Brevet FR2698127A1 — publié le 19940520

"Procédé et dispositif pour serrer et desserrer des tirants d'ancrage de rotors de turbines à gaz composés de plusieurs pièces" L'invention concerne un procédé pour serrer et desserrer des tirants d'ancrage de rotors de turbine à gaz composés de plusieurs pièces avec un dispositif hydraulique de serrage, ainsi qu'un dispositif de serrage pour la mise en oeuvre du procédé.10 Pour serrer des outils ou des pièces à usiner on utilise des éléments de serrage actionnés hydrauliquement. On connait par exemple une bague hydraulique de serrage, dans laquelle plusieurs pistons sont disposés dans des alésages de pistons, les pistons exerçant une pression de serrage sur une pièce à usiner ou un outil dont l'axe tourne. On connaît en outre une disposition se composant de plusieurs boulons-agrafes à tête bombée, montés en série et sollicités par une pression par l'intermédiaire d'une canalisation d'aller, la pression pouvant être lue sur un manomètre. L'invention a pour objet de développer un procédé et de perfectionner un dispositif de serrage selon l'état de la technique, de telle façon qu'il puisse être utilisé dans le cas de rotors de turbines à gaz relevant d'un mode de construction à disques On doit de cette façon obtenir: une qualité optimale en ce qui concerné l'écolletage et la voilure axiale, exactement les mêmes forces agissant sur chaque tirant d'ancrage, une mesure exacte de l'allongement de chaque tirant d'ancrage, une stabilité de marche du rotor de la turbine à gaz améliorée aux vitesses de rotation élevées, une minimisation des pertes de forces de serrage, aucune force de torsion n'agissant sur les tirants d'ancrage pendant le processus de serrage et de desserrage, aucune force d'appui unilatérale ne s'exerçant sur les disques de turbine et, lors du montage et du démontage, une maintenance sûre et rapide. Selon l'invention, dans le cas de plusieurs tirants d'ancrage disposés de façon décentrée, on peut obtenir sur les rotors des turbines à gaz, au moyen d'une précontrainte commune, isochrone et régulière, des allongements et des forces de précontrainte définis, le processus de serrage lors du montage final du rotor de turbine à gaz est réalisé par: l'allongement des boulons ou des tirants d'ancrage sous l'effet de la pression qui se forme, l'étirement des écrous des tirants d'ancrage et la mise en charge des écrous des tirants d'ancrage sous l'effet de la chute de la pression, le processus de desserrage commun, isochrone et régulier, lors du démontage du rotor de la turbine à gaz, est réalisé par: l'allongement des boulons ou des tirants d'ancrage sous l'effet de la pression qui se forme, le desserrage des écrous des tirants d'ancrage et la contraction des boulons ou des tirants d'ancrage sous l'effet de la chute de la pression, pour le processus de serrage ou de desserrage des boulons ou des tirants d'ancrage, toutes les chambres de piston à l'intérieur de la bague cylindrique massive sont soumises à l'action d'un fluide sous haute pression par l'intermédiaire d'alésages transversaux et la mesure de l'expansion ou de l'allongement a lieu directement et en même temps sur tous les boulons ou tous les tirants d'ancrage au moyen d'une tige de mesure comprimée par un ressort se trouvant dans le goujon de protection qui transmet directement à un comparateur de mesure à cadran la variation de la longueur. Les configurations et développements avantageux du procédé et du dispositif selon l'invention sont obtenus grâce au fait que: après la fin du processus de serrage et de desserrage a lieu une détection des pertes de forces de serrage dans les boulons ou tirants d'ancrage du rotor de turbine à gaz, pertes dues à un serrage et un desserrage répétés des tirants d'ancrage; plusieurs dispositifs de serrage hydraulique connus en soi sont disposés de façon décentrée sur le pourtour du rotor de la turbine à gaz, les dispositifs de serrage étant prévus pour un serrage et un desserrage commun, simultané et régulier les chambres des pistons à l'intérieur de la bague cylindrique massive, avec des pistons inté- grés, des bagues d'appui et des joints d'étanchéité, sont reliées respectivement les unes aux autres par des alésages transversaux disposés horizontalement, et goujon de protection présente un alésage central à