Brevet FR2633023A1 — publié le 19891222

DESCRIPTION La présente invention a pour objet les moyens d'accouplement entre un arbre de turbine de turbomachine et le tourillon de la turbine qui l'entraîne, ainsi que le procédé de montage adapté à cette structure. Les turboréacteurs modernes, et plus particulièrement les turboréacteurs supersoniques monoflux ou double flux à faible taux de dilution, ont en général un encombrement radial très faible afin de ne pas pénaliser par un maître- couple excessif les performances de l'avion qu'ils propulsent. Ceci pose des problèmes pour le montage et la maintenance, en particulier pour le passage des pièces et outillages nécessaire à l'assemblage et au verrouillage des sousensembles. Le problème est encore plus critique pour l'assemblage de l'arbre de turbine basse-pression sur son tourillon de turbine car l'alésage interne du tourillon est la partie de plus faible diamètre du moteur. Or dans les accouplements traditionnels, l'écrou de solidarisation de l'arbre sur le tourillon doit être introduit en aveugle, à l'intérieur du tourillon, pour être vissé, toujours en aveugle, avec une clef de grande longueur sur le taraudage de l'arbre de turbine. Ensuite, le frein d'écrou doit lui aussi être positionné en aveugle sur l'écrou pour le verrouiller en rotation sur le tourillon. Le diamètre externe du frein étant très voisin du diamètre interne de l'alésage du tourillon, on court un premier risque d'arc-bouter le frein dans l'alésage au cours du montage. On court ensuite un second risque de matage des filets de l'écrou par suite d'une mauvaise présentation de l'écrou contre le taraudage en raison de la longueur d'introduction en aveugle de cette pièce. Dans certains moteurs enfin, les diamètres internes de l'arbre et du tourillon sont tels qu'il est même parfois impossible de pouvoir passer par l'amont de l'arbre, ou par l'aval du tourillon, les pièces nécessaires à l'assemblage. Dans ces différents cas, il est indispensable que les pièces nécessaires au montage (écrou, frein d'écrou notamment) soient mises en place avant l'accostage de l'arbre sur le tourillon. C'est un but de la présente invention de réaliser une structure d'accouplement dont l'écrou et le frein d'écrou soient prépositionnés sur le tourillon avant montage. C'est également un autre but de l'invention que de prévoir la gamme opératoire de montage d'une telle structure. L'invention a donc pour objet un dispositif d'accouplement d'un arbre de turbine sur le tourillon de turbine pour permettre le centrage de l'arbre et son entraînement en rotation par des cannelures droites du tourillon, dispositif tel qu'il comporte un écrou prémonté sur le tourillon au moyen d'un premier filetage vissé à l'intérieur d'un taraudage du tourillon et en ce que ledit écrou comporte un second filetage de diamètre plus faible que le premier filetage et séparé de celui-ci par un dégagement, ledit second filetage étant apte à coopérer avec un taraudage de l'arbre de turbine pour assurer l'accouplement de l'arbre sur le tourillon. D'autres caractéristiques du dispositif ainsi que du procédé de montage de cet.accouplement seront précisés en regard des figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente une turbine basse-pression de turbomachine avec son tourillon et son arbre monté selon l'invention - la figure 2- montre l'accouplement proprement dit, entre l'arbre de turbine et le tourillon avec son écrou et son frein positionnés, avant l'accostage - la figure 3 représente le même sous-ensemble au moment de l'engagement de l'écrou sur l'arbre - la figure 4 est une vue similaire prise lors de la mise en place des portées de centrage de l'arbre sur le tourillon - la figure 5 est similaire, représentée lorsque l'arbre est accouplé en butée sur le tourillon - la figure 6 est semblable représentée au moment du verrouillage du frein sur l'écrou et le tourillon. Sur la figure 1 a été représenté un rotor complet de turbine basse-pression formant un module destiné ensuite à être assemblé de façon modulaire sur le moteur. Les aubes de rotor 1 sont portées par un disque 2 lui-même -vissé par une virole aval 3 sur le tourillon 4 de la turbine, lequel porte également un palier amont 5 et un palier aval 6 au moyen desquels le tourillon est monté tournant respectivement entre le tourillon de la turbine haute pression (non représenté) et une virole aval fixe (elle aussi non représentée). Cet ensemble entraîne un arbre 7 de turbine basse pression qui, lui-même, entraînera le compresseur basse pression situé en amont et non représenté. Les moyens d'accouplement selon l'invention, qui permettent l'accrochage de la partie aval de l'arbre 7 sur l'amont du tourillon 4, seront plus particulièrement décrits en regard des