FR3106363A1 - Module de soufflante pour un banc d’essai de turbomachine d’aeronef - Google Patents

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Abstract

Module de soufflante (20) pour un banc d’essai de turbomachine d’aéronef, ce module comportant : - un arbre d’entraînement (22), - une soufflante (24) comportant un disque (26) et portant des aubes (28) s’étendant sensiblement radialement vers l’extérieur depuis le disque, et - une balance de poussée (30), caractérisé en ce qu’il comprend en outre : - une virole (50) de liaison de la soufflante à la balance de poussée, cette virole ayant en section axiale une forme générale en L et comportant une portion cylindrique (50a) engagée axialement dans le disque et solidaire en rotation du disque, et une portion annulaire (50b) s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la portion cylindrique et fixée à une périphérie externe (30b) de la balance de poussée dont la périphérie interne (30a) est fixée à l’arbre d’entraînement. Figure pour l'abrégé : Figure 2

Description

MODULE DE SOUFFLANTE POUR UN BANC D’ESSAI DE TURBOMACHINE D’AERONEF
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un module de soufflante pour un banc d’essai de turbomachine d’aéronef.
Arrière-plan technique
Une turbomachine d’aéronef comprend classiquement depuis l’amont jusqu’à l’aval, par référence à l’écoulement des gaz dans la turbomachine, une soufflante, un ou plusieurs compresseurs, une chambre annulaire de combustion, une ou plusieurs turbines et une tuyère d’échappement de gaz de combustion.
Pour faciliter sa fabrication et son assemblage, une turbomachine est en général modulaire, c’est-à-dire qu’elle comprend plusieurs modules qui sont fabriqués indépendamment les uns des autres et qui sont assemblés ensuite les uns aux autres. La modularité d’une turbomachine facilite en outre sa maintenance.
Dans la présente demande, on entend par «module de soufflante», un module de turbomachine qui comprend notamment une soufflante et son arbre d’entraînement.
La figure 1 montre un exemple de module de soufflante 10 de turbomachine d’aéronef. Le module 10 comprend une soufflante 12 et un arbre d’entraînement 14.
L’arbre d’entraînement 14 est mobile en rotation autour d’un axe X et fait par exemple partie d’un corps basse pression de la turbomachine.
La soufflante 12 comporte un disque 16 centré sur l’axe X et portant des aubes 18. Chaque aube 18 comprend un pied, en général en queue d’aronde, emmanché dans une alvéole du disque 16 et une pale qui s’étend sensiblement radialement vers l’extérieur depuis le disque 16.
Le disque 16 est rendu solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement 14 par un jeu de cannelures, le disque comportant des cannelures internes engagées dans des cannelures externes de l’arbre. Le disque est par ailleurs immobilisé axialement sur l’arbre 14 par un écrou 19 vissé sur l’arbre et prenant appui axialement sur le disque 16 pour le maintenir serré contre un épaulement de l’arbre.
Dans ce type de turbomachine d’aéronef, le disque de soufflante 16 est lié directement à l’arbre d’entraînement 14.
Dans la présente demande, on s’intéresse à un module de soufflante pour un banc d’essai ou pour une turbomachine de banc d’essai.
Ce type de module de soufflante est caractérisé en ce qu’il comprend une balance de poussée montée entre la soufflante et l’arbre d’entraînement.
Une balance de poussée (ou balance à n composantes) est un dispositif qui est fixé à un étage propulsif par l'intermédiaire de dynamomètres utilisés pour la détermination des forces et des moments engendrés en fonctionnement statique.
L’intégration d’une balance de poussée dans un module de soufflante peut être problématique car une balance de poussée est relativement encombrante et l’environnement dans lequel elle doit être montée est déjà fortement impacté par d’autres éléments tels que les éléments de rétention des aubes, les éléments d’équilibrage de la soufflante, etc.
La présente invention propose une solution à ce problème, qui est simple, efficace, et économique.
