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CA 02583847 2007-04-05
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Titre de l'invention
Dispositif de rétention axiale d'un flasque de disque de rotor de
turbomachine
Arrière-plan de l'invention
La présente invention concerne un dispositif de rétention axiale
d'un flasque annulaire contre une face radiale d'un disque de rotor de
turbomachine.
Elle concerne plus précisément un perfectionnement apporté au
dispositif de rétention décrit dans la demande de brevet EP 1 498 579 Al
déposée par la demanderesse. Un tel dispositif permet de retenir un
flasque annulaire contre une face radiale d'un disque de rotor, ledit disque
présentant dans la face radiale un évidement annulaire délimité par
plusieurs parois dont l'une est formée par la face interne d'une bride qui
s'étend radialement vers l'extérieur, et ledit flasque présentant, dans sa
partie radialement intérieure, une base annulaire en appui contre la paroi
radialement extérieure de l'évidement et un pied qui s'étend radialement
vers l'intérieur dans l'évidement du disque à partir de la base. Selon cette
invention, le dispositif de rétention comporte en outre une bague de
retenue sous forme de jonc fendu disposé dans l'évidement du disque de
rotor, ce jonc ayant une face axialement externe qui est en appui contre
une face axialement interne de la bride, une face axialement interne qui
est en appui contre une face axialement externe du pied, et une face
radialement extérieure qui est en appui contre une face radialement
intérieure de la base du flasque.
Ce dispositif de rétention, et notamment la bague de retenue,
est simple à réaliser, peu coûteux et permet de faciliter le montage et le
démontage des pièces. Il présente toutefois certains inconvénients. En
particulier, lors du fonctionnement, le flasque subit une poussée axiale qui
a pour conséquence un risque de basculement du jonc de retenue vers
l'extérieur de l'évidement du disque de rotor. Ce basculement du jonc de
retenue peut alors conduire à des problèmes d'usure par matage du
disque de rotor avec un risque d'éclatement de celui-ci. Le basculement
du jonc peut également provoquer après usure par matage à son
désengagement de l'évidement et ainsi conduire le flasque à sortir de son
logement.
= = ===
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Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels
inconvénients en proposant un dispositif de rétention axiale d'un flasque
de disque de rotor permettant d'éviter tout risque de basculement du jonc
de retenue.
Ce but est atteint grâce à un dispositif de rétention dans lequel
la bague de retenue annulaire fendue disposée dans l'évidement du
disque de rotor a une face axialement externe qui est en appui contre une
face axialement interne de la bride résultant en une première force axiale
ayant une direction sensiblement axiale, une face axialement interne qui
est en appui contre une face axialement externe du pied résultant en une
seconde force axiale ayant une direction sensiblement axiale et un sens
opposé à la première force axiale, les forces axiales étant décalées
radialement l'une par rapport à l'autre, et une face radialement extérieure
qui est en appui contre une face radialement intérieure de la base du
flasque résultant en une force radiale ayant une direction sensiblement
radiale, et dans lequel, conformément à l'invention, la face radialement
extérieure de la bague de retenue présente une découpe annulaire de
telle sorte que la force radiale résultant de l'appui de cette face contre la
face radialement intérieure de la base du flasque est située dans un plan
décalé axialement par rapport à un plan radial de la bague de retenue
passant par son centre de gravité de façon à obtenir un équilibre
mécanique des forces s'appliquant sur ladite bague de retenue.
Les forces axiales qui s'exercent sur la bague de retenue sont
dues au montage avec précontrainte du flasque sur le disque de rotor. Le
décalage radial entre ces forces provient du fait qu'il est nécessaire de
faire passer le pied du flasque au-dessus de la bride du disque lors du
montage et du démontage du flasque. Quant à la force radiale qui
s'applique sur la face radialement extérieure de la bague, elle provient de
la force centrifuge résultant de la rotation du disque de rotor. En réalisant
une découpe annulaire au niveau de la face radialement extérieure de la
bague de retenue, il est possible de décaler axialement la direction de la
force radiale s'appliquant sur cette face pour ainsi compenser le couple de
rotation créé par le décalage radial entre les forces axiales. De la sorte, on
peut obtenir un équilibre mécanique des forces s'appliquant sur les
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différentes faces de la bague de retenue qui permet d'empêcher son
basculement lors du fonctionnement.
