Brevet FR2712037A1 — publié le 19950512

TURBOMACHINE A COMPRESSEUR DONT LE ROTOR A UN ETAGE AMONT AMOVIBLE DESCRIPTION L'invention concerne une turbomachine à compresseur dont le rotor a un étage amont amovible. Les aubes des rotors de compresseurs sont parfois endommagées, notamment quand des corps solides s'introduisent dans la veine d'écoulement des gaz et les heurtent. Il faut alors les remplacer. Dans les machines ordinaires, les aubes sont montées dans des rainures du rotor, dont elles peuvent être retirées séparément en écartant les joints ou les flasques qui les empêchent de coulisser dans les rainures, et après avoir ouvert le carter du stator du compresseur ou après l'avoir détaché d'un carter adjacent qui le prolonge et sorti le rotor du carter d'une longueur suffisante pour mettre à jour l'aube endommagée. Il s'impose aujourd'hui que la construction du rotor sous forme de disques aubagés monoblocs (DAM) assemblés entre eux, ou l'incorporation de tels disques à des rotors ordinaires dont les aubes sont amovibles, présente certains avantages, car ces disques, o les aubes sont donc d'un seul tenant avec l'enveloppe cylindrique ou conique sur laquelle elles se dressent, ont une meilleure résistance aux efforts et une meilleure tenue aux vibrations. Ils permettent donc d'alléger le rotor. Mais il faut les remplacer entièrement si une de leurs aubes est endommagée, ce qui est acceptable si on considère le coût de fabrication d'un disque de remplacement, mais nécessite cependant de dégager le disque non seulement du carter du stator, mais aussi des lignes d'arbres qu'il entoure. L'invention est précisément relative à un compresseur agencé pour permettre de tels remplacements. Elle provient de la constatation que les disques aubagés monoblocs sont particulièrement justifiés pour le premier étage du compresseur concerné, à l'amont, compte tenu du gain de masse potentiel procuré par ces disques et qui est décroissant vers l'aval du compresseur. Ce premier étage étant plus particulièrement exposé aux objets ingérés par le compresseur, on supposera qu'il est vraisemblable que plusieurs aubes de cet étage devront être remplacées à la fois, et qu'il est alors aussi facile de remplacer tout un disque qu'une série d'aubes montées classiquement. Le compresseur selon l'invention est composé d'un rotor et d'un stator, le rotor étant composé d'un corps et d'aubes mobiles liées au corps, le stator étant composé d'un carter de stator et d'aubes fixes liées au carter de stator, les aubes fixes et mobiles étant regroupées en étages axialement alternés, la turbomachine comprenant également au moins une ligne d'arbres traversant le corps de rotor, caractérisée en ce que le corps est composé d'un disque aubagé monobloc à l'extrémité amont et d'une autre partie, à laquelle le disque aubagé monobloc est assemblé par une portée de centrage et une bride de fixation, le disque aubagé monobloc portant l'étage d'aubes mobiles le plus en amont sur le rotor, le carter de stator est assemblé à un autre carter, avec lequel il est en prolongement, par une ligne de joint immédiatement en amont du disque aubagé monobloc, et la ligne d'arbres est composée de parties séparables et assemblées par des moyens de liaison situés en amont du disque aubagé monobloc. On préconise l'invention avant tout dans une situation o le compresseur est un compresseur à haute pression situé en aval d'un compresseur à basse pression et en amont de deux turbines, les lignes d'arbres sont concentriques et au nombre de deux, et les moyens de liaison de leurs parties sont des écrous. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif: - la figure 1 est une vue d'ensemble de la zone de compression d'une turbomachine conforme aux conceptions antérieures, - la figure 2 est une vue d'ensemble du mode de démontage avec l'invention, - la figure 3 est une vue de détail de la figure 2, - la figure 4 est une vue partielle de la figure 3, - et les figures 5 et 6 représentent deux outils utilisés pour le démontage comme pour le montage. La figure 1 représente une conception classique de l'art antérieur. La zone de compression représentée est composée d'un compresseur à basse pression 1 en amont d'un compresseur à haute pression 2, et ces deux compresseurs 1 et 2 sont séparés par une zone intermédiaire 3. Un stator, référencé globalement par 4 et s'étendant sur toute la zone de compression, est tout d'abord composé d'un carter lui-même composé de trois parties 5, 6 et 7 en