FR3044701A1 - Rotor pour une turbomachine ou un banc d'essai - Google Patents

Abstract

Rotor pour une turbomachine ou un banc d'essai, comportant une pièce de rotor (14) présentant un axe de révolution et comportant deux faces annulaires (18a, 18b) sensiblement parallèles, respectivement amont et aval, et au moins une première plaquette (30') appliquée sur ladite face amont et au moins une deuxième plaquette (30') appliquée sur ladite face aval, ladite pièce de rotor comportant un moyen (20a, 20b) de retenue des plaquettes en direction radiale vis-à-vis dudit axe, lesdites plaquettes comportant des orifices (34') traversants de montage d'au moins un moyen de maintien (42) desdites plaquettes en direction axiale, caractérisé en ce que ledit moyen de maintien comporte une vis (42a) à tête fraisée (42aa) engagée dans un des orifices d'une des plaquettes et coopérant avec un écrou tubulaire (42b) à tête fraisée (42ba) engagé dans un des orifices de l'autre des plaquettes, lesdites têtes fraisées étant configurées pour être engagées complétement dans lesdits orifices.

Description

Rotor pour une turbomachine ou un banc d’essai

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un rotor pour une turbomachine ou un banc d’essai, ce rotor étant équipé de plaquettes.

ETAT DE L’ART

De façon connue, une turbomachine comprend des rotors et des stators.

En vue de la certification d’une turbomachine, celle-ci doit faire l’objet de tests. Ces tests peuvent être réalisés sur un banc d’essai ou sur un moteur d’essai avant sa fabrication en série. Un moteur d’essai est équipé d’une multitude de capteurs destinés à surveiller et mesurer des paramètres lors des tests. Certains capteurs sont collés sur des rotors et doivent résister aux conditions de fonctionnement de la turbomachine, à savoir des contraintes thermiques et des contraintes liées aux forces centrifuges.

Pour tester la tenue des capteurs et leur collage à ces conditions, on utilise un banc d’essai qui reproduit les conditions de fonctionnement de la turbomachine. Le banc d’essai comprend un rotor portant des éprouvettes sur lesquelles sont fixés par collage des capteurs. Les éprouvettes sont réalisées dans le matériau de la pièce du moteur destinée à recevoir les capteurs afin de vérifier les tenues thermique et aux forces centrifuges du collage.

Le banc d’essai comprend des moyens de mise en rotation du rotor équipé des éprouvettes, et des moyens de chauffage du rotor afin de reproduire les conditions thermiques de fonctionnement du moteur.

Dans la technique actuelle, les éprouvettes sont fixées à la pièce de rotor, telle qu’un disque, par des boulons classiques. Chaque éprouvette est maintenue par deux boulons. Chaque boulon comprend une vis comportant une tête reliée à une tige filetée, et un écrou rapporté et vissé sur la tige filetée de la vis. La tête de la vis n’a pas la même forme et les mêmes dimensions que l’écrou (la masse de la tête de vis est en général inférieure à celle de l’écrou qui a l’équivalent de trois filets supplémentaires). La tête de vis et l’écrou n’ont donc pas les mêmes masses, ce qui entraîne des problèmes lors des essais. En effet, le fait que les masses ne sont pas réparties de manière symétrique de chaque côté du rotor crée des problèmes de déformation de la jante du disque et des éprouvettes (risques de décollement et de pliage des éprouvettes), ainsi que de balourd. Ces déformations sont favorisées par les dilatations thermiques des pièces. Par ailleurs, les couples de serrage des vis peuvent varier d’une éprouvette à une autre. Les vis peuvent glisser différemment dans les orifices du disque en fonction de leur ajustement dans le disque ou dans les orifices des éprouvettes. Ce glissement entraîne un mauvais positionnement des éprouvettes et gêne la reprise par le disque des efforts générés par la force centrifuge et appliqués à l’éprouvette. Enfin, les éprouvettes ont une faible surface de contact sous la tête de vis et l’écrou. Plus cette surface est faible, et plus les éprouvettes auront tendance à se décoller et se déformer.

