Brevet FR2544387A1 — publié le 19841019

APPAREILLAGE POUR LE TRANSFERT D'UN MODULE DE TURBINE COMPLET D'UNE MACHINE D'EQUILIBRAGE A UN MOTEUR ET VICE VERSA, ET PROCEDE POUR LA MISE EN OEUVRE DUDIT APPAREILLAGE L'invention concerne un appareillage pour le transfert d'un module de turbine complet d'une machine d'équilibrage à un moteur et vice versa, le rotor de turbine étant fixé à l'arbre de transmission par des tirants répartis circon- férentiellement; l'invention concerne également un pro- cédé pour la mise en oeuvre dudit appareillage - Les motoristes construisant des moteurs à turbine, plus particulièrement destinés aux avions, ont cherché à sim- plifier les opérations de maintenance de manière qu'elles puissent être effectuées même dans des ateliers sommai- rement équipés Une solution a consisté à modulariser les sous-ensembles les plus importants de manière à permettre leur remplacement aisé Toutefois, la modularisation de l'étage de turbine n'a pas résolu totalement le problème. En effet les vitesses élevées auxquelles sont soumis les aubages rotoriques imposent un équilibrage très précis, équilibrage qui ne doit pas être remis en cause lors du remontage de la turbine sur les autres sous-ensembles du moteur La solution actuelle consiste à équilibrer le rotor seul sur une machine d'équilibrage, puis à remonter le rotor sur le moteur, les étages statoriques étant mis en place après l'accouplement du rotor à l'arbre moteur. Une méthode semblable est décrite dans le brevet US 3 916 495 pour la mise en place d'un rotor de turbine constitué dé deux disques reliés entre eux et à l'arbre de transmission du moteur par des tirants répartis circon- férentiellement Le couple de rotation est transmis entre chaque disque et entre un disque et l'arbre par des cou- ronnes d'entraînement à dents coniques Le rotor est équilibré sur une machine dont l'arbre a les mêmes carac- téristiques que celui du moteur et dont la couronne d'entraînement est identique L'équilibrage est réalisé 2 - de manière connue et est réglé par l'adjonction de masses, se présentant sous forme de rondelles, bloquées sous les écrous des tirants. Après équilibrage, le rotor est démonté de la machine et peut être remonté sur un moteur sans nécessiter de rééqui- librage si les positions relatives des masses d'équilibrage sont conservés. L'équilibrage du rotor indépendamment des autres parties du moteur constitue une simplification appréciable, car il permet aux ateliers ne possédant pas de machine d'équili- brage, d'assurer quand même l'entretien des moteurs. Toutefois, le montage, après assemblage du rotor sur son arbre, des aubages statoriques peut être la cause d'un endommagement des labyrinthes par suite des jeux extrê- mement faibles et provoquer une perte d'efficacité non négligeable. L'appareillage et le procédé selon l'invention ont pour but l'équilibrage d'un rotor de turbine dans son stator. L'ensemble constituant le module de turbine peut aisément être accouplé à un arbre tout en évitant un déséquilibrage du rotor èt/ou un endommagement des labyrinthes Ces résultats sont obtenus grâce à des dispositifs de maintien et de transport permettant la sauvegarde de l'équilibrage et le guidage du module pendant son montage sur le moteur. L'appareillage pour le transfert d'un module de turbine complet d'après l'invention est remarquable en ce qu'il comprend: un dispositif de maintien du carter extérieur du distributeur et de l'étage statorique sur la machine d'équilibrage lors de l'équilibrage du rotor de turbine; 3 - des moyens de solidarisation provisoire des disques de turbine entre eux; - un dispositif de transport assurant la solidarisation des disques de turbine après le retrait de la machine d'équilibrage. Les explications et figures données ci-après a titre d'exemple, permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente une portion de la partie avant d'un rotor de turbine classique. La figure 2 est une vue de la portion montrée à la figure 1 présentant un rotor modifié selon une