Brevet FR2311946A1 — publié le 19761217

La présente invention concerne une turbomachine à flux axial, du type comprenant un tambour annulaire monobloc portant au moins une couronne d'aubes faisant saillie e partir dudit tambour dans un canal annulaire d'écoulement de fluide bordé par ledit tambour, chaque aube présentant un pied logé dans ltépaisseur dudit tambour et une tête éloignée dudit pied, ledit tambour étant percé, suivant son épaisseur, d'une pluralité d'ouvertures en nombre égal à celui des aubes du tambour et à travers chacune desquelles une aube est introduite par sa tête dans ledit canal d'écoulement jus qu'à venir buter par son pied contre un épaulement de ladite ouverture, et un système de support disposé coaxialement audit tambour, hors dudit canal d'écoulement en en regard de la base ou "plante" du pied desdites aubes, monté angulairement mobile en position par rapport audit tambour et destiné, en position immobilisée, à empêcher lesdites aubes de ressortir chacune par son ouverture. Elle s'applique plus particulièrement, bien que non exclusivement, au cas oùiledit tambour fait partie du rotor d'une turbomachine, telle qu'un compresseur axial pour turboréacteur, et elle vise, d'une manière générale, à améliorer la fixation et à simplifier le montage et le démontage des aubes supportées par ce tambour, notamment dans le cas où ce dernier est réalisé en un matériau composite (par exemple, à base de fibres de carbone, de silice ou de bore enrobées dans un liant approprié). L'expérience a montré, en effet, qu'un matériau de ce type se prête assez mal à la fixation par encastrement des pieds d'aubes dans des logements de type classique, par exemple en forme de queue d'aronde. On connaît déjà, dans ce domaine, par le brevet français nO 72.24770 de la Demanderesse, un système de support suivant lequel ladite armature annulaire de maintien est constituée par une jupe monolithique s'étendant sur toute la longueur axiale du tambour. Cette jupe est percée, au droit de chaque couronne d'aubes, d'un ou de plusieurs regards normalement obturés chacun par un bouchon et de dimensionssuffisante pour permettre, après enlèvement dudit bouchon, l'introduction ou l'extraction d'une aube choisie, la jupe ayant été préalablement réglée en position angulaire jusqu'à ce qu'un regard de cette jupe soit situé vis-à-vis de l'emplacement de ladite aube. Avec un tel système, il n'est possible de démonter à la fois, dans une même couronne, qu'une seule aube ou, tout au plus, un nombre d'aubes très limité égal au nombre de regards percés dans la jupe au droit de ladite couronne. Si l'on désire démonter toutes les aubes d'une même couronne, en particulier d'une couronne intermédiaire, en laissant en place les aubes des couronnes voisines, cette opération n'est réalisable quten extrayant individuellement, l'une après l'autre, les aubes de cette couronne, en faisant tourner chaque fois la jupe d'un cran. En effet, il n'est pas possible d'envisager, pour le démontage simultané de toutes les aubes d'une couronne intermédiaire, un déplacement axial de la jupe dont la conséquence serait de libérer, en même temps que les aubes de cette couronne, toutes les aubes des couronnes précédentes. En outre, il n'est pas possible, non plus, d'extraire en même temps deux aubes arbitrairement choisies appartenant à deux couronnes différentes. Ces contraintes représentent, dans l'entretien de la turbomachine, une perte de temps non négligeable et donc économiquement désavantageuse. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et à fournir un système de support d'aubes du type défini au préambule mais permettant l'extraction simultanée, d'une part, de toutes les aubes d'une couronne quelconque (en particuler, d'une couronne intermédiaire) en laissant en place les aubes des couronnes voisines et, d'outre part, de plusieurs aubes arbitrairement choisies appartenant à des couronnes différentes. A cet effet, conformément à l'invention, ledit système de support comprend, pour chaque couronne d'aubes dudit tambour, une armature annulaire dimensionnée de manière à n'intéresser que les aubes de ladite couronne et comprenant, d'une part, un anneau élastique fendu présentant deux extrémités circonférentiellement espacées qui délimitent entre elles un intervalle de longueur circonférentielle supérieure à celle d'une aube, et, d'autre part, un fermoir obturant normalement ledit intervalle mais pouvant être défait de manière à dégager cet intervalle en vue de permettre l'introduction ou l'extraction, à travers ledit intervalle, d'une aube de ladite couronne. Avec un tel système de support, il existe une indépendance