FR3137405A1 - Turbojet turbine housing equipped with mobile cooling tube fixing devices - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un carter de turbomachine, comportant une paroi de révolution équipée de tubes (11) circonférentiels pour souffler de l’air sur cette paroi afin de la refroidir, ces tubes (11) étant portés par des barrettes (12) équipant le carter en s’étendant parallèlement à sa paroi de révolution, chaque tube (11) étant solidarisé à une barrette (12) par un dispositif de fixation (13), dans lequel au moins un dispositif de fixation (13) comporte un collier (14) enserrant un tube (11) en étant terminé par deux pattes s’étendant parallèlement l’une à l’autre, chaque patte comportant un trou, dans lequel un boulon (16) traverse les trous des deux pattes et un trou de la barrette (12), et dans lequel le trou de la barrette (12) est un trou oblong s’étendant parallèlement au tube (11). Figure pour abrégé : Figure 3The invention relates to a turbomachine casing, comprising a wall of revolution equipped with circumferential tubes (11) for blowing air onto this wall in order to cool it, these tubes (11) being carried by bars (12) equipping the casing extending parallel to its wall of revolution, each tube (11) being secured to a bar (12) by a fixing device (13), in which at least one fixing device (13) comprises a collar (14 ) enclosing a tube (11) being terminated by two legs extending parallel to each other, each leg having a hole, in which a bolt (16) passes through the holes of the two legs and a hole in the bar (12), and in which the hole in the bar (12) is an oblong hole extending parallel to the tube (11). Figure for abstract: Figure 3
Description
L’invention concerne le refroidissement d’un carter de turbine de turboréacteur, qui est assuré par des tubes entourant ce carter et diffusant de l’air vers la face externe de ce carter pour le maintenir à une température souhaitée.The invention relates to the cooling of a turbojet turbine casing, which is ensured by tubes surrounding this casing and diffusing air towards the external face of this casing to maintain it at a desired temperature.
Un carter 1 de turbine basse pression de turboréacteur dont une partie est représentée sur la
Le jeu radial existant entre les extrémités des aubes mobiles et la face interne du carter conditionne fortement le rendement du moteur, car la quantité de pertes est d’autant plus limitée que ce jeu est faible, attendu que ces pertes correspondent à du fluide qui est propulsé dans le moteur sans entraîner les aubes.The radial clearance existing between the ends of the moving blades and the internal face of the casing strongly conditions the efficiency of the engine, because the quantity of losses is all the more limited as this clearance is low, given that these losses correspond to fluid which is propelled into the engine without driving the blades.
En fonctionnement, les fluctuations thermiques auxquelles les composants du moteur sont soumis provoquent des dilatations différentielles de ces composants se traduisant entre autres par une modification du jeu radial existant entre les extrémités de pales mobiles et le carter de turbine.In operation, the thermal fluctuations to which the engine components are subjected cause differential expansions of these components resulting, among other things, in a modification of the radial clearance existing between the ends of the movable blades and the turbine casing.
Pour cette raison, le carter est refroidi, de façon à limiter sa dilatation radiale, afin d’assurer que le jeu radial reste minimal aux différentes conditions de fonctionnement du moteur.For this reason, the crankcase is cooled, so as to limit its radial expansion, in order to ensure that the radial clearance remains minimal at different engine operating conditions.
Ce refroidissement est assuré par des tubes 3 fixés à la face externe de la paroi de révolution 2, ces tubes étant alimentés en air frais qu’ils soufflent à la face externe de la paroi 2 pour la refroidir, l’air frais alimentant ces tubes étant prélevé au niveau d’un compresseur du moteur.This cooling is ensured by tubes 3 fixed to the external face of the wall of revolution 2, these tubes being supplied with fresh air which they blow to the external face of the wall 2 to cool it, the fresh air supplying these tubes being taken from an engine compressor.