particularité de l'invention. La figure 3 est une demi-vue en coupe d'un module de turbine monté sur la machine d'équilibrage par un dispositif de maintien conforme a l'invention. Les figures 4, 5 et 6 montrent différentes étapes du démontage du dispositif de maintien et du montage du dispositif de transport. La figure 7 montre la phase de fixation du module de turbine sur le module de chambre de combustion. La figure 8 est une demi-vue en coupe du module turbine monté sur le module de chambre. La construction modulaire de certaines parties importantes d'un moteur d'avion à turbine permet de remédier d'une 2 44387 44 - manière simple et rapide au défaut d'un organe ou d'un ensemble par changement du module défectueux par un autre module neuf ou révisé Cette méthode est particulièrement appréciable dans le cas de la turbine hautepression dont les éléments sont ajustés et équilibrés avec précision La figure 8 montre un module de turbine haute-pression monté sur le moteur et plus précisément à l'arrière de la sec- tion ou du module des chambres de combustion 1 Dans l'exemple représenté, le module de turbine est limité par un carter extérieur 2 du distributeur, muni de brides avant 3 et arrière 4 pour sa fixation, à l'avant, à la section des chambres de combustion 1 et, à l'arrière, à la tuyère 5 Les aubages fixes et mobiles constituant la turbine haute-pression sont compris entre ces deux carters Le rotor est constitué par deux disques 7 et 8 portant respectivement les aubes rotoriques 13 et 14 Les deux disques sont maintenus entre eux et fixés à l'arbre de transmission 9 qui commande le compresseur haute- pression, par des tirants 10 répartis circonférentiel- lement Dans le type de montage représenté, les tirants assurent outre la fonction de fixation, celle de trans- mission du mouvement de rotation. Le rotor est maintenu à l'arrière par un tourillon 11 qui coopère avec le palier 12 du support arrière d'arbre Les aubes rotoriques 13 et 14 reçoivent le flux de gaz de com- bustion respectivement par une couronne d'aubes stato- riques réglables 15 prévue dans le module des chambres de combustion et par une couronne d'aubes statoriques fixes 16 montée sur le carter extérieur du module turbine. Classiquement, la périphérie extérieure d'un tube inté- rieur 6, avec ses deux anneaux avant 19 et arrière 19 a, délimite un volume 18 entourant les disques dans lequel circule de l'air de refroidissement La figure 1 montre - à plus grande échelle une portion de la partie intérieure avant d'un rotor denturbine classique La partie avant 17, ainsi que la partie arrière, sont constituées d'anneaux coniques qui maintiennent la paroi cylindrique centrale et permettent la fixation du tube intérieur 6 de manière étanche à l'avant de l'arbre du rotor et à l'arrière sur le tourillon 11 Les efforts mécaniques que supportent ces anneaux sont très limités et le tube intérieur 6 tel que conçu ne peut constituer une liaison mécanique entre l'arbre moteur et le tourillon, et maintenir de façon efficace les disques 7 et 8 Une particularité de l'inven- tion consiste en la réalisation de moyens de solidarisa- tion provisoire entre la surface interne du tube intérieur 6 et le tourillon 11 Pour ce faire, l'anneau conique avant 17 est remplacé (figure 2) par un anneau 19 fixé sur le disque 7 présentant une meilleure rigidité mécanique et dont le bord intérieur 21 constituant une partie de la surface interne du tube intérieur 6 porte un filetage 26 susceptible de coopérer avec le filetage d'une vis de préfixation qui sera ultérieurement décrite L'anneau 19 est convexe et sa convexité est dirigée vers l'avant Vus en coupe, les bords extérieur 20 et intérieur 21 sont perpendiculaires entre eux, le bord 20 étant dans un plan radial du module porte à sa périphérie des trous pour le passage des boulons de fixation 22 sur le disque 7 Il est également prévu, concentriquement au bord et à l'intérieur de la rangée de trous, une première nervure 23, perpendi- culaire à une face du bord 20 et dirigée dans