertion de l’excroissance dans un créneau de la deuxième pluralité de créneaux.
  9. 9. Turbomachine comportant un système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
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