Par ailleurs, les rotors d’une turbomachine doivent être équilibrés après fabrication pour corriger d’éventuels balourds. Un rotor de turbomachine est équilibré au moyen de plaquettes, appelées masselottes, dont les masses et les positions sont déterminées en fonction du balourd à corriger.

Dans la technique actuelle, ces masselottes sont fixées sur des pièces de rotor au moyen de boulons (voir par exemple le document FRAI-2 885 196). Les boulons sont similaires à ceux décrits dans ce qui précède, et génèrent donc des inconvénients comparables à ceux décrits plus haut.

La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ces problèmes.

EXPOSE DE L’INVENTION L’invention propose à cet effet un rotor pour une turbomachine ou un banc d’essai, comportant une pièce de rotor présentant un axe de révolution et comportant deux faces annulaires sensiblement parallèles, respectivement amont et aval, une rangée annulaire d’orifices traversants et débouchant axialement sur les faces annulaires et au moins une première plaquette appliquée sur ladite face amont et au moins une deuxième plaquette appliquée sur ladite face aval, ladite pièce de rotor comportant un moyen de retenue des plaquettes en direction radiale vis-à-vis dudit axe, lesdites plaquettes comportant des orifices traversants alignés avec les orifices de la pièce de rotor et permettant le montage d’au moins un moyen de maintien d’une des plaquettes en direction axiale, caractérisé en ce que ledit moyen de maintien comporte une vis à tête fraisée engagée dans un des orifices desdites plaquettes et coopérant avec un écrou tubulaire à tête fraisée engagé dans un des orifices de l’autre des plaquettes, lesdites têtes fraisées étant configurées pour être sensiblement entièrement engagées dans lesdits orifices. L’invention propose ainsi de nouveaux moyens de maintien des plaquettes. En lieu et place des boulons de la technique antérieure, l’invention utilise des moyens de maintien à vis et écrou à têtes fraisées. Les têtes fraisées ont en général une forme sensiblement tronconique. Elles sont particulièrement adaptées pour être logées dans les orifices des plaquettes. Les têtes de la vis et de l’écrou ne dépassent ainsi pas des plaquettes, c'est-à-dire qu’elles ne sont pas en saillie sur les faces externes des plaquettes, ce qui limite voire supprime les risques précitées de déformation et de balourd.

Le rotor selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - les plaquettes sont des éprouvettes d’essai ou des masselottes d’équilibrage, - le rotor comprend une rangée annulaire de premières plaquettes sur la face amont de ladite pièce de rotor, et une rangée annulaire de deuxièmes plaquettes sur la face aval de ladite pièce de rotor, les premières plaquettes étant alignées axialement avec les secondes plaquettes, - chacune desdites têtes fraisées a une forme tronconique et chacun desdits orifices a une forme tronconique sensiblement complémentaire de celle desdites têtes fraisées, - ledit écrou tubulaire comporte en outre un corps tubulaire traversant un orifice de ladite pièce de rotor et dont la section périphérique externe est de dimension inférieure à la section interne dudit orifice. - lesdites plaquettes présentent des faces externes sensiblement parallèles, lesdites têtes fraisées présentant des faces d’extrémité sensiblement alignées avec lesdites faces externes ou en retrait vis-à-vis de ces faces externes, - ledit écrou est du type auto-freinant, - le corps tubulaire de l’écrou tubulaire à une section périphérique externe non circulaire,

La présente invention concerne également une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur, comportant au moins un rotor tel que décrit ci-dessus.

La présente invention concerne encore un banc d’essai d’un rotor de turbomachine, comportant au moins un rotor tel que décrit ci-dessus, et des moyens d’entraînement en rotation dudit rotor autour dudit axe, voire des moyens de chauffage du rotor.

DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d’un banc d’essai d’un rotor de turbomachine, - les figures 2a et 2b sont des vues schématiques partielles en perspective de faces amont et aval, respectivement, d’un disque de rotor, sur lesquelles sont fixées des plaquettes par des moyens de maintien de la technique antérieure, - la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe axiale du disque et des plaquettes des figures 2a et 2b, - la figures 4 est une vue schématique partielle en perspective d’un disque de rotor, et montre une plaquette fixée par des moyens de maintien selon l’invention, - la figure 5 est une vue schématique partielle en coupe axiale du disque et des plaquettes de la figure 4, - la figure 6 est une vue à plus grande échelle d’une partie de la figure 5, et - les figures 7 et 8 sont des vues schématiques en perspective d’un rotor de soufflante d’une turbomachine, respectivement sans et avec plaquettes.

DESCRIPTION DETAILLEE

La figure 1 représente un banc d’essai 10 pour un rotor de turbomachine 12.

Le rotor de turbomachine comprend une pièce de rotor qui est ici un disque 14. De façon classique, un disque 14 de turbomachine est destiné à être équipé d’une rangée annulaire d’aubes qui s’étendent radialement vers l’extérieur depuis la périphérie externe du disque. L’ensemble formé par le disque et les aubes forme une roue. Les aubes peuvent être montées sur le disque par emmanchement de leurs pieds dans des rainures de la périphérie du disque, ou peuvent être formées d’une seule pièce avec le disque et former un disque aubagé monobloc.

Le disque 14 a une forme annulaire et présente un axe de révolution A. Il comprend une jante qui est reliée à deux brides annulaires 16a, 16b, respectivement amont et aval, par référence à l’écoulement des gaz dans la turbomachine. Au voisinage de sa périphérie externe, le disque 14 ou la jante comprend deux faces annulaires 18a, 18b sensiblement radiales. Ces faces sont sensiblement perpendiculaires à l’axe A et parallèles entre elles.

La périphérie externe du disque 14 comporte en outre une surépaisseur axiale qui forme un rebord cylindrique amont 20a et un rebord cylindrique aval 20b. Ces rebords 20a, 20b s’étendent sur une même circonférence et sont centrés sur l’axe A. Le disque 14 comprend une rangée annulaire d’orifices 22 traversants et débouchant axialement sur les faces 18a, 18b.

Le banc d’essai 10 comprend des moyens 24 de mise en rotation du disque 14, qui sont schématiquement représentés. Ces moyens 24 sont fixés au disque 14 par l’intermédiaire de deux parois 26 sensiblement cylindriques. Le disque 14 est intercalé entre les parois 26 et fixé par l’intermédiaire de ses brides 16a, 16b à des extrémités longitudinales des parois 26, dont les extrémités longitudinales opposées sont fixées aux moyens 24.

Le banc d’essai 10 peut être équipé de moyens de chauffage du disque 14 ou être logé dans une enceinte de chauffage. Les parois 26 sont ici équipées d’ailettes annulaires 28 de refroidissement afin de limiter réchauffement des parois 26 du fait du chauffage du disque 14 lors des essais.

Le banc d’essai 10 est par exemple conçu pour faire tourner le disque 14 à une vitesse de l’ordre de 11 800 tr/min et à une température de 600°C environ.

Comme cela est visible aux figures 2a, 2b et 3, une rangée annulaire de plaquettes 30, appelées éprouvettes, est appliquée sur chacune des faces 18a, 18b du disque 14.

Chaque plaquette 30 a une forme générale sensiblement parallélépipédique et comprend une face latérale interne plaquée contre la face 18a ou 18b du disque 14, une face latérale externe 30a libre, et des bords périphériques. Les bords périphériques radialement interne 30b et externe 30c peuvent avoir une forme incurvée. Les plaquettes 30 sont destinées à venir en appui radial, par l’intermédiaire de leurs bords externes 30c contre le rebord 20a ou 20b du disque 14, ce dernier assurant la retenue radiale des plaquettes 30 lors du fonctionnement du banc 10. C’est donc le disque 14 qui reprend les efforts liés aux forces centrifuges appliqués sur les plaquettes 30 en fonctionnement.