le même sens que la convexité de l'anneau 19, permettant entre autre le positionnement des cavaliers 24 de maintien des tirants 10 et une deuxième nervure 25, perpendiculaire à l'autre face du bord 20 dirigée en sens inverse, permettant le posi- tionnement du tube intérieur 6 par rapport au disque 7. La figure 3 est une vue partielle et en coupe du module de 6 - turbine complet, c'est-à-dire le rotor en place dans le stator, monté dans le dispositif de maintien 27, consti- tuant une partie de l'appareillage selon l'invention. L'arbre de sortie 28 de la machine d'équilibrage est accouplé par cardan à L'arbre omnibus 29 dont la masse est, équivalente à celle du rotor du compresseur haute-pression du moteur La partie avant 30 du dispositif de maintien 27, formant carter et constitué d'une paroi cylindrique 31 fermée par un fond conique, porte dans son axe un palier 33 fixé sur l'arbre omnibus 29 Le bord de la paroi cylin- drique 31 porte une bride 32 pour la fixation de la bride 3 du carter de distributeur 2 du module turbine Le rotor de turbine 34, formé des disques 7 et 8 et des aubages 13, 14, est fixé à l'extrémité de l'arbre 29 par des tirants 35 identiques à ceux 10 servant à la liaison de la turbine a l'arbre de transmission 9 (figure 8) On ferme l'arrière du module par la partie arrière 36 du dispositif de main- tien 27 Cette partie se présente sous forme d'un fond conique muni d'une partie cylindrique 37 coaxiale suscep- tible de coopérer avec le palier 12 resté sur le tourillon 11 du module Le bord extérieur du fond est muni d'une bride 38 comportant des moyens de fixation à la bride arrière 4 du module Le fond 36 présente en face des ti- rants 35 des ouvertures 39 donnant accès aux boulons 40 de fixation des tirants 35. Lorsque l'équilibrage a été effectue, l'ensemble est retiré de la machine d'équilibrage (figure 4) puis déposé en position verticale dans un bâti de-démontage 43 compor- tant des moyens 44 coopérant avec la bride 32 du disposi- tif de maintien On prépare alors le module de turbine au transport en effectuant les opérations ci-après décrites. On introduit dans l'axe du tourillon 11, à la partie arrière du dispositif de maintien, une vis de maintien 45 constituée d'un corps tubulaire 46 dont l'extrémité avant porte sur sa surface extérieure un filetage 47 susceptible de coopérer avec le filetage 26 de l'anneau 19 et le tube intérieur 6 (figure 2) L'autre extrémité de la vis de maintien 45 présente une tête formée d'une collerette de butée 48 contre laquelle vient appuyer une bague de cen- trage 49 Cette bague coopère au moins en partie avec la portée interne 50 du tourillon 11 et forme butée pour l'extrémité du tourillon On visse la vis de maintien 45 de manière à la bloquer contre l'extrémité du tourillon. Les disques de rotor 7 et 8 sont alors bloqués entre l'anneau 19 du tube intérieur 6 et le tourillon et on peut procéder au démontage des écrous 40 des tirants 35 qui solidarisaient les disques de turbine, les deux disques restant solidaires L'un de l'autre par l'effort axial introduit par la vis de maintien 45. On démonte les fixations maintenant la partie arrière 36 du dispositif de maintien sur la bride 4 du module de turbine On retire cette-partie et on la remplace (figure ) par la partie arrière 51 d'un dispositif de transport que L'on fixe à la bride 4 et sur la bague de centrage 49 de la vis de maintien 45 La partie arrière 51 du disposi- tif de transport forme un carter recouvrant la partie arrière du module de turbine et est constitué, dans l'exemple de réalisation, d'une flasque circulaire à rebord comportant une ouverture centrale à laquelle est fixée une cheminée 52-coaxiale dirigée en sens inverse du rebord Le rebord porte une bride 53 susceptible d'être fixée par des moyens de fixation à la bride 4 du carter extérieur du module de turbine La cheminée 52 a des dimensions telles qu'elle puisse se placer sur la partie arrière du tourillon hi et se fixer par des boulons 54 sur la bague de centrage 49 Des renforts 55 sont