L’invention concerne un module de soufflante pour un banc d’essai de turbomachine d’aéronef, ce module comportant:
- un arbre d’entraînement mobile en rotation autour d’un axe X,
- une soufflante comportant un disque centré sur l’axe X et portant des aubes s’étendant sensiblement radialement vers l’extérieur depuis le disque, et
- une balance de poussée centrée sur l’axe X,
caractérisé en ce qu’il comprend en outre:
- une virole de liaison de la soufflante à la balance de poussée, cette virole s’étendant autour de l’axe X et ayant en section axiale une forme générale en L, cette virole comportant une portion cylindrique engagée axialement dans le disque et solidaire en rotation du disque, et une portion annulaire s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la portion cylindrique et fixée à une périphérie externe de la balance de poussée dont la périphérie interne est fixée à l’arbre d’entraînement.
L’invention propose ainsi de relier la balance de poussée au disque de soufflante par l’intermédiaire d’une virole de liaison. La balance de poussée s’étend autour de l’arbre d’entraînement et est solidaire en rotation de cet arbre. Elle est donc tournante. La portion annulaire de la virole peut être prise en sandwich entre le disque et la balance de poussée, ce qui limite l’encombrement de la liaison et facilite l’intégration des différents éléments dans cet environnement restreint. La portion cylindrique de la virole est engagée axialement dans le disque et peut s’étendre en partie autour de l’arbre d’entraînement et à une distance radiale faible de ce dernier. On comprend que la portion cylindrique de la virole s’étend vers l’amont depuis la périphérie interne de la portion annulaire. Autrement dit, la portion annulaire s’étend radialement vers l’extérieur depuis l’extrémité aval de la portion cylindrique.
Le module 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 :
- la portion cylindrique de la virole comprend des cannelures externes qui sont configurées pour coopérer avec des cannelures interne du disque, et sa portion annulaire comprend une face radiale d’appui sur le disque et de retenue axiale des aubes; la portion cylindrique a ainsi une fonction d’accouplement en rotation de la virole avec le disque; la portion annulaire intègre ainsi une fonction de retenue axiale des (pieds des) aubes, en particulier vers l’aval;
- la portion annulaire de la virole comprend un rebord cylindrique de centrage configurée pour coopérer avec la périphérie externe de la balance de poussée; la portion annulaire intègre ainsi une fonction de centrage;
- le module comprend en outre une paroi annulaire de carter montée autour de la balance de poussée et configurée pour définir intérieurement une veine d’écoulement d’un flux d’air en aval de la soufflante, la portion annulaire de la virole comprenant des léchettes annulaires radialement externes qui sont configurées pour coopérer avec un revêtement abradable d’une extrémité amont de cette paroi de carter de façon à former un joint d’étanchéité à labyrinthe; la portion annulaire intègre ainsi une fonction d’étanchéité;
- le module comprend des plateformes inter-aubes qui sont montées sur le disque et qui sont chacune intercalée entre deux aubes adjacentes, la paroi annulaire de la virole comportant un rebord cylindrique de retenue d’extrémités aval de ces plateformes; la portion annulaire intègre ainsi une fonction de retenue, en particulier en direction radiale, des plateformes ;
- le module comprend en outre un cône d’entrée d’air dans la soufflante, ce cône étant centré sur l’axe X;
- le cône comprend un rebord cylindrique de retenue d’extrémités amont des plateformes; le cône intègre ainsi une fonction de retenue, en particulier en direction radiale, des plateformes ;
- la portion cylindrique de la virole comprend un filetage interne de vissage du cône; on comprend donc que la portion cylindrique de la virole peut être prise en sandwich entre le cône et le disque;
- le cône comprend un tronçon amont conique et un tronçon aval à section en L, ce tronçon aval comportant une paroi cylindrique comportant un filetage externe de vissage dans le filetage interne de la virole, et une paroi annulaire qui s’étend radialement vers l’extérieur depuis la paroi cylindrique et qui comprend une face radiale d’appui sur le disque et de retenue axiale des aubes;
- le module comprend en outre des doigts anti-rotation qui s’étendent parallèlement audit axe X et qui sont engagés d’une part dans des premiers orifices du tronçon amont du cône et d’autre part dans des seconds orifices de la paroi annulaire de son tronçon aval, ces doigts ayant des extrémités axiales engagées dans des évidements du disque afin d’immobiliser en rotation le cône vis-à-vis du disque; l’immobilisation en rotation du cône vis à vis du disque permet d’éviter un desserrage accidentel du cône vis-à-vis de la virole.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 est une demi vue schématique partielle en coupe axiale d’un module de soufflante d’une turbomachine d’aéronef ;
La figure 2 est une demi vue schématique partielle en coupe axiale d’un module de soufflante selon un mode de réalisation de l’invention ;
La figure 3 est une vue à plus grande échelle d’une partie de la figure 2; et
La figure 4 est une vue à plus grande échelle d’une autre partie de la figure 2.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 a déjà été décrite dans ce qui précède.