totale entre les armatures annulaires de maintien des couronnes d'aubes successives, ce qui permet de donner à ces diverses armatures des positions angulaires différentes, et donc d'extraire simultanément plusieurs aubes choisies dans plusieurs couronnes. En outre, il est possible, après avoir défait le fermoir d'une armature annulaire de maintien associée à une couronne, de déformer légèrement l'anneau élastique fendu qui constitue l'essen- tiel de ladite armature, et de retirer ensuite ledit anneau, ce qui libère simultanément toutes les aubes de ladite couronne en laissant en place les aubes des couronnes voisines. Suivant une disposition avantageuse de l'invention, le pied de chacune des aubes d'une couronne présente, sur sa base ou "plante", deux saillies axialement espacées l'une de l'autre, délimitant entre elles un créneau d'une largeur sensiblement égale à la largeur de l'armature annulaire de maintien associée à ladite couronne et dans lequel cette armature vient s'insérer. Suivant une autre disposition de l'invention, chacune des aubes d'une couronne est montée à cheval sur un tampon obturateur destiné à compléter, en coopération avec le pied de ladite aube, l'obturation de l'ouverture du tambour relative à cette aube, ledit tampon étant interposé entre ladite aube et l'armature annulaire de maintien associée à ladite couronne. Dans ce cas, les deux saillies précitées, axialement espacées l'une de l'autre, formées sur la base ou "plante" du pied de chacune des aubes de ladite couronne, sont divisées chacune en deux branches circonférentiellement espacées l'une de l'autre et entre lesquelles vient se loger le tampon obturateur associé à l'aube considérée. Cette dernière disposition présente l'avantage supplémentaire que les deux branches précitées peuvent alors, en même temps, servir de butées de blocage en rotation de l'armature annulaire de maintien associée à ladite couronne d'aubes. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant,bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue, en demi-coupe axiale,. d'une turbomachine équipée d'une structure de support d'aubes conforme à l'Invention La figure 2 est une vue développée, suivant la flèche II, d'une partie de la turbomachine représentée à la figure 1, dans différentes phase de montage de ses éléments La figure 3 est une vue en coupe, suivant la ligne III-III, d'un détail de la figure 2 La figure 4 est une vue en coupe transversale, suivant la ligne IV-IV de la figure 1, d'uneEpartie de ladite turbomachine La figure 5 est une vue en coupe, suivant la ligne V-V, d'un décas de la figure 4 La figure 6 est une vue schématique en perspective d'une aube de ladite turbomachine La figure 7 est une vue schématique en perspective d'un tampon obturateur coopérant avec le pied de l'aube représentée à la figure 6 La figure 8 est une vue schématique en perspective illustrant la disposition mutuelle d'une aube, d'un tampon obturateur et d'une armature annulaire de maintien conforme à l'invention La figure 9 est une vue schématique en perspective de l'armature annulaire de maintien conforme à l'invention. Sur les figures, on a représenté une portion de turbomachine (par exemple, une portion de compresseur) à flux axial, polyétagée, comprenant (voir figure 1 ) un tambour annulaire monobloc 1, par exemple en matériau composite fibreux, délimité par une paroi extérieure et une paroi intérieure coaxiales 1A, 1E et présentant un alésage d'entrée lC. La paroi extérieure 1A borde, en coopération avec une autre paroi coaxiale 2 de la turbomachine, un canal annulaire d'écoulement de fluide 3. Dans l'exemple représenté, le tambour monobloc 1 fait partie du rotor d'une turbomachine, telle qu'un compresseur axial pour turboréacteur, tandis que la paroi 2 fait partie du stator de ladite machine.On a désigné par le repère 4 l'espace intérieur du tambour 1, communiquant avec l'alésage d'entrée 1C,,et situé hors du canal d'écoulement de fluide 3. Le tambour monobloc 1 porte au moins une et, de préférence, plusieurs couronne(s) d'aubes 105, 205 ... 305, faisant saillie dans le canal annulaire 3 à partir dudit tambour monobloc. Ces couronnes d'aubes coopèrent avec d'autres couronnes d'aubes 106, 206 ... 