FR3128483A1 - Rotor de turbomachine comprenant un cache couvrant des boulons de fixation - Google Patents

Abstract

L’invention a pour objet un agencement de turbomachine comprenant un rotor tournant autour d’un axe longitudinal de la turbomachine, et un élément tournant (11) solidarisé à ce rotor par une série de boulons (17) de fixation répartis circonférentiellement autour de l’axe longitudinal, chaque boulon (17) dépassant d’une face de l’élément tournant. Selon l’invention, l’agencement comprend un cache (22) en forme de couronne fixé à la face (21) de l’élément tournant pour couvrir les extrémités des boulons (17) dépassant de la face (21) de l’élément. Figure pour l’abrégé : Figure 4

Description

Rotor de turbomachine comprenant un cache couvrant des boulons de fixation

L’invention concerne une turbomachine telle qu’un turboréacteur d’aéronef comprenant un rotor formé d’éléments fixés les uns aux autres par des boulons répartis circonférentiellement et orientés parallèlement à l’axe de rotation du rotor.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Dans un tel turboréacteur 1 représenté en , l'air extérieur est admis dans une manche d'entrée 2 pour traverser une soufflante 3 comportant une série de pales rotatives avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire.

Le flux primaire est ensuite compressé dans un premier et un second étages de compression 4 et 6 avant d'arriver dans une chambre de combustion 7, après quoi il se détend en traversant un ensemble de turbines 8 avant d'être évacué vers l'arrière en générant de la poussée. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l'arrière par la soufflante dans une veine délimitée par le carter 9 pour générer une poussée complémentaire.

En pratique, un tel moteur comporte un rotor tournant autour de l’axe longitudinal AX du moteur, et incluant plusieurs disques portant chacun à sa périphérie externe une série d’aubes ou de pales, ces disques correspondant à la soufflante, aux compresseurs et aux turbines.

La fixation d’un disque aux autres éléments de rotor est assurée par un ensemble de boulons répartis circonférentiellement autour de l’axe longitudinal, et ayant chacun une extrémité dépassant d’une face de l’agencement.

En fonctionnement, ces extrémités de boulons sont soumises à un flux d’air dont la circulation est circonférentielle par rapport au rotor, de sorte qu’elles laminent cet air ce qui engendre une déperdition de puissance préjudiciable au rendement énergétique du moteur.

Le but de l’invention est d’apporter une solution pour remédier à cet inconvénient.

A cet effet, l’invention a pour objet un rotor de turbomachine comprenant un élément solidarisé à un autre élément par une série de boulons de fixation répartis circonférentiellement autour d’un axe de rotation du rotor, chaque boulon s’étendant parallèlement à l’axe de rotation et ayant une extrémité dépassant d’une face de délimitation axiale de l’élément, caractérisé en ce qu’il comporte un cache annulaire qui est fixé à la face de délimitation axiale de l’élément par des boulons et qui couvre les extrémités des boulons de fixation.

Grâce au cache annulaire, les têtes de boulons sont confinées pour ne pas être soumises au flux d’air circulant dans la machine, de sorte qu’elles ne permettent pas le «barratage» l’air situé à leur voisinage, ce qui permet d’améliorer le rendement énergétique de la turbomachine.

L’invention concerne également un rotor ainsi défini, dans lequel le cache comporte des pattes de fixation, chaque patte de fixation étant traversée par un boulon de fixation qui l’enserre contre la face de délimitation axiale de l’élément.

L’invention concerne également un rotor ainsi défini, dans lequel chaque patte comporte un trou traversé par un boulon de fixation.

L’invention concerne également un rotor ainsi défini, dans lequel chaque patte comporte une encoche traversée par un boulon de fixation, chaque encoche ayant circonférentiellement une orientation dans le même sens pour permettre un montage du cache par rotation autour de l’axe.

L’invention concerne également un rotor ainsi défini, dans lequel les pattes de fixation s’étendent à l’intérieur du cache, et dans lequel le cache comporte en vis-à-vis de chaque patte un trou d’accès au boulon de fixation de cette patte.

L’invention concerne également un rotor ainsi défini, dans lequel chaque trou d’accès est fermé par un point de soudure.