On se réfère aux figures 1 à 3 qui représentent un mode de réalisation d’un module de soufflante 20 pour un banc d’essai d’une turbomachine d’aéronef, par exemple du type à double corps et double flux.
Le banc d’essai peut comprendre le module 20 voire également d’autres modules de la turbomachine. Il peut également comprendre la turbomachine dans sa globalité.
L’intérêt d’un banc d’essai est, comme son nom l’indique, de procéder à des essais de fonctionnement d’un ou plusieurs modules de la turbomachine.
Le module de soufflante 20 comprend classiquement:
- un arbre d’entraînement 22 mobile en rotation autour d’un axe X,
- une soufflante 24 comportant un disque 26 centré sur l’axe X et portant des aubes 28 s’étendant sensiblement radialement vers l’extérieur depuis le disque, et
- une balance de poussée 30 centrée sur l’axe X.
Seule une partie d’extrémité amont de l’arbre 22 est visible. Cet arbre 22 peut être un arbre basse pression d’un corps basse pression, cet arbre étant destiné à relier un rotor d’un compresseur basse pression à un rotor d’une turbine basse pression de la turbomachine.
L’arbre 22 comprend à son extrémité amont une surface cylindrique 22a de montage de la balance de poussée 30 ainsi qu’un filetage externe 22b. La balance de poussée 30 a une forme générale annulaire et est engagée axialement depuis l’amont sur l’arbre 22 et sur sa surface 22a, jusqu’à prendre appui axialement, par exemple sur un épaulement annulaire non visible de l’arbre 22.
Un écrou 32 est vissé depuis l’amont sur le filetage de l’arbre 22 et est destiné à prendre appui sur la périphérie interne de la balance de poussée 30, du côté opposé à l’épaulement précité, pour serrer et maintenir axialement la balance de poussée 30 sur l’arbre 22.
L’immobilisation en rotation de la balance de poussée 30 sur l’arbre peut être réalisée par tout moyen approprié du type cannelures par exemple.
La balance de poussée 30 ne fait pas partie de l’invention et ne sera pas décrite dans le détail. Pour l’essentiel, elle a une forme annulaire et comprend deux parties ou périphéries, respectivement interne 30a et externe 30b, qui sont reliées entre elles par des éléments de liaison 30c équipés de capteurs du types dynamomètres, jauges de contraintes, etc. Ces capteurs sont de préférence configurés pour mesurer les efforts et moments de la soufflante 20 dans toutes les directions.
De manière classique, le disque de soufflante 26 comprend à sa périphérie externe des alvéoles de réception de pieds des aubes 26. Les pieds des aubes 26 et les alvéoles du disque 26 ont des formes complémentaires en queue d’aronde et l’emmanchement des pieds dans les alvéoles suffit à assurer la retenue des aubes sur le disque en direction radiale.