prévus entre la flasque et la cheminée Des ouvertures 56 dans la 8 -. flasque 51 permettent d'accéder aux filetages des tirants. Lorsque la partie arrière du dispositif de transport est fixée au carter 2 et à la bague de centrage 49 de la vis de maintien, on supprime la liaison entre les brides 32 et 3 du dispositif de fixation du carter 2 et, par exemple par un anneau de levage fixé dans un taraudage 45 a, à l'extrémité arrière de la vis de maintien 45, on soulève le module de turbine de manière à dégager le rotor des tirants 35 qui restent accrochés à l'extrémité de l'arbre omnibus 29 On ferme alors l'avant du module -de turbine par la partie avant 57 du dispositif de transport qui se présente (figure 6) sous forme d'un fond annulaire tron- conique dont le bord extérieur 58 se fixe sous la bride 3 du carter, et le bord intérieur 59 sur le rotor de turbine par des tirants de transport 60 maintenant les disques par serrage des boulons 61. Les disques 7 et 8 sont ainsi maintenus par les tirants 60 et la-vis de maintien 45. Après le transport et éventuellement le stockage du module de turbine, équilibré dans son dispositif de transport, et que l'on désire mettre en place sur le moteur, on démonte la partie avant 57 du disposstif de transport par dévis- sage des boulons 61 maintenant les tirants de transport 60 et désolidarisation du -bord 58 et de la bride 3 du carter 2 du distributeur. On présente le module de turbine au-dessus du moteur (figure 7), les tirants 10 restés sur l'arbre de trans- mission 9 s'engagent dans les trous de fixation des dis- ques 7 et 8 et guident l'ensemble en position On fixe la bride 3 du carter 2 avec celle de la chambre 1 On monte 9 _ les écrous 62 sur les tirants 10 puis on dépose la partie arrière 51 du dispositif de transport par démontage des boulons 54 fixant la chemin 4 e 52 sur la bague de centrage 49 de la vis de maintien 45 et on désolidarise la bride 53 du dispositif de transport d'avec la bride 4 du module de turbine. Les opérations de démontage d'un module de turbine d'un moteur peuvent être faites en utilisant le même appareil- lage, la séquence des opérations étant inversée. L'appareillage pour le transfert d'un module de turbine selon l'invention comprend: un dispositif de-maintien assurant le-maintien du car- ter extérieur 2 du distributeur et de l'étage statorique sur la machine d'équilibrage lors de l'équilibrage du rotor de turbine; des moyens de solidarisation provisoire des disques-de turbine; un dispositif de transport assurant la solidarisatiop des disques de turbine après le retrait de la machine d' équilibrage. - REVENDICATIONS 1 Appareillage pour le transfert d'un module de turbine complet d'une machine d'équilibrage à un moteur et vice versa, le module comportant un carter extérieur du distri- buteur dans lequel est maintenu l'étage statorique et un rotor de turbine constitué de disques portant les aubages, les disques étant susceptibles d'être fixés à l'arbre de transmission du moteur par des tirants circonférentiels, le rotor étant muni à l'arrière d'un tourillon portant un palier de fixation, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif de maintien ( 27) du carter extérieur du distributeur ( 2) du module et de l'étage statorique ( 16) sur la machine d'équilibrage lors de l'équilibrage du rotor de turbine ( 34), des moyens de solidarisation provisoire ( 26, 45) des disques ( 7, 8) de turbine entre eux, un dispositif de transport ( 51, 57) assurant la solida- risation des disques de turbine ( 7, 8) après le 'retrait de la machine d'équilibrage. 2 Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de maintien ( 27) est constitué d'une partie avant ( 30) formant un carter & fond conique portant dans son axe un palier ( 33) fixé sur l'arbre ( 29) de la machine d'équilibrage, le bord du carter portant une bride ( 32) pour la fixation d'une bride avant ( 3) du carter extérieur du distributeur ( 2) du module, et d'une partie arrière ( 36) portant intérieurement une partie cylindrique ( 37) ayant le même axe et coopérant avee le palier ( 12) resté sur le tourillon ( 11) et sur son bord externe une bride ( 38) susceptible de se fixer sur la bride arrière ( 4) du module de turbine. 