Comme visible plus clairement sur la
Chaque collier 6 entoure le tube 3 qu’il porte et est fixé à la barrette 4 par un boulon 7. Complémentairement, chaque barrette 4 est fixée aux nervures de la paroi de révolution 2 par au moins deux boulons situés à ses extrémités.Each collar 6 surrounds the tube 3 which it carries and is fixed to the bar 4 by a bolt 7. Additionally, each bar 4 is fixed to the ribs of the wall of revolution 2 by at least two bolts located at its ends.
Compte tenu des dilatations différentielles intervenant dans un tel assemblage soumis à des cycles de variations de températures, il est nécessaire que les tubes 3 glissent dans les colliers 6 qui les portent.Taking into account the differential expansions occurring in such an assembly subjected to cycles of temperature variations, it is necessary for the tubes 3 to slide in the collars 6 which carry them.
En pratique, ces glissements conduisent à une usure de la face externe des tubes au niveau des colliers qui les enserrent, et cette usure peut conduire à la rupture des tubes. Il est alors nécessaire de remplacer l’ensemble de l’agencement de refroidissement, ce qui correspond à un coût de maintenance significatif.In practice, these slippages lead to wear on the external face of the tubes at the level of the collars which enclose them, and this wear can lead to rupture of the tubes. It is then necessary to replace the entire cooling arrangement, which corresponds to a significant maintenance cost.
Une possibilité pour limiter ce phénomène consiste à équiper les colliers de gaines en matériau antifriction incluant du PTFE (polytetrafluoroéthylène) pour réduire les efforts de frottements du tube par rapport au collier afin de diminuer l’usure.One possibility to limit this phenomenon is to equip the collars with sheaths made of anti-friction material including PTFE (polytetrafluoroethylene) to reduce the frictional forces of the tube in relation to the collar in order to reduce wear.
Cependant, compte tenu de la température élevée, combinée avec des efforts importants, ces matériaux à se détériorent trop rapidement, de sorte que cette solution ne s’avère pas satisfaisante.However, given the high temperature, combined with significant efforts, these materials deteriorate too quickly, so that this solution does not prove satisfactory.
Le but de l’invention est d’apporter une solution permettant d’augmenter la longévité d’un tel agencement tout en limitant les opérations de maintenance nécessaires à son bon fonctionnement.The aim of the invention is to provide a solution making it possible to increase the longevity of such an arrangement while limiting the maintenance operations necessary for its proper functioning.
A cet effet, l’invention a pour objet un carter de turbomachine, comportant une paroi de révolution équipée de tubes pour souffler de l’air sur cette paroi afin de la refroidir, ces tubes étant portés par des barrettes équipant le carter en s’étendant parallèlement à sa paroi de révolution, chaque tube étant solidarisé à une barrette par un dispositif de fixation, dans lequel au moins un dispositif de fixation comporte un collier solidarisé à la barrette par un boulon, le collier enserrant un tube en étant terminé par deux pattes s’étendant parallèlement l’une à l’autre, chaque patte comportant un trou, le boulon traversant les trous des deux pattes et un trou de la barrette, et dans lequel le trou de la barrette est un trou oblong s’étendant parallèlement au tube.For this purpose, the subject of the invention is a turbomachine casing, comprising a wall of revolution equipped with tubes for blowing air onto this wall in order to cool it, these tubes being carried by bars equipping the casing by extending parallel to its wall of revolution, each tube being secured to a bar by a fixing device, in which at least one fixing device comprises a collar secured to the bar by a bolt, the collar enclosing a tube being terminated by two tabs extending parallel to each other, each tab having a hole, the bolt passing through the holes of the two tabs and a hole in the bar, and in which the hole in the bar is an oblong hole extending parallel to the tube.