Les alvéoles traversent axialement le disque 26 et débouchent à l’amont sur une face radiale amont 26a du disque, et à l’aval sur une face radiale aval 26b du disque.
La soufflante 20 comprend en outre des plateformes inter-aubes 34. Comme leur nom l’indique, ces plateformes 34 sont intercalées entre les aubes 28. Chaque plateforme 34 est intercalée entre deux aubes adjacentes et comprend au moins une bride 34a de fixation au disque 26 par des moyens du type vis-écrou par exemple.
Chaque plateforme 34 comprend en outre à l’amont un premier crochet orienté 35 parallèlement à l’axe X, et à l’aval un second crochet 36 également orienté parallèlement à l’axe X.
La bride 34a et les crochets 35, 36 sont portés par une paroi 34b à profil aérodynamique de la plateforme 34. Les parois 34b des plateformes 34 sont destinées à délimiter intérieurement la veine d’écoulement d’un flux d’air (flèche F) traversant la soufflante 24 en fonctionnement.
En amont de la soufflante 24, ce flux d’air F est guidé par un cône d’entré d’air 38 centré sur l’axe X et, en aval de la soufflante, il est guidé par une paroi annulaire de carter 40 qui s’étend autour de l’axe X.
La paroi de carter 40 s’étend en aval des aubes 26 et des plateformes 34, dans le prolongement axial des parois 34b. L’extrémité amont de cette paroi de carter 40 porte à sa périphérie interne un revêtement annulaire 42 en matériau abradable qui est orienté radialement vers l’intérieur.
Dans l’exemple représenté, la paroi de carter 40 s’étend vers l’aval pour définir intérieurement une partie de la veine d’entrée d’air dans le compresseur basse pression. Des aubes fixes de redressement 44 sont disposées en entrée du compresseur basse pression et s’étendent radialement entre la paroi de carter 40 et une autre paroi annulaire de carter 46 qui s’étend autour de la paroi 40. Cette paroi 46 a un bord annulaire amont qui est libre et qui est configuré pour former un séparateur de flux, le flux d’air F étant destiné à se diviser en un flux annulaire interne, appelé flux primaire, pénétrant dans le compresseur basse pression, et en un flux annulaire externe, appelé flux secondaire, s’écoulant autour de la paroi 46 et du moteur.
Selon l’invention, la soufflante 24 est accouplée à la balance de poussée 30 par l’intermédiaire d’une virole de liaison 50.
La virole de liaison 50 a une forme annulaire autour de l’axe X et a en section axiale une forme générale en L. Elle comprend une portion cylindrique 50a à l’amont et une portion annulaire radiale 50b à l’aval. Autrement dit, la portion 50b s’étend radialement, en particulier vers l’extérieur, depuis l’extrémité aval de la portion 50a.
La portion 50b comprend une face radiale amont 50b1 d’appui sur le disque 26, et en particulier sur sa face 26b (figure 3). On comprend ainsi que les pieds des aubes 28 sont susceptibles de venir en appui axialement vers l’aval sur cette face 50b1 pour être retenus axialement vers l’aval. La portion 50b a ainsi une fonction de retenue axiale des aubes 28 vers l’aval. Dans l’exemple représenté, la face d’appui 50b1 est située à la périphérie interne de la portion 50b.
La portion 50b est fixée à la périphérie externe 30b de la balance de poussée 30. Dans l’exemple représenté, la portion 50b comprend des orifices 52 de passage de vis de fixation 54 qui sont vissées dans des trous taraudés de la balance de poussée 30 ou des écrous portés par la balance de poussée. Les orifices 52 et les vis 54 s’étendent ici axialement et sont situés à la périphérie externe de la portion 50b.
La périphérie externe de la portion 50b comprend en outre, d’une part, un rebord cylindrique 56 orienté vers l’aval pour le centrage de la balance de poussée 30 et, d’autre part, un rebord cylindrique 58 orienté vers l’amont pour la retenue radiale des crochets 36 et donc des plateformes 34.
