Brevet FR2931911A1 — publié le 20091204

L'invention concerne un système et un procédé d'assemblage par brides entre deux pièces tournantes. Lesdites brides sont annulaires ou festonnées et elles comportent des trous de montage. La première bride est apte à venir se plaquer contre la deuxième bride de sorte qu'un trou de la première bride s'aligne sur un trou de la deuxième bride en formant un passage cylindrique de diamètre Dl et de longueur L1. Un tel passage cylindrique se présente donc à espace régulier le long de la circonférence des deux brides à assembler entre elles et pour chacun de ces passages cylindriques, il faut mettre en place des moyens pour assembler de manière serrée les deux pièces tournantes que l'on souhaite solidariser. A cet effet, on utilise généralement un ensemble conforme à la figure 1 : le passage cylindrique 30 qui traverse les deux brides 10 et 20 reçoit un premier tronçon lisse 42 du corps d'une vis 40. Le corps de cette vis 40 comporte à son extrémité opposée à la tête 41 de la vis un deuxième tronçon fileté 44, qui se place à l'extérieur du passage cylindrique 30 et qui coopère avec un écrou 50 pour bloquer la position entre les deux brides 10 et 20, et de ce fait solidariser les deux pièces portant ces brides 10 et 20 afin de permettre leur rotation commune. Dans cette configuration visible sur la figure 1, on utilise habituellement une interférence nulle entre la paroi du passage cylindrique 30 et le premier tronçon lisse 42 du corps de la vis 40 qui présente également une forme cylindrique de section circulaire, et ce à la fois pour limiter le débattement de la vis dans le passage cylindrique 30 et pour permettre l'engagement entre le premier tronçon lisse 42 du corps de la vis 40 et le passage cylindrique 30 sans avoir à exercer d'effort particulier. Cette interférence nulle correspond à un ajustement du diamètre du premier tronçon lisse 42 du corps de la vis 40 au diamètre du passage cylindrique 30 et se traduit par des points de contact entre la paroi du passage cylindrique 30 et le premier tronçon lisse 42 du corps de la vis 40. Ensuite, l'écrou 50 est monté sur le deuxième tronçon fileté 44 avec lequel il coopère par vissage de sorte qu'en fin de vissage, comme il apparaît sur la figure 1, l'écrou 50 vienne en appui sur la bride 20 tandis que la tête 41 de la vis est en appui sur la bride 10. Cette situation est obtenue par le fait que le deuxième tronçon fileté 44 prolonge le premier tronçon lisse 42 qui présente une longueur égale à la longueur L1 du passage cylindrique 30, à savoir la somme des épaisseurs des brides 10 et 20. Toutefois, pour compenser les efforts en cisaillement importants exercés sur les corps des vis de cet assemblage et qui sont induits par le couple de rotation pendant la rotation des pièces tournantes, on met en place un grand nombre de vis le long des brides 10 et 20. Afin de minimiser ces risques de cisaillement des vis, on prévoit des vis suffisamment solides en les surdimensionnant et/ou en les réalisant dans des matériaux particulièrement résistants. De plus, du fait des ajustements non identiques entre toutes les vis 40 et tous les passages cylindriques 30, il se produit une répartition inégale des efforts, créant des contraintes locales plus importantes à certains emplacements, d'où il s'ensuit des risques d'endommagements de fatigue sur les brides 10 et 20 des pièces tournantes. En effet, les contraintes de fatigue risquent d'engendrer des fissures dans les brides 10 et 20, à l'emplacement des trous 12 et 22 formant le passage cylindrique 30. En outre, si l'interférence est légèrement négative, il se produit un certain jeu entre la paroi du passage cylindrique 30 et le premier tronçon lisse 42 du corps de la vis, ce qui peut finir par engendrer un léger glissement entre les deux brides 10 et 20. Selon US 4 557 033, on met en oeuvre une plastification par expansion à froid des trous de montage, avant de monter la vis en interférence nulle, et ce pour améliorer la résistance en fatigue des deux brides assemblées. Dans ce cas, il est donc nécessaire de réaliser un traitement de tous les trous de montage des deux brides. Les pièces tournantes assemblées par brides annulaires se rencontrent notamment dans le domaine des turbomachines le long de la ligne de rotor, par exemple pour assembler entre eux les tronçons des arbres de rotor, des disques, notamment les disques de turbine, ou plus précisément les tourillons, ou encore des labyrinthes d'étanchéité inter- étages. Il se trouve que ces pièces reliées par brides sont forgées, par exemple en alliage de nickel, selon des procédé standards (pilon, presse ou laminage) de sorte que leur durée de vis est généralement donnée par les facteurs de forme des brides (trous et festons) et par la microstructure locale de la matière qui est en générale plus grossière, donc plus fragile, au niveau des brides qu'au niveau du coeur de la pièce. La présente invention a pour objectif de fournir un système et un procédé d'assemblage permettant de surmonter les inconvénients de l'art antérieur et en particulier offrant la possibilité de permettre un assemblage simple et fiable qui minimise les risques d'endommagement des trous de montage des brides et qui soit en outre démontable pour permettre le contrôle régulier et non destructif des trous de montage des brides des pièces tournantes. A cet effet, selon la présente invention, le système 15 d'assemblage est caractérisé en ce qu'il comporte : - une vis comprenant une tête et un corps présentant un premier tronçon prolongeant la tête et un deuxième tronçon fileté, la tête comportant une face d'appui tournée vers le corps qui est plane et apte à venir contre la face extérieure de la première bride, ledit premier tronçon présentant un 20 diamètre maximal D2 supérieur à Dl, ledit deuxième tronçon présentant un diamètre D3 inférieur à Dl, et - un écrou dont le filetage est apte à coopérer avec le deuxième tronçon fileté et présentant une première face plane apte à venir en appui contre la face extérieure de la deuxième bride, ce par quoi on réalise par vissage 25 de l'écrou sur le deuxième tronçon fileté l'engagement serré du premier tronçon dans le passage cylindrique et la solidarisation entre les deux pièces. L'invention porte également sur un procédé d'assemblage par brides entre deux pièces tournantes, lesdites brides comportant des trous 30 de montage, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on plaque la première bride contre la deuxième bride de sorte qu'un trou de la première bride s'aligne sur un trou de la deuxième bride en formant un passage cylindrique de diamètre Dl et de longueur L1 35 b) on fournit une vis comprenant une tête et un corps présentant un premier tronçon prolongeant la tête et un deuxième tronçon fileté, la tête comportant une face d'appui tournée vers le corps qui est plane et apte à venir contre la face extérieure de la première bride, ledit premier tronçon présentant un diamètre maximal D2 supérieur à