L’invention concerne également un rotor ainsi défini, dans lequel chaque trou d’accès est fermé par un capuchon tubulaire engagé dans ce trou et traversé par le boulon correspondant, chaque capuchon tubulaire étant maintenu et serré axialement par le boulon qui le traverse.

L’invention concerne également un rotor ainsi défini, dans lequel le cache comporte une paroi frontale en forme de couronne ayant un bord intérieur prolongé par un flanc interne et un bord extérieur prolongé par un flanc externe, ces flancs ayant une forme de révolution, chaque flanc étant terminé par un rebord en appui sur la face de délimitation axiale de l’élément.

L’invention concerne également un rotor ainsi défini, dans lequel le flanc externe du cache est terminé par un rebord qui est crénelé pour bloquer axialement le pied de chacune des aubes portées par l’élément.

L’invention concerne également une turbomachine équipée d’un rotor ainsi défini.

La est une vue en coupe latérale d’un turboréacteur ;

La est une vue en perspective d’un disque de rotor aubagé ;

La est une vue de détail du boulonnage du disque aubagé à un élément de rotor non représenté ;

La est une vue d’ensemble d’un disque de rotor aubagé selon l’invention ;

La est une vue partielle en perspective d’un cache pour disque de rotor selon l’invention ;

La est une vue de face d’un disque de rotor aubagé équipé d’un cache l’invention dans un plan de coupe s’étendant entre la face frontale du cache et la face amont du disque ;

La est une vue de détail de la fixation d’un cache à un disque de selon l’invention ;

La est une vue de détail de la fixation d’un cache à un disque de rotor selon une variante de l’invention ;

La est une vue partielle en perspective d’un cache pour disque de rotor selon un second mode de réalisation de l’invention ;

La est une vue de face d’un disque de rotor aubagé équipé d’un cache selon un second mode de réalisation de l’invention dans un plan de coupe s’étendant entre la face frontale du cache et la face amont du disque ;

La est une vue de détail de la fixation d’un cache à un disque de rotor selon le second mode de réalisation de l’invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

L’idée à la base de l’invention est de prévoir un cache dédié pour couvrir les extrémités de boulons pour qu’elles ne forment plus des protubérances susceptible d’engendrer le phénomène de « barratage ».

Sur la , un élément tournant 11 qui est ici un disque aubagé de turbomachine comprend un moyeu 12 s’étendant autour d’un axe central AX délimité intérieurement par une ouverture centrale 13 et extérieurement par une périphérie externe 14 circulaire à laquelle sont fixées des aubes 16 régulièrement réparties autour de l’axe AX. Comme on le comprend, les termes intérieur et extérieur s’entendent ici relativement à une direction radiale par rapport à l’axe AX.

D’une manière plus générale, les éléments de rotor sont annulaires, ayant globalement une forme de révolution centrée sur l’axe AX avec éventuellement une forme répétitive répartie régulièrement autour de l’axe AX. Un tel élément est équilibré en rotation, ou ne présente pas un balourd excessif.

Ce disque aubagé 11 est accouplé à un élément de rotor non représenté, auquel il est accolé axialement, en étant solidarisé à celui-ci par une série de boulons 17 régulièrement répartis autour de l’axe AX. Ces boulons s’étendent parallèlement à l’axe AX et traversent autant de trous axiaux du moyeu 12 situés le long d’un cercle de base ayant un diamètre sensiblement inférieur à celui de la périphérie externe 14.

Comme visible plus clairement sur la , chaque boulon 17 comporte une vis 18 recevant à son extrémité libre un écrou 19 serré sur celle-ci pour être plaqué contre une face amont de délimitation axiale 21 du moyeu 12.

Lorsque le disque 11 est en rotation autour de l’axe AX, c’est-à-dire lorsque la turbine est en service, l’air situé au voisinage des extrémités des boulons 17 qui dépassent de la face amont 21 tournoie autour de ces extrémités en formant des tourbillons, ce qui est représenté schématiquement par des flèches sur la .

Ces tourbillons correspondent à un phénomène dit de «barratage» de l’air, qui induit une déperdition énergétique se traduisant par une surconsommation de carburant.