Avec cet agencement, l’ensemble du collier est apte à coulisser par rapport à la barrette grâce au trou oblong, lors des déplacements du tube par rapport à la barrette qui résultent des dilatations différentielles, sans que le tube ne glisse dans ce collier.With this arrangement, the entire collar is able to slide relative to the bar thanks to the oblong hole, during movements of the tube relative to the bar which result from differential expansions, without the tube sliding in this collar.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, dans lequel le boulon comporte une vis recevant un écrou de type autobloquant.The invention also relates to a casing thus defined, in which the bolt comprises a screw receiving a self-locking type nut.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, comportant une première rondelle entourant une vis du boulon en étant interposée entre une tête de cette vis et la barrette, et une seconde rondelle entourant la vis en étant interposée entre la barrette et les pattes du collier, et dans lequel ces rondelles portent un revêtement antifriction.The invention also relates to a casing thus defined, comprising a first washer surrounding a screw of the bolt by being interposed between a head of this screw and the bar, and a second washer surrounding the screw by being interposed between the bar and the tabs of the collar , and in which these washers carry an anti-friction coating.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, dans lequel la barrette comporte des faces portant un revêtement antifriction autour du trou oblong.The invention also relates to a casing thus defined, in which the bar has faces carrying an anti-friction coating around the oblong hole.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, dont le revêtement antifriction est déposé avec un procédé de dépôt physique par phase vapeur.The invention also relates to a casing thus defined, the anti-friction coating of which is deposited with a physical vapor deposition process.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, comportant une bague interposée entre les deux rondelles, cette bague ayant un diamètre externe correspondant au diamètre du trou oblong, et ayant une épaisseur sensiblement supérieure à l’épaisseur de la barrette.The invention also relates to a casing thus defined, comprising a ring interposed between the two washers, this ring having an external diameter corresponding to the diameter of the oblong hole, and having a thickness substantially greater than the thickness of the bar.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, dans lequel le trou oblong présente une longueur correspondant à la largeur des pattes du collier.The invention also relates to a casing thus defined, in which the oblong hole has a length corresponding to the width of the tabs of the collar.
L’invention concerne également une turbomachine comportant un carter ainsi défini.The invention also relates to a turbomachine comprising a casing thus defined.
La
La
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EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
L’idée à la base de l’invention est d’assurer la fixation d’un tube à une barrette avec un collier qui enserre le tube sans permettre son glissement, mais qui est solidarisé à la barrette avec une mobilité en translation selon la direction longitudinale du tube.The idea underlying the invention is to ensure the fixing of a tube to a bar with a collar which encloses the tube without allowing it to slide, but which is secured to the bar with mobility in translation according to the direction longitudinal of the tube.
Sur la
Ce collier 14 est formé d’une bande pouvant être métallique qui est repliée sur elle-même pour constituer un corps 17 en forme de portion de cylindre qui enserre le tube 11, et qui présente deux extrémités constituant deux pattes 18 et 19 apparaissant plus clairement sur la
Ces deux pattes qui sont rabattues l’une contre l’autre comportent chacune un trou 21, et le collier 14 est solidarisé à la barrette 12 au moyen d’un boulon 16 traversant les trous des pattes et un trou oblong 22 formé dans la barrette 12. Ce trou oblong 22 qui apparaît sur la
Comme visible sur les figures 5 et 6, la solidarisation du collier 14 à la barrette 12 est assurée avec un boulon 16 comprenant une vis 23 engagée dans le trou oblong 22 et dans les trous des pattes, cette vis ayant sa tête 24 située à la face de la barrette 12 qui est opposée à la face portant le collier 14.As visible in Figures 5 and 6, the securing of the collar 14 to the bar 12 is ensured with a bolt 16 comprising a screw 23 engaged in the oblong hole 22 and in the holes of the legs, this screw having its head 24 located at the face of the bar 12 which is opposite to the face carrying the collar 14.