Dans la technique antérieure représentée aux figures 2a, 2b et 3, les plaquettes 30 sont maintenues axialement sur le disque 14 par des boulons 32. Chaque plaquette 30 est maintenue par deux boulons 32 et comprend deux orifices 34 traversants débouchant respectivement sur les faces latérales des plaquettes. Les orifices 34 sont parallèles à l’axe A et sont alignés avec les orifices 22 précités du disque 14.

Chaque boulon 32 comprend une vis qui est engagée axialement dans les orifices 34, 22, par exemple depuis l’amont, et dont la tête 36 prend appui sur la face 30a de la plaquette 30 correspondante. Chaque boulon 32 comprend en outre un écrou 38 qui est vissé sur la vis, par exemple depuis l’aval, et qui prend appui sur la face 30a de la plaquette 30 correspondante.

Cette technologie présente des inconvénients décrits plus haut et notamment des risques de déformation des plaquettes 30 et du disque 14 du fait des forces centrifuges, représentée par les flèches 40. Ainsi qu’un défaut de contact entre le bord externe 30c des plaquettes 30 et le rebord 20a ou 20 b du disque 14, qui empêche le disque 14 de reprendre correctement les efforts liés aux forces centrifuges appliqués aux plaquettes 30.

La présente invention apporte une solution à ces inconvénients grâce à des moyens de maintien des plaquettes à vis et écrou à têtes fraisées.

Les figures 4 et 5 représentent un mode de réalisation de l’invention.

Le disque 14 est similaire à celui décrit en référence aux figures 1 à 3. Les plaquettes 30’ différent de celles 30 décrites dans ce qui précède essentiellement par la forme de leurs orifices 34’. Chaque orifice 34’ comprend une portion 34’a sensiblement tronconique dont l’extrémité de plus grand diamètre débouche sur la face externe 30’a de la plaquette. Chaque orifice 34’ peut comprendre une portion 34’b, par exemple sensiblement cylindrique, qui est reliée à l’extrémité de plus petit diamètre de la portion 34’a et qui débouche sur la face interne de la plaquette (figure 5).

Les moyens 42 de maintien des plaquettes 30’ comprennent chacun une vis 42a à tête fraisée et un écrou tubulaire 42b à tête également fraisée.

La vis 42a comprend une tête fraisée 42aa reliée à une tige filetée. Elle est engagée axialement dans les orifices 34’, 22, par exemple depuis l’amont. La tête 42aa est sensiblement complémentaire de la portion 34’a de l’orifice 34’ dans lequel elle est engagée, et prend appui sur la surface tronconique de cette portion. L’écrou 42b comprend une tête fraisée 42ba reliée à un corps tubulaire 42bb. Il est engagé axialement dans les orifices 34’, 22, par exemple depuis l’aval. La tête 42ba est sensiblement complémentaire de la portion 34’a de l’orifice 34’ dans lequel il est engagé, et prend appui sur la surface tronconique de cette portion. Le corps 42bb de l’écrou 42b a de préférence en section une forme périphérique externe non circulaire qui est complémentaire de la forme en section de l’un des orifices 22 ou 34’. Ceci permet de bloquer en rotation l’écrou 42b autour de son axe de vissage.

Comme on le voit dans les dessins, les têtes 42aa, 42ba de la vis 42a et de l’écrou 42b sont logées entièrement dans les logements 34’ et ne sont donc pas en saillie sur les faces 30’a des plaquettes.

