FR3057017A1 - Procede de dimensionnement de renfoncements dans la toile d'un organe de rotor - Google Patents

Procede de dimensionnement de renfoncements dans la toile d'un organe de rotor Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination des dimensions d'au moins un renfoncement (36) à réaliser dans une toile (14) d'un organe de rotor, le procédé comportant : - une première étape de détermination d'une contrainte orientée radialement par rapport à l'axe principal du rotor et d'une contrainte orientée tangentiellement par rapport à l'axe principal du rotor, pour la toile (14) ne comportant pas de renfoncement (36) ; - une deuxième étape de détermination de la superficie sur laquelle ledit renfoncement (36) est destiné ; - une troisième étape de détermination de la profondeur dudit renfoncement (36), à partir d'une première équation mettant en relation la valeur de la profondeur du renfoncement (36) avec la modification de la contrainte tangentielle et d'une deuxième équation mettant en relation la valeur de la profondeur du renfoncement (36) avec la modification de la contrainte radiale ; - une quatrième étape de détermination de la forme géométrique du renfoncement (36).

Description

DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un procédé de détermination de la forme et de dimensions d'un renfoncement qui est formé dans la toile d'un organe de rotor de turbomachine pour améliorer la répartition de contraintes dans la toile de l'organe.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Une turbomachine d'aéronef, notamment les parties du compresseur haute pression ou de la turbine basse pression de la turbomachine, comportent une pluralité de organes de rotor tels que des disques de rotor, qui s'étendent chacun globalement dans des plans radiaux par rapport à l'axe principal de la turbomachine et qui sont solidarisés l'un a l'autre.
Selon un mode de réalisation, la solidarisation des organes, ou des disques, l'un avec l'autre s'effectue par boulonnage d'une bride annulaire provenant d'un organe du rotor sur la toile d'un autre organe du rotor.
La toile de l'autre organe comporte pour cela une pluralité d'orifices permettant le passage des vis pour le boulonnage.
Lors du fonctionnement de la turbomachine, des contraintes sont exercées sur la toile de l'organe et ces contraintes sont plus importantes au niveau des orifices formés dans la toile percée.
En particulier, la durée de vie de la toile de l'organe, au niveau des perçages dépend de la contrainte subie par chaque perçage, qui est orientée tangentiellement par rapport à l'axe principal du rotor, de la contrainte subie par chaque perçage, qui est orientée radialement par rapport à l'axe principal du rotor et de la contrainte subie par chaque perçage, qui est orientée dans le sens axial, c'est-à-dire parallèlement à l'axe principal du rotor.
La contrainte orientée tangentiellement est principalement causée par la vitesse de rotation. La contrainte radiale peut être, par exemple, causée par le gradient thermique jante-alésage, un basculement de la pièce ou l'architecture de la pièce.
En vue de réduire ces contraintes, il a été proposé de réaliser un ou 5 plusieurs renfoncements dans la toile de l'organe de rotor, à distance des perçages.
De tels renfoncements réduisent la rigidité tangentielle de la toile, ce qui modifie la répartition des contraintes dans celle-ci.
L'invention a pour but de proposer un procédé destiné au dimensionnement de tels renfoncements, afin d'optimiser la répartition de contraintes dans la toile de l'organe de rotor, en particulier au niveau des perçages de celle-ci.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention propose un procédé de détermination des dimensions d'au moins un renfoncement (36) à réaliser dans une toile (14) d'un organe de rotor, dans lequel ladite toile (14) est annulaire, s'étend dans un plan radial par rapport à un axe principal du rotor et comporte une pluralité d'orifices (28) de fixation de la toile (14) à un autre composant du rotor, qui sont répartis régulièrement autour de l'axe principal (A) du rotor, dans lequel ledit renfoncement (36) est réalisé en un seul élément ou en plusieurs éléments (50) qui sont répartis sur l'une et/ou l'autre d'une face amont (14a) d'extrémité axiale ou d'une face aval (14b) d'extrémité axiale de la toile (14) et/ou qui sont répartis autour de l'axe principal de l'organe, ledit ou lesdits éléments (50) étant formés à distance des orifices (28) de la toile (14), le procédé comportant :
- une première étape de détermination, au niveau de chaque orifice (28) de la toile (14), d'une contrainte orientée radialement par rapport à l'axe principal du rotor et d'une contrainte orientée tangentiellement par rapport à l'axe principal du rotor, pour la toile (14) ne comportant pas de renfoncement (36) ;
- une deuxième étape de détermination de la superficie sur laquelle ledit renfoncement (36) est destiné à s'étendre en fonction de la surface de la face amont (14a) et/ou de la face aval (14b) ;
- une troisième étape de détermination de la profondeur dudit renfoncement (36), mesurée selon l'axe principal du rotor, à partir d'une première équation mettant en relation la valeur de la profondeur du renfoncement (36) avec la modification de la contrainte tangentielle et d'une deuxième équation mettant en relation la valeur de la profondeur du renfoncement (36) avec la modification de la contrainte radiale ;
- une quatrième étape de détermination de la forme géométrique du renfoncement (36), en vue en projection axiale selon l'axe principal A du rotor.