306, par exemple fixes, portées par l'autre paroi 2. Comme le montre la figure 6, chaque aube rotorique, telle que 105, portée par le tambour 1, comprend une plateforme 7 située au niveau de la paroi 1A du tambour, un pied 8 logé dans l'épaisseur dudit tambour, et une tête 9 située à l'extrémité de l'aube éloignée dudit pied. Le pied 8 présente un épaulement 8a tourné vers la plateforme 7, et une base ou "plante" 8b de laquelle dépassent deux saillies 10 axialement espacées l'une de l'autre et qui déterminent entre elles un créneau 11. Chaque saillie 10 est elle-même divisée en deux branches 10a, 10b circonférentiellement espacées l'une de I'autre. ,. Le tambour monobloc 1 est percé, suivant son épaisseur, d'une pluralité d'ouvertures oblongues cylindro-coniques 12, en nombre égal à celui des aubes du tambour et dont chacune présente une portion évasée 12a formant épaulement. Cette disposition permet d'introduire chacune des aubes par sa tête 9 à travers l'ouverture 12 qui lui correspond, de façon que ladite aube fasse saillie dans le canal d'écoulement 3, jusqu'à venir en butée, par l'épaulement 8a de son pied, contre l'épaulement 12a de ladite ouverture. Pour améliorer l'étanchéité de la turbomachine et éviter toute communication entre deux étages successifs à travers les orifices 12, chacune des aubes 105, 205 ... est montée à cheval sur un tampon obturateur 13 avantageusement en matière plastique moulée destiné à compléter, en coopération avec la plate-forme 7 et le pied 8 de ladite aube, l'obturation de l'ouverture 12 du tambour relative à cette aube. La forme de ce tampon est indiquée sur les figures 3 et 7. Comme on le voit, en particulier sur les figures 4 et 8, chaque tampon obturateur 13 vient se loger entre les deux branches 10a, 10b des deux saillies 10 de l'aube considérée. Seules les aubes 305 du dernier étage de la turbomachine sont dépourvues de tampons obturateurs. Un système de support est prévu pour maintenir en place les aubes 105, 205, ... 305 sur le tambour monobloc 1. Conformément à l'invention, ce système de support comprend, pour chaque couronne d'aubes, par exemple la couronne d'aubes 205, une armature annulaire de maintien, désignée par le repère général 14, disposée coaxialement au tambour dans l'espace intérieur 4 de ce dernier (c'est-à-dire hors du canal d'écoulement 3 de la turbomachine), et dont la largeur est sensiblement égale à celle des créneaux 11 de cette couronne. L'armature 14 étant insérée dans lesdits créneaux, elle vient en regard de la base ou "plante" 8b du pied des aubes de la couronne et empêche donc ces dernières de ressortir, chacune, par son ouverture 12. Comme on le voit, cette armature est dimensionnée de manière à n'intéresser que les aubes de la couronne considérée. Comme le montre, en particulier, la figure 9, chaque armature annulaire de maintien 14 comprend, d'une part, un anneau élastique fendu 15 présentant deux extrémités 15a, 15b, circonférentiellement espacées qui délimitent entre elles un intervalle de longueur circonférentielle supérieure à la longueur circonférentielle d'une aube et, d'autre part, un arc d'anneau 16 constituant un fermoir qui, normalement, obture ledit intervalle mais peut^être défait de manière à dégager cet intervalle. Dans ltexemple représenté, l'anneau élastique fendu 15 et le fermoir 16 présentent, chacun, la forme d'un profilé en U dont l'âme est disposée en regard de la base ou plante des pieds des aubes de la couronne considérée, et dont les deux ailes s'étendent transversalement à l'axe du tambour 1. Le fermoir 16 présente deux extrémités 16a, 16b articulées, chacune, à une extrémité correspondante 15a, 15b de l'anneau fendu 15, par l'intermédiaire d'un axe d'articulation 17e, 17b dont l'un au moins est démontable. Comme le montrent les figures 1 et 5, l'axe 17b est constitué, à cet effet, par un boulon fileté coopérant avec un écrou 18. Pour défaire le fermoir, il suffit donc de dévisser l'écrou 18 et de retirer le boulon d'articulation 17b. L'anneau élastique fendu 15 présente une déformabilité suffisante pour pouvoir être introduit, à la manière d'un circlip", à l'intérieur du tambour 1, à travers 7'alésage d'entrée 1C de ce dernier. A cet effet, on réduit temporairement son diamètre à laide d'une pince spéciale engagée dans des trous 15c dudit anneau. Lorsqu'on relâche cet anneau, il vient s'insérer à l'intérieur des créneaux 11 formés dans les pieds des aubes de la couronne qui lui correspond. L'armature annulaire de maintien 14 (15-16) s'applique par sa périphérie extérieure contre la paroi intérieure 1 du tam- bour monobloc 1 et, grâce à l'élasticité de l'anneau fendu 15, reste toujours en contact avec cette paroi quelles que soient les dilata tions d'origine thermique ou centrifuge dudit tambour. Dans le cas d'aubes telles que 305, l'armature de maintien 14 vient directement en regard de la base ou "plante" des pieds des aubes. Comme représenté, un jeu très faible subsiste entre ladite plante et l'armature pour garantir le contact entre cette dernière et la paroi intérieure 1 D du tambour. Dans le cas