Chacune des têtes 42aa, 42ba comprend une face d’extrémité 44 et un trou borgne à section hexagonale destiné à recevoir un outil de vissage/dévissage tel qu’une clef à six pans. Les faces d’extrémité 44 des têtes 42aa, 42ba sont ici en retrait vers l’intérieur par rapport aux faces externes 30’a des plaquettes 30’, mais pourraient en variante être alignées avec ces faces 30’a.

La figure 6 représente une vue agrandie d’une partie de la figure 5 qui montre que la section périphérique externe du corps de l’écrou 42b est de dimension inférieure à la section interne de l’orifice 22 du disque 14. .

Autrement dit, les moyens 42 sont montés avec jeu dans les orifices 22 du disque 14. Les moyens de maintien 42 ne risquent ainsi pas de générer de contraintes sur le disque 14 lors des essais.

La combinaison des têtes fraisées 42aa et 42ba et du jeu présent entre l’écrou 42b et les orifices 22 du disque 14 permettent un positionnement correct des plaquettes 30’ sur les faces annulaires 18a et 18b du disque 14. Ainsi, le contact entre le bord externe 30c des plaquettes 30’ et le rebord 20a ou 20 b du disque 14 est assuré pour chaque plaquette 30’ permettant au disque 14 de reprendre correctement les efforts liés aux forces centrifuges appliqués aux plaquettes 30.

Le corps 42bb de l’écrou 42b a de préférence en section une forme périphérique externe non circulaire qui est complémentaire de la forme en section de l’orifice 34’ dans lequel il est monté. C’est la portion 34’b de plus petit diamètre de cet orifice qui peut avoir cette forme non circulaire en section.

Les plaquettes 30’ peuvent être montées et fixées sur le disque 14 de la façon suivante. L’une des plaquettes 30’ est appliquée contre la face amont 18a du disque 14 et deux vis 42a sont montées dans ses deux orifices 34’. La plaquette 30’ est maintenue par l’opérateur en appui radial contre le rebord 20a du disque. L’autre plaquette 30’ est rapportée sur la face aval 18b du disque 14 et deux écrous 42b sont montés dans ses deux orifices 34’. Les plaquettes 30’ sont maintenues par l’opérateur en appui radial contre les rebords 20a, 20b du disque et un couple de serrage est appliqué à la vis 42a, l’écrou étant du type auto-freinant du fait de sa coopération de formes avec le disque 14 ou la plaquette 30’ dans laquelle il est monté. Les têtes 42aa, 42ba viennent en appui sur tout leur pourtour sur les portions tronconiques 34’a des orifices 34’, comme cela est visible à la figure 6. De cette manière, il y a auto-centrage des moyens 42 dans les orifices 34’ des plaquettes 30’ et donc dans les orifices 22 du disque 14 avec lesquels lesdits orifices 34’ sont alignés.

Lors des essais, les efforts appliqués sur les moyens de maintien 42 du fait des forces centrifuges sont repris intégralement par le disque 14 et non pas par les plaquettes 30’.

Dans un cas particulier de réalisation de l’invention, la vis 42a et l’écrou 42b des moyens de maintien 42 sont par exemple du type M4.

Bien que l’invention ait été décrite dans le cas particulier du maintien d’éprouvettes d’un banc d’essai, elle est applicable à d’autres applications et en particulier à la fixation de masselottes d’équilibrage d’un rotor de turbomachine, comme évoqué dans ce qui précède.

