Brevet FR2744169A1 — publié le 19970801

l DISPOSITIF DE FIXATION PAR RIVETAGE DES AUBES MOBILES SUR LA ROUE MOBILE. NOTAMMENT D'UNE TURBINE D'UN MOTEUR A TURBINE A GAZ L'invention se rapporte à un dispositif de fixation par rivetage des aubes mobiles sur la roue mobile, notamment d'une turbine d'un moteur à turbine à gaz, dispositif selon lequel les aubes mobiles sont maintenues avec des emplantures, au profil denté, dans des rainures10 axiales, au profil denté de manière correspondante, d'une couronne de roue, et selon lequel une fente radiale est formée entre chaque extrémité d'emplanture et le fond d'une rainure axiale, un rivet étant guidé, centré, dans le sens de la longueur dans cette fente radiale et ce15 rivet étant construit à une de ses extrémités sous forme de tête de fermeture et à son autre extrémité sous forme de tête de pose. Dans un dispositif connu du type mentionné en introduction, le rivet s'appuie directement sur le fond de la rainure dans la fente radiale et il est guidé et appuyé le long d'une gorge se trouvant à l'extrémité de l'emplanture de l'aube. Pour loger la tête de pose conique et la tête de fermeture à élargir en cône, des creux coniques sont prévus des deux côtés sur la couronne25 de la roue directement dans la matière de l'emplanture de l'aube et dans la matière de la couronne de roue. Il en résulte une fabrication compliquée faisant beaucoup de déchets. Même de petites erreurs lors de la fabrication des creux peuvent rendre inutilisables les pièces très30 coûteuses en elles-mêmes (aubes, disque). De plus, on risque fort, dès le montage et le rivetage, mais aussi lors du démontage de l'assemblage riveté, d'abîmer des parties des emplantures d'aubes et de la couronne de roue, par exemple lorsque la tête de fermeture déformée35 doit être enlevée en perçant. De plus, le retrait commun de l'aube et du rivet hors de la rainure axiale peut abîmer le fond de la rainure. Même de petites inexactitudes de fabrication ainsi que le fait qu'un creux est construit sur les différentes pièces - emplantures et couronne de roue - , font que des risques de fatigue et de desserrage de l'assemblage riveté peuvent apparaître relativement tôt. Ce faisant, différentes contraintes thermiques et mécaniques exercées sur les emplantures d'aubes et sur la couronne de roue10 sont à prendre en compte. Les aubes sont soumises à des contraintes relativement indépendantes dues à la force centrifuge et à l'action des gaz. Il peut en résulter des modifications des orientations des aubes et des déséquilibres.15 De plus, dans le cadre d'un assemblage des aubes à la couronne de roue, on a les exigences suivantes: une pression superficielle radiale entre les dents des emplantures d'aubes et des contre-surfaces sur les dents des rainures axiales; le jeu au montage normalement20 présent entre les profils dentés opposés doit être déjà presque comblé lorsque le montage est terminé; ce dernier point en vue de l'amélioration des effets et résultats des équilibres des forces notamment en ce qui concerne un gauchissement de l'anneau de renforcement25 d'aubes; c'est-à-dire un gauchissement avec lequel les aubes n'atteindraient normalement, c'est-à-dire dans le cas d'une fixation axiale des aubes, que dans un certain point de fonctionnement leur position optimale de fonctionnement pour un jeu au montage comblé alors30 seulement. Dans le cas d'une fixation des aubes purement axiale, par exemple au moyen d'un blocage des tôles, sans pression superficielle radiale, le gauchissement de l'anneau de renforcement conduirait à des positions35 anormales des aubes, rendant impossible un équilibrage optimal du rotor. L'invention a pour objet de proposer un dispositif du type mentionné en introduction, qui permette un montage simple par rivetage tout en diminuant les risques 5 d'endommagement des pièces et qui permette aussi, en tenant compte d'un fonctionnement d'une durée relativement plus longue, une fixation optimale et solide, due aux forces exercées et à la forme des pièces, des aubes mobiles sur le disque de roue en direction10 axiale et en direction radiale. Le problème est résolu selon l'invention par un dispositif selon lequel chaque rivet est guidé, centre, sur deux garnitures dont chaque contour extérieur est conçu de manière à s'adapter globalement au contour15 intérieur de la fente radiale et