FR3059360A1 - Fixation d'un carter dans une turbomachine - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une turbomachine comprenant un bras radial structural d'un carter amont relié à un bras structural d'un carter aval par un carénage (26a) fixé au bras du carter amont (ou aval, respectivement) par des moyens (28) de fixation rigide dans toutes les directions et au bras structural du carter aval (ou amont, respectivement) par des moyens (34) de liaison configurés pour autoriser une liaison appui plan selon un plan sensiblement radial et axial.

Description

Titulaire(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : ERNEST GUTMANN - YVES PLASSERAUD SAS.
£>4/ FIXATION D'UN CARTER DANS UNE TURBOMACHINE.
tü/J L'invention concerne une turbomachine comprenant un bras radial structural d'un carter amont relié à un bras structural d'un carter aval par un carénage (26a) fixé au bras du carter amont (ou aval, respectivement) par des moyens (28) de fixation rigide dans toutes les directions et au bras structural du carter aval (ou amont, respectivement) par des moyens (34) de liaison configurés pour autoriser une liaison appui plan selon un plan sensiblement radial et axial.
FR 3 059 360 - A1
FIXATION D’UN CARTER DANS UNE TURBOMACHINE
La présente invention concerne la fixation d’un carénage entre deux bras de deux carters axialement distants.
Classiquement, une turbomachine comprend plusieurs carters, notamment un carter intermédiaire structural et un carter aval comprenant chacun plusieurs bras radiaux structuraux répartis circonférentiellement. Certains des bras radiaux du carter intermédiaire permettent le passage de servitudes notamment d’un arbre de transmission de puissance du corps haute pression vers un boîtier d’accessoires.
Ces bras radiaux traversent la veine annulaire d’air contournant le générateur de gaz.
Afin de limiter les perturbations dans l’écoulement d’air entre les bras du carter intermédiaire amont et les bras du carter aval, il est connu de fixer des carénages s’étendant sensiblement axialement et radialement entre les deux bras précités et qui sont agencés en vis-à-vis circonférentiel. Ces carénages couvrent au moins partiellement lesdits deux bras successifs. Ces carénages évitent ainsi les circulations d’air dans l’espace axial entre les deux bras, ce qui permet à la turbomachine d’avoir de meilleures performances.
Toutefois, les vibrations de la turbomachine engendrent des mouvements relatifs des bras du carter amont par rapport aux bras du carter aval. La fixation rigide des carters sur les bras peut alors provoquer un cisaillement des carénages et donc leur destruction.
Pour cela, il est connu de ne fixer rigidement les carénages que sur un premier bras, la fixation sur le second bras étant souple, c’est-à-dire qu’elle permet aux carénages d’avoir un mouvement relatif par rapport au second bras.
La figure 1 illustre un premier moyen de fixation souple de l’art antérieur. Le carénage 2 est monté sur un bras 4 au moyen d’une cornière 6, d’une part, reliée rigidement au carter 2 par un moyen de fixation 8 et, d’autre part, montée sur un amortisseur 10 en élastomère solidaire du bras 4. Ainsi, le carénage 2 peut avoir un mouvement axial représenté par la double flèche 12, ce qui réduit fortement, voir supprime, l’effet de cisaillement du carénage 2 entre les bras.
Ce moyen de fixation n’est toutefois pas entièrement satisfaisant en ce qu’il est encombrant, en ce que l’élastomère peut sécher, notamment à cause des températures élevées de la turbomachine, et en ce que le déplacement du carénage 2 par rapport au bras 4 est mal maîtrisé.
Un second moyen de fixation souple de l’art antérieur est représenté sur la figure 2. Les éléments communs avec l’art antérieur précédemment portent les mêmes références numériques. Dans cette solution, le carénage 2 est monté sur le bras 4 par l’intermédiaire d’un support 14 flexible. Le support 14 flexible est en l’espèce une tôle comprenant au moins un pli et est rigidement fixé à ses extrémités au carénage 2 et au bras 4 par des moyens de fixation 8.