d'aubes telles que 105 ou 205 montées à cheval sur des tampons obturateurs 13, ces derniers sont interposés entre lesdites aubes et l'armature annulaire de maintien 14 associée à la couronne d'aubes considérée. Afin de compenser tout balourd éventuel dû à la présence du fermoir 16, chaque anneau fendu 15 peut porter une masse d'équilibrage 19 fixée, dans le cas d'un anneau profilé en U, aux deux ailes dudit anneau (voir figure 1). On notera, par ailleurs, qu'en cas de légère vibration des aubes en régime transitoire, les tampons obturateurs 13 interviennent comme ambrtisseurs. Pour permettre les dilatations d'origine centrifuge et thermique des armatures annulaires de maintien 14, ou pour compenser un éventuel écart d'usinage, l'un au moins des axes d'articulation î7a ou 17b (par exemple, l'axe 17b) de chaque armature passe dans des trous de l'armature dont certains au moins sont surdimensionnés (comme indiqué en 20 sur la figure 5) par rapport audit axe, de manière à laisser dans l'articulation un certain jeu en direction circonférentielle. Chaque armature annulaire de maintien 14 est montée angulairement mobile par rapport au tambour monobloc 1 et peut être bloquée en rotation au moyen d'une languette de verrouillage 16c (voir figures 5 et 9) portée par le fermoir 16 et pouvant coopérer avec une paire de butées, circonférentiellement espacées, portée par n importe laquelle des aubes de la couronne d'aubes considérée. Dans l'exemple représenté, les butées de blocage en question sont confondues avec les deux branches 10a, 1Ob de chacune des saillies 10 formées à la base ou "plante" du pied des aubes. Le démontage et le remontage d'une aube d'un étage quelconque du tambour monobloc 1 peuvent s'effectuer en déverrouillant le fermoir 16 faisant partie de l'armature annulaire de maintien 14 associé à la couronne d'aubes considérée, ce qui dégage l'intervalle compris entre les deux extrémités 15a - 15b de l'anneau fendu 15, et en faisant tourneur ledit anneau jusqu'à ce que cet intervalle arrive exactement radialement en ligne avec l'ouverture 12 du tambour relative à l'aube choisie. Par cet intervalle on peut alors extraire ou introduire ladite aube, depuis l'intérieur 4 du tambour. En imprimant un nouveau déplacement angulaire à l'anneau fendu 15 et en situant ses extrémités devant une nouvelle ouverture 12 relative à une autre aube choisie, on peut extraire ou introduire cette aube, et répéter l'opération autant de fois qu'il est nécessaire pour démonter ou remonter une série d'aubes. On verrouille ensuite de nouveau le fermoir 16 dans sa position d'obturation, ce qui en même temps bloque en rotation l'armature de maintien 14 relative à la couronne d'aubes considérée. Avec le système de support d'aubes qui vient d'être décrit, on voit qu'il existe une indépendance totale entre les armatures de maintien 14 relatives aux diverses couronnes d'aubes du tambour. il est donc possible de donner à ces armatures des positions angulaires différentes et ainsi d'extraire simultanément plusieurs aubes choisies dans plusieurs couronnes. De plus, il est également possible, après avoir défait le fermoir 16 d'une armature de maintien 14 associée à une couronne d'aubes, de déformer légèrement l'anneau élastique fendu qui constitue l'essentiel de ladite armature, et de retirer ensuite complètement ledit anneau. On peut ainsi libérer simultanément toutes les aubes d'une même couronne en laissant en place les aubes des couronnes voisines. Ces qualités représentent, dans l'entretien de la turbomachine, un gain de temps important et économiquement avanta geux. il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'Un exemple et qu'il serait possible de le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. C'est ainsi que les diverses indications données dans la description concernant le montage d'aubes rotoriques pourraient être transposées aisément, mutatis mutandis, au montage d'aubes statoriques, ou au montage d'aubes appartenant à un rotor extérieur dans le cas d'une turbomachine contrarotative. Le tambour monobloc 1 serait alors remplacé par une virole périphérique monobloc, et les diverses armatures annulaires de maintien 14 seraient situées à l'extérieur de ladite virole. Le terme "tambour" doit donc être compris dans son sens le plus général. REVENDICATIONS 1. Turbomachine à flux axial, du type comprenant un tambour annulaire monobloc portant au moins une couronne d'aubes faisant saillie à partir dudit tambour dans un canal annulaire d'écoulement de fluide bordé par ledit tambour, chaque aube présentant un pied logé dans l'épaisseur dudit tambour et une tête éloignée dudit pied, ledit