L'optimisation des dimensions du renfoncement permet d'optimiser la répartition de contraintes dans la toile de l'organe de rotor et permet aussi de réduire significativement la quantité de matière formant cette toile.
De préférence, la première équation s'écrit Aatang = (Cl * ^renfoncement P Dl) * Prenfoncement, dans laquelle le terme Aotang représente la modification de la contrainte orientée tangentiellement, le terme Cl est une constante prédéfinie, qui est, de préférence, comprise dans l'intervalle [8; 12], le terme ^renfoncement représente la surface du renfoncement (36) qui a été déterminée à l'issue de la deuxième étape, le terme Dl est une constante prédéfinie qui est, de préférence, comprise dans l'intervalle [-90; -50] et le terme Prentoncement représente la profondeur du renfoncement (36) qui sera déterminée à l'issue de la troisième étape.
De préférence, la deuxième équation s'écrit ΔσΓαά = A2 * Prenfoncement’ dans laquelle, le terme Δσταάreprésente la modification de la contrainte orientée radialement, le terme Prenfoncementreprésente la profondeur du renfoncement (36) qui sera déterminée à l'issue de la troisième étape et le terme A2 est une constante prédéfinie, qui est, de préférence, comprise dans l'intervalle [27 ; 38],
De préférence, la troisième étape consiste à calculer la valeur de la profondeur du renfoncement (36) pour laquelle la contrainte orientée tangentiellement devient égale à la valeur de la contrainte orientée radialement.
De préférence, la profondeur du renfoncement (36) est définie par l'équation Profondeur renfoncement = (-a'ad 1-οττ I * (Ep toile), dans \°rad i*ïôô_&tang i\(^^*Srenfoncern.ent+^^)/ laquelle le terme Ep toile est l'épaisseur initiale de la toile (14).
De préférence, la troisième étape comporte une phase de détermination de la répartition de la profondeur de chaque élément du renfoncement (36) sur l'une et/ou l'autre de la face amont (14a) et de la face aval (14b) de la toile (14) en fonction de la répartition axiale des contraintes au niveau de chaque orifice (28).
De préférence, les éléments (50) du renfoncement (36) sur chaque face de la toile (14) ont la même profondeur et la profondeur du renfoncement (36) est égale à la somme de la profondeur des éléments (50) sur la face amont (14a) avec la profondeur des éléments (50) sur la face aval (14b) de la toile (14).
De préférence, ladite face amont (14a) et/ou ladite face aval (14b) de la toile (14) est destinée à être fixée à une face en vis-à-vis d'un composant du rotor, et dans lequel la deuxième étape consiste à déterminer la superficie du renfoncement (36) de manière telle que la superficie restante de ladite face amont (14a) et/ou ladite face aval (14b) est suffisamment importante pour satisfaire au moins l'une des conditions suivantes :
permettre de transmettre un couple entre la toile (14) et ledit composant ;
résister au matage provoqué par la fixation de la toile (14) avec ledit composant.
De préférence, la quatrième étape consiste à définir la forme géométrique du renfoncement (36) sur la toile (14), en vue en projection axiale selon l'axe principal A du rotor, ainsi que le rayon de raccordement entre le renfoncement (36) et une surface restante de la face amont (14a) et/ou de la face aval (14b) de la toile (14), sur laquelle le raccordement n'est pas réalisé.
De préférence, lorsqu'à l'issue d'une étape intermédiaire de comparaison, de la première étape, il a été déterminé que la valeur de la contrainte orientée radialement est supérieure à la valeur de la contrainte orientée tangentiellement, alors les étapes suivantes du procédé ne sont pas mises en œuvre.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles :
la figure 1 est une représentation schématique en section selon un plan axial d'une partie aubagée d'une turbomachine comportant au moins un organe de rotor réalisé selon l'invention ;
la figure 2 est une représentation schématique et à plus grande échelle d'une partie d'un organe de rotor tel qu'un des organes représentés à la figure 1, montrant les secteurs angulaires permettant de définir les contraintes radiale et tangentielle ;
les figures 3 à 5 sont des vues de parties d'organes de rotor dont les toiles comportent des renfoncements réalisés selon trois modes de réalisation différents de l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On a représenté à la figure 1 une partie d'un rotor de turbomachine qui porte les aubes mobiles d'un composant de la turbine. Cette partie, aussi appelée partie aubagée, est par exemple celle d'une turbine 10 basse pression de turbomachine et elle comporte notamment plusieurs organes 12 de rotor dont chacun correspond à un étage de la turbine 10. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée aux organes de rotor de la turbine basse pression 10 et que la description de l'invention qui va suivre peut concerner toute autre partie aubagée du rotor de la turbomachine, qui appartient par exemple à la turbine haute pression , le compresseur basse pression ou le compresseur haute pression.
