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AMELIORATION POUR LE VERROUILLAGE DE PIECES DE SUPPORT
D'AUBAGE
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne un ensemble permettant le verrouillage en translation
relative
de deux pièces de support d'aubage de turbomachine telles que par exemple une
plate-
forme d'aubage fixe et un anneau de support d'aubage ou un anneau d'aubage
mobile et un
carter d'anneau.
L'invention s'applique notamment au verrouillage d'une plate-forme d'aubage de
distribution de flux:deturbomachine à un anneau de support dudit aubage de
distribution.
ETATDEIA TECHNIQ.UB
Un exemple de turbomachine a été illustré en figuré 5.
Une tùrbomachine 1 comporte typiquement une nacelle qui forme une ouverture
pour l'adMiSston d'un flux déterminé d'air vers le moteur proprement dit.
Généralement, la
turbOMachine conlprend une ou plusieurs'sectiohs de:compression 3 de l'air
admis 'dans. ie
moteur (généraleffient une section basse pression et une section haute
pression)..12air ainsi
comprime est:geis 'dans la chambre de doinbuStiori5.et. mélangé avec du
carburant avant
d YMbrtde
Les .............................................................. gaz de
combustion chauds issus de cette combustion sont ensuite détendus
daPS:.OlifférentS..étages de turbine. Une première: détente est faite dans un
étage :à 'haute
pression.-6' iffimédiaterrient en aval de la chambre de combustion' et qui
reçoit les gaz à fa
temper:ature ..................................................... la plus
élevée. Les gaz sont détendus à nouveau en étant guidés à travers les
étages de turbine dits à basse pression 7.
Une turbine, haute pression 6 ou basse pression /, comporte classiquement un
ou
plusieurs étages, chacun étant constitué d'une rangée d'aubes de turbine
fixes, aussi
appelée distributeur, suivie d'une rangée d'aubes Mobiles de turbine, qui
forment le rotor.
Les distributeurs sont fixés ensemble par l'intermédiaire d'un anneau. Le
distributeur 2 dévie
le flux de gaz prélevé au niveau de la chambre de combustion vers les aubes
mobiles de
turbine à un angle et une vitesse appropriés afin d'entraîner en rotation ces
aubes mobiles et
le roter de la turbine.
Chaque distributeur est sectorisé, c'est-à-dire formé de plusieurs secteurs de
distributeùr disposés circonférentiellement bout à bout autour d'un axe X-X
longitudinal de
la turbomachine. Chaque secteur de distributeur comprend une pluralité d'aubes
s'étendant radialement par rapport à l'axe X-X de la turbomachine de manière à
relier un élément annulaire radialernent interne (ou plateforme interne)
FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26)
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et un élément annulaire radialement externe (ou plateforme externe), qui
forment
ensemble une veine annulaire en regard des aubes mobiles de la turbine.
Sur la plate-forme externe du distributeur est monté un anneau de support
du distributeur, qui est une pièce de révolution autour de l'axe de la
turbomachine.
L'anneau et le distributeur doivent être solidaires l'un de l'autre. A cet
égard, des
moyens de blocage d'une translation relative dans la direction axiale ou
radiale (par
rapport à l'axe de la turbomachine) doivent être prévus.
On connait d'après le document FR 2 887 920 des verrous appliqués de
manière analogue à une section de carter de turbomachine s'étendant autour
d'un
anneau d'aubage mobile.
Les verrous sont en forme de secteurs de couronne présentant une section
transversale en U pour pouvoir recevoir une extrémité aval de l'anneau et d'un
secteur de distributeur, chaque verrou étant monté serré, c'est-à-dire sans
jeu, sur
l'anneau et le carter pour les maintenir solidaires l'un de l'autre.