Le rebord 56 comprend une surface cylindrique interne qui entoure et prend appui sur la périphérie externe 30b de la balance de poussée 30. Le rebord 58 comprend une surface cylindrique interne d’appui des crochets 36.
On comprend ainsi que la portion 50b intègre également des fonctions de centrage vis-à-vis de la balance de poussée 30 et de retenue radiale des plateformes 34.
La périphérie externe de la portion 50b comprend en outre des léchettes annulaires radialement externes 60 qui sont entourées par le revêtement 42 précité et qui coopèrent avec ce dernier, pour former un joint d’étanchéité à labyrinthe.
La potion cylindrique 50a de la virole 50 comprend des cannelures externes 50a1 qui sont configurées pour être engagées dans des cannelures internes complémentaires du disque 26. Il s’agit de cannelures rectilignes qui s’étendent parallèlement à l’axe X et qui permettent d’assurer un accouplement en rotation du disque 26 à la virole 50.
Dans l’exemple représenté, ces cannelures 50a1 s’étendent entre une première surface cylindrique de centrage 50a2, à l’amont, et une seconde surface cylindrique de centrage 50a3, à l’aval, qui coopèrent respectivement avec des surfaces cylindriques internes complémentaires du disque 26.
La portion 50a de la virole 50 comprend en outre un filetage interne 50a4 de vissage du cône 38.
Le cône 38 comprend un tronçon amont 38a conique et un tronçon aval 38b à section en L.
Le tronçon amont 38a a son extrémité de plus grand diamètre qui est située du côté du disque 26 et qui comprend un rebord cylindrique 62 qui est orienté vers l’aval et qui coopère avec les crochets 35 des plateformes 34 pour les retenir en direction radiale. On comprend donc que le cône 38 a une fonction de retenue radiale des plateformes 34 en fonctionnement.
Le tronçon aval 38b comporte une paroi cylindrique 38b1 comportant un filetage externe de vissage dans le filetage interne 50a4 de la virole 50, et une paroi annulaire 38b2 qui s’étend radialement vers l’extérieur depuis l’extrémité amont de la paroi cylindrique 38b1 et qui comprend une face radiale 64 d’appui sur le disque 26, et en particulier sur sa face 26a (figure 4). On comprend ainsi que les pieds des aubes 28 sont susceptibles de venir en appui axialement vers l’amont sur cette face 64 pour être retenus axialement vers l’amont. Le cône 38 a ainsi une fonction de retenue axiale des aubes 28 vers l’amont.
Le module 10 comprend en outre des doigts anti-rotation 66 qui s’étendent parallèlement à l’axe X et qui sont engagés d’une part dans des premiers orifices 68 du tronçon amont 38a du cône 38 et d’autre part dans des seconds orifices 70 de la paroi annulaire 38b2 de son tronçon aval 38b.
Ces doigts 66 ont des extrémités axiales 66a engagées dans des évidements 72 du disque 26 afin d’immobiliser en rotation le cône 38 vis-à-vis du disque, et empêcher ainsi un desserrage accidentel du cône vis-à-vis de la virole 50.
Les extrémités axiales 66b opposées des doigts sont enfoncées dans les orifices 68 qui sont bouchés par des bouchons 74 configurés pour combler les orifices 68. Les bouchons 74 comprennent des surfaces libres alignées avec la surface tronconique du tronçon 38a afin de limiter les perturbations du flux d’air s’écoulant sur cette surface en fonctionnement.
Le tronçon amont 38a comprend en outre des troisièmes orifices 76 orientés radialement pour le montage de masselottes 78 d’équilibrage de la soufflante 24. Ces masselottes 78 sont portées par des vis 80 qui sont engagées et retenues dans les orifices 76 par des moyens appropriés et connus.