Chaque organe 12 de rotor est coaxial à l'axe principal A de la turbomachine et il comporte une toile radiale annulaire 14, un moyeu 16 radialement central et situé à l'extrémité radiale interne de la toile 14 et une jante 18 située à l'extrémité radiale externe de la toilel4.
La jante 18 est conformée pour supporter les aubes 20 de l'étage de la turbine 10, elle comporte à cet effet une pluralité de gorges formées dans son bord périphérique, qui reçoivent des pieds des aubes 20.
Tous les organes 12 de la turbine 10 basse pression sont solidaires les uns avec les autres en rotation autour de l'axe principal A de la turbomachine.
Pour cela, certains organes 12 comportent un flasque annulaire 24 qui s'étend axialement en direction d'un organe 12 adjacent. L'extrémité axiale libre du flasque 24 consiste en une bride annulaire 26 qui est fixée à la toile 14 de l'organe adjacent.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, en se référant à un ordre des organes allant de l'amont vers l'aval, qui sera l'orientation axiale allant de la gauche vers la droite, le premier organe 12, c'est à dire celui qui est situé le plus à gauche, comporte un flasque 24 s'étendant axialement vers l'aval jusqu'au deuxième organe ; le deuxième organe 12 comporte un flasque 24 s'étendant axialement vers l'aval jusqu'au troisième organe 12 et le quatrième organe 12 comporte un flasque 24 s'étendant axialement vers l'amont jusqu'au troisième organe 12.
Le troisième organe 12 ne comporte pas de flasque 24 et reçoit deux brides 26 situées axialement de part et d'autre de ce troisième organe 12.
Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à cette répartition des flasques 24 et que toute variante peut être concernée par la présente invention.
Dans la description qui va suivre, on fera référence à l'un des organes 12 sur lequel la bride 26 d'un flasque 24 est montée, c'est-à-dire ici l'un du deuxième ou du troisième organe 12.
La solidarisation de chaque bride 26 avec la toile 14 qui lui est associée est réalisée par boulonnage, c'est-à-dire une pluralité d'ensembles de vis 32 et d'écrous 34 qui serrent la ou les brides 26 sur la toile 14. La toile 14 comporte à cet effet une pluralité d'orifices 28 traversant la toile 14 et qui sont disposés pour être alignés avec des orifices 30 associés formés dans les brides 26.
Dans le cas ici du troisième organe 12, sur lequel la bride 26 provenant du deuxième organe 12 et la bride 26 provenant du quatrième organe 12 sont fixées, chaque orifice 28 de la toile 14 est aligné avec un orifice 30 de la bride 26 provenant du deuxième organe 12 et avec un orifice 30 de la bride 26 provenant du quatrième organe
12.
Chaque bride 26 du premier, deuxième ou quatrième organe 12 est en contact avec une face amont 14a ou une face aval 14b de la toile 14 du deuxième ou du troisième organe 12.
Chacune de la face amont 14a ou de la face aval 14b s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe principal de l'organe 12, c'est-à-dire un plan perpendiculaire à l'axe principal A de l'organe 12.
Chaque bride 26 comporte une face radiale qui vient en contact et est serrée contre la face amont 14a ou la face aval 14b de la toile 14 par les boulons 32, 34.
Lors du fonctionnement de la turbomachine, la vitesse de rotation du rotor et la température élevée régnant dans la turbomachine créent des contraintes dans la toile 14 qui sont notamment concentrées au niveau des orifices 28.
Ces contraintes comportent chacune trois composantes orientées tangentiellement, radialement ou axialement, par rapport à l'axe principal 1 du rotor.
En se référant à la figure 2, pour chaque orifice 28 de la toile 14, on définit quatre secteurs angulaires centrés sur le centre de l'orifice 28.
Ces secteurs angulaires sont obtenus par l'intersection de deux droites B perpendiculaires l'une à l'autre et inclinées à 45 degrés par rapport à une droite radiale par rapport à l'axe principal du rotor passant par le centre de l'orifice 28.
Dans la description qui va suivre, pour chaque orifice 28, on définit les contraintes tangentielles comme étant les contraintes dans la paroi de l'orifice 28 qui sont situées dans les deux secteurs angulaires opposés l'un a l'autre et incluant la droite radiale définie ci-dessus et les contrainte radiales comme étant les contraintes dans la paroi de l'orifice 28 qui sont situés dans les deux autres secteurs angulaires. Enfin, on définit les contraintes axiales comme étant les contraintes dans la paroi de l'orifice 28 qui sont orientées parallèlement à l'axe principal A du rotor.
Pour que la répartition des contraintes dans la toile 14 soit plus homogène, comme on peut le voir aux figures 3 à 5, l'une et/ou l'autre de la face amont 14a et aval 14b de la toile 14 comporte un renfoncement 36 qui est situé axialement en retrait par rapport au reste de la face amont 14a ou de la face aval 14b.