Cette solution n'est néanmoins pas transposable au verrouillage d'une plate-
forme de distributeur (c'est-à-dire d'aubage fixe) à un anneau de support de
ce
distributeur à cause des contraintes mécaniques et thermiques trop importantes
dans ces pièces, résultant respectivement des efforts du flux d'air sur le
distributeur
et de la dilatation thermique des pièces.
En effet, en cas de serrage d'un verrou sur les pièces, l'absence de jeu entre
le verrou d'une part et le distributeur et l'anneau d'autre part, implique que
les
contraintes dans les pièces se traduisent par des efforts importants appliqués
sur le
verrou, entraînant la déformation et la dégradation rapide de celui-ci.
Il existe donc un besoin pour un système de durée de vie accrue, permettant
de bloquer un anneau de distributeur avec une plate-forme externe de
distributeur.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention a pour but de pallier le problème mentionné ci-avant.
En particulier, un but de l'invention est de proposer un ensemble permettant
de maintenir ensemble deux pièces de support d'aubage de turbomachine de
manière fiable tout en présentant une longue durée de vie.
Un autre but de l'invention est de proposer un ensemble facile à monter.
A cet égard, l'invention a pour objet un ensemble comprenant :
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- deux pièces de support d'aubage de turbomachine, les pièces étant de
révolution, disposées l'une à l'intérieur de l'autre de manière concentrique
autour d'un axe de turbomachine, et
- un système de verrouillage des pièces pour interdire leur translation
relative
dans les directions axiale et radiale par rapport audit axe, le système de
verrouillage comprenant une couronne fendue comportant une section
transversale en U adaptée pour recevoir une extrémité des deux pièces,
l'ensemble étant caractérisé en ce que la couronne et l'une des pièces sont
conformées pour permettre un engagement par crabotage de la couronne sur la
1.13 pièce,
et en ce que le système de verrouillage comprend en outre un organe d'arrêt en
rotation de la couronne relativement à la pièce avec laquelle elle est engagée
par
crabotage.
Avantageusement, mais facultativement, l'invention comporte en outre au moins
l'une des caractéristiques suivantes:
- la pièce interne est une plate-forme d'aubage fixe ou un anneau d'aubage,
et
la pièce externe est respectivement un anneau de support d'aubage fixe ou
un carter d'anneau.
- la section en U de la couronne comprend deux bras reliés entre eux par une
barre transversale, telle que chaque bras se trouve en regard de l'une des
pièces lorsque la couronne reçoit l'extrémité des pièces, l'un des bras et la
pièce en regard dudit bras présentant des dents de crabot adaptées pour
coopérer pour permettre l'engagement par crabotage de la couronne sur
ladite pièce.
- la pièce externe et le bras en regard de ladite pièce sont munis des
dents de
crabot.
- l'organe d'arrêt en rotation comprend :
o un
crochet positionné au niveau de la fente de la couronne et adapté
pour recevoir l'extrémité des deux pièces, le crochet comprenant, sur
un bras s'étendant le long d'une des pièces, un orifice traversant
formant logement, et
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o un
pion de fixation du crochet, traversant la pièce le long de laquelle
s'étend le bras du crochet, ledit pion étant reçu dans le logement du
crochet.
- Le crochet comporte en outre une rainure traversante adjacente au
logement
et débouchant sur un coté de crochet pour permettre l'insertion du pion dans
le logement par la rainure.
- La rainure présente des bords convergents vers le logement pour interdire
la
sortie du pion une fois inséré dans le logement.
- Le crochet comporte en outre une cavité adjacente au logement, permettant
une déformation élastique du crochet lors de l'insertion du pion dans le
logement.
- La cavité présente une largeur inférieure à la largeur du pion.
- Le bras du crochet s'étend le long de la pièce externe et le pion
traverse
ladite pièce.
L'invention a également pour objet une turbomachine comprenant un tel
ensemble.