Le plan radial dans lequel est située la force radiale résultant de
l'appui de la face radialement extérieure de la bague de retenue contre la
face radialement intérieure de la base du flasque est de préférence
disposé entre les faces axialement externe et interne de la bague de
retenue.
Lorsque la seconde force axiale résultant de l'appui de la face
axialement interne de la bague contre la face axialement externe du pied
est décalée radialement vers l'extérieur par rapport à la première force
axiale résultant de l'appui de la face axialement externe de la bague
contre la face axialement interne de la bride, la découpe annulaire de la
face radialement extérieure de la bague de retenue est avantageusement
disposée de telle sorte que la force radiale est située dans un plan décalé
radialement vers la face interne de la bague par rapport au plan radial de
la bague passant par son centre de gravité.
De préférence, une portion radialement intérieure de la bague
de retenue loge dans une rainure ménagée derrière la bride du disque de
rotor.
Selon un aspect, l'invention se rapporte à un dispositif de
rétention axiale d'un flasque de disque de rotor, comportant :
un disque de rotor comportant une face radiale qui présente un
évidement annulaire délimité par plusieurs parois dont l'une est formée
par la face interne d'une bride qui s'étend radialement vers l'extérieur ;
un flasque annulaire présentant, dans sa partie radialement
intérieure, une base annulaire en appui contre la paroi radialement
extérieure de l'évidement et un pied qui s'étend radialement vers
l'intérieur dans l'évidement du disque à partir de la base ; et
une bague de retenue annulaire fendue disposée dans
l'évidement du disque de rotor, cette bague ayant une face axialement
externe qui est en appui contre une face axialement interne de la bride
résultant en une première force axiale (F1) ayant une direction
sensiblement axiale, une face axialement interne qui est en appui contre
une face axialement externe du pied résultant en une seconde force axiale
(F2) ayant une direction sensiblement axiale et un sens opposé à la
première force axiale (F1), les forces axiales (F1, F2) s'appliquant selon
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des lignes disposées radialement de part et d'autre d'une ligne axiale
passant par un centre de gravité (G) de la bague et retenue, la seconde
force axiale (F2) étant décalée radialement vers l'extérieur par rapport à la
première force axiale (F1), et une face radialement intérieure de la base
du flasque résultant en une force radiale (F3) ayant une direction
sensiblement radiale,
dans le dispositif, la face radialement extérieure de la bague de
retenue présente une découpe annulaire qui est disposée de telle sorte
que la force radiale (F3) est située dans un plan décalé radialement vers la
face interne de la bague passant par son centre de gravité (G) de façon à
obtenir un équilibre mécanique des forces (F1, F2, F3) s'appliquant sur
ladite bague de retenue.
L'invention a également pour objet une turbine et une
turbomachine comportant au moins un dispositif de rétention tel que
défini précédemment.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins
annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout
caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 est une vue partielle et en perspective d'un
dispositif de rétention d'un flasque de disque de rotor de turbomachine
selon l'invention ; et
- la figure 2 est une vue partielle du dispositif de la figure 1
selon une coupe contenant l'axe de rotation du disque de rotor.
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Description détaillée d'un mode de réalisation
Sur les figures est représenté partiellement un disque 1 de
turbomachine, par exemple un disque de rotor de turbine haute-pression.
Le disque 1 comporte une pluralité d'alvéoles 2 sensiblement
axiales qui sont chacune destinées à recevoir un pied d'aube (non
représenté). Un flasque annulaire 3 monté contre une face 4 du disque
permet d'immobilier axialement les aubes sur le disque. Une portion
radialement intérieure 5 du flasque 3 loge dans un évidement annulaire 6
ménagé dans la face 4 du disque et y est immobilisée par une bague de
retenue qui se présente sous la forme d'un jonc 7 fendu.
Dans la description qui suit, les termes intérieur et
extérieur désignent une paroi ou une face respectivement proche ou
éloignée de l'axe de rotation du disque 1, et les termes interne et
externe se réfèrent à une paroi ou face respectivement proche ou
éloignée du plan médian du disque.