Ce renfoncement 36 correspond à un enlèvement de matière sur la face amont 14a ou la face aval 14b d'une toile 14 à son état initial, c'est-à-dire qui ne comporte pas un tel renfoncement.36.
Le renfoncement 36 est situé dans la partie radialement interne de la toile 14, c'est-à-dire que le renfoncement 36 s'étend radialement vers l'extérieur à partir d'un bord radialement interne de la toile 14, au niveau duquel dit bord, la toile 14 est reliée au moyeu 16.
Le renfoncement 36 s'étend tout autour de l'axe principal de l'organe
12. Selon les modes de réalisation représentés aux figures 3 et 4, le renfoncement 36 consiste en un seul élément formé dans la toile 14. Selon un autre mode de réalisation représenté à la figure 5, le renfoncement 36 consiste en plusieurs éléments en retrait de la face amont 14a ou de la face aval 14b, qui sont répartis sur la toile 14, autour de l'axe principal A du rotor.
De plus, le renfoncement 36 peut être formé sur une seule de la face amont 14a ou de la face aval 14b de la toile 14 ou bien à la fois sur la face amont 14a et sur la face aval 14b de la toile 14.
Dans la description qui va suivre, on décrira les étapes successives d'un procédé permettant de définir les dimensions et la forme d'un renfoncement 36 qui est destiné à être formé sur la toile 14, généralement par un retrait de matière par rapport à une toile 14 ne comportant pas de renfoncement 36.
Selon une première étape du procédé, la contrainte axiale, la contrainte radiale et la contrainte tangentielle au niveau de chaque orifice sont évaluées.
De préférence, cette évaluation des contraintes axiale, radiale et tangentielle est réalisée par calcul selon la méthode des éléments finis.
On obtient alors, à l'issue de cette première étape, une répartition des contraintes en chaque point de l'orifice.
Le procédé a pour but de réduire la contrainte tangentielle sur l'orifice, qui est, de manière générale, supérieure à la contrainte radiale.
La première étape comporte une étape intermédiaire de comparaison de la contrainte radiale par rapport à la contrainte tangentielle.
Si, à l'issue de cette étape intermédiaire, il a été déterminé que la contrainte radiale est supérieure à la contrainte tangentielle, alors les étapes suivantes du présent procédé ne sont pas mises en œuvre.
Par contre, si, à l'issue de cette étape intermédiaire, il a été déterminé que la contrainte radiale est inférieure à la contrainte tangentielle, alors les étapes suivantes du présent procédé sont mises en œuvre.
Dans la description qui va suivre, on fera la description des étapes du procédé dans le cas pour lequel il a été déterminé que la contrainte radiale est inférieure à la contrainte tangentielle, c'est-à-dire pour lequel les étapes suivantes du procédé seront mises en œuvre.
Selon une deuxième étape du procédé, la superficie sur laquelle le renfoncement 36 est destiné à s'étendre est déterminée.
Selon cette deuxième étape, la superficie du renfoncement 36 est calculée notamment pour que la surface restante de la face amont 14a et/ou de la face aval 14b de la toile 14, sur laquelle le renfoncement 36 est formé, est suffisamment importante pour le fonctionnement du rotor.
Cette surface restante est la partie de la surface de la face amont 14a et/ou de la face aval 14b de la toile 14 qui ne comporte pas le renfoncement 36. La superficie de cette surface restante est donc complémentaire de la superficie du renfoncement 36.
Cette surface restante doit être suffisamment étendue pour permettre la transmission de couple par l'assemblage boulonné entre la toile 14 et le composant auquel la toile 14 est fixée. Aussi cette surface restante doit être suffisamment importante pour qu'il n'y ait pas de matage provoqué par le serrage de la liaison boulonnée, pour que la liaison boulonnée puisse résister lorsque le rotor subit la perte d'un aubage.
La superficie du renfoncement 36 est calculée pour les deux faces amont 14a et aval 14b de la toile 14 et, de préférence, la superficie du renfoncement 36 qui est déterminée à l'issue de cette étape de calcul est identique pour la face amont 14a et pour la face aval 14b de la toile 14.
Selon une troisième étape du procédé, la profondeur du renfoncement est calculée.
En réalisant le renfoncement 36, la valeur de la contrainte tangentielle et la valeur de la contrainte radiale varient. Ces variations des contraintes sont telles que la contrainte tangentielle diminue lorsque la profondeur du renfoncement augmente, ce qui augmente la durée de vie de la toile au niveau des orifices.
Cependant, la variation de la contrainte radiale est inverse à celle de la contrainte tangentielle, c'est-à-dire que lorsque la profondeur du renfoncement 36 augmente, c'est-à-dire que la valeur de la contrainte tangentielle diminue, la valeur de la contrainte radiale augmente, ce qui a pour conséquence de limiter la possibilité de diminuer la profondeur du renfoncement 36.