L'invention a également pour objet un procédé de montage d'un tel ensemble
comprenant les étapes consistant à :
- monter les deux pièces de révolution l'une à l'intérieur de l'autre de
manière
concentrique,
- amener la couronne fendue et l'engager par crabotage sur l'une des
pièces,
et
- positionner l'organe d'arrêt en rotation de la couronne relativement à la
pièce.
Avantageusement, mais facultativement, au cours de ce procédé de montage,
l'étape de positionnement de l'organe d'arrêt en rotation comprend les étapes
consistant à :
- positionner un pion anti-rotation au travers de l'une des pièces, et
- positionner un crochet au niveau de la fente de la couronne, de manière à
recevoir l'extrémité des deux pièces, et déplacer le crochet vers les pièces
de manière à engager successivement le pion dans la rainure puis dans le
logement du crochet.
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DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention
apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et
au regard
des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- Les figures la et lb représentent une vue en coupe transversale d'un
ensemble selon un mode de réalisation, respectivement au niveau d'une
dent de crabot et au niveau d'un organe d'arrêt en rotation de la
couronne sur les pièces.
- La figure 1 c représente une vue en coupe transversale d'un ensemble
selon un autre mode de réalisation, au niveau d'une dent de crabot.
- La figure 1 d représente une vue en coupe transversale d'un ensemble
selon un autre mode de réalisation, au niveau d'une dent de crabot.
- La figure 2a représente une vue en perspective partielle d'un anneau de
support d'aubage pouvant faire partie de l'ensemble représenté sur les
figures la et lb.
- La figure 2b représente une vue de face partielle d'une couronne de
verrouillage des pièces.
- Les figures 3a à 3c sont des vues sous différentes perspectives d'un
ensemble selon un mode de réalisation de l'invention.
- La figure 3d représente un crochet utilisé pour l'arrêt en rotation d'une
couronne.
- La figure 4 représente schématiquement les principales étapes du
procédé de montage d'un ensemble selon l'invention.
- La figure 5, déjà décrite, est une vue en coupe d'un exemple de
turbomachine sur laquelle l'ensemble selon l'invention peut être mis en
oeuvre.
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE
L'INVENTION
En référence à la figure 3a, on a représenté un ensemble 100 qui comprend
deux pièces de support d'un aubage de turbomachine, les deux pièces étant de
révolution, et disposées l'une à l'intérieur de l'autre de manière
concentrique autour
de l'axe X-X de la turbomachine, visible sur la figure 5.
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Par pièce de support d'un aubage de turbomachine, on entend :
- dans le cas d'un aubage fixe, par exemple un aubage de distribution de
flux : une plate-forme externe d'aubage reliant entre elles les aubes de
l'aubage, ou un anneau de support d'un aubage, qui est disposé autour
de ladite plate-forme, ou encore un carter d'anneau d'aubage, disposé
autour dudit anneau.
- dans le cas d'un aubage mobile, par exemple un aubage de
compresseur : un anneau entourant l'aubage, ou un carter d'anneau, qui
est disposé autour dudit anneau.
L'ensemble 100 comprend donc deux pièces de support d'aubage, une pièce
radialement interne 10 et une pièce radialement externe 20 disposée autour de
la
première.
Selon un mode de réalisation préféré, la pièce interne 10 est une plate-forme
d'aubage fixe de turbomachine comme un aubage de distribution de flux
(également
appelé distributeur), la pièce externe 20 étant alors un anneau de support
d'aubage
fixe.
Selon un mode de réalisation alternatif, la pièce interne 10 est un anneau
d'aubage mobile, et la pièce externe 20 est alors un carter d'anneau.
Selon une autre variante, la pièce interne 10 est un anneau de support
d'aubage fixe et la pièce externe 20 est un carter d'anneau.
Sur les figures la et lb, on a représenté l'ensemble 100 dans le premier cas.
La pièce interne 10 est une plate-forme d'aubage dont on a représenté une aube
A.