travers lequel on fait passer la tige de mesure à l'extrémité inférieure de laquelle est fixé un ressort de pression. au-dessus du goujon de protection des tirants d'ancrage du rotor de la turbine à gaz, sont montés des cadrans connus en soi pour la mesure de l'extension/allongement, la tige de mesure du cadran de mesure reposant directement sur l'extrémité du tirant d'ancrage, et les pieds du cadran de mesure étant en contact avec la tige de mesure. le cadran de mesure est fixé dans une plaque de support de cadran de mesure, la plaque de support de cadran de mesure étant disposée sur le contre-écrou et bloquée au moyen d'un écrou moleté. Le dispositif hydraulique de serrage perfec- tionné et dimensionné en fonction d'applications spécifiques, présente par rapport au dispositif connu les améliorations suivantes: on peut serrer en même temps et régulière- ment plusieurs tirants d'ancrage disposés de façon décentrée, _ la mesure de l'allongement a lieu directe- ment et en même temps sur tous les tirants d'ancrage, la bague cylindrique massive, avec des pistons intégrés, des bagues d'appui, et des joints d'étanchéité, forme respectivement une chambre de piston, toutes les chambres de piston étant reliés les unes entre les autres par des alésages transversaux et sollicitées en même temps par le fluide hydraulique lors du serrage ou du desserrage du tirant d'ancrage décentré, des goujons de prise additionnels ne sont pas nécessaires, les tiges de mesure reposent en utilisant une touche mobile comprimée par un ressort à l'extré- mité de la tige de mesure, directement sur le tirant d'ancrage, le dispositif centré de traction se trouve directement sur l'extrémité de l'arbre du rotor de la turbine à gaz. Grâce au dispositif hydraulique de serrage on serre, lors de l'assemblage du rotor de la turbine à gaz, les tirants d'ancrage disposés de façon décentrée et, lors du démontage, on desserre les tirants d'ancrage serrés. Conformément au procédé selon l'invention le processus de serrage des tirants d'ancrage comprend les étapes suivantes: allongement des tirants d'ancrage par mise en pression, vissage des écrous des tirants d'ancrage, compression des écrous des tirants d'an- crage par chute de la pression, La solution pour les tirants d'ancrage comporte: l'allongement des tirants d'ancrage par mise en pression, le desserrage des écrous des tirants d'an- crage, la contraction des tiges d'ancrage par chute de la pression. Le déroulement du processus de serrage et de desserrage est reproduit par des mesures d'extension et peut être directement lu sur les cadrans de mesure pour chaque tirant d'ancrage. Les dispositifs de serrage selon l'inven- tion, disposés de façon décentrée, consistent respectivement en une bague cylindrique dans laquelle est introduit par en haut un piston de pression Pour assurer l'étanchéité on monte des bagues d'appui avec des joints d'étanchéité qui forment de cette façon une chambre de piston tournante sollicitée par le fluide sous pression Le piston de pression présente un alésage central à travers lequel est enfoncé le goujon de prise Le goujon comporte à l'extrémité supérieure un filetage sur lequel est vissé un écrou à six pans. L'extrémité inférieure du goujon de prise est équipée d'un filetage interne Grâce à cela le goujon de prise est vissé sur le tirant d'ancrage à serrer. Le goujon de prise présente un alésage central à travers lequel on fait passer une tige de mesure comprimée par un ressort La tige de mesure est pressée pendant le processus de serrage et de desserrage, sur la tête du tirant d'ancrage. Le dispositif hydraulique de serrage est monté sur la bride de l'arbre du rotor de la turbine à gaz et fixé au moyen d'un contre-écrou La plaque supportant le cadran de mesure est montée sur le dispositif de serrage de telle façon que les pieds du cadran de mesure viennent en contact avec la tige de mesure La plaque de mesure est fixée au moyen d'un écrou moleté. Tous les pistons sont reliés hydrauliquement les uns aux autres et sont raccordés à une pompe haute pression par le raccordement des deux raccords se trouvant sur la bague cylindrique pour la marche avant et la marche arrière. Pour le processus de serrage proprement dit on sollicite les chambres de piston du dispositif de serrage de la bague par une pression correspondante. Lors