Ainsi, la troisième étape consiste à déterminer la valeur de la profondeur du renfoncement 30 pour laquelle la valeur de la contrainte tangentielle est suffisamment basse afin d'augmenter la durée de vie de la toile 14 au niveau des orifices 30, sans que la valeur de la contrainte radiale soit trop élevée pour qu'elle réduise à son tour la durée de vie de la toile 14 au niveau des orifices 30.
Selon un mode de réalisation préféré, la troisième étape consiste à déterminer la valeur de la profondeur du renfoncement 36 pour laquelle la valeur de la contrainte tangentielle est égale à la valeur de la contrainte radiale.
Pour mettre en oeuvre cette troisième étape, on utilise deux équations dont la première équation met en relation la valeur de la profondeur du renfoncement avec la modification de la contrainte tangentielle et la deuxième équation met en relation la valeur de la profondeur du renfoncement avec la modification de la contrainte radiale.
La modification de l'une ou l'autre de la contrainte tangentielle ou de la contrainte radiale est la variation de cette contrainte entre un état initial de la toile 14 de l'organe 12, c'est-à-dire lorsque la toile 14 ne comporte pas de renfoncement 36 et un état modifié de la toile 14, c'est-à-dire lorsque le renfoncement 36 a été réalisé. Cette modification est calculée en faisant la différence entre la valeur de la contrainte considérée à l'état initial de la toile 14 et la valeur de la contrainte considérée à l'état modifié de la toile 14.
Par expérience et analyse, il a été montré que la variation de la contrainte radiale et de la contrainte tangentielle est proportionnelle à la variation de la profondeur du renfoncement 36, lorsque la surface et la forme géométrique du renfoncement restent constantes.
A partir de cela, la première équation est déterminée pour que la variation de la contrainte tangentielle soit proportionnelle à la variation de la profondeur du renfoncement et pour que la contrainte tangentielle diminue lorsque la profondeur du renfoncement augmente.
La première équation est aussi déterminée à partir du fait que la contrainte tangentielle diminue lorsque la superficie du renfoncement augmente et à partir du fait que la contrainte tangentielle diminue lorsque la superficie du renfoncement 36 augmente.
Il en résulte que la première équation s'écrit :
(1) A(Jtang ~ (Cl * Srenfoncement + Di~) * Prenfoncement
Dans cette première équation, le terme Aatang représente la modification de la contrainte orientée tangentiellement, le terme Cl est une constante prédéfinie, le terme SrenfOncement représente la surface du renfoncement qui a été déterminée à l'issue de la deuxième étape, le terme Dl est une constante prédéfinie et le terme Prenfoncement représente la profondeur du renfoncement qui sera déterminée à l'issue de la troisième étape.
La valeur de constante Cl est comprise dans l'intervalle [8; 12] et est de préférence égale à 10,4. La constante Dl est comprise dans l'intervalle [-90; -50] et est de préférence égale à -75,1. Ces valeurs des constantes Cl et Dl sont déterminées par analyse de données issues d'une pluralité de tests.
Dans cette équation, le iermeSrenfOncement, représentatif de la surface du renfoncement, est défini par le rapport entre la surface du renfoncement déterminée à l'issue de la deuxième étape avec la surface initiale de la toile 14. Il est ainsi déterminé à partir de l'équation suivante :
c _ Surface du renfoncement ^renfoncement ~ Surface initiale de la toile
La modification de la contrainte tangentielle est, de préférence, le pourcentage de la modification de la contrainte tangentielle, elle est ainsi déterminée à partir de l'équation suivante :
(3) Aatanq = a^^tang, * 1θθ ° fftang 1
Dans cette équation, le terme CTtangl représente la contrainte tangentielle au niveau de l'orifice 28 de la toile 14 avant la réalisation du renfoncement
36, qui a donc été déterminée lors de la première étape du procédé et le terme CTtang2 représente la contrainte tangentielle au niveau de l'orifice 28 de la toile 14 après la réalisation du renfoncement 36.
De plus, et comme on l'a dit ci-dessus, la variation de la contrainte radiale est proportionnelle à la variation de la profondeur du renfoncement 36, lorsque la surface et la forme géométrique du renfoncement restent constantes.
A partir de cela, la deuxième équation est déterminée pour que la variation de la contrainte radiale soit proportionnelle à la variation de la profondeur du renfoncement et pour que la contrainte radiale augmente lorsque la profondeur du renfoncement augmente.
II en résulte que la deuxième équation s'écrit :
(4) A<Jrad — A2 * Prenfoncement
Dans cette deuxième équation, le terme Aarad représente la modification de la contrainte orientée radialement, le terme Prenfoncement représente ici aussi la profondeur du renfoncement 36 qui sera déterminée à l'issue de la troisième étape et le terme A2 est une constante prédéfinie.
La valeur de la constance A2 est comprise dans l'intervalle [27 ; 38] et elle est de préférence égale à 30.8. La valeur de cette constante A2 est déterminée par analyse de données issues d'une pluralité de tests.