Comme représenté sur la figure 2, l'évidement annulaire 6 est
délimité radialement à l'extérieur par une paroi 8 sensiblement cylindrique
qui est raccordée par une surface concave 9 à une rainure annulaire 10, à
section en U, disposée derrière une bride annulaire 11 du disque. Cette
bride 11 s'étend radialement vers l'extérieur et présente un diamètre qui
est légèrement supérieur au diamètre de l'épaulement 12 formé entre la
surface concave 9 et le fond de la rainure 10.
Dans l'exemple illustré sur les figures, la rainure 10 et la bride
11 émergent sur la face 4 du disque 1. Toutefois, cette disposition n'est
pas obligatoire pour la mise en oeuvre de l'invention.
La portion radialement intérieure 5 du flasque 3 comporte une
base annulaire 13 qui s'étend dans l'évidement 6 du disque et qui
présente une surface extérieure 14 cylindrique venant en appui contre la
paroi cylindrique 8 du disque.
La portion radialement intérieure 5 du flasque 3 comporte
également un pied 15 qui est disposé sous la base 13 et qui s'étend
radialement vers l'intérieur. Afin de permettre l'introduction de la portion
radialement intérieure 5 du flasque 3 dans l'évidement 6 lors de son
montage ou de son démontage, le diamètre de l'alésage 16 du pied 15 est
sensiblement égal ou légèrement supérieur à celui de la bride 11.
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Le pied 15 de la portion radialement intérieure 5 du flasque 3
présente une face axialement externe 17 qui est disposée dans un plan
radial passant par la rainure 10 au voisinage de l'épaulement 12. Cette
face externe 17 se raccorde à la face radialement intérieure 25 de la base
5 13 et forme avec cette dernière une feuillure 18.
Le jonc de retenue 7 est disposé dans l'évidement 6 de sorte
que sa portion radialement extérieure loge dans cette feuillure 18 et sa
portion radialement intérieure vienne en partie dans la rainure 10.
Le jonc de retenue 7 présente une section droite sensiblement
rectangulaire. Il comporte deux faces axiales parallèles entre elles et
perpendiculaires à l'axe de rotation du disque 1, à savoir une face
axialement externe 19 et une face axialement interne 20. En outre, au
niveau de sa portion radialement extérieure logée dans la feuillure 18, le
jonc présente une face radialement extérieure 21.
Comme représenté sur la figure 2, la face axialement externe 19
du jonc de retenue 7 est en appui contre une face axialement interne 22
de la bride 11. De ce contact axial découle une force de réaction dont la
résultante est schématisée par la flèche F1. Cette force axiale F1 a une
direction sensiblement axiale et est dirigée vers l'interne.
De même, la face axialement interne 20 du jonc de retenue 7
est en appui contre la face axialement externe 17 du pied 15 du flasque 3
dont la force de réaction résultante est schématisée par la flèche F2. Cette
autre force axiale F2 a une direction sensiblement axiale et un sens
opposé à celui de la force axiale F1, c'est-à-dire qu'elle est dirigée vers
l'externe.
Comme cela sera expliqué par la suite, les forces axiales Fi, F2
s'exerçant sur les faces axiales du jonc 7 sont dues au montage avec
précontrainte du flasque 3 contre la face axiale 4 du disque 1.
Du fait de la disposition particulière des différents éléments du
dispositif de rétention rendue nécessaire pour le montage et le démontage
du flasque, on notera que la force axiale F1 est décalée radialement vers
l'extérieur par rapport à l'autre force axiale F2 (ce décalage radial est
schématisé par la longueur L sur la figure 2). En effet, sans un tel
décalage radial L, il serait impossible de faire passer le pied 15 du flasque
3 au-dessus de la bride 11 lors du montage ou du démontage dudit
flasque.
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On notera également que les forces axiales Fi et F2
s'appliquent sur les faces axiales 19, 20 du jonc de retenue 7 selon des
lignes disposées radialement de part et d'autre d'une ligne imaginaire
axiale 24 passant par le centre de gravité du jonc schématisé par le point
G sur la figure 2.
Quant à la face radialement extérieure 21 du jonc de retenue 7,
elle est en appui contre la face radialement intérieure 25 de la base 13 du
flasque 3 (cette face 25 est formée dans la feuillure 18). De ce contact
radial découle une force de réaction dont la résultante est schématisée par
la flèche F3 sur la figure 2. Cette force radiale F3 qui a une direction
sensiblement radiale et qui est dirigée vers l'intérieur est due à la force
centrifuge résultant de la rotation du disque 1 autour de son axe.