Selon l’invention, on prévoit un cache 22 fixé à la face amont 21, qui a une forme appropriée pour couvrir les extrémités des boulons 17 dépassant de cette face amont 21, ce qui permet de faire disparaitre les protubérances que forment ces extrémités.

Comme visible sur la , ce cache 22 a une forme générale de couronne présentant en section une forme correspondant à celle de la lettre U, afin de constituer un rail circulaire dont le diamètre nominal correspond au diamètre du cercle de base le long duquel sont disposés les boulons 17, et qui délimite avec la face 21 un espace interne clos.

Ce cache 22 qui est par exemple fabriqué en tôle emboutie comporte une paroi frontale 23 plane en forme de couronne, dont le bord intérieur est prolongé par un flanc interne 24 sensiblement cylindrique, et dont le bord extérieur est prolongé par un flanc externe 26 sensiblement cylindrique.

Comme visible sur les figures 5 et 6, le cache comporte quatre pattes de fixation 27, chaque patte prolongeant le bord libre du flanc interne 24 en s’étendant vers le bord libre du flanc externe 26, de façon à être orientée parallèlement à la paroi frontale 23. Ces pattes 27, en formes de languettes rectangulaires sont ici au nombre de quatre, espacées les unes des autres de 90° autour de l’axe AX, permettent de fixer le cache à la face amont 21 du disque.

Chaque patte 27 comporte un trou central 28 s’engageant autour d’une vis correspondante 18, ce qui permet d’enserrer cette patte entre l’écrou 19 et la face amont 21. Complémentairement, la paroi frontale 23 du cache 22 comporte un trou d’accès 29, en vis-à-vis de chaque patte 27 selon la direction AX, ce qui permet d’accéder à chaque extrémité de cette vis 18 traversant une patte 27 pour engager sur celle-ci l’écrou 19.

En partant de la situation de la , le montage du cache 22 sur le disque 11 consiste à retirer quatre écrous 19 situés à 90° les uns des autres autour de l’axe AX, puis à positionner le cache 22 parallèlement à la face amont 21 en le faisant pivoter autour de l’axe AX pour placer les quatre pattes 27 en vis-à-vis des vis 18 dont les écrous ont été retirés.

Le cache 22 est alors rapproché de la face 21 en le déplaçant selon la direction AX, pour engager les vis 18 dans les pattes 27, jusqu’à plaquer les bords libres des flancs 24 et 26 en appui sur la face amont 21. A ce stade, les quatre écrous 19 préalablement retirés peuvent être engagés autour de chaque vis 18 traversant une patte 27, en passant ces écrous 19 à travers les trous d’accès correspondants 29 formés dans la paroi frontale 23.

En pratique, l’engagement d’un écrou 19 à travers un trou d’accès 29 peut consister à placer cet écrou dans l’extrémité d’une clé à tube, et à engager l’extrémité de la clé dans le trou d’accès 29 tout en la faisant tourner, pour successivement engager l’écrou sur l’extrémité de la vis 18, puis le serrer sur cette vis, ce qui correspond à la situation de la .

Comme on l’aura compris, lorsque les quatre écrous retirés ont été replacés et serrés sur les vis correspondantes, ils enserrent fermement les pattes 27, de sorte que le cache 22 est fermement maintenu sur la face amont 21 du disque 11, dont il masque tous les boulons 17.

Optionnellement, chaque trou d’accès 29 est avantageusement obturé, de façon à éviter la circulation d’air à l’intérieur du cache 22, qui serait susceptible de permettre le «barrattage».

Cette obturation peut être assurée avec un capuchon 32 tubulaire à fond percé. Plus particulièrement, et comme visible sur la , ce capuchon 32 comporte un corps tubulaire 33 prolongé à une extrémité par un fond 34 et à son autre extrémité par un rebord 36.

Le fond 34 a une forme de disque plan percé en son centre par un trou dont le diamètre correspond à celui de la vis 18, et le corps tubulaire 33 a un diamètre interne supérieur à celui de l’écrou 19 et un diamètre externe correspondant à celui du trou d’accès 29. Le rebord 36 qui prolonge le corps tubulaire 33 du côté opposé au fond 34 a une forme de couronne plane dont le diamètre externe est supérieur à celui du trou d’accès 29.