prolongement, associées respectivement aux compresseurs 1 et 2 et à la zone intermédiaire 3 et assemblées entre elles par des boulons 8 qui permettent donc de les séparer. Les parties 5 et 6 du carter associées aux compresseurs 1 et 2 portent des aubes; celles 9 du compresseur à basse pression 1 sont absolument fixes mais celles 10 du compresseur à haute pression 2 sont tournantes et comprennent à cet effet un tourillon 11 radial à travers la partie de carter 6 et qui est relié à une bielle 12 articulée par son autre extrémité à un anneau de commande 13. Plus précisément, les aubes 9 et 10 sont réparties en étages de disposition circulaire et à certaines coupes transversales des compresseurs 1 et 2, et chaque anneau de commande 13 est uni à tout un étage des aubes 10. On ne représentera pas les moyens, d'ailleurs classiques, qui permettent de mouvoir les anneaux de commande 13 pour ajuster l'inclinaison des aubes 10 selon le régime de la machine. Les aubes 9 et 10 alternent respectivement avec des aubes mobiles 14 d'un rotor à basse pression et d'un rotor à haute pression 16, qui appartiennent aux compresseurs 1 et 2 et sont donc entourés par les parties de carter 5 et 6. Les aubes mobiles 14 sont également regroupées en étages circulaires qui alternent avec ceux des aubes de stator 9 et 10 que nous appellerons ainsi par opposition "aubes fixes" bien que les aubes 10 puissent tourner. Un étage d'aubes fixes 10 précède le premier étage d'aubes mobiles 14 du rotor à haute pression 16 vers l'amont; il est appelé "étage de distribution", et les autres étages d'aubes fixes 10 "étages de redressement". Les gaz de propulsion sont donc comprimés en s'écoulant dans une veine annulaire 17 entre le stator 4 et les rotors 15 et 16; la partie intermédiaire du carter 7 comprend une paroi interne 18, reliée à une paroi externe 19 continue avec les parties 5 et 6, par des entretoises 20 radiales qui s'étendent à travers la veine 17. La paroi interne 18 assure la continuité de la veine 17 entre les rotors 15 et 16 et est reliée par des nervures 21 à au moins deux paliers 22 et 23 dont le premier sert à supporter une ligne d'arbres à basse pression 24, et le second, de la même façon, une ligne d'arbres à haute pression 25. Les lignes d'arbres 24 et 25 sont fixées respectivement aux rotors 15 et 16 par des boulons 26 et servent à les entraîner par des turbines respectives, situées plus en aval de la machine et qui sont évoquées par les références 29 et 30. On comprend sous la dénomination "ligne d'arbres" les arbres ou portions d'arbres ainsi que les pièces attenantes, comme leurs paliers. La ligne d'arbres à basse pression 24 est continue et traverse le corps du rotor à haute pression 16; la ligne d'arbres à haute pression 25 est formée de deux parties séparées fixées aux extrémités de ce corps. On dira tout de même qu'elle "traverse" ce corps, ce qui ne change rien à l'invention car il faut la démonter également pour pouvoir déplacer le rotor à haute pression 16. L'accès aux aubes tournantes 14 du rotor à haute pression 16 est donc obtenu en ôtant les boulons 8 qui unissent les parties 6 et 7 du carter puis en les séparant. Les aubes tournantes 14 ont des pieds 27 engagés dans des rainures correspondantes du rotor 16, dans lesquelles ils sont retenus par des joncs élastiques circulaires couvrant les débouchés des rainures ou des moyens analogues tels que des flasques et dont de nombreux genres ont été proposés. Ils portent la référence 28. Dans l'invention, on retrouve un certain nombre de détails de la conception précédente, qui demeurera donc valable pour la réalisation de l'invention qui sera maintenant décrite et ses variantes, sauf quand on le signalera ou quand une contradiction apparaîtra. On retrouve ainsi sur la figure 2 un compresseur à basse pression 41 et un compresseur à haute pression 42, mais le rotor 43 de celui-ci est maintenant divisé en deux parties: un corps principal 44 analogue par sa construction au rotor 16 et qui comprend en particulier des étages d'aubes tournantes qui lui sont unies de manière amovible par des assemblages à pied et rainure, et un disque aubagé monobloc 45 situé à l'amont du corps principal 43 et qui porte un seul étage d'aubes tournantes 14, d'un seul tenant avec le reste du disque. La ligne d'arbres à basse pression 46 est également divisée et se compose d'un arbre principal 47 qui reste solidaire du compresseur à haute pression 42 de manière indirecte et que vient coiffer un bout d'arbre 