qui s'appuient dans la fente radiale sur le fond de la rainure axiale; selon lequel les garnitures s'appuient avec une partie terminale pliée en direction de l'axe de roue sur la face avant ou arrière de la couronne de roue; selon lequel20 des tronçons du rivet qui incluent la tête de fermeture et la tête de pose sont entourés comme par un manchon par des cales d'ajustage; et selon lequel les cales d'ajustage sont coincées axialement et radialement par rivetage contre des surfaces correspondantes en forme de25 coins de l'extrémité d'emplanture et d'une garniture. La disposition et la mise en oeuvre de l'assemblage par rivet ne demandent pas de modifications notables des pièces de la couronne de roue et des aubes mobiles. A cause de l'effet de cale exercé par les cales d'ajustage par rapport aux contre-surfaces inclinées de l'extrémité d'emplanture de l'aube et des garnitures respectives, il résulte de l'assemblage par rivet un effet de serrage axial/radial. Ce faisant, les garnitures sont fixées radialement et axialement sur la couronne de35 roue. Les emplantures des aubes mobiles sont fixées à la rainure axiale non seulement axialement mais aussi par serrage radial de leurs profils dentés contre des contre- surfaces de la denture de rainure; ce dernier point se vérifiant donc dès que le montage est terminé c'est-à- dire lorsque le disque de roue est en position de repos. Cet état de fixation - sans jeu au montage - n'apparaît donc pas seulement lorsqu'un certain point de fonctionnement est atteint (vitesse de rotation, forces centrifuges). Grâce à l'utilisation possible, selon l'invention, d'un gauchissement de l'anneau de renforcement, qui est du côté des pointes d'aubes et qui ne peut plus entraîner en deçà de ce point de fonctionnement, c'est-àdire pour une très petite vitesse de rotation, une position des aubes "anormale" ou15 irrégulière, on peut donc éliminer plus exactement et plus rapidement d'éventuels déséquilibres du rotor. Les garnitures assurent un centrage et un guidage précis du rivet par rapport à la fente radiale. Selon une variante de l'invention, l'agencement de ces garnitures,20 séparées les unes des autres dans la fente radiale, notamment grâce à une fente d'écartement (X), permet un décalage limité des pièces les unes par rapport aux autres afin de compenser par exemple des influences mécaniques ou thermiques des pièces (extensions25 différentielles) ou afin de compenser éventuellement des déformations dues à l'écrasement des rivets lors du rivetage. Ce faisant, on se base sur un certain jeu au montage des garnitures par rapport à la section de montage dans la fente radiale. Pour un jeu au montage,30 relativement petit, des garnitures, et pour un mode de construction suffisamment indéformable de ces mêmes garnitures - et pour un jeu transversal nul dans les creux des garnitures -, une déformation par écrasement des rivets peut être avantageusement transformée en une35 déformation par écrasement dirigée contre l'extrémité d'emplanture afin de transférer une pression radiale des dents d'aube sur les profils dentés correspondants de la rainure axiale. Selon une autre variante de l'invention, un guidage précis du rivet au moyen d'une rainure, d'une gorge ou d'un creux peut permettre un appui de l'emplanture d'aube sur le rivet qui n'abîme pas les garnitures. Dans le cadre de l'idée de base de l'invention, les cales d'ajustage utilisées, notamment au niveau de la tête de fermeture, excluent tout endommagement de parties de l'emplanture ou de la couronne de roue, adjacentes au rivet, lors du rivetage mais aussi lors du démontage - extraction au moyen d'outils d'alésage. Lorsque, lors du démontage, l'aube et le rivet doivent être retirés en même temps de la rainure axiale, les garnitures maintenues appuyées axialement sur la couronne de roue empêchent tout endommagement du fond de la rainure. Selon une autre construction avantageuse, les cales d'ajustage peuvent être soumises au niveau du rivet, par l'intermédiaire des trous axiaux dans ces cales d'ajustage, à un mouvement de serrage dirigé vers l'intérieur contre des surfaces terminales plates des garnitures.25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: Figure 1: le dispositif de fixation avec le rivet en position de montage, agencé principalement à l'intérieur de la fente radiale S qui est construite