La modification de la contrainte radiale est, de préférence, le pourcentage de la modification de la contrainte radiale, elle est ainsi déterminée à partir de l'équation suivante :
(5) Δσναά = * 10Q arad 1
Dans cette équation, le terme oradl représente la contrainte radiale dans la toile 14, au niveau de l'orifice 28, avant la réalisation du renfoncement 36, qui a donc été déterminée lors de la première étape du procédé et le terme orad2 représente la contrainte radiale dans la toile 14, au niveau de l'orifice 28, après la réalisation du renfoncement 36.
Pour les deux équations, le terme Prenfoncement représentatif de la profondeur du renfoncement, est défini à partir de la somme des profondeurs des deux parties du renfoncement 36 formées respectivement sur la face amont 14a et la face aval 14b de la toile 14.
Ce terme est ainsi défini à partir de l'équation suivante :
n _Profondeurrefoncement ri3) ‘renfoncement ~ ~Ëptôüe
Dans cette équation, la profondeur du renfoncement est la somme des profondeurs axiales des deux parties du renfoncement 36 définies ci-dessus, le terme Ep toile désigne quant à lui l'épaisseur de la toile 14 mesurée selon la direction axiale de l'organe 12.
Comme on l'a dit précédemment, pour obtenir la profondeur du renfoncement 36, on utilise la première équation et la deuxième équation et on associe ces deux équations avec le obtenir des contraintes radiales et tangentielles égales après la réalisation du renfoncement 36.
C'est-à-dire, à partir des termes utilisés ci-dessus, on cherche à égaler les termes otang2 et orad2
A partir des équations (1) et (3), on a l'égalité (1) =(3) soit l'équation suivante :
(7) ùatanq = σ^2~σ^3 , loo = a atang 1 (Cl * s, renfoncement renfoncement (8) & tan g 2 \ \ i on * $r enfoncement + , 00 ) * ^r enfoncement I * @tang 1 + @tang 1 en ressort une détermination de la contrainte tangentielle otang2 :
(ci \Vioo l'équation suivante :
(9) Δσταα = ^77*“ * 100 =
Il en ressort une détermination de la contrainte radiale orad2 :
(10) drad 2 — (ïôô * ^renfoncement) * @rad 1 + @rad 1
Par conséquent, en égalisant la contrainte radiale avec la contrainte tangentielle : atang2 = arad2 (11) ^Qoo * ^renfoncement + ïôô) * ^renfoncement') * ^tang 1 + ^tang 1 —
A2
100 ^renfoncement) * @rad 1 + @rad 1
On obtient ainsi, en utilisant l'équation (6) (12) Profondeur renfoncement = (--gtnnfci ffrnd 1-dît ) * (Ep toile) \&rad i*ïôô_Gtang i\(^^*Srenfoncement+^())/
Après avoir déterminé la profondeur totale du renfoncement, et selon une deuxième phase de cette troisième étape, la répartition de la profondeur du renfoncement 36 sur les deux faces amont 14a et aval 14b de la toile 14 est mise en œuvre.
Cette deuxième phase prend en compte la répartition axiale des contraintes, et en particulier l'endroit où la contrainte déterminée selon le critère de Von Mises, que l'on appellera par la suite contrainte VM est maximale.
Si cet endroit est centré axialement sur l'orifice 28, le renfoncement 36 sera alors réalisé sur la face amont 14a et sur la face aval 14b de la toile, avec des profondeurs similaires.
Si l'endroit où la contrainte VM est maximale est peu décalé axialement par rapport au centre axial de la toile 14, alors le renfoncement 36 sera réalisé sur la face amont 14a et sur la face aval 14b de la toile 14, avec des profondeurs différentes.
La répartition des profondeurs est définie pour décaler axialement la contrainte VM résultante vers le milieu de l'épaisseur axiale de la toile 14.
Enfin, si l'endroit où la contrainte VM est maximale est fortement décalé axialement par rapport au centre axial de la toile 14, alors le renfoncement 36 sera réalisé uniquement sur l'une de la face amont 14a ou de la face aval 14b de la toile 14.
Par conséquent, à l'issue de la troisième étape, la profondeur du renfoncement 36, ainsi que la répartition de ce renfoncement sur la face amont 14a et/ou sur la face aval 14b de la toile 14 sont obtenues, en plus de la superficie du renfoncement 36 obtenue à l'issue de la deuxième étape.
Le procédé comporte une quatrième étape de définition de la forme géométrique du renfoncement 36 sur chaque face 14a, 14b de la toile 14, en vue en projection axiale selon l'axe principal A du rotor.
On a représenté aux figures 3, 4 et 5 des exemples de formes du renfoncement 36. Selon chacun des modes de réalisation représentés aux figures 3 et 4, le renfoncement 36 est constitué d'un seul élément formé sur chaque face 14a, 14b de la toile 14 et chaque élément est centré sur, et est réparti autour de l'axe principal A du rotor. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 5, le renfoncement 36 est réalisé en plusieurs éléments distribués sur chaque face 14a, 14b de la toile 14 et répartis autour de l'axe principal A du rotor.