La plate-forme 10 comprend un becquet amont 11 et un becquet aval 12 par
rapport
au flux d'air, représenté sur la figure par une flèche F. Les becquets amont
11 et
aval 12 forment respectivement les extrémités amont et aval de la plate-forme.
L'anneau de support 20 de l'aubage comprend quant à lui, à son extrémité
amont, un crochet en U 21 adapté pour recevoir le becquet amont 11 de la plate-
forme, et à son extrémité aval un rebord 22 s'étendant vers l'axe et
permettant de
retenir le becquet aval de la plate-forme axialement vers l'aval.
Le rebord 22 est pourvu d'une encoche 23 adaptée pour pouvoir faire pivoter
le coin du becquet aval 12 dans cette encoche lors du positionnement de
l'anneau
20 sur la plate-forme. Le support d'anneau pivote ainsi autour de la plate-
forme (le
pivot se trouvant au niveau du becquet aval), et vient recevoir au niveau du
crochet
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21 le becquet amont. Il en résulte un jeu axial entre le crochet 21 et le
becquet
amont 11 une fois que l'anneau se trouve en position sur la plate-forme 10.
De plus, comme visible sur les figures, au niveau du rebord 22 le becquet
aval 11 n'est pas retenu radialement.
Dans le cas où la pièce interne 10 est un anneau d'aubage mobile, et où la
pièce externe 20 est un carter d'anneau, en référence à la figure 1 c, le
carter
d'anneau 20 comporte des rebords circonférentiels aval 22 qui sont positionnés
en
regard de rebords circonférentiels aval 12 de l'anneau d'aubage 10.
Une protubérance 13 sur ledit rebord permet d'interdire un déplacement du
carter vers l'amont par rapport à l'anneau d'aubage 10. Cependant dans la
direction
opposée vers l'aval, et dans la direction radiale, les mouvements relatifs du
carter
et de l'anneau d'aubage 10 ne sont pas bloqués.
15
L'ensemble 100 comprend donc un système de verrouillage 30 des pièces
pour interdire leur translation relative axiale et radiale (par rapport à
l'axe de la
turbomachine).
Comme visible plus particulièrement sur les figures 2b et 3a à 3c, ce
système 30 comprend une couronne 40 présentant une section en U comprenant
20 deux
bras 41, 42 parallèles, reliés entre eux à une extrémité par une barre
transversale 43.
La longueur de la barre transversale 43 définit l'écartement entre les bras,
qui doit être suffisant pour recevoir une extrémité des deux pièces 10, 20.
Dans le
cas où les pièces sont respectivement une plate-forme d'aubage et un anneau de
support, la couronne reçoit, comme illustré sur les figures la et lb, le
becquet aval
12 de la plate-forme et le rebord 22 de l'anneau, de sorte qu'un bras interne
41 de la
couronne soit en regard d'une face interne du becquet aval 12 et un bras
externe 42
soit en regard de la face externe de l'anneau.
Sur la figure 1 c, dans le cas d'un anneau d'aubage 10 entouré d'un carter
d'anneau 20, la couronne reçoit les rebords circonférentiels aval 12, 22 des
deux
pièces, le bras interne 41 étant en regard de la face interne du rebord aval
12 de
l'anneau, et le bras externe 42 étant en regard de la face externe du rebord
aval 22
du carter.
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En outre, la couronne 40 est conformée de manière à pouvoir être montée
par crabotage sur l'une des pièces.
Avantageusement, la couronne 40 et l'une des pièces, de préférence la
pièce externe 20, sont conformées de manière à pouvoir coopérer ensemble par
crabotage. A cet égard, elles comprennent des dents de crabot 44, 24,
complémentaires, c'est-à-dire que les dents de crabot de chaque pièce sont de
longueur égale et réparties à intervalle angulaire constant, et l'intervalle
angulaire
entre deux dents de crabot 24, 44 d'une pièce correspondant ou étant supérieur
à la
longueur d'une dent de crabot 44, 24 de l'autre pièce.