figures 2 à 6. Chacune des pièces sera ainsi décrite séparément en regard de la figure 2. Le tourillon 4 comporte de l'amont vers l'aval : un alésage taraudé 4a dont le pas du taraudage est faible (ici par exemple un pas de 1,5 mm), une partie extérieure cylindrique dont le diamètre amont (portée cylindrique 4c) est légèrement inférieur au diamètre aval (portée 4b), une partie extérieure cylindrique cannelée 4d, un alésage cannelé 4e dont le diamètre est inférieur au diamètre du taraudage 4a, et dans lequel sont découpées des encoches 4f. L'arbre de turbine basse pression 7 comporte un alésage taraudé 7a dont le diamètre nominal correspond à celui du filetage 8a d'un écrou 8 (qui sera décrit plus loin) et dont le pas est plus grand (ici 2,5 mm) que celui du taraudage 4a du tourillon 4. En aval du taraudage 7a et séparé de lui par un embrèvement 7b, une portée cylindrique interne 7c possède un diamètre égal (au jeu de fonctionnement près) au diamètre de la portée cylindrique amont 4c du tourillon. Un alésage cannelé à cannelures droites 7d est apte à coopérer avec les cannelures 4d du tourillon et enfin, la partie extrême amont de l'arbre 7 possède une portée cylindrique intérieure 7e de même diamètre (au jeu de fonctionnement près) que le diamètre externe du tourillon 4. L'écrou 8 comporte de l'amont vers l'aval une partie cylindrique dont la portée externe 8a est filetée au même pas (ici 2,5 mm) que le taraudage 7a de l'arbre 7 puis un filetage 8b de plus grand diamètre que le filetage 8a mais dont le pas (ici 1,5 mm) est égal à celui du taraudage 4a du tourillon. Sous le filetage 8b un alésage cannelé 8c permet 1 t introduction d'une clef de vissage/dévissage de l'écrou 8. En aval du filetage 8b, une portée cylindrique 8f de plus faible diamètre comporte à sa partie aval une gorge 8d dans laquelle est disposé un jonc expansible 10, qui servira de moyen de verrouillage à la bague frein 9 qui sera décrite par la suite.L'écrou comporte enfin une portée cannelée 8e de petit diamètre séparée de la portée cylindrique 8f par un dégagement 8g d'une longueur au moins égale aux cannelures 8e. Le frein 9 quant à lui est constitué d'une bague comportant un alésage 9a de même diamètre (au jeu de fonctionnement près) que la portée 8f de l'écrou, alésage dans lequel sont usinées deux gorges 9b, 9c aptes chacune à recevoir le jonc 10 disposé dans la gorge 8d de l'écrou. La bague a une épaisseur telle que sa portée cylindrique externe 9f, elle aussi cannelée puisse s'engager dans les cannelures 4e du tourillon. Sur sa partie médiane interne la bague-frein 9 possède un alésage cannelé 9e apte à s' engager, pour son verrouillage dans les cannelures 8e réalisées sur la partie aval de l'écrou. Enfin la bague possède sur sa partie extrême aval des encoches radialement internes 9d destinées à recevoir une clef pour la manipulation de la bague frein. L'utilisation de cette structure d'accouplement s'effectue de la façon suivante. On engage l'alésage 9a de la bague frein 9 sur la portée 8f de l'écrou. Les cannelures 9e coulissent sur les cannelures 8e de l'écrou puis en sortent pour se trouver au niveau du dégagement 8g de l'écrou rendant ainsi la bague frein mobile en rotation sur l'écrou. Dans cette position, le jonc 10 est engagé simultanément dans les gorges 8d de l'écrou et 9c de la bague 9. L'ensemble écrou 8 - bague 9 est ensuite vissé de l'amont vers l'aval par son filetage 8b dans le taraudage 4a du tourillon. Pendant ce mouvement de vissage de l'écrou, les cannelures droites externes 9f de la bague s'engagent sur les cannelures internes 4e du tourillon, ce qui est possible puisque la bague est libre en rotation sur 1 'écrou. Lorsque le filetage 8b est entièrement vissé sur le tourillon et se trouve en butée contre les encoches 4f de celui-ci, l'ensemble est dans la position représentée à la figure 2, et on peut accoster l'arbre de turbine 7 contre l'écrou en engageant les cannelures 7d de l'arbre dans les cannelures 4d du tourillon. Au moyen d'une clef engagée dans les encoches 8c de l'écrou, on visse alors celui-ci vers l'amont dans le taraudage 4a du tourillon (figure 3) ce qui a pour effet d'engager le filetage 8a de l'écrou dans le taraudage 7a de l'arbre. Le pas du filetage 7a - 8a étant supérieur à celui du filetage 4a - 8b et la longueur du taraudage 4a étant supérieure à la longueur du filetage Sb, l'écrou se déplace (figures 3 à 5) de toute la longueur L du filetage 8a pendant que le filetage 8b ne s'est déplacé dans le taraudage 4a que d'une longueur 1 plus faible, égale à la longueur du filetage 8a multipliée par le rapport des pas des filetages 8a et 4a (ici 1,5/2,5 soit 1 = 0,66 L-; voir les-mentions L et L sur les figures 2 et 5), ce qui permet un accostage rapide de l'arbre