Il sera compris que la forme géométrique du renfoncement 36 n'est pas limitée à celle représentée aux figures 3 à 5 et que celui-ci peut avoir toute autre forme géométrique adaptée.
Selon l'exemple représenté à la figure 3, le renfoncement 36 entoure en partie les orifices 28 de la toile 14, c'est-à-dire que le bord radialement externe du renfoncement 36 s'étend à distance et est situé radialement en retrait vers l'intérieur par rapport aux orifices 28.
Le renfoncement 36 est constitué d'une alternance de premières parties 38 qui sont situées circonférentiellement, autour de l'axe principal A, au niveau des orifices 28 de la toile 14 et de deuxièmes parties 40 situées entre deux premières parties 38 adjacentes, de manière à former un élément unique.
Chaque première partie 38 du renfoncement 36 comporte un bord d'extrémité radiale externe 42 qui s'étend autour et à distance d'un orifice 28 de la toile
14.
Ici, le bord 42 externe de chaque première partie 38 forme un arc de cercle ouvert radialement vers l'extérieur et centré sur le centre de l'orifice 28 associé.
Chaque deuxième partie 40 du renfoncement 36 comporte un bord 44 d'extrémité radiale externe qui est décalé radialement vers l'extérieur par rapport au bord 42 externe de chaque première partie 38.
Le bord externe 44 de chaque deuxième partie 40 est rectiligne et orienté perpendiculairement à une direction radiale par rapport à l'axe principal de l'organe 12.
Selon une variante de réalisation non représentée, le bord externe 44 de chaque deuxième partie 40 est en forme d'arc de cercle, qui est, de préférence, centré sur l'axe principal de l'organe 12.
Le bord externe 44 de chaque deuxième partie 40 est en outre décalé radialement vers l'extérieur par rapport aux orifices 28 de la toile 14.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure 4, le renfoncement 36 entoure en totalité les orifices 28 de la toile 14. Le bord externe 46 du renfoncement 36 est donc décalé radialement vers l'extérieur par rapport aux orifices 28.
Le renfoncement 36 comporte aussi des bords 48 de jonction avec le reste de la face amont 14a, ou aval 14b qui sont circulaires et qui entourent les orifices 28. Chaque bord 48 de jonction est centré sur le centre de l'orifice associé et son rayon est supérieur au rayon de l'orifice 28 associé.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure 5, le renfoncement 36 est réalisé sur une bride de fixation d'un organe de turbomachine.
Ici, le renfoncement 36 est réalisé uniquement sur la face aval 14b de la toile 14 et il est composé d'une pluralité d'éléments 50 répartis autour de l'axe principal A du rotor.
Chacun des éléments 50 est situé globalement à la même position radiale que les orifices 28 par rapport à l'axe principal A du rotor et chaque élément 50 est situé circonférentiellement entre deux orifices 28.
La forme de chaque élément 50 est ici oblongue. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à cette forme des éléments 50 qui peut être toute autre forme adaptée.
En plus de la forme du renfoncement 36, la quatrième étape consiste aussi à déterminer le rayon de raccordement au niveau de chaque bord 42, 44, 46, 48 du renfoncement 36 avec la surface restante de la face amont 14a et/ou la face aval 14b de la toile 14.
Ce rayon de raccordement est déterminé pour limiter la contrainte dans la toile au niveau de ce raccordement, en fonction de la profondeur du renfoncement 36 sur la face 14a, 14b de la toile 14.
La forme géométrique finale du renfoncement 36, en vue en projection axiale selon l'axe principal A du rotor, est en outre définie à partir de contraintes d'usinage et de faisabilité de cette forme, pour limiter le coût de réalisation de la forme.
En particulier, il faut que la forme finale du renfoncement minimise le nombre de passes d'un outil destiné à former le renfoncement 36.
L'utilisation des équations mentionnées précédemment pour la définition des dimensions et de la forme du renfoncement 36 permet de réaliser un dimensionnement initial de chaque toile 14, ce qui permet par la suite de réduire le nombre d'itérations qui seront nécessaire pour réaliser une optimisation 3D et multi instants de la pièce du rotor. Le procédé qui vient d'être décrit permet donc de gagner du temps.