tambour étant percé, suivant son épaisseur, d'une pluralité d'ouvertures en nombre égal à celui des aubes du tambour et à travers chacune desquelles une aube est introduite par sa tête dans ledit canal d'écoulement jusqu'à venir buter par son pied contre un épaulement de ladite ouverture, et un système de support disposé coaxialement audit tambour, hors dudit canal d'écoulement en regard de la base ou "plante" du pied desdites aubes, monté angulairement mobile en position par rapport audit tambour et destiné, en position immobilisée, à empêcher lesdites aubes de ressortir chacune par son ouverture, caractérisée en ce que ledit système de support comprend, pour chaque couronne d'aubes dudit tambour, une armature annulaire dimensionnée de manière à n'intéresser que les aubes de ladite couronne et comprenant, d'une part, un anneau élastique fendu présentant deux extrémités circon férentieliement espacées qui délimitent entre elles un intervalle de longueur circonférentielle supérieure à celle d'une aube, et, d'autre part, un fermoir obturant normalement ledit intervalle mais pouvant être défait de manière à dégager cet intervalle en vue de permettre l'introduction ou l'extraction, à travers ledit intervalle, d'une aube de ladite couronne. 2. Turbomachine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ledit fermoir comprend un arc d'anneau présentant deux extrémités reliées, chacune, à une extrémité correspondante dudit anneau fendu, par l'intermédiaire d'une articulation. 3. Turbomachine suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'une au moins des deux articulations servant à relier ledit fermoir audit anneau fendu comprend un axe démontable. 4. Turbomachine suivant la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisée en ce que l'une au moins des deux articulations servant à relier ledit fermoir audit anneau fendu comprend un axe passant à travers des trous ménagés dans ledit anneau et dans ledit fermoir et dont certains au moins sont surdimensionnés par rapport audit axe de manière à laisser, dans ladite articulation, un certain jeu dans la direction circonférentielle de ladite armature annulaire de maintien 5. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit anneau et ledit fermoir présentent, chacun, la forme d'un profilé en U dont l'âme est disposée en regard de la base ou "plante" des pieds des aubes de la couronne considérée, et dont les ailes s'étendent transversalement à l'axe dudit tambour. 6. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit anneau fendu porte une masse d'équilibrage fixée dans le cas d'un anneau profilé en U, aux deux. ailes dudit anneau. 7. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications à à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, pour bloquer en rotation l'armature annulaire de maintien d'une couronne d'aubes, d'une part, deux butées portées par chacune de s aubes de la couronne considérée, et espacées circonférentiellement l'une de l'autre et, d'autre part, une languette de verrouillage portée par ledit fermoir et venant s'engager dans l'intervalle circonférentiel délimité par les deux butées de n'importe laquelle des aubes de cette couronne. 8. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le pied de chacune des aubes d'une couronne présente, sur sa base ou "plante", deux saillies axialement espacées l'une de l'autre, qui délimitent entre elles un créneau d'une largeur sensiblement égale à la largeur de l'arma- ture annulaire de maintien associée à ladite couronne et dans lequel cette armature vient s'insérer. 9. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications à à 8, caractérisée en ce que chacune des aubes d'une couronne est montée à cheval sur un tampon obturateur destiné à compléter, en coopération avec le pied de ladite aube, l'obturation de l'ouverture do tambour relative à cette aube, et en ce que ledit tampon est interposé entre ladite aube et l'armature annulaire de maintien associée à ladite couronne. 10. Turbomachine suivant la revendication 9, en combinaison avec la revendication 8, caractérisée en ce que les deux saillies, axialement espacées l'une de l'autre, formées sur la base ou "plante" du pied de chacune des aubes d'une couronne, sont divisées, chacune, en deux branches circonférentiellement espacées l'une de l'autre et entre lesquelles vient se loger le tampon obturateur associé à l'aube considérée. 11. Turbomachine suivant la revendication 10 en combinaison avec la revendication 7, caractérisée en ce que lesdites branches sont confondues avec les deux butées de blocage de l'armature annulaire de maintien associée à la couronne d'aubes considérée.