Brevet FR2616480A1 — publié le 19881216

DESCRIPTION L'invention concerne les moyens de montage et de verrouillage des couronnes d'aubes à pieds marteau pour les disques de rotor de turbomachine. Les liaisons aubes/disque des derniers étages des compresseurs haute pression des turbomachines à taux de compression élevé sont de préférence réalisées par une technologie dite "attache-marteau". Les raisons de ce choix sont de permettre une amélioration des étanchéités en limitant les recirculations de gaz sous les pieds d'aubes et une réduction du coût d'usinage des disques. Cette technique consiste à usiner sur la jante du disque une gorge circonférentielle à section en queue d'aronde, les pieds des aubes constitués de protubérances disposées sous la plate-forme - et dont la section est sensiblement identique à celle de la gorge - étant introduits dans la gorge, puis glissés périphériquement dans celle-ci, les uns après les autres, et verrouillés par des moyens divers. La dimension axiale du pied des aubes étant en général supérieure à celle de l'ouverture de la gorge du disque, il faut prévoir sur la jante, au moins une "fenêtre" par laquelle on introduit les pieds des aubes radialement avant de les faire coulisser périphériquement. Dans certaines applications, le disque ne comporte pas de fenêtre; pour introduire les pieds des aubes, il faut orienter leur grand axe parallèlement à la gorge, enfoncer - 2 - 2616480 les pieds radialement et leur faire effectuer ensuite une rotation de 90 avant de les faire coulisser périphériquement. Toutes les applications connues à ce jour comportent un certain nombre d'inconvénients tels que l'obligation de rogner les coins des plates-formes lorsqu'on fait effectuer & l'aube une rotation de 90 , des difficultés de montage des dernières aubes, ou la nécessité de verrouiller les verrous eux-mêmes au moyen de vis ou de pions susceptibles de se libérer en fonctionnement et d'endommager la machine. Un autre inconvénient provient de la nécessité de laisser un orifice percé dans les plates-formes des aubes associées au verrou afin de pouvoir accéder à ce dernier pour le démontage de la couronne. Ainsi FR-A-1 541 373 décrit un verrou venant se loger entre deux pieds d'aubes dans la fenêtre d'introduction et dont des pattes de déverrouillage doivent être accessibles au travers de lumières des platesformes d'aubes. Ces lumières des plates-formes créent des perturbations de la couche limite de l'écoulement dans la veine et sont préjudiciables au fonctionnement du compresseur. Ces perturbations peuvent également causer des vibrations qui pourraient entrainer le déverrouillage du verrou et le glissement des aubes dans leur gorge. Le dispositif selon FR-A- 2 519 073 présente une structure du même type qui a été compliquée pour essayer de limiter les risques mais qui nécessite toujours des lumières dans les plates-formes des aubes de fermeture. - 3 - 616480 L'invention a pour but d'éviter ce genre d'inconvénients en réalisant un dispositif de verrouillage accessible par le dessous des plates-formes d'aubes pour son démontage et qui ne nécessite pas d'ouverture radiale dans les plates- formes. Elle a également pour but d'éviter tout risque de recirculation de fluide, et de perte de charge de l'aval vers l'amont en réalisant un dispositif qui, une fois verrouillé, ferme tous les interstices du disque qui pourraient laisser passer de telles recirculations. L'invention a donc pour objet un dispositif de blocage et de verrouillage d'une couronne d'aubes d'une turbomachine dont les pieds sont engagés par une fenêtre dans une gorge circonférentielle de la jante du disque de rotor dans laquelle ils peuvent coulisser; le dispositif comprend un verrou de blocage coopérant avec trois aubes adjacentes, appelées aubes de fermeture, et selon l'invention, la jante du disque comporte une nervure amont et une nervure aval délimitant entre elle une rainure circonférentielle, lesdites nervures supportant les plates-formes des aubes tandis que le verrou a une forme en double oméga élastique disposé sous les plates-formes des aubes de fermeture et dont des ailes rabattues sous les plates-formes