L'invention qui vient d'être décrite trouve une application dans le dimensionnement des orifices de liaisons boulonnées d'organes aubagés de type turbine basse Pression ou compresseur haute pression. Elle s'applique également à des organes de liaison non aubagés, tel qu'un tourillon. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ces exemples d'application et que tout aménagement peut être concerné par la présente invention.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de détermination des dimensions d'au moins un renfoncement (36) à réaliser dans une toile (14) d'un organe de rotor, dans lequel ladite toile (14) est annulaire, s'étend dans un plan radial par rapport à un axe principal du rotor et comporte une pluralité d'orifices (28) de fixation de la toile (14) à un autre composant du rotor, qui sont répartis régulièrement autour de l'axe principal (A) du rotor, dans lequel ledit renfoncement (36) est réalisé en un seul élément ou en plusieurs éléments (50) qui sont répartis sur l'une et/ou l'autre d'une face amont (14a) d'extrémité axiale ou d'une face aval (14b) d'extrémité axiale de la toile (14) et/ou qui sont répartis autour de l'axe principal de l'organe, ledit ou lesdits éléments (50) étant formés à distance des orifices (28) de la toile (14), le procédé comportant :
    - une première étape de détermination, au niveau de chaque orifice (28) de la toile (14), d'une contrainte orientée radialement par rapport à l'axe principal du rotor et d'une contrainte orientée tangentiellement par rapport à l'axe principal du rotor, pour la toile (14) ne comportant pas de renfoncement (36) ;
    - une deuxième étape de détermination de la superficie sur laquelle ledit renfoncement (36) est destiné à s'étendre en fonction de la surface de la face amont (14a) et/ou de la face aval (14b) ;
    - une troisième étape de détermination de la profondeur dudit renfoncement (36), mesurée selon l'axe principal du rotor, à partir d'une première équation mettant en relation la valeur de la profondeur du renfoncement (36) avec la modification de la contrainte tangentielle et d'une deuxième équation mettant en relation la valeur de la profondeur du renfoncement (36) avec la modification de la contrainte radiale ;
    - une quatrième étape de détermination de la forme géométrique du renfoncement (36), en vue en projection axiale selon l'axe principal A du rotor.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première équation s écrit Aotang (Cl * Srenfoncemenj + Dl) * Prenfoncement' dans laquelle le terme Aotang représente la modification de la contrainte orientée tangentiellement, le terme Cl est une constante prédéfinie, qui est, de préférence, comprise dans l'intervalle [8; 12], le terme Srenfoncement représente la surface du renfoncement (36) qui a été déterminée à l'issue de la deuxième étape, le terme DI est une constante prédéfinie qui est, de préférence, comprise dans l'intervalle [-90; -50] et le terme Prenfoncement représente la profondeur du renfoncement (36) qui sera déterminée à l'issue de la troisième étape.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième équation s'écrit ΔσΓαά = A2 * Prenfoncement> dans laquelle, le terme ΔσΓαάreprésente la modification de la contrainte orientée radialement, le terme Prenfoncement représente la profondeur du renfoncement (36) qui sera déterminée à l'issue de la troisième étape et le terme A2 est une constante prédéfinie, qui est, de préférence, comprise dans l'intervalle [27; 38],
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième étape consiste à calculer la valeur de la profondeur du renfoncement (36) pour laquelle la contrainte orientée tangentiellement devient égale à la valeur de la contrainte orientée radialement.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la profondeur du renfoncement (36) est définie par l'équation Pro fondeur renfoncement = (-35-ffrndl-ôït) * (Ep toile), dans laquelle le terme Ep toile est \°rad i*ïôô_&tang i\^^*Srenfoncern.ent+^^)J l'épaisseur initiale de la toile (14).
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième étape comporte une phase de détermination de la répartition de la profondeur de chaque élément du renfoncement (36) sur l'une et/ou l'autre de la face amont (14a) et de la face aval (14b) de la toile (14) en fonction de la répartition axiale des contraintes au niveau de chaque orifice (28).
  7. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les éléments (50) du renfoncement (36) sur chaque face de la toile (14) ont la même profondeur et la profondeur du renfoncement (36) est égale à la somme de la profondeur des éléments (50) sur la face amont (14a) avec la profondeur des éléments (50) sur la face aval (14b) de la toile (14).
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite face amont (14a) et/ou ladite face aval (14b) de la toile (14) est destinée à être fixée à une face en vis-à-vis d'un composant du rotor, caractérisé en ce que la deuxième étape consiste à déterminer la superficie du renfoncement (36) de manière telle que la superficie restante de ladite face amont (14a) et/ou ladite face aval (14b) est suffisamment importante pour satisfaire au moins l'une des conditions suivantes :
    permettre de transmettre un couple entre la toile (14) et ledit composant ;
    résister au matage provoqué par la fixation de la toile (14) avec ledit composant.
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quatrième étape consiste à définir la forme géométrique du renfoncement (36) sur la toile (14), en vue en projection axiale selon l'axe principal A du rotor, ainsi que le rayon de raccordement entre le renfoncement (36) et une surface restante de la face amont (14a) et/ou de la face aval (14b) de la toile (14), sur laquelle le raccordement n'est pas réalisé.
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsqu'à l'issue d'une étape intermédiaire de comparaison, de la première étape, il a été déterminé que la valeur de la contrainte orientée radialement est supérieure à la valeur de la contrainte orientée tangentiellement, alors les étapes suivantes du procédé ne sont pas mises en œuvre.
    S. 60320
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