entre l'extrémité d'emplanture d'aube, radialement intérieure, et le fond de la rainure axiale, et en vue en partie de côté et coupée axialement au centre et ici en relation avec une vue en coupe axiale correspondante de l'assemblage du disque à aubes, l'aube mobile étant dessinée cassée radialement vers l'extérieur et le disque de roue étant dessiné cassé radialement vers l'intérieur, Figure 2: un détail du disque à aubes en coupe selon la ligne A-B de la figure 1, o l'on peut voir - en laissant de côté la tête de fermeture du rivet - la position de montage, dessinée en coupe transversale, d'une garniture avec le rivet dans la fente radiale S ainsi qu'une partie terminale, c'est-à-dire une patte, de cette garniture s'appuyant axialement frontalement sur la couronne de roue, et Figure 3: un dessin en perspective d'une garniture, se trouvant du côté droit à la figure 1, avec un rivet dont une partie de la circonférence dépasse radialement d'un creux axial ouvert vers le haut, l'extrémité du creux axial qui est adjacente à l'arrière de la couronne de roue étant dessinée en coupe transversale et l'autre extrémité du creux axial étant dessinée cassée. L'invention part du principe que, dans le cas d'une roue mobile, c'està-dire d'un disque de roue 2, d'une turbine à flux axial ou d'un compresseur, la couronne de roue 5 associée doit être équipée de plusieurs aubes mobiles 1 réparties régulièrement sur la circonférence. 35 Ce faisant, chaque aube mobile 1 doit être coincée par un profil de l'emplanture d'aube 3, profil dont la forme est à plusieurs dents construites symétriquement des deux côtés, dans un profil dentelé, de forme correspondante, d'une rainure axiale 4 associée (figure 2) de la couronne5 de roue 5. L'emplanture d'aube 3 part d'une plaque d'assise 3', radialement extérieure, de l'aube mobile 1. Avec les dents placées des deux côtés, l'emplanture d'aube 3 est construite se rétrécissant radialement sensiblement en forme de coin - vu du haut à l'extérieur10 vers le bas à l'intérieur. Une telle emplanture d'aube 3 est aussi appelée par les spécialistes "emplanture en pied de sapin" ou "en pomme de pin". Dans le dispositif décrit ci-dessus, une fente radiale S (figures 1 et 2) est formée à chaque fois entre l'extrémité radialement intérieure de l'emplanture d'aube 3 et le fond de la rainure axiale 4 considérée. Pour une fixation à la fois axiale et radiale des aubes mobiles 1, par l'intermédiaire des rainures axiales 4, à la couronne de roue 5, l'invention prévoit à chaque fois l'utilisation d'un assemblage au moyen d'un rivet 6 (figure 1) qui est construit à une extrémité sous forme de tête de fermeture 7 et à l'autre extrémité sous forme de tête de pose 8. Le rivet cylindrique s'étend, globalement en ce qui concerne sa partie en forme de tige, dans le sens de la longueur à l'intérieur de la fente radiale S. La tête de fermeture 7 est formée par une partie en manchon qui dépasse axialement dans la zone frontale de la fente radiale S, qui s'y termine en pointe conique et dont le30 contour, dessiné en tirets et s'étendant ouvert vers l'extérieur, représente l'état non déformé. De plus, le dispositif de fixation comporte deux garnitures 9, 9' qui sont appuyées à l'intérieur de la fente radiale S sur le fond de la rainure axiale 435 (figure 2) et qui sont placées dans la fente radiale S en laissant entre elles une fente d'écartement X, c'est-à- dire qu'elles sont séparées l'une de l'autre. Chaque garniture 9 ou 9' comporte une partie terminale 10 ou 10' coudée ou pliée en direction de l'axe de la roue, c'est-5 à-dire radialement vers l'intérieur. Selon l'invention, les parties terminales 10 et 10' pourraient aussi être appelées épaulements ou pattes. La garniture 9 est placée avec la partie terminale 10 axialement contre une partie frontale avant de la couronne de roue 5; l'autre10 garniture 9' est placée avec la partie terminale 10' contre la partie frontale arrière de la couronne de roue 5. De plus, on voit à la figure 1 que la tête de fermeture 7 et la tête de pose 8 du rivet 6 sont enveloppées comme par un manchon chacune par une cale d'ajustage 11, 11', et ce au niveau des zones terminales, respectivement avant et arrière, de la fente radiale S. La tête de pose 8, avec sa surface circonférentielle se rétrécissant en forme de cône en direction de l'intérieur20 de la fente, s'appuie