3 Appareillage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé 11 - en ce que les moyens de solidarisation provisoire -( 26, 45) sont constitués par un filetage ( 26) prévu dans le bord intérieur ( 21) de l'anneau ( 19) et coopérant avec la par- tie avant de la surface interne du tube intérieur ( 6) et une vis de maintien ( 45) constituée d'un corps tubulaire ( 46) portant à l'extrémité avant et sur sa surface exté- rieure un filetage ( 47) susceptible de coopérer avec le filetage ( 26) du bord intérieur ( 21) de l'anneau ( 19) et à l'extrémité arrière une tête ( 48, 49) susceptible de coopérer avec l'extrémité du tourillon ( 11). 4 Appareillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tête ( 48, 49) de la vis de préfixation est formée d'une collerette de butée ( 48) et d'une bague de centrage ( 49) portant contre la collerette et coopérant avec une portée interne ( 50) et l'extrémité du tourillon ( 11). Appareillage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de transport ( 51, 57) est constitué d'une partie avant ( 57) formée d'un fond annulaire tronconique comportant un bord extérieur ( 58) susceptible de se fixer sur la bride avant ( 3) du carter extérieur du distributeur ( 2) et un bord intérieur ( 59) susceptible de se fixer sur le rotor de turbine par des tirants de transport rotor et d'une partie arrière ( 51) constituée d'une flas- que circulaire à rebord comportant une ouverture centrale dans laquelle est fixée une cheminée ( 52) coaxiale dirigée en sens inverse du rebord, une bride ( 53) étant prévue sur son rebord extérieur pour permettre sa fixation à la bride arrière ( 4) du module. 6 Procédé pour la mise en oeuvre de l'appareillage pour le transfert d'un module de turbine complet selon l'une 12 - des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte les phases suivantes I Equilibrage du rotor de turbine dans le module comportant a) fixation de l'avant du carter extérieur ( 2) du distributeur sur la partie avant ( 30) du dispositif de maintien ( 27), b) fixation du rotor ( 34) de turbine sur l'arbre ( 29) de la machine d'équilibrage par les tirants ( 35) de l'arbre ( 29), c) fixation de la partie arrière ( 36) du dispositif de maintien ( 27) sur l'arrière du carter extérieur ( 2) du distributeur, la partie cylindrique ( 37) de l'arrière ( 36) du dispositif de maintien ( 27) coopérant avec le palier ( 12) demeuré sur le tourillon ( 11), d) équilibrage du rotor. II Transport du module de turbine, le rotor étant équilibré: - a) retrait de l'ensemble arbre ( 29) dispositif de maintien ( 27) module de turbine de la machine d'équilibrage et mise en position verticale dans un bâti de démontage ( 43), b) mise en place de la vis de maintien ( 45), c) dévissage-des écrous ( 40) des tirants ( 35) de l'arbre ( 29) de la machine d'équilibrage, d) dépose de la partie arrière ( 36) du dispositif de maintien ( 27), e) mise en place de la partie arrière ( 51) du dispo- sitif de transport, f) désaccouplage du carter ( 2) du distributeur et de la partie avant ( 30) du dispositif de maintien, la partie avant ( 30) et les tirants ( 35) restant en place sur l'arbre ( 29) de la machine d'équilibrage, 13 - g) mise en place de la partie avant ( 57) du dispositif de transport fixée à l'aide de tirants de transport ( 60) maintenant les disques ( 7, 8). III Mise en place du module de turbine sur le moteur comportant: a) dépose des tirants de transport ( 60) et de la partie avant ( 57) du dispositif de transport, b) présentation du module sur le moteur, les tirants ( 10) de fixation, restés sur l'arbre de transmis- sion ( 9), s'engageant dans les trous de fixation des disques ( 7, 8) et guidant l'ensemble en posi- tion, c) fixation du carter ( 2) du distributeur du module sur le carter de chambre ( 1), d) dépose de la partie arrière ( 51) du dispositif de transport.