Ainsi, le carénage 2 peut avoir un mouvement axial représenté par la double flèche 12’ et un mouvement transversal, représenté par la flèche 12”, perpendiculaire au mouvement axial.
Ce moyen de fixation n’est pas non plus satisfaisant en ce que la tenue en vibration du support 14 flexible est faible du fait que la tôle forme un bon support de propagation des vibrations du bras 4 vers le carénage 2, et en ce que le support 14 flexible représente une masse non négligeable alourdissant la turbomachine.
L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes précités.
A cet effet, l’invention propose, une turbomachine comprenant un bras radial structural d’un carter amont relié à un bras radial structural d’un carter aval par un carénage fixé au bras du carter amont (ou aval, respectivement) par des moyens de fixation rigide dans toutes les directions et au bras structural du carter aval (ou amont, respectivement) par des moyens de liaison configurés pour autoriser une liaison appui plan selon un plan sensiblement radial et axial.
Le plan sensiblement radial et axial est défini par un axe de rotation de la turbomachine et par un axe radial perpendiculaire audit axe de rotation.
Cette fixation du carénage permet de rendre la liaison avec l’un des bras suffisamment souple pour limiter voire supprimer l’effet de cisaillement du carénage causé par le mouvement relatif des bras l’un par rapport à l’autre tout en permettant au carénage de se déplacer axialement et radialement par rapport à l’un des bras de manière contrôlée.
Selon un aspect, les moyens de liaison comprennent une liaison boulonnée dont l’écrou serre un support solidaire du carter aval (ou amont, respectivement) sur une tête de la vis et délimite un premier jeu annulaire avec une surface interne d’un orifice du carénage dans lequel est engagée la vis.
Tout en maintenant le carénage sur l’un des bras, l’écrou autorise au carénage un mouvement par rapport audit bras.
L’écrou peut comprendre un épaulement annulaire en vis-à-vis, selon l’axe de la vis, de la périphérie de l’orifice du carénage. L’épaulement peut être formé sur une collerette annulaire de l’écrou au moins partiellement logée dans un lamage coaxial à l’orifice du carénage.
La collerette permet de maintenir le carénage avec le bras auquel il est fixé et le lamage permet de noyer au moins partiellement l’écrou du second moyen de fixation, au bénéfice de la compacité de l’ensemble.
Avantageusement, le premier jeu annulaire est délimité intérieurement par une première partie formant une entretoise entre le support et la collerette annulaire.
La conception de l’écrou permet alors de calibrer avec précision le premier jeu pour assurer un contrôle optimal du déplacement du carénage.
Selon un aspect de l’invention, la périphérie externe de la collerette délimite un second jeu annulaire avec une surface cylindrique interne du lamage.
Ce second jeu peut avoir une fonction de butée de secours pour limiter le déplacement du carénage en cas de mauvaises tolérances géométriques de l’ouverture ou de la première partie de l’écrou par exemple.
De préférence, le premier jeu et/ou le second jeu annulaire sont compris entre 2 mm et 5 mm.
Le carénage peut alors se déplacer pour éviter les contraintes de cisaillement sans pour autant avoir une amplitude de déplacement trop importante synonyme de difficulté de contrôle et de potentielle création de perturbation(s) dans l’écoulement du flux d’air.
Selon un mode de réalisation, le bras de carter amont et le bras de carter aval sont positionnés à 6h ou 12h, le bras de carter amont étant un bras de servitude de carter intermédiaire et le bras de carter aval étant un bras structural de passage d’efforts qui est agencé en aval du bras de carter amont.
Ces bras ont pour particularité de traverser les veines de la turbomachine dans lesquelles circule le flux d’air, ce qui nécessite la présence d’un carénage entre eux, le carénage étant fixé comme décrit précédemment pour répondre aux inconvénients de l’art antérieur.
Le présent document concerne également une turbomachine comprenant un bras radial structural d’un carter amont relié à un bras structural d’un carter aval par un carénage fixé à au moins l’un du bras radial du carter amont et du bras radial du carter aval par des moyens de liaison configurés pour autoriser une liaison appui plan selon un plan sensiblement radial et axial.