sur une surface intérieure conique correspondante de la cale d'ajustage 11' considérée. Au niveau de la tête de fermeture 7, l'autre cale d'ajustage 11 a une surface intérieure qui se rétrécit en forme de cône en direction de l'intérieure de la fente et contre laquelle l'extrémité en manchon de la tête de fermeture 7 est déformée par rivetage, hors de la position indiquée en tirets, dans la position d'ajustage conique dessinée en traits continus. Cette déformation peut être effectuée avec un outil à riveter ayant une forme adaptée, la tête30 de pose 8 étant soumise à une contre-force exercée à l'aide d'un outil lors du rivetage au moyen d'une déformation par choc. Dans les deux zones terminales de la fente radiale S (figure 1), les cales d'ajustage 11, 11' sont appuyées à chaque fois sur des surfaces correspondantes G, G', en forme de coins et à une certaine distance radiale l'une de l'autre, de l'extrémité de l'emplanture et de la garniture 9 ou 9' considérée, elles sont ainsi coincées axialement et radialement suite au rivetage. Par5 conséquent, l'aube mobile 1 est fixée par son emplanture 3 non seulement axialement sur la couronne de roue 5 mais aussi radialement dans la rainure axiale 4 (figure 2). La partie en forme de tige du rivet 6 est guidée, dans le sens de la longueur et sensiblement de façon concentrique à son axe longitudinal, à l'intérieur de creux 12 et 12' des garnitures 9 et 9' qui sont représentés à la figure 1 seulement d'un côté et par transparence et qui sont à chaque fois ouverts vers le haut. Ce faisant, le rivet 6 dépasse en haut à15 l'extérieur le long d'une partie circonférentielle hors de la rainure axiale 12 ou 12' concernée, comme on peut le voir aussi nettement à la figure 3 dans le cas de la garniture 9'. Le long de la partie circonférentielle dépassant radialement, le rivet 6 s'appuie contre20 l'extrémité, radialement intérieure, de l'emplanture d'aube 3. Conséquence de la disposition du rivet 6 dans les creux 12, 12' des garnitures 9, 9', on obtient une position de montage et d'axe du rivet 6, par rapport au centre longitudinal de la fente radiale S, qui est25 légèrement décalée radialement en haut vers l'extérieur. Au lieu des creux 12, 12' dessinés, on peut aussi prévoir des gorges ou des rainures longitudinales ou des cavités à la section en forme de V ou de U, sur ou dans lesquelles le rivet est guidé au moins le long de sa30 circonférence partielle. Chaque rivet 6 pourrait être placé entièrement enfoncé dans les creux par exemple en forme de U et ouverts vers le haut. Selon la figure 1, les cales d'ajustage 11, 11' comportent, dans les zones qui, dirigées axialement vers l'intérieur, pénètrent à l'avant et à l'arrière dans la fente radiale S, des trous axiaux destinés au logement de tronçons cylindriques en forme de tige du rivet 6; à partir de ces trous, les deux cales d'ajustage 11, 11' sont élargies à chaque fois dans le sens axial vers l'extérieur en des trous creusés en forme de cônes dont l'un loge la tête de pose 8 conique; le trou creusé dans la garniture 11 à l'extrémité opposée de la tête de pose 8 sert à loger la tête de fermeture 7 déformée en forme de cône par le rivetage. Selon l'invention (figure 1), si les contre-surfaces G coniques sont prévues pour les cales d'ajustage 11, 11', l'emplanture d'aube 3 est construite avec une épaisseur axiale supérieure à celle de la couronne de roue 5. Cette plus grande épaisseur de l'emplanture d'aube 3 est compensée en épaisseur par les garnitures 9, 9' avec leur parties terminales 10, 10' coudées, sur la couronne de roue 5, sur lesquelles s'étendent les contre- surfaces G' coniques radialement intérieures. Le montage s'effectue comme suit. En introduisant l'aube mobile 1 axialement avec son emplanture 3 dans la rainure axiale 4 (figure 2), on forme la fente radiale S. On place depuis l'extérieur, dans la fente radiale S, les deux garnitures 9, 9' qui s'appuient axialement chacune sur une face frontale de la couronne de roue 5. Ensuite,25 on coince les deux cales d'ajustage 11, 11' contre les contre-surfaces correspondantes G, G' en forme de cônes. Puis on glisse le rivet 6, dont la partie en manchon au niveau de la tête de fermeture 7 s'étend axialement, de la droite vers la gauche d'abord à travers la cale30 d'ajustage 11', ensuite à travers les deux creux 12', 12 des garnitures 9, 