Du point de vue du montage, les capuchons 32 sont d’abord emboîtés dans les trous d’accès correspondants 29 du cache 22, et les écrous 19 correspondant aux pattes de fixations 27 sont retirés. A ce stade, le cache 22 avec les capuchons qu’il porte est rapporté contre la face 21, en engageant les vis 18 dépourvues d’écrous dans les trous des pattes 27 et des fonds 34 afin de le placer dans sa position définitive.

Les écrous 19 sont ensuite engagés dans les capuchons, par exemple en utilisant une clé à tube, et serrés, de sorte que les fonds 34 et les pattes 27 sont enserrés entre les écrous 19 et la face 21. Dans ces conditions, l’espace interne du cache est fermé d’une part par la face 21, et d’autre part par les capuchons 32, de sorte qu’il constitue un espace clos.

Dans le mode de réalisation des figures 4 à 7, les pattes 27 comportent chacune un trou central 28 traversé par un boulon de fixation. Mais ce trou central peut être remplacé par une encoche, comme dans le second mode de réalisation de l’invention visible sur les figures 9 et 10.

Dans ce cas, et comme visible sur la , les pattes, repérées par 27’ comportent des encoches 38’. Plus particulièrement, chaque patte 27’ a une forme de languette rectangulaire délimitée par deux bords latéraux et par un bord externe. L’encoche 38’ s’étend parallèlement à la direction circonférentielle, c’est-à-dire parallèlement au bord externe et elle débouche dans un bord latéral de la languette.

Ces encoches 38’, qui donnent aux pattes 27’ une forme de crochets, ont toutes la même orientation selon la direction circonférentielle, c’est-à-dire qu’elles débouchent toutes dans le bord latéral droit de la patte qui les porte lorsque celle-ci est regardée depuis l’axe central AX.

Ces encoches 38’ permettent de faciliter le montage du cache 22 : en partant de la situation de la , il suffit en premier lieu de desserrer significativement quatre écrous 19 espacés de 90° autour de l’axe AX au lieu de devoir les retirer entièrement.

Après cette opération, le cache 22 est présenté en regard des boulons 17, en le positionnant autour de l’axe AX de façon à ce que chaque patte 27’ soit en vis-à-vis de l’espace séparant circonférentiellement un écrou desserré et l’écrou serré qui est situé immédiatement à gauche de cet écrou desserré lorsque vu depuis l’axe AX. Le cache 22 est alors rapproché du disque 11 pour le plaquer sur la face 21, avant de le faire pivoter dans le sens horaire, pour engager les quatre encoches 38’ autour des quatre vis 18 sous les écrous 19 qui ont été desserrés.

Une fois que le cache 22 est en place, il ne reste qu’à serrer les écrous 19 des boulons 17 traversant chaque patte 27’ pour terminer le montage. Tout comme dans le premier mode de réalisation, le cache 22 comporte là aussi des trous d’accès 29 en vis-à-vis de chaque patte 27’, afin de permettre le passage d’une clé à tube permettant la préhension et le serrage de l’écrou 19 correspondant.

L’obturation des trous d’accès 29 du cache peut aussi être assurée en réalisant un point de soudure 37 sur chaque trou 29 pour le combler, après montage du cache, comme illustré schématiquement sur la .

Par ailleurs, comme visible sur les figures, le flanc externe du cache 26 est avantageusement prolongé par un rebord crénelé 38 s’étendant dans un plan normal à l’axe AX, avec un crénelage coïncidant avec les positions des aubes portées par le disque, de manière à assurer un blocage axial de chaque pied d’aube lorsque le cache 22 est monté.

Le flanc interne 24 est quant à lui prolongé par un rebord 39 circulaire, les deux rebords 38 et 39 étant en appui sur la face 21 lorsque le cache 22 est en place et serré.

Dans les exemples des figures, les extrémités des boulons masquées par le cache sont celles correspondant aux extrémités de vis portant les écrous, mais l’invention s’applique aussi bien aux autres extrémités de ces boulons, c’est-à-dire les extrémités correspondant aux têtes de ces vis.