Selon un mode de réalisation préféré, qui est illustré sur les figures la, 1
c,
2b et 3a, les dents de crabot 44 sont des protubérances du bras externe 42 de
la
couronne, qui font saillie vers l'intérieur, c'est-à-dire vers l'axe de
révolution de la
couronne.
D'autre part, la pièce externe 20 comprend sur sa surface externe les dents
de crabot 24, s'étendant radialement dans la direction opposée de l'axe de
révolution de la pièce.
La couronne peut ainsi être montée par crabotage sur les pièces 10, 20 en
recevant l'extrémité des deux pièces, ce qui permet d'assurer l'arrêt en
translation
selon la direction radiale des deux pièces 10, 20 l'une par rapport à l'autre
(car la
pièce interne 10 est maintenue par la couronne contre la pièce externe), et en
translation relative axiale, car les dents de crabot 44 et la barre
transversale 43 de
la couronne privent la pièce externe 20 de mouvement axial.
De plus, le montage par crabotage de la couronne sur les pièces permet
d'autoriser la présence de jeux entre la couronne et les pièces 10,20, qui
permettent
aux pièces de se dilater, notamment à cause des contraintes thermiques en jeu,
sans réduire sur leur durée de vie.
En outre, l'absence de serrage implique que la couronne ne doit pas
supporter de contraintes mécaniques importantes. Ceci permet de diminuer le
dimensionnement de la couronne, et donc de réduire l'encombrement et la masse
de la couronne, ce qui allège la masse de l'ensemble de la turbomachine dans
laquelle les pièces 10, 20 sont installées.
Selon un mode de réalisation alternatif représenté en figure 1 d, la pièce
interne 10 peut comprendre des dents de crabot, positionnées sur sa surface
radialement interne et s'étendant radialement. La couronne 40 comprend alors
des
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dents de crabot 44 sur son bras interne 41, les dents faisant alors saillie
vers
l'extérieur.
La couronne 40 est avantageusement fendue, c'est-à-dire qu'elle s'étend sur
un secteur angulaire inférieur à 360 , mais avantageusement supérieur à 350 .
La
fente 45 de la couronne 40 permet également aux pièces de se dilater en cas de
contraintes thermiques sans endommager la couronne ni les pièces elles-mêmes.
Le système de verrouillage 30 des pièces comprend en outre un organe
d'arrêt en rotation 50 de la couronne 40 par rapport aux deux pièces 10, 20.
Cet
organe d'arrêt en rotation est avantageusement positionné au niveau de la
fente 45
de la couronne 40.
Comme illustré en figures lb et 3a à 3c, l'organe d'arrêt en rotation 50
comprend un crochet 51 qui est adapté pour recevoir l'extrémité des deux
pièces
10, 20. Dans le cas où les pièces sont une plate-forme d'aubage fixe 10 et un
anneau de support 20, les extrémités sont comme précédemment l'extrémité du
becquet aval 12 et du rebord 22.
Dans le cas où les pièces sont un anneau d'aubage mobile 10 et un carter
d'anneau, les extrémités sont leurs rebords circonférentiels aval 12, 22.
Le crochet 51 comprend en particulier un bras 52 s'étendant le long d'une
des pièces 10, 20, avantageusement le long de la pièce externe 20. Le bras 52
comprend un orifice traversant 53 formant logement pour un pion 59 s'étendant
au
travers d'un orifice (non représenté) prévu dans la pièce le long de laquelle
s'étend
le bras.
L'orifice 53 présente avantageusement la même forme que la section du
pion 59, à savoir avantageusement une forme circulaire.
Lorsque la couronne 40 est montée sur les pièces par crabotage, elle est
positionnée de sorte que les dents de crabot 24, 44 soient en regard et
qu'ainsi la
couronne remplisse son rôle d'arrêt radial et axial.