9' et enfin à travers l'autre cale d'ajustage 11; on effectue alors le rivetage en déformant en cône la tête de fermeture 7. Dès le montage, les deux garnitures 9, 9' empêchent tout endommagement du35 fond de la rainure, une pression étant appliquée il mécaniquement, axialement dans le sens contraire du mouvement d'introduction, sur la garniture 9. Pour le démontage, on enlève d'abord la partie déformée en cône de la tête de fermeture 7, par exemple au moyen d'un outil d'alésage; on tire ensuite hors de la fente radiale S, par un mouvement de gauche à droite, l'aube mobile 1 avec l'emplanture 3 et le rivet 6; lorsqu'on tire en même temps l'aube 1 et le rivet 6, les deux garnitures 9, 9' sont maintenues appuyées axialement10 sur la couronne de roue 5 de telle sorte que le fond de la rainure axiale 4 ne peut pas être endommagé. Contrairement au dessin (figure 1), l'invention peut aussi être mise en oeuvre ou réalisée de telle sorte que la tête de fermeture 7 se trouve du côté droit de la15 fente radiale S et que la tête de pose 8 se trouve du côté gauche de la fente radiale S. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément20 par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation par rivetage des aubes mobiles (1) sur la roue mobile (2), notamment d'une turbine d'un moteur à turbine à gaz, selon lequel les aubes mobiles (1) sont maintenues avec des emplantures (3), au profil denté, dans des rainures axiales (4), au profil denté de manière correspondante, d'une couronne de roue (5), et selon lequel une fente radiale (S) est10 formée entre chaque extrémité d'emplanture et le fond d'une rainure axiale (4), un rivet (6) étant guidé, centré, dans le sens de la longueur dans cette fente radiale et ce rivet étant construit à une de ses extrémités sous forme de tête de fermeture (7) et à son15 autre extrémité sous forme de tête de pose (8), caractérisé en ce que - chaque rivet (6) est guidé, centré, sur deux garnitures (9, 9') dont chaque contour extérieur est conçu de manière à s'adapter globalement au contour intérieur de la fente radiale (S) et qui s'appuient dans la fente radiale (S) sur le fond de la rainure axiale (4); - les garnitures (9, 9') s'appuient avec une partie terminale (10, 10') pliée en direction de l'axe de roue sur la face avant ou arrière de la couronne de roue (5); - des tronçons du rivet (6) qui incluent la tête de fermeture (7) et la tête de pose (8) sont entourés comme par un manchon par des cales d'ajustage (11, 11'); - les cales d'ajustage (11, 11') sont coincées axialement et radialement par rivetage contre des surfaces correspondantes (G, G') en forme de coins de l'extrémité d'emplanture et d'une garniture (9, 9'). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les garnitures (9, 9') sont maintenues à une certaine distance (X) l'une de l'autre à l'intérieur de la fente radiale (S) à chaque fois par5 l'intermédiaire de la partie terminale (10, 10') appuyée sur la face avant ou arrière de la couronne de roue (5). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux garnitures (9, 9') comportent chacune, pour le guidage commun du rivet, une10 gorge ou un creux (12, 12') qui est ouvert du côté de l'extrémité d'emplanture et dans lequel est enfoncé à chaque fois un tronçon axial du rivet (6) au moins le long de sa circonférence partielle. 4. Dispositif selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les cales d'ajustage (11, 11') comportent, dans des zones qui pénètrent axialement à l'intérieur de la fente radiale (S), pour le logement de tronçons en forme de tiges du rivet (6), à chaque fois un trou axial à partir duquel la cale d'ajustage (11, 11') s'élargit selon une direction axialement vers l'extérieur en un trou creusé en forme de cône qui est construit de manière à s'adapter globalement au contour conique de la tête de pose (8) ou de la tête de fermeture (7) déformée. 25 5. Dispositif selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'emplanture d'aube (3) est construite, au niveau de sa surface de cale (G) radialement extérieure, axialement plus épaisse que la couronne de roue (5), cette différence d'épaisseur30 étant compensée par les parties terminales (10, 10') qui sont appuyées axialement sur la couronne de roue (5) et sur lesquelles s'étendent les surfaces de cales (G') radialement intérieures des garnitures (9, 9').