Les deux bras radiaux des carters amont et aval pourraient également être reliés au carénage par une liaison appui-plan selon un plan sensiblement radial et axial.
Les moyens de liaison peuvent, dès lors, être similaires à ce qui a été évoqué précédemment.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique représentant la fixation d’un carénage sur un bras selon une première solution de l’art antérieur ;
- la figure 2 est une vue schématique représentant la fixation d’un carénage sur un bras selon une première solution de l’art antérieur ;
- la figure 3 est une vue schématique d’une turbomachine comprenant deux bras espacés axialement entre lesquels s’étend deux carénages en vis-à-vis circonférentiel ;
- la figure 4 est une vue de dessus de la turbomachine de la figure 3 montrant la fixation du carénage sur deux supports chacun solidaire de l’un des bras ;
- la figure 5 est une vue schématique montrant la fixation du carénage sur chacun des deux supports et les mouvements admis par le carénage ;
- la figure 6 est une vue en coupe selon le plan de coupe VI-VI de la figure 5 montrant une fixation particulière du carénage sur l’un des supports, et
- la figure 7 est une vue schématique montrant la fixation du carénage sur chacun des deux supports, selon une autre réalisation.
On a représenté sur les figure 3 et 4, une turbomachine 16 comprenant un bras 18 radial structural d’un carter 20 amont, un bras 22 structural d’un carter 24 aval, et deux carénages 26a, 26b en vis-à-vis circonférentiel reliant les deux bras 18, 22. Selon un aspect, le bras 18 du carter 20 amont et le bras 22 du carter 24 aval sont positionnés à 6h ou 12h, le bras 18 du carter 20 amont étant un bras de servitude du carter intermédiaire et le bras 22 du carter 24 aval étant un bras structural de passage d’efforts qui est agencé en aval du bras 18 du carter 20 amont.
L’extrémité amont du carénage 26a, 26b est fixée au bras 18 du carter 20 amont (ou au bras 22 du carter 24 aval) par des moyens 28 de fixation rigide dans toutes les directions et son extrémité aval est reliée au bras 22 structural du carter 24 aval (ou au bras 18 du carter 20 amont, respectivement) par des moyens 34 de liaison configurés pour autoriser une liaison appui plan selon un plan sensiblement radial et axial.
Par liaison appui plan, on entend qu’il existe trois mouvements possibles pour une pièce (ici le carénage 26a, 26b) par rapport à une autre (ici l’un des bras 18, 22), à savoir deux translations coplanaires perpendiculaires l’une par rapport à l’autre et une rotation autour d’un axe sensiblement perpendiculaire au plan des deux translations. Cette définition sera expliquée plus en détails dans la suite de cette description, en référence aux figures 4, 5 et 6.
Plus précisément, comme illustré sur la figure 4, afin de faciliter le montage et le démontage des carénages 26a, 26b, ceux-ci sont montés sur des supports 18a, 22a solidaires du bras 18 de carter 20 amont et du bras 22 du carter 24 aval, respectivement. Ces supports 18a, 22a sont en l’espèce des tôles pliées, avantageusement pourvues de renforts (non visibles) pour ne pas se déformer lorsque la turbomachine 16 est en fonctionnement.
Les moyens 28 de fixation rigide sont en l’espèce des liaisons boulonnée comprenant chacune une vis 30 en prise hélicoïdale avec un écrou 32 (figure 5). Ainsi, comme cela est visible sur les figures 4 à 6, les carénages 26a, 26b sont montés sur l’un des supports 18a, 22a de l’un des bras 18, 22 et maintenu sur celui-ci par serrage de l’écrou 32 sur une tête 30a de la vis 30.
Les moyens 34 de liaison sont en l’espèce des liaisons boulonnées comprenant chacune une vis 36 et un écrou 38, l’écrou 38 serrant le support 22a du bras 22 de carter 24 aval (ou le support 18a du bras 18 du carter 20 amont, respectivement) sur une tête 36a de la vis 36.