Le cône 38 comprend une série de doigts 66 et une série de masselottes 78 qui sont répartis autour de l’axe X de façon à ce qu’ils n’interfèrent pas les uns avec les autres.

Claims (10)

  1. Module de soufflante (20) pour un banc d’essai de turbomachine d’aéronef, ce module comportant:
    - un arbre d’entraînement (22) mobile en rotation autour d’un axe X,
    - une soufflante (24) comportant un disque (26) centré sur l’axe X et portant des aubes (28) s’étendant sensiblement radialement vers l’extérieur depuis le disque, et
    - une balance de poussée (30) centrée sur l’axe X,
    caractérisé en ce qu’il comprend en outre:
    - une virole (50) de liaison de la soufflante à la balance de poussée, cette virole s’étendant autour de l’axe X et ayant en section axiale une forme générale en L, cette virole comportant une portion cylindrique (50a) engagée axialement dans le disque et solidaire en rotation du disque, et une portion annulaire (50b) s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la portion cylindrique et fixée à une périphérie externe (30b) de la balance de poussée dont la périphérie interne (30a) est fixée à l’arbre d’entraînement.
  2. Module (20) selon la revendication 1, dans lequel la portion cylindrique (50a) de la virole (50) comprend des cannelures externes (50a1) qui sont configurées pour coopérer avec des cannelures interne du disque (26), et sa portion annulaire (50b) comprend une face radiale (50b1) d’appui sur le disque (26) et de retenue axiale des aubes (28).
  3. Module (20) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la portion annulaire (50b) de la virole (50) comprend un rebord cylindrique (56) de centrage configurée pour coopérer avec la périphérie externe (30b) de la balance de poussée (30).
  4. Module (20) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend en outre une paroi annulaire de carter (40) montée autour de la balance de poussée (30) et configurée pour définir intérieurement une veine d’écoulement d’un flux d’air en aval de la soufflante (24), la portion annulaire (50b) de la virole (50) comprenant des léchettes annulaires (60) radialement externes qui sont configurées pour coopérer avec un revêtement abradable (42) d’une extrémité amont de cette paroi de carter de façon à former un joint d’étanchéité à labyrinthe.
  5. Module (20) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend des plateformes inter-aubes (34) qui sont montées sur le disque (26) et qui sont chacune intercalées entre deux aubes (28) adjacentes, la paroi annulaire (50b) de la virole (50) comportant un rebord cylindrique (58) de retenue d’extrémités aval de ces plateformes.
  6. Module (20) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend en outre un cône (38) d’entrée d’air dans la soufflante (24), ce cône étant centré sur l’axe X.
  7. Module (20) selon la revendication précédente, en dépendance de la revendication 5, dans lequel le cône (38) comprend un rebord cylindrique (62) de retenue d’extrémités amont des plateformes (34).
  8. Module (20) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la portion cylindrique (50a) de la virole (50) comprend un filetage interne (50a4) de vissage du cône (38).
  9. Module (20) selon la revendication précédente, dans lequel le cône (38) comprend un tronçon amont (38a) conique et un tronçon aval (38b) à section en L, ce tronçon aval comportant une paroi cylindrique (38b1) comportant un filetage externe de vissage dans le filetage interne (50a4) de la virole (50), et une paroi annulaire (38b2) qui s’étend radialement vers l’extérieur depuis la paroi cylindrique et qui comprend une face radiale (64) d’appui sur le disque (26) et de retenue axiale des aubes (28).
  10. Module (20) selon la revendication précédente, dans lequel il comprend en outre des doigts anti-rotation (66) qui s’étendent parallèlement audit axe X et qui sont engagés d’une part dans des premiers orifices (68) du tronçon amont (38a) du cône (38) et d’autre part dans des seconds orifices (70) de la paroi annulaire (38b2) de son tronçon aval (38b), ces doigts ayant des extrémités axiales engagées dans des évidements (72) du disque afin d’immobiliser en rotation le cône vis-à-vis du disque (26).
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