Dans cette position, le crochet 51 est monté au niveau de la fente 45 pour
recevoir les pièces, et le pion 59 est inséré dans le logement 53 du crochet,
maintenant ainsi la position angulaire du crochet de la couronne 40 constante.
Il en
résulte que, le crochet 51 occupant la fente 45 de la couronne, celle-ci ne
peut
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pivoter autour des pièces 10, 20 jusqu'à ce que les dents de crabot ne soient
plus
en regard et que la couronne 40 puisse être retirée.
Comme visible plus spécifiquement sur la figure 3a et la figure 3d, le crochet
51 comporte en outre une rainure 54 traversante adjacente au logement 53, et
débouchant sur l'un des côtés du crochet. De cette manière, le pion peut être
inséré
dans le logement par glissement dans la rainure jusqu'à arriver dans le
logement
53.
La rainure présente de préférence des bords convergents vers le logement,
le logement présentant lui-même un diamètre supérieur à l'écartement des bords
de
la rainure à son extrémité adjacente au logement, pour que le pion, une fois
inséré
dans le logement par déplacement dans la rainure, ne puisse plus en ressortir.
Ceci nécessite de déformer légèrement le crochet, au niveau des bords de la
rainure 54, au moment du passage du pion 59 pour autoriser son passage.
Le crochet 51 comporte alors avantageusement une cavité 55, de préférence
traversante, et adjacente au logement, cette cavité 55 se trouvant de
préférence à
l'opposé de la rainure par rapport au logement, permettant ainsi au crocher 51
de se
déformer élastiquement lors de l'insertion du pion 59 dans le logement 53.
Cette cavité 55 présente avantageusement une largeur inférieure au
diamètre du logement 53, pour interdire un déplacement du pion depuis le
logement
53 vers la cavité 55 une fois inséré dans le logement 53.
On va maintenant décrire, en référence à la figure 4, les principales étapes
d'un procédé de montage 1000 de l'ensemble 100 précédemment décrit.
Au cours d'une première étape 1100, on positionne les deux pièces de
support d'aubage 10, 20 l'une à l'intérieur de l'autre, de manière
concentrique. Les
pièces sont emboitées ensemble de manière connue de l'homme de l'art, pour
obtenir les dispositions respectivement illustrées en figures la, lb dans un
cas et,
lc dans l'autre cas.
On positionne ensuite 1200 une couronne 40 par crabotage sur les pièces.
Pour ce faire, on amène 1210 une couronne 40 en décalant les dents de crabot
44
de la couronne par rapport aux dents de crabot 24 d'une des pièces, et en
engageant la couronne 40 aux pièces de manière que les extrémités des pièces
soient reçues entre les bras 41, 42 de la couronne.
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On pivote 1220 ensuite la couronne 40 par rapport aux pièces 10, 20, de
sorte que les dents de crabot 44 de la couronne viennent en regard des dents
de
crabot 24 de la pièce, par exemple la pièce externe 20, et qu'ainsi la
couronne
forme une butée en translation axial de la pièce.
Enfin, au cours d'une étape 1300, on positionne un organe 50 d'arrêt en
rotation de la couronne par rapport aux pièces.
Pour ce faire, on se munit de préférence d'un crochet 51 comprenant une
rainure 54 adjacente au logement 53. On engage 1310 un pion anti-rotation 59
au
travers de l'une des pièces, et on amène 1320 le crochet 51 au niveau de la
fente,
de sorte qu'il reçoive l'extrémité des pièces et que le pion 59 soit reçu dans
la
rainure. On déplace progressivement le crochet 51 pour que le pion 59 se
déplace
dans la rainure jusqu'à atteindre le logement 53.
Le pion 59 se trouve avantageusement bloqué dans le logement par les
bords convergents de la rainure.
On a ainsi proposé un ensemble permettant le verrouillage en translation
axiale et radiale de deux pièces de support d'aubage de turbomachine, qui
présente
une durée de vie importante et qui est simple de montage.