En référence à la figure 6, le carénage 26a, 26b comprend, pour chaque second moyen 34 de liaison, un orifice 40 délimité par une surface interne 40a et présentant un premier diamètre D1. C’est dans cet orifice 40 que passe la vis 36 du second moyen 34 de liaison.
L’écrou 38 présente un diamètre D2 inférieur au diamètre D1 de l’orifice 40 qui délimite un premier jeu J1 annulaire avec la surface 40a interne de l’orifice 40 du carénage 26a, 26b. Ce premier jeu J1 est particulièrement visible sur la figure 6.
L’écrou 38 du second moyen 34 de liaison comprend également un épaulement 38a annulaire formé par une collerette 38b annulaire de l’écrou 38 en vis-à-vis, selon l’axe de la vis 36, de la périphérie de l’orifice 40 du carénage 26a, 26b.
Plus précisément, le premier jeu J1 annulaire est délimité intérieurement par une première partie 38c de l’écrou, formant une entretoise entre le support 18a, (ou 22a respectivement) et la collerette 38b annulaire.
Selon un mode de réalisation représenté à la figure 6, le carénage comprend également un lamage 42 coaxial à l’orifice 40 dans lequel la collerette 38b de l’écrou 38 est au moins partiellement logée.
La périphérie 38d externe de la collerette 38b délimite alors un second jeu J2 annulaire avec une surface 42a cylindrique interne du lamage 42 (figures 5 et 6).
Avantageusement le premier jeu J1 et le second jeu J2 sont égaux. En tous les cas, la relation J1 <J2 devra toujours être vérifiée.
De préférence, le premier jeu J1 annulaire et/ou le second jeu J2 annulaire sont compris entre 2 mm et 5 mm.
Afin de permettre le mouvement du carénage 26a, 26b par rapport au bras 18, 22 auquel il est fixé par le second moyen 34 de liaison, il est prévu qu’il existe un jeu J3 fonctionnel entre une surface 42b de fond du lamage 42 et l’épaulement 38a.
Ce jeu J3 fonctionnel est de très faible dimension de sorte que le carénage 26a, 26b ne puisse pas vibrer sur le bras 18, 22 auquel il est fixé par le second moyen 34 de liaison.
Avantageusement, ce jeu J3 fonctionnel est compris entre
0,004 mm et 0,02 mm.
La présence des jeux J1 et J2 annulaires et du jeu J3 fonctionnel permettent au carénage de pouvoir se déplacer par rapport au bras 18, 22 auquel il est fixé par le second moyen 34 de liaison.
Ainsi, comme représenté sur la figure 5, le carénage 26a, 26b peut se déplacer (ici par rapport au support 22a du bras 22 de carter 24 aval) axialement comme représenté par la double flèche 44, et radialement comme représenté par la double flèche 46, les déplacements axiaux et radiaux étant sensiblement coplanaires.
La rotation du carénage 26a, 26b autour d’un axe (ici la vis 36) est possible, toutefois, elle est supprimée par l’utilisation de plusieurs second moyens 34 de liaison du carénage 26a, 26b sur le support 22a du bras 22 de carter 24 aval. Ces mouvements forment alors la liaison appui plan précédemment décrite.
La fixation du carénage 26a, 26b au bras 18 de carter 20 amont et au bras 22 de carter 24 aval permet de réduire voire supprimer l’effet de cisaillement induite par le mouvement relatif des bras 18, 22 l’un par rapport à l’autre et permet de contrôler le déplacement du carénage 26a,
26b par rapport à ces bras 18, 22.
L’on se réfère maintenant à la figure 7 qui illustre un autre assemblage du carénage 26a, 26b au bras 18 radial du carter 20 amont et au bras 22 radial du carter 24 aval. Les références numériques utilisées jusqu’à présent sont conservées pour désigner les mêmes éléments.
Dans cette réalisation, le carénage 26a, 26b, est fixé sur chacun des bras radiaux 18, 22 par des moyens de liaison 34 configurés pour autoriser une liaison appui plan selon un plan sensiblement radial et axial.