coopèrent avec des encoches des nervures pour assurer le verrouillage circonférentiel et radial de la couronne d'aubes. D'autres caractéristiques de l'invention ainsi que les procédés de montage et de démontage seront explicités à la lumière des planches annexées parmi lesquelles: - 4 - 2616480 - la figure 1 montre une vue partielle de la jante du disque; - la figure 2 montre la forme du verrou selon l'invention; - la figure 3 est une vue identique à la figure 2 avec son verrou en place, en l'absence des aubes; - la figure 4 montre une vue en coupe AA de la figure 7 du disque des figures précédentes avec le verrou comprimé entre les nervures amont et aval, en cours de montage; - la figure 5 montre une vue similaire avec les ailes du verrou engagées dans les encoches des nervures du disque; - la figure 6 montre en comparaison les plates-formes d'aubes d'une aube normale (figure 6a), de la première et de la seconde aubes latérales de fermeture (resp. figures 6b et 6c) et de l'aube centrale de fermeture (figure 6d), pour des aubes dont les plates-formes possèdent une partie centrale massive s'étendant normalement sous toute la largeur de la plateforme; - la figure 6d est également représentative d'une autre variante d'aubes dont la partie massive de la plate-forme est limitée à la section du pied d'aube auquel cas les aubes latérales pas plus que l'aube centrale ne comportent de différences par rapport aux autres aubes formant l'aubage complet; - la figure 7 montre en vue de dessus les aubes de fermeture et le verrou en place; - les figures 8 à 15 décrivent le déroulé opératoire du mode de montage. - 5- 261648 O0 En regard des figures 1 et 2, le disque de rotor par exemple pour un compresseur haute pression d'une turbomachine comporte une jante 1 à la périphérie de laquelle est usinée une gorge circonférentielle 2 à ouverture étroite et intérieur renflé pour la fixation d'aubes à pieds marteau c'est à dire ayant un pied en forme de queue d'aronde qui peut être introduit dans la gorge de façon connue par une fenêtre d'introduction 3. ' Le bord externe du disque comporte en amont et en aval deux nervures latérales 4 et 5 destinées à supporter la partie inférieure des platesformes des aubes une fois montées. Entre les deux nervures 4 et 5 est usiné un méplat circonférentiel 6 qui forme une rainure circulaire. Chacune des nervures 4 et 5 comporte une paire d'encoches 4a, 4b,( resp. 5a,5b) dont le fond affleure le méplat de la rainure 6, les encoches 4a et 5a (resp. 4b et 5b) se faisant face pour coopérer avec le verrou 7 selon l'invention représenté à la figure 2. Celui-ci est constitué d'un clinquant élastique dont le corps renflé 8 est adapté pour se loger dans, et épouser la forme intérieure de la gorge 2. Le verrou 7 comporte à ses extrémités deux paires d'ailes rabattues 9a, 9b telles que les ailes 9a et 9b soient situées dans un même plan. Entre les deux paires d'ailes, le verrou possède un évidement central 10 dont la largeur correspond à celle d'un pied d'aube tandis que la largeur des ailes 9a,9b correspond à celle des encoches 4a,4b,5a et 5b. Ainsi réalisé le verrou 7 a la forme de deux "oméga" majuscules inversés reliés entre eux par un pontet 11. En se référant aux figures 3 à 5, on pourra constater que le verrou 7 étant élastique, ces ailes 9a et 9b peuvent - 6 - 2616480 être comprimées de façon à ce que le corps cintré 8 du verrou puisse pénétrer par l'ouverture étroite de la gorge 2 du disque, les ailes 9a et 9b pouvant dans un premier temps rester comprimées entre les nervures 4 et 5 de la jante, ainsi que le montre la figure 4 ou dans un deuxième temps, être détendues dans les encoches 4a, 5a et 4b, 5b (figures 3 et 5), le verrou étant alors bloqué circonférentiellement. De préférence les encoches 4a Sa, 4b,5b des nervures de la jante seront éloignées de la fenêtre d'introduction 3 d'une distance telle qu'après montage, ladite fenêtre soit à cheval sur deux pieds d'aubes consécutives. Le verrou 7 devant pouvoir se loger sous les plates-formes des aubes de fermeture (comme on le verra plus loin), celles-ci doivent dans certains cas être légèrement différentes des aubes ordinaires 12 de