Les figures 7 et 8 illustrent par exemple une autre application de l’invention. Ces figures montrent un rotor de soufflante 60 d’axe A de révolution. Ce rotor 60 comprend une paroi radiale 62 comportant une pluralité d’orifices 64 traversants. Sur l’une de ses faces, la paroi comprend d’une part des évidements 66 de logement de jauges de contraintes, et d’autre part des gorges 68 de logement de câbles électriques. Chaque évidement est relié à des extrémités de gorges 68 afin de relier électriquement les jauges à des moyens de calcul. La paroi 62 comprend un rebord cylindrique 62a à la périphérie externe de la face visible. Comme décrit dans ce qui précède, une première rangée annulaire de plaquettes 63 est destinée à être appliquée sur la face visible et une seconde rangée annulaire de plaquettes est destinée à être appliquée sur l’autre face. Elles sont retenues radialement par des rebords cylindriques dont celui 62a visible. Les plaquettes 63 sont destinées à recouvrir les évidements 66 pour y retenir les jauges, et les autres plaquettes non visibles sont alignées axialement avec les plaquettes 63 visibles. Les plaquettes comportent des orifices 70 de passage de moyens de maintien, qui traversent, de préférence avec jeu, les orifices 64 de la paroi 62. Les moyens de maintien sont du type de ceux décrits dans ce qui précède en relation avec les figures 4 à 6.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Rotor (12) pour une turbomachine ou un banc d’essai (10), comportant une pièce de rotor (14) présentant un axe de révolution (A) et comportant deux faces annulaires (18a, 18b) sensiblement parallèles, respectivement amont et aval, une rangée annulaire d'orifices (22) traversants et débouchant axialement sur les faces annulaire (18a, 18b) et au moins une première plaquette (30’) appliquée sur ladite face amont et au moins une deuxième plaquette (30’) appliquée sur ladite face aval, ladite pièce de rotor comportant un moyen (20a, 20b) de retenue des plaquettes en direction radiale vis-à-vis dudit axe, lesdites plaquettes comportant des orifices (34’) traversants alignés avec les orifices (22) de la pièce de rotor (14) et permettant le montage d’au moins un moyen de maintien (42) desdites plaquettes en direction axiale, caractérisé en ce que ledit moyen de maintien comporte une vis (42a) à tête fraisée (42aa) engagée dans un des orifices d’une des plaquettes et coopérant avec un écrou tubulaire (42b) à tête fraisée (42ba) engagé dans un des orifices de l'autre des plaquettes, lesdites têtes fraisées étant configurées pour être sensiblement entièrement engagées dans lesdits orifices.
2. 2. Rotor (12) selon la revendication 1, dans lequel les plaquettes (30‘) sont des éprouvettes d’essai ou des masselottes d’équilibrage.
3. 3. Rotor (12) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il comprend une rangée annulaire de premières plaquettes (30’) sur la face amont (16a) de ladite pièce de rotor (14), et une rangée annulaire de deuxièmes plaquettes (30') sur la face aval (16b) de ladite pièce de rotor, les premières plaquettes étant alignées axialement avec les secondes plaquettes.
4. 4. Rotor (12) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacune desdites têtes fraisées (42aa, 42ba) a une forme tronconique et chacun desdits orifices (34’) desdites plaquettes a une forme tronconique sensiblement complémentaire de celle desdites têtes fraisées.
5. 5. Rotor (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’écrou (42b) tubulaire comporte en outre un corps (42bb) tubulaire traversant un orifice (22) de ladite pièce de rotor et dont la section périphérique externe est de dimension inférieure à la section interne de l’orifice (22).
6. 6. Rotor (12) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdites plaquettes (30’) présentent des faces externes (30’a) sensiblement parallèles, lesdites têtes fraisées (42aa, 42ba) présentant des faces d’extrémité (44) sensiblement alignées avec lesdites faces externes ou en retrait vis-à-vis de ces faces externes.
7. 7. Rotor (12) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit écrou (42b) est du type auto-freinant.
8. 8. Rotor (12) selon la revendication précédente, dans lequel le corps (42bb) tubulaire de l’écrou (42b) a une section périphérique externe non circulaire.
9. 9. Turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur, comportant au moins un rotor (12) selon l’une des revendications précédentes.
10. 10. Banc d’essai (10) d’un rotor de turbomachine, comportant au moins un rotor (12) selon l’une des revendications 1 à 8, et des moyens (24) d’entraînement en rotation dudit rotor autour dudit axe (A).