48 solidaire du rotor du compresseur à basse pression 41. L'arbre principal 47 est engagé dans un perçage du bout d'arbre 48 et en dépasse (voir aussi la figure 3) par une extrémité filetée 49 sur laquelle un écrou 50 est vissé, et un serrage est assuré quand l'écrou 50 bute contre un épaulement 51 du bout d'arbre 48 et que l'arbre principal 47 et le bout d'arbre 48 butent l'un sur l'autre par une paire de portées d'appui 52. Il suffit d'ôter un fuselage 53 conique à l'avant du rotor du compresseur à basse pression 41 pour découvrir l'écrou 50 et le démonter, après quoi l'arbre principal 47 peut être séparé du bout d'arbre 48, moyennant le démontage du stator. Une des parties de la machine, dont l'arbre principal 47 fait partie, est alors entraînée sur un chariot 36 sur lequel elle est posée par un gabarit de centrage 37. L'autre partie de la machine reste fixée à un autre gabarit de centrage non représenté. On revient maintenant à la figure 3. La partie intermédiaire 53 du carter diffère de celle 7 de la réalisation connue, car elle porte le premier étage d'aubes fixes 10 et celui-là seulement. Le disque aubagé monobloc 45 est donc découvert par l'amont quand les parties 42 et 53 du carter sont séparées. Mais il faut encore disjoindre la ligne d'arbres à haute pression 54 de son palier 23. C'est possible si le bout de la ligne d'arbres à haute pression 54 porte un filetage 55 sur laquelle un écrou 56 est vissé, l'écrou 56 serrant une bague- entretoise 57, éventuellement porteuse d'un pignon 39 d'entraînement de certains accessoires de la machine, contre la bague interne 58 du roulement qui forme le palier. Cette disposition est bien visible sur la figure 4. La bague interne 58 est en butée pendant le montage contre la ligne d'arbres à haute pression 54 par une paire de surfaces d'appui 59 entre lesquelles des cales de réglage peuvent être glissées. La ligne d'arbres à haute pression 54 et la bague-entretoise 57 portent des cannelures 60 qui permettent à celle-ci de coulisser axialement tout en étant retenue dans les autres directions. Quand l'écrou 56 est dévissé, la bague- entretoise 57 est retirée sans effort de la ligne d'arbres à haute pression 54. La bague interne 58 du roulement est montée glissante sur la ligne d'arbres à haute pression 54. Le disque aubagé monobloc 45 est assemblé au corps principal 44 du rotor à haute pression 43 par une portée de centrage circulaire 60 emmanchée dans une portée de même dimension nominale du corps principal 44 et à ajustement serré (H7p6 par exemple) pour fournir une très bonne cohésion au rotor 43. La fixation est assurée grâce à une bride 61 du disque aubagé monobloc adjacente à la portée de centrage 60 et qui bute par une face plane contre une surface plane du corps principal 44. Pour accomplir le boulonnage nécessaire à la fixation de la bride 61, on choisit des vis 62 dont la tête 63 est carrée et retenue dans des perçages non circulaires d'une face interne 64 du corps principal 43, derrière la zone par laquelle le disque aubagé monobloc 45 est assemblé. Avec une telle construction, les tiges des vis 62 sortent de la bride 61 vers l'amont, et il est facile d'y visser des écrous 65 pour retenir la bride 61, ou au contraire de les dévisser pour réparer ou remplacer le disque aubagé monobloc 45, car les vis 62 ne peuvent pas tourner. Elles peuvent cependant être retirées ou replacées. Le disque aubagé monobloc 45 comprend encore des masses d'équilibrage sous l'aspect d'une collerette 66 circulaire saillant vers l'extérieur sur un manchon 67 cylindrique qui est terminé par la portée de centrage 60 et par la bride 61. Quand un nouveau disque aubagé monobloc 45 est assemblé au corps principal 44, l'interchangeabilité de l'équilibrage est garantie grâce à un équilibrage du DAM indépendant, qui s'effectue par reprise de la collerette 66. Le manchon 67 porte également les léchettes 68 circulaires d'un joint à labyrinthe, qui mordent selon une disposition connue dans une couche de matériau tendre ou abradable 69 disposée en couronne dans un anneau de retenue 70 des aubes fixes 10 du deuxième étage à partir de l'amont; dans cette construction o les léchettes 68 séparent la collerette 66 des aubes mobiles 14, elles doivent être plus hautes que la collerette 66 pour que le démontage soit possible. On remarque enfin sur le disque aubagé monobloc une autre collerette en amont des aubes tournantes 14. Il s'agit d'une prise d'outil 71 saillant vers l'intérieur, par laquelle l'extraction