sur le tourillon sans que l'écrou ne soit désolidarisé du tourillon. Les portées cylindriques de centrage 7c et 7e de l'arbre viennent respectivement se caler sur la portée amont 4c du tourillon et sur le diamètre externe du tourillon (figures 4 et 5). Pendant tout ce mouvement, les cannelures 9f du frein sont restées engagées dans celles- 4e du tourillon. A la figure 5, l'extrémité amont du tourbillon est venue en butée contre la face radial aval du filetage 7a de l'arbre 7 et ce dernier est accouplé au tourillon. Son centrage est assuré par les portées 7c, 7e et son entraînement en rotation par les cannelures droites 4d, 7d. On retire alors la clef engagée dans lesencoches 8c de l'écrou et on engage une seconde clef dans les encoches 9d du frein 9. A l'aide de cette clef (figure 6) on tire la bague frein vers l'aval en engageant les cannelures 9e du frein dans celles, 8e, de ltécrou par translation jusqu'à ce que le jonc 10 vienne se loger dans la gorge 9b de la bague frein. L'ensemble de l'accouplement est alors verrouillé en rotation par le frein 9 au moyen-des deux ensembles de cannelures 4e - 9f et 8e - 9e. L'ensemble modulaire complet comprenant la turbine basse pression son- tourillon 4 et son arbre 7 peut alors être monté sur le moteur qui le comporte. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accouplement d'un arbre (7) de turbine sur le tourillon (4) de turbine1 pour permettre le centrage de l'arbre et son entrainement en rotation par des cannelures droites (4d) du tourillon, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un écrou (8) prémonté sur le tourillon (4) au moyen d'un premier filetage (8b) vissé à l'intérieur d'un taraudage (4a) du tourillon et en ce que ledit écrou comporte un second filetage (8a) de diamètre plus faible que le premier filetage et séparé de celui-ci par un dégagement, ledit second filetage étant apte à coopérer avec un taraudage (7a) de l'arbre de turbine pour assurer l'accouplement de l'arbre sur le tourillon. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second filetage (8a) de l'écrou (8) possède un pas et une longueur supérieurs au pas et à la longueur du premier filetage (8b) pour permettre un accostage rapide de l'arbre de turbine sur le tourillon. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le taraudage (4a) du tourillon a une longueur supérieure à celle du premier filetage (8b) de l'écrou (8) avec lequel il coopère 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un frein (9) prémonté sur l'écrou. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le frein est constitué par une bague comportant d'une part des premières cannelures externes droites (9f) coopérant avec des encoches internes (4e) du tourillon et d'autre part une portée cylindrique intérieure (9a) apte à coulisser sur une portée cylindrique externe (8f) en aval de l'écrou, ladite portée (8f) comportant une gorgé annulaire (8d) dans laquelle est disposée un jonc fendu (10), lui-même apte à coopérer avec deux gorges annulaires (9b, 9c) espacées de la portée intérieure de la bague pour fournir à la bague une première position axiale où l'écrou (8) est libre en rotation sur la bague (9) et une seconde position axiale où 1'écrou est verrouillé en rotation sur la bague frein et sur le tourillon au moyen de premières et de secondes cannelures droites (9f, 9e) de la bague engagées respectivement dans les encoches (4e) du tourillon et sur des cannelures (8e) de l'écrou. 6. Procédé d'accouplement d'un arbre (7) de turbine de turbomachine sur le tourillon (4) de la turbine au moyen d'un écrou de serrage (8) comportant un frein d'écrou (9), selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que a) on positionne la bague frein (9) sur la portée cylin drique aval (8f) de l'écrou de telle sorte qué la bague (9) soit libre en rotation sur l'écrou (8) b) on engage par l'amont les premières cannelures (9f) de la bague frein dans les cannelures internes (4e) du tourillon et on visse complètement d'amont en aval le premier filetage (8b) de l'écrou (8) dans le taraudage (4a) du tourillon c) on accoste l'arbre de turbine (7) et le tourillon (4) en engageant les cannelures externes (4d) du tourillon dans les cannelures internes (7d) de l'arbre d) on engage le second filetage (8a) de l'écrou à 11 intérieur du taraudage (7a) de l'arbre et on le visse d'aval en amont en provoquant le vissage simultané du premier filetage (8b) dans le taraudage (4a) du tourillon et ceci jusqu'à la mise en butée de l'extrémité du tourillon contre une portée radiale interne de l'arbre e) on déplace la bague frein de l'amont vers l'aval dans sa position de verrouillage par engagement des secondes cannelures (9e) de la bague dans les cannelures correspondantes (8e) de l'écrou.