la couronne d'aubes de l'étage de rotor. Deux cas sont en effet à considérer: - Dans le premier de ces deux cas, les aubes de la couronne d'aubage ont une plate-forme dont les bords latéraux ne sont pas orthogonaux au plan médian du disque (plates-formes en "losange"). Les plates-formes des aubes "normales" 12 (c'est à dire de toutes les aubes de la couronne à l'exception des aubes de fermeture) ont alors (figure 6a) une partie centrale massive 12a qui s'étend du bord latéral 12b au bord latéral 12c, la surface inférieure de la partie massive 12a reposant sur le fond de la rainure circonférentielle 6 tandis que les bords amont et aval 12d,12e reposent sur la partie supérieure des nervures 4 et 5. Cette disposition est destinée à éviter que ces aubes à plate-forme en losange ne risquent -7 -- de s'arc-bouter dans la gorge 2 lors de leur tassement les unes contre les autres par glissement de leurs bords latéraux adjacents l'un contre l'autre dans les opérations de montage. En effet cette disposition assure un bon guidage des aubes par coopération des bords de la partie centrale 12a avec les bords des nervures 4 et 5. Pour permettre la mise en place du verrou, les trois aubes de fermeture devront alors être légèrement différentes des aubes normales formant la presque totalité de la circonférence de l'aubage. Par comparaison, avec les aubes 12, on a montré aux figures 6b et 6c, les deux aubes latérales de fermeture 14 et à la figure 6d l'aube centrale de fermeture. La première aube latérale 14 (figure 6b) comporte sur la face inférieure de sa plate-forme un dégagement 16 de la partie massive centrale qui permettra de recevoir au montage l'épaisseur d'une des ailes 9a ou 9b du verrou. La seconde aube latérale 15 (figure 6c) possède pour les mêmes raisons un dégagement 17 symétrique du dégagement 16 de la première aube latérale 14, afin de recevoir l'épaisseur de la seconde aile du verrou. L'aube centrale 18 (figure 6d) destinée à être disposée dans la partie évidée 10 du verrou 7 entre les ailes rabattues 9a et 9b possède, quant à elle, de part et d'autre de son pied des dégagements 19,20 symétriques sur la face inférieure de sa plate-forme afin de pouvoir recevoir l'épaisseur des ailes 9a et 9b du verrou. - dans le deuxième cas, les aubes ont une plate-forme rectangulaire (bords latéraux orthogonaux au plan médian du disque). Dans ce cas le problème d'arc-boutement des aubes au montage ne se pose pas et la partie centrale - 8 -6168 massive de chacune des aubes de l'aubage est limitée latéralement au droit de la section du pied de l'aube dans une configuration analogue à celle de l'aube centrale de fermeture du cas précédent représentée à la figure 6d. Toutes les aubes du disque peuvent donc dans ce deuxième cas être identiques. L'invention concerne également les procédés de montage et de démontage du dispositif dont la description structurelle a été faite ci-dessus et ces procédés de montage et de démontage d'une telle couronne d'aubes seront mieux compris en regard des figures 4,5 et 8 à 15. Dans la suite du texte, il sera question de déplacements "vers la droite" ou "vers la gauche", ceci en référence à la séquence représentée sur les figures mais il est bien évident que les mentions sont données à titre indicatif puisqu'elles dépendent du côté amont ou aval d'o l'on regarde le disque et que le verrou étant symétrique, une lecture tout aussi "symétrique" peut être faite du texte qui va suivre. D'autre part la séquence de montage a été représentée avec des aubes dont les platesformes comportent les dégagements indiqués, sans que cela en représente une limitation de l'invention. En effet ces procédés de montage et de démontage s'appliquent de la même façon qu'il s'agisse de monter ou démonter des aubes à plates-formes en losange ou des aubes à plates-formes rectangulaires. Dans ce dernier cas, il sera bien évident que dans les étapes des procédés ci- dessous la mention des aubes centrale et latérale de fermeture renverra comme on l'a vu plus haut à des aubes ordinaires tandis que dans le cas des aubes en losange, la mention des aubes de fermeture renverra aux aubes montrées aux figures 6b à 6d. - 