Par ailleurs, dans les exemples des figures, le cache comporte quatre pattes de fixation à la face avant du disque, mais le nombre de pattes peut être différent de cet exemple, attendu qu’il est conditionné par l’environnement et les conditions de fonctionnement.

En ce qui concerne le montage du cache sur un élément fixé au rotor tel qu’il est décrit sur la base des exemples des figures, il importe de noter que le cache peut aussi être fixé à un élément de stator pour masquer des extrémités de boulons de fixation de cet élément à un autre élément de stator. En particulier, dans le cas d’un élément de rotor fixé à un autre par des boulons, l’air entraîné en rotation autour de l’axe longitudinal par un rotor est susceptible de subir le phénomène de « barratage » par les extrémités de boulons de fixation de l’élément de stator, c’est pourquoi ces extrémités de boulons peuvent être couvertes par un cache conformément à l’invention.

La fermeture des trous d’accès aux écrous de serrage peut être assurée, comme indiqué plus haut, par des capuchons ou des points de soudure, ou encore par tout autre moyen approprié permettant de fermer ces trous d’accès.

D’une manière générale, l’invention permet de confiner les extrémités de boulons dans un espace clos où l’air ne circule pas, de façon à annuler les pertes par « barratage », la forme et le dimensionnement du cache étant adaptés en fonction de l’environnement de fonctionnement.

Le cache selon l’invention assure également une isolation thermique de la région périphérique du disque, ce qui permet d’améliorer le refroidissement des pieds d’aubes.

Claims (10)

1. Rotor de turbomachine comprenant un élément (11) solidarisé à un autre élément par une série de boulons de fixation (17) répartis circonférentiellement autour d’un axe de rotation (AX) du rotor, chaque boulon (17) s’étendant parallèlement à l’axe de rotation (AX) et ayant une extrémité dépassant d’une face de délimitation axiale (21) de l’élément (11), caractérisé en ce qu’il comporte un cache annulaire (22) qui est fixé à la face de délimitation axiale (21) de l’élément (11) par des boulons (17) et qui couvre les extrémités des boulons (17) de fixation.
2. Rotor selon la revendication 1, dans lequel le cache (22) comporte des pattes de fixation (27 ; 27’), chaque patte de fixation (27 ; 27’) étant traversée par un boulon de fixation (17) qui l’enserre contre la face de délimitation axiale (21) de l’élément.
3. Rotor selon la revendication 2, dans lequel chaque patte (27 ; 27’) comporte un trou (28) traversé par un boulon de fixation (17).
4. Rotor selon la revendication 2 ou 3, dans lequel chaque patte (27 ; 27’) comporte une encoche (38’) traversée par un boulon de fixation (17), chaque encoche (38’) ayant circonférentiellement une orientation dans le même sens pour permettre un montage du cache (12) par rotation autour de l’axe (AX).
5. Rotor selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel les pattes de fixation (27 ; 27’) s’étendent à l’intérieur du cache (22), et dans lequel le cache (22) comporte en vis-à-vis de chaque patte (27 ; 27’) un trou d’accès (29) au boulon de fixation (17) de cette patte (27 ; 27’).
6. Rotor selon la revendication 5, dans lequel chaque trou d’accès (29) est fermé par un point de soudure (37).
7. Rotor selon la revendication 5, dans lequel chaque trou d’accès (29) est fermé par un capuchon tubulaire (32) engagé dans ce trou (29) et traversé par le boulon (17) correspondant, chaque capuchon tubulaire (32) étant maintenu et serré axialement par un boulon (17).
8. Rotor selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le cache (22) comporte une paroi frontale (23) en forme de couronne ayant un bord intérieur prolongé par un flanc interne (24) et un bord extérieur prolongé par un flanc externe (26), ces flancs (24, 26) ayant une forme de révolution, chaque flanc (24, 26) étant terminé par un rebord (38, 39) en appui sur la face de délimitation axiale (21) de l’élément (11).
9. Rotor selon la revendication 8, dans lequel le flanc externe (26) du cache (22) est terminé par un rebord (38) qui est crénelé pour bloquer axialement le pied de chacune des aubes (16) portées par l’élément (11).
10. Turbomachine équipé d’un rotor selon l’une des revendications 1 à 9.