du disque aubagé monobloc 45 ou sa remise en place est facilitée. Les figures 5 et 6 représentent schématiquement les outils employés. On voit sur la figure 5 qu'une clé à douille 75 prolongée par un bras articulé 76 peut être glissé sous le manchon 67 pour assurer le vissage ou le dévissage des écrous 65. Un outil analogue, à savoir une clef à pince à l'extrémité d'un manche articulé, peut être utilisé pour atteindre l'écrou 56. Il est introduit par l'avant de la machine, en l'enfonçant dans des lumières établies sous le fuselage 53, et la nervure 21 du palier de la ligne d'arbres à basse pression 46. Ces lumières sont par exemple situées aux emplacements 32 et 33 des figures 2 et 3. Quant à la figure 6, elle représente l'outillage d'extraction du disque aubagé monobloc 45: un chariot auxiliaire 77 accoste le chariot principal 36, et il porte un outil constitué par un étau 78 dont les mâchoires 79 enserrent le bout de la ligne d'arbres à haute pression 54, centrant ainsi l'outil sur le disque aubagé monobloc 45. De plus les mâchoires 79 portent chacun un rail longitudinal 80 sur lequel coulisse un curseur 81 porteur d'un levier basculant 82. L'extrémité des leviers 82 porte un ergot 83 qu'on vient engager derrière la prise d'outil 71. Un moyen tel qu'une vis de pression 84 pesant sur l'autre bras du levier 82 est utilisé pour écarter les ergots 83. Quand le blocage du disque aubagé monobloc 45 est ainsi obtenu, les curseurs 81 sont tirés grâce à un mécanisme d'agrippage qui les unit et comprend une vis 85 liée au bâti du chariot auxiliaire 77. Le remplacement d'un disque aubagé monobloc 45 est fait de la même façon, en appuyant les ergots 83 contre la face externe de la prise d'outil 71. Comme il est usuel, une contraction consécutive à un refroidissement a alors été obtenue sur la portée de centrage 60, pour permettre de l'insérer aisément. Un moyen de repérage quelconque, mécanique ou simplement visuel, peut être prévu pour assurer que le disque aubagé monobloc 45 est placé dans une position angulaire invariable. REVENDICATIONS 1. Turbomachine comprenant un compresseur composé d'un rotor (43) et d'un stator (42), le rotor (43) étant composé d'un corps (44, 45) et d'aubes mobiles (14) liées au corps, le stator étant composé d'un carter de stator (53) et d'aubes fixes (10) liées au carter de stator, les aubes fixes et mobiles étant regroupées en étages axialement alternés, la turbomachine comprenant également au moins une ligne d'arbres (46, 54) traversant le corps de rotor, caractérisée en ce que le corps est composé d'un disque aubagé monobloc (45) à l'extrémité amont et d'une autre partie (44), à laquelle le disque aubagé monobloc (45) est assemblé par une portée de centrage (60) et une bride de fixation (61), le disque aubagé monobloc (45) portant l'étage d'aubes mobiles (14) le plus en amont sur le rotor, le carter de stator (53) est assemblé à un autre carter (7), avec lequel il est en prolongement, par une ligne de joint immédiatement en amont du disque aubagé monobloc, et la ligne d'arbres (46, 47, 48, 54, 23) est composée de parties séparables et assemblées par des moyens de liaison (50, 56) situés en amont du disque aubagé monobloc (45). 2. Turbomachine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le compresseur est un compresseur à haute pression situé en aval d'un compresseur à basse pression (1) et en amont de deux turbines, les lignes d'arbres sont concentriques et au nombre de deux, et les moyens de liaison de leurs parties sont des écrous (50, 56). 3. Turbomachine suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'écrou d'une des lignes d'arbres est disposé de façon à coincer un palier (23) de ladite ligne d'arbres contre un épaulement (59) de cette ligne d'arbres (54). 4. Turbomachine suivant la revendication 3, caractérisée en ce qu'une entretoise (57), unie à la ligne d'arbres par des cannelures (60), est serrée entre l'écrou (56) et le palier (23). 5. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'autre carter (7) porte un étage d'aubes fixes (16) situé en amont de l'étage d'aubes mobiles du disque aubagé monobloc. 6. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le disque aubagé monobloc porte des masses d'équilibrage (66). 7. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le disque aubagé monobloc porte des prises d'outil (71). 8. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la portée de centrage (60) est circulaire et la bride (61) a une face plane.