du processus de serrage les tirants d'ancrage s'allongent en fonction de la force de serrage Dans ce cas les pistons se déplacent à partir de la bague cylindrique. L'étape suivante du procédé consiste a réaliser, en parallèle au processus de serrage ou de desserrage, une mesure d'extension des tirants d'ancrage, la mesure d'extension ayant lieu directe- ment au moyen d'une tige de mesure se trouvant dans le goujon de prise et comprimée élastiquement. On peut lire directement pour chaque tirant d'ancrage, sur le cadran de mesure, l'accroissement de l'extension. Après la fin du processus de serrage ou de desserrage, on effectue une détection des pertes de forces de serrage causées dans les tirants d'ancrage par des serrages et desserrages répétés des tirants d'ancrage, car pendant la baisse de la pression il se produit un rétreint élastique et un serrage de la matière. La force d'allongement tombe car il se produit, sous l'effet du nouveau flux de forces, des déformations élastiques ou plastiques sur les surfaces d'appui des écrous de blocage. Le dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention va être expliqué ci-après plus en détail à partir d'un exemple de réalisation: la figure 1 montre une coupe à travers la roue motrice d'un rotor de turbine à gaz se composant de plusieurs segments, la figure 2 montre une coupe à travers le dispositif hydraulique de serrage avec un tirant d'ancrage serré et un cadran de mesure, la figure 3 est une vue de dessus du dispositif hydraulique de serrage correspondant à la coupe I-I et à la coupe II-II de la figure 2. La figure 1 montre une coupe à travers le rotor d'une turbine à gaz se composant de plusieurs segments (disques de turbine 23) selon un mode de construction à disques, rotor qui est maintenu par des tirants d'ancrage décentrés 19. Les tirants d'ancrage 19 sont serrés par un écrou de tirant d'ancrage 20, avec des rondelles d'arrêt intercalées 21. La figure 2 montre le dispositif hydraulique de serrage dont la bague cylindrique 1 repose sur la bride d'arbre 22 et est calée au moyen d'un contre- écrou 14 On monte des pistons 2 dans la bague cylindrique 1 A l'intérieur de la bague cylindrique 1 on forme une chambre de piston 11 qui est délimitée respectivement en haut ou en bas par des bagues d'appui 6, 8 avec des joints d'étanchéité correspon- dants 7, 9 Les chambres de piston 11 sont reliées les unes aux autres par des alésages transversaux la. Les chambres de piston 11 sont sollicitées par le fluide hydraulique par l'intermédiaire de nipples embrochables 10 On enfonce le goujon de prise 3 à travers un alésage dans le piston 2, goujon qui est maintenu avec la rondelle décolletée 12 par un écrou à six pans 13. On fait passer la tige de mesure 5 à travers l'alésage central du goujon de prise 3, tige qui établit le contact par un ressort de pression 18 avec la tête du tirant d'ancrage 19. Des noix à crabots 4 sont disposées de façon à pouvoir coulisser sur le goujon de prise 3 et sont légèrement bloquées sur le bord supérieur par un index à rotule. La plaque supportant le cadran de mesure 16 est fixée par l'écrou moleté 15, les pieds 17 a du cadran de mesure 17 a sont en contact avec la tige de mesure 5. Sur la figure 3 on a représenté deux coupes de la figure 2 La coupe I- I montre une vue de dessus dans la zone de la bague cylindrique 1, le goujon de prise 3 passant, avec la tige de mesure située à l'intérieur 5, au centre du piston 2 à travers celui- ci Entre le piston 2 et la bague cylindrique 1, on peut reconnaître la chambre de piston 11 qui est sollicitée par le fluide hydraulique par l'intermé- diaire du nipple d'amenée l Oa. Les chambres de piston Il sont montées quasiment en série à travers des alésages transversaux la, de telle sorte que le fluide hydraulique puisse s'écouler d'une chambre de piston 11 à l'autre chambre de piston 11 Le fluide hydraulique est de nouveau évacué par un nipple de retour l Ob. La coupe II-II montre une vue de dessus à la hauteur de l'écrou de tirant d'ancrage 20 qui est vissé sur le tirant d'ancrage 19 et repose sur l'extrémité de l'arbre 22 du rotor de la turbine à gaz. Nomenclature 1 la- 2 - 3- 4 - - 6 - 7 - 8- 9- - l Oa- b- - 12 - 13 - 14 - - 16 - 17 - 17 a- 18 - 19 - - 21 - 22 - 23 - Bague cylindrique Alésages transversaux dans 1 Pistons Goujon de