Lorsque vue en coupe, la fixation du carénage 26a, 26b à chacun 5 des bras 18, 22 est donc telle que représentée sur la figure 6. Autrement dit, le carénage 26a, 26b est assemblé avec les jeux J1, J2 et J3 par rapport aux moyens de liaison 34.
Comme représenté sur la figure 7, le carénage 26a, 26b peut alors se déplacer par rapport au support 22a du bras 22 de carter 24 aval et au support 18a du bras 18 de carter 20 amont :
- axialement comme représenté par la double flèche 44, et
- radialement comme représenté par la double flèche 46.
Les déplacements axiaux et radiaux sont sensiblement coplanaires.
Ainsi, tout en étant maintenu sur chacun des bras 18, 20, le 15 carénage 26a, 26b peut se déplacer axialement et radialement par rapport auxdits bras 18, 20. Dès lors, les efforts de cisaillement du carénage 26a, 26b sont supprimés, au bénéfice de l’augmentation de sa durée de vie et de la fluidité d’écoulement de l’air entre les bras 18, 20.
De la présente description, on comprend donc que la turbomachine 20 16 peut comprendre un bras 18 radial structural d’un carter 20 amont relié à un bras 22 radial structural d’un carter 24 aval par un carénage 26a, 26b fixé aux bras 18, 22 du carter 20, 24 amont et aval, par des moyens 34 de liaison configurés pour autoriser une liaison appui plan selon un plan sensiblement radial et axial.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Turbomachine (16) comprenant un bras (18) radial structural d’un carter (20) amont relié à un bras (22) radial structural d’un carter (24) aval par un carénage (26a, 26b) fixé au bras (18, 22) du carter (20) amont (ou (24) aval, respectivement) par des moyens (28) de fixation rigide dans toutes les directions et au bras (22, 18) structural du carter (24) aval (ou (20) amont, respectivement) par des moyens (34) de liaison configurés pour autoriser une liaison appui plan selon un plan sensiblement radial et axial.
  2. 2. Turbomachine (16) selon la revendication 1, dans laquelle les moyens (34) de liaison comprennent une liaison boulonnée dont l’écrou (38) serre un support (18a, 22a) solidaire du carter (20) aval (ou (24) amont, respectivement) sur une tête (36a) de la vis (36) et délimite un premier jeu (J1) annulaire avec une surface (40a) interne d’un orifice (40) du carénage (26a, 26b) dans lequel est engagée la vis (36).
  3. 3. Turbomachine (16) selon la revendication 2, dans laquelle l’écrou (36) comprend un épaulement (38a) annulaire en vis-à-vis, selon l’axe de la vis (36), de la périphérie (40a) de l’orifice (40) du carénage (26a, 26b).
  4. 4. Turbomachine (16) selon la revendication 3, dans laquelle l’épaulement (38a) annulaire est formé sur une collerette (38b) annulaire de l’écrou (38).
  5. 5. Turbomachine (16) selon la revendication 4, dans laquelle le premier jeu (J1) annulaire est délimité intérieurement par une première partie (38c) formant une entretoise entre le support (18a, 22a) et la collerette (38b) annulaire.
  6. 6. Turbomachine (16) selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle la collerette (38b) est au moins partiellement logée dans un lamage (42) coaxial à l’orifice (40) du carénage (26a, 26b).
  7. 7. Turbomachine (16) selon la revendication 6, dans laquelle la périphérie (38d) externe de la collerette (38b) délimite un second jeu (J2) annulaire avec une surface (42a) cylindrique interne du lamage (42).
  8. 8. Turbomachine (16) selon l’une des revendications 2 à 7, dans 5 laquelle le premier jeu (J1) et/ou le second jeu (J2) annulaire sont compris entre 2 mm et 5 mm.
  9. 9. Turbomachine (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le bras (18) de carter (20) amont et le bras (22) de carter (24) aval sont positionnés à 6h ou 12h, le bras (18) de carter (20)
  10. 10 amont étant un bras de servitude de carter intermédiaire et le bras (22) de carter (24) aval étant un bras structural de passage d’efforts qui est agencé en aval du bras (18) de carter (20) amont.
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