9 2616480 Pour le montage des aubes sur la jante d'un disque de rotor de turbomachine et leur verrouillage par le dispositif selon l'invention, on réalise les étapes suivantes: a) on introduit chacune des aubes 12 de la couronne dans la gorge 2 par la fenêtre d'introduction 3 puis par déplacement latéral d'un pas des aubes déjà introduites et ceci à l'exception des trois aubes de fermetures 14,15,18- b) on introduit l'aube latérale gauche 14 et on la déplace d'un pas vers la gauche (figure 8); c) on introduit le verrou 7 dans la gorge 2 en comprimant ses ailes rabattues 9a,9b au moyen d'une pince de telle sorte que les ailes soient comprimées dans la rainure 6 entre les nervures amont et aval 4,5 de la jante 1 du disque (figures 9,10, et 4); d) on déplace latéralement vers la gauche le verrou 7 comprimé sous le dégagement 16 de l'aube latérale gauche 14 jusqu'à laisser libre la fenêtre 3 d'introduction (figure 11); e) on introduit l'aube latérale droite 15, le dégagement 17 de sa plate-forme venant coiffer l'extrémité comprimée du verrou 7 (figure 12); f) on déplace l'ensemble des aubes vers la droite jusqu'à ce que la partie centrale évidée 10 du verrou 7 coïncide avec la fenêtre 3 d'introduction (figure 13); g) on introduit l'aube centrale de fermeture 18 par la fenêtre 3 dans la partie centrale évidée 10 du verrou 7; - 10 -6480 h) on déplace l'ensemble de la couronne d'aubes circonférentiellement jusqu'à engagement des ailes 9a,9b du verrou 7 dans les encoches 4a,5a et 4b,5b des rainures 4,5 de la jante 1 du disque. La couronne d'aubes est alors verrouillée circonférentiellement et les aubes de fermeture sont également verrouillées radialement puisque aucun pied d'aube ne se situe plus en face de la fenêtre d'introduction. En outre, les plates-formes des aubes de fermeture ont une surface supérieure identique à celles des aubes ordinaires de la couronne sans partie en saillie ou en creux et ne risquent pas, de ce fait, de créer de perturbations dans la veine dont elles forment la paroi interne au niveau de l'étage de rotor ainsi assemblé. De plus, les ailes 9a et 9b du verrou disposées dans les encoches 4a,5a, et 4b, 5b viennent affleurer le bord de la jante 1, qui conserve de ce fait un contour lisse sans parties creuses, bien que le verrou soit toujours accessible pour les opérations de démontage. Le démontage de la couronne d'aubes s'effectue alors selon les étapes suivantes: a) on pince les ailes du verrou au moyen d'une pince 20 (représentée en pointillés à la figure 5), engagée sous les plates-formes des aubes latérales de fermeture 14,15 pour comprimer les ailes 9a,9b entre les nervures 4 et 5. Z616480 b) on déplace latéralement l'ensemble d'aubes jusqu'à coincidence de la fenêtre 3 avec l'aube centrale 18 et on extrait celle-ci; c) on déplace latéralement l'ensemble d'aubes jusqu'à coïncidence de la fenêtre 3 avec une aube latérale 14 ou et on extrait celle-ci; - d) on déplace latéralement l'ensemble d'aubes jusqu'à coïncidence de la fenêtre avec la seconde aube latérale 15 ou 14 et on extrait cette dernière; e) on extrait le verrou 7 comprimé hors de la gorge; f) on retire de façon connue les autres aubes 12 de la couronne. Ce dispositif de verrouillage apporte donc une grande sécurité de montage tout en rendant plus simple que par le passé la fabrication des aubes, puisque les aubes de fermeture diffèrent des aubes normales de l'étage et seulement dans le cas d'aubes à plates-formes en losange par la seule présence de dégagements, faciles à usiner, dans la surface inférieure de leur plate-forme, la réalisation du verrou en clinquant étant elle aussi simple et peu onéreuse. - 12 - 261648 REVENDICATIONS 1. - Dispositif de blocage et de verrouillage d'une couronne d'aubes d'une turbomachine dont les pieds sont engagés par une fenêtre (3) dans une gorge. circonférentielle (2) de la jante (1) du disque de rotor dans laquelle ils peuvent coulisser, dispositif comprenant un verrou de blocage (7) coopérant avec trois aubes adjacentes, appelées aubes de fermeture (14,15, 18) caractérisé en ce que la jante (1) du disque comporte une nervure amont (4) et une nervure aval (5) délimitant entre elle une rainure circonférentielle (6), lesdites nervures supportant les plates-formes des aubes et en ce que le verrou (7) a une forme en double oméga élastique disposé sous les plates-formes des aubes de fermeture et dont des ailes (9a,9b) rabattues sous les plates-formes coopèrent avec des encoches (4a, 5a et 4b,5b) des nervures (4,5) pour assurer le verrouillage circonférentiel et radial de la couronne d'aubes. 2. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le verrou (7) en double oméga comporte un corps cintré (8) possédant une partie centrale évidée (10) et à chacune de ces extrémités une paire d'ailes rabattues (9a,9b), ledit corps cintré venant se disposer dans la gorge circonférentielle du disque tandis que dans la partie centrale évidée est disposé le pied d'une des aubes de fermeture, dite aube centrale de fermeture (18), les deux extrémités du verrou étant disposées entre le pied de l'aube centrale (18) et les pieds des deux autres aubes, dites latérales, de fermeture (14,15). 3. - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les encoches (4a,5a et 4b,5b) des nervures (4,5) de la jante sont éloignées de la fenêtre d'introduction (3) d'une distance telle qu'après montage, ladite fenêtre (3) soit à cheval sur deux pieds d'aubes consécutives. 13 -2616480 4. - Dispositif selon l'une des revendications i à 3 caractérisé en ce que l'aube centrale de fermeture (18) comporte des dégagements symétriques (19,20) sur la face inférieure de sa plate-forme de chaque côté du pied de l'aube. 5. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que les deux.aubes latérales de fermeture (14,15) possèdent sur la face inférieure de leur plate-forme un dégagement (resp. 16,17) d'un seul côté de leur pied. 6. - Procédé de montage et de verrouillage d'une couronne d'aubes de rotor possédant un dispositif de blocage selon l'une des revendications 1 à 5 sur la jante d'un disque de rotor de turbomachine caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) on introduit chacune des aubes (12) dans la gorge (2) par la fenêtre d'introduction (3) puis par déplacement latéral d'un pas des aubes déjà introduites et ceci à l'exception des trois aubes de fermetures (14, 15, 18); b) on introduit l'aube latérale gauche (14) et on la déplace d'un pas vers la gauche; c) on introduit le verrou (7) dans la gorge (2) en comprimant ses ailes rabattues (9a,9b) de telle sorte que celles-ci soient comprimées dans la rainure (6) entre les - nervures amont et aval (4,5) de la jante (1) du disque; - 14 - 2616480 d) on déplace latéralement le verrou (7) comprimé sous le dégagement (16) de l'aube latérale gauche (14) jusqu'à laisser libre la fenêtre d'introduction (3); e) on introduit l'aube latérale droite (18), le dégagement (19) de sa plate-forme venant coiffer l'extrémité comprimée du verrou (7); f) on déplace l'ensemble des aubes vers la droite jusqu'à ce que la partie centrale évidée (10) du verrou (7) coincide avec la fenêtre d'introduction (3); g) on introduit l'aube centrale de fermeture (18) par la fenêtre (3) dans la partie centrale évidée (10) du verrou (7); h) on déplace l'ensemble de la couronne d'aubes circonférentiellement jusqu'à engagement des ailes (9a,9b) du verrou (7) dans les encoches (4a,5a et 4b, 5b) des rainures (4,5) de la jante (1) du disque. 7. - Procédé de démontage d'une couronne d'aubes selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) on pince les ailes du verrou au moyen d'une pince (20) engagée sous les plates-formes des aubes latérales de fermeture (14,15) pour comprimer les ailes (9a,9b) entre les nervures (4, 5); b) on déplace latéralement l'ensemble d'aubes jusqu'à coïncidence de la fenêtre (3) avec l'aube centrale (18) et on extrait celle-ci; c) on déplace latéralement l'ensemble d'aubes jusqu'à coïncidence de la fenêtre (3) avec une aube latérale - 15 - 2616480 (14 ou 15) et on extrait celle-ci; d) on déplace latéralement l'ensemble d'aubes jusqu'à coïncidence de la fenêtre (3) avec la seconde aube latérale (15 ou 14) et on extrait cette dernière; e) on extrait le verrou (7) comprimé hors de la gorge; f) on retire de façon connue les autres aubes de la couronne.