On notera que, du fait de la forme du jonc de retenue 7 et de sa
disposition particulière par rapport au flasque 3 et à la bride 11 du disque,
la force radiale F3 s'applique de préférence selon un plan radial qui est
situé entre les deux faces axiales parallèles 19, 20 du jonc de retenue.
Du fait du décalage radial existant entre les forces axiales F1 et
F2 s'exerçant sur les faces axiales 19, 20 du jonc de retenue 7 et de leur
répartition par rapport à la ligne axiale 24 passant par le centre de gravité
G du jonc, un risque existe que celui-ci bascule autour de son centre de
gravité.
Afin d'éviter un tel risque, il est prévu, conformément à
l'invention, que la face radialement extérieure 21 du jonc de retenue 7
présente une découpe (ou dépouille) annulaire 26 de telle sorte que la
force radiale F3 résultant de l'appui de cette face 21 contre la face
radialement intérieure 25 de la base 13 soit située dans un plan 27 décalé
axialement par rapport à un plan radial 28 du jonc passant par son centre
de gravité G.
En réglant la portée de la surface de contact entre la face
radialement extérieure 21 du jonc de retenue 7 et la face radialement
intérieure 25 de la base 13, il est ainsi possible d'obtenir un équilibre
mécanique des forces F1 à F3 s'appliquant sur le jonc de retenue. Ce
réglage s'effectue en réalisant une découpe annulaire 26 plus ou moins
profonde (dans le sens axial) sur la face radialement extérieure 21 du jonc
de retenue 7.
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Comme représenté sur la figure 2, lorsque la force axiale F2 est
décalée radialement vers l'extérieur par rapport à la force axiale Fi, la
découpe annulaire 26 est réalisée de telle sorte que la force radiale F3 est
située dans un plan 27 décalé radialement vers la face axialement interne
20 du jonc de retenue 7 par rapport au plan radial 28 du jonc passant par
son centre de gravité G. Ceci permet de créer un équilibre mécanique
entre les forces F1 à F3 s'appliquant sur le jonc de retenue.
Bien entendu, dans une situation inverse, c'est-à-dire si la force
axiale F2 était décalée radialement vers l'intérieur par rapport à la force
axiale Fi, la découpe annulaire serait réalisée de telle sorte que la force
radiale F3 soit située dans un plan décalé radialement vers la face
axialement externe 19 du jonc par rapport au plan radial 28 du jonc,
toujours dans le but de créer un équilibre mécanique entre les forces F1 à
F3 s'appliquant sur le jonc de retenue.
On notera que la présence d'une telle découpe annulaire 26 sur
la face radialement extérieure 21 du jonc de retenue 7 présente un autre
avantage qui est celui de pouvoir contrôler le bon positionnement du jonc
de retenue après le montage du flasque en passant une cale dans la
découpe.
On notera également que le montage et le démontage du
flasque 3 s'effectue de la même manière que pour le dispositif de
rétention décrit dans la publication EP 1 498 579 Al.
Brièvement, lors du montage ou du démontage du flasque, le
jonc 7 est rétracté dans la rainure 10 à l'aide d'outils de compression. A
cet effet, comme on le voit sur la figure 1, la bride 11 et le jonc 7
présentent en correspondance une pluralité d'encoches (29 sur la bride 11
et 30 sur le jonc) dans lesquelles on positionne les griffes d'outils de
compression.
Avant de mettre en place le flasque 3, on introduit le jonc 7
dans l'évidement 6, sa partie radialement intérieure étant de préférence
logée dans la rainure 10. A l'aide des outils de compression, on escamote
le jonc 7 dans la rainure 10 puis on rapproche le flasque 3 en faisant
passer le pied 15 au-dessus de la bride 11, du jonc 7 et des griffes. On
plaque alors le flasque 3 contre la face axiale 4 du disque 1 en appliquant
sur lui une pression axiale. Le jonc 7 s'expanse alors et sa face
radialement extérieure 21 vient en appui contre la base 13. Enfin, on
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supprime la pression axiale exercée sur le flasque 3, et le jonc 7 est alors
comprimé entre le pied 15 et la bride 13 (cette compression donne lieu
aux forces axiales Fi et F2 représentées sur la figure 2). Le démontage du
flasque se fait selon le processus inverse.