La tête 24 est en appui sur la face de la barrette 12 par l’intermédiaire d’une première rondelle 26 engagée autour de cette vis 23, cette rondelle 26 étant interposée entre la tête et la face. Une seconde rondelle 27 est engagée autour de la vis 23 pour être en appui sur la face 15 de la barrette 12, de manière à être interposée entre cette face 15 et la patte 19 du collier 14.The head 24 rests on the face of the bar 12 via a first washer 26 engaged around this screw 23, this washer 26 being interposed between the head and the face. A second washer 27 is engaged around the screw 23 to rest on the face 15 of the bar 12, so as to be interposed between this face 15 and the tab 19 of the collar 14.
Les rondelles 26 et 27 sont des rondelles de type antifriction, c’est-à-dire présentant un coefficient de frottements le plus faible possible avec le matériau de la barrette 12, de manière à permettre un glissement aisé de ces rondelles sur les faces de la barrette 12 contre lesquelles elles sont appliquées.The washers 26 and 27 are anti-friction type washers, that is to say having the lowest possible coefficient of friction with the material of the bar 12, so as to allow easy sliding of these washers on the faces of the bar 12 against which they are applied.
Avantageusement, les faces de la barrette 12 sont elles-mêmes couvertes d’un revêtement antifriction pour diminuer encore les efforts de friction lorsque ces rondelles glissent sur les faces de la barrette 12. Ce revêtement antifriction peut être apporté avec un procédé de dépôt physique par phase vapeur, généralement désigné par l’acronyme PVD («Physical Vapor Deposition») qui est un procédé de métallisation permettant de déposer sous vide des minces couches de matière grâce à la vapeur sur une surface.Advantageously, the faces of the bar 12 are themselves covered with an anti-friction coating to further reduce the friction forces when these washers slide on the faces of the bar 12. This anti-friction coating can be provided with a physical deposition process by vapor phase, generally referred to by the acronym PVD (“ Physical Vapor Deposition ”) which is a metallization process allowing thin layers of material to be deposited under vacuum using steam on a surface.
Le montage du collier 14 consiste à engager la vis 23 portant la première rondelle 26 dans le trou oblong 22, puis à engager la seconde rondelle 27 autour de la vis 23 sur la face 15, avant d’engager les pattes 18, 19 autour de la vis 23, à travers les trous 21 en plaquant la patte 19 sur la seconde rondelle 27, après quoi un écrou 28 peut être vissé autour de la vis 23.Mounting the collar 14 consists of engaging the screw 23 carrying the first washer 26 in the oblong hole 22, then engaging the second washer 27 around the screw 23 on the face 15, before engaging the tabs 18, 19 around the screw 23, through the holes 21 by placing the tab 19 on the second washer 27, after which a nut 28 can be screwed around the screw 23.
Le collier 14 peut être rapporté sur la barrette 12 en entourant déjà le tube 11, ou bien le tube 11 peut aussi être engagé dans le collier une fois que le collier a été installé sur la barrette 12.The collar 14 can be attached to the bar 12 already surrounding the tube 11, or the tube 11 can also be engaged in the collar once the collar has been installed on the bar 12.
Lorsque l’ensemble est en place, l’écrou 28 est serré, pour que le collier 14 enserre le tube 11 afin qu’il ne puisse pas glisser le long du collier selon la direction DC.When the assembly is in place, the nut 28 is tightened, so that the collar 14 encloses the tube 11 so that it cannot slide along the collar in the direction DC.
Le couple de serrage de l’écrou 28 est choisi pour être pas trop élevé afin qu’un glissement des rondelles sur la barrette reste possible pour que l’ensemble formé par le collier avec les rondelles et le boulon soit mobile dans le trou oblong, tout en étant suffisamment élevé pour que le collier enserre d’une façon suffisante pour interdire un déplacement du tube par rapport au collier.The tightening torque of the nut 28 is chosen to be not too high so that sliding of the washers on the bar remains possible so that the assembly formed by the collar with the washers and the bolt is movable in the oblong hole, while being high enough for the collar to grip sufficiently to prevent movement of the tube relative to the collar.