prise Noix à crabots Tige de mesure Bague supérieure d'appui Joint d'étanchéité Bague inférieure d'appui Joint d'étanchéité Nipple embrochable Nipple d'amenée Nipple de retour Chambre de piston Rondelle décolletée Ecrou à six pans Contre-écrou Ecrou moleté Plaque de support du comparateur de mesure à cadran Comparateur de mesure à cadran Pieds du comparateur de mesure à cadran Ressort de pression Tirant d'ancrage Ecrou de tirant d'ancrage Rondelle d'arrêt Bride d'arbre Disque de turbine R E V E N D I C A T I 0 N S 1) Procédé pour serrer et desserrer des tirants d'ancrage de rotors de turbine à gaz composés de plusieurs pièces avec un dispositif hydraulique de serrage, procédé caractérisé en ce que, dans le cas de plusieurs tirants d'ancrage disposés de façon décen- trée, on peut obtenir sur les rotors des turbines à gaz, au moyen d'une précontrainte commune, isochrone et régulière, des allongements et des forces de précontrainte définis, le processus de serrage lors du montage final du rotor de turbine à gaz, était réalisé par: l'allongement des boulons ou des tirants d'ancrage ( 19) sous l'effet de la pression qui se forme, l'étirement des écrous des tirants d'an- crage ( 20) et la mise en charge des écrous des tirants d'ancrage ( 20) sous l'effet de la chute de la pression, le processus de desserrage commun isochrone et régulier, lors du démontage du rotor de la turbine à gaz, étant réalisé par: l'allongement des boulons ou des tirants d'ancrage ( 19) sous l'effet de la pression qui se forme, le desserrage des écrous des tirants d'an- crage ( 20) et la contraction des boulons ou des tirants d'ancrage ( 19) sous l'effet de la chute de la pression, pour le processus de serrage ou de desserrage des boulons ou des tirants d'ancrage ( 19), toutes les chambres de piston ( 11) à l'intérieur de la bague cylindrique massive ( 1) sont soumises à l'action d'un fluide sous haute pression par l'intermédiaire d'alésages transversaux ( 10), et la mesure de l'expansion ou de l'allongement a lieu directement et en même temps sur tous les boulons ou tous les tirants d'ancrage ( 19) au moyen d'une tige de mesure comprimée par un ressort se trouvant dans le goujon de protection ( 3) qui transmet directement à un cadran de mesure ( 17) la variation de la longueur. 2) Procédé pour serrer et desserrer des tirants d'ancrage de rotors de turbine à gaz composés de plusieurs pièces selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'après la fin du processus de serrage et de desserrage a lieu une détection des pertes de forces de serrage dans les boulons ou tirants d'ancrage ( 19) du rotor de turbine à gaz pertes dues à un serrage et un desserrage répétés des tirants d'ancrage ( 19). 3) Dispositif hydraulique de serrage pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que: plusieurs dispositifs de serrage hydrauli- que connus en soi sont disposés de façon décentrée sur le pourtour du rotor de la turbine à gaz, les dispositifs de serrage étant prévus pour un serrage et un desserrage commun, simultané et régulier, les chambres des pistons ( 11) à l'inté- rieur de la bague cylindrique massive ( 1), avec des pistons intégrés ( 2), des bagues d'appui ( 6, 8) et des joints d'étanchéité ( 7, 9), sont reliées respective- ment les unes aux autres par des alésages transversaux ( 10) disposés horizontalement, et le goujon de protection ( 3) présente un alésage central à travers lequel on fait passer la tige de mesure ( 5) à l'extrémité inférieure de laquelle est fixé un ressort de pression ( 18). 4) Dispositif hydraulique de tension selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que: au-dessus du goujon de prise ( 3) des tirants d'ancrage ( 19) du rotor de la turbine à gaz, sont montés des cadrans ( 17) connus en soi pour la mesure de l'extension/allongement, la tige de mesure ( 5) du cadran de mesure ( 17) reposant directement sur l'extrémité du tirant d'ancrage ( 19), et les pieds du cadran de mesure ( 17 a) étant en contact avec la tige de mesure ( 5). ) Dispositif hydraulique de tension selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le cadran de mesure ( 17) est fixé dans une plaque ( 16) de support de cadran de mesure, la plaque ( 16) de support de cadran de mesure étant disposée sur le contre-écrou ( 14) et bloquée au moyen d'un écrou moleté ( 15).