L’écrou 28 est avantageusement du type autobloquant, encore connu sous le nom d’écrou autofreiné ou écrou frein. Il est également possible d’utiliser à la place de l’écrou 28 un écrou associé à un contre-écrou serrés l’un contre l’autre pour assurer leur blocage sur la vis.The nut 28 is advantageously of the self-locking type, also known as a self-locking nut or locking nut. It is also possible to use instead of nut 28 a nut associated with a lock nut tightened against each other to ensure they are locked on the screw.
Complémentairement, deux rondelles Belleville peuvent être prévues pour réduire les efforts exercés par les rondelles 26 et 27 sur les faces de la barrette 12, de manière à faciliter leur glissement. Ces rondelles Belleville sont alors interposées respectivement entre la tête 24 et la première rondelle 26, et entre la seconde rondelle 27 et l’écrou 28.Additionally, two Belleville washers can be provided to reduce the forces exerted by the washers 26 and 27 on the faces of the bar 12, so as to facilitate their sliding. These Belleville washers are then interposed respectively between the head 24 and the first washer 26, and between the second washer 27 and the nut 28.
Une autre possibilité est de prévoir autour de la vis 23 une bague ayant une épaisseur légèrement supérieure à celle de la barrette 12, interposée entre les rondelles 26 et 27, cette bague ayant un diamètre interne correspondant à celui de la vis 23 et un diamètre externe sensiblement inférieur à celui du trou oblong 22.Another possibility is to provide around the screw 23 a ring having a thickness slightly greater than that of the bar 12, interposed between the washers 26 and 27, this ring having an internal diameter corresponding to that of the screw 23 and an external diameter significantly lower than that of the oblong hole 22.
Dans cette configuration, le serrage de l’écrou 28 permet d’enserrer fermement le collier 14 autour du tube 11 sans que les rondelles 26 et 27 n’enserrent la barrette 12, ce qui assure que l’ensemble formé par le collier 14 et le boulon 16 est librement mobile selon la direction DC tout en restant solidarisé à la barrette 12.In this configuration, the tightening of the nut 28 makes it possible to firmly grip the collar 14 around the tube 11 without the washers 26 and 27 gripping the bar 12, which ensures that the assembly formed by the collar 14 and the bolt 16 is freely movable in the direction DC while remaining secured to the bar 12.
En fonctionnement, lorsque le moteur est mis en service, l’accroissement de sa température, et en particulier celle du carter se traduit par une augmentation du diamètre de carter qui est chaud. Les tubes 11 étant parcours par un flux d’air de refroidissement, ils subissent un accroissement de température beaucoup moins important que le carter.In operation, when the engine is put into service, the increase in its temperature, and in particular that of the crankcase, results in an increase in the diameter of the crankcase which is hot. As the tubes 11 pass through a flow of cooling air, they undergo a much less significant increase in temperature than the casing.
Compte tenu de la dilatation significative du carter par rapport aux tubes, ces tubes tendent à glisser par rapport au carter selon la direction circonférentielle. Grâce à l’invention, c’est chaque dispositif de fixation 13 qui glisse par rapport à la barrette 12 selon la direction DC le long du trou oblong 22, tout en restant rigidement solidaire du tube qu’il porte.Given the significant expansion of the casing relative to the tubes, these tubes tend to slide relative to the casing in the circumferential direction. Thanks to the invention, it is each fixing device 13 which slides relative to the bar 12 in the direction DC along the oblong hole 22, while remaining rigidly attached to the tube which it carries.
Dans ces conditions, les dilatations différentielles ne détériorent pas les tubes puisque ceux-ci ne glissent pas par rapport aux colliers qui les portent, car ce sont uniquement les colliers qui glissent par rapport aux barrettes auxquelles ils sont solidarisés.Under these conditions, differential expansions do not damage the tubes since they do not slide relative to the collars which carry them, because it is only the collars which slide relative to the bars to which they are secured.
Claims (8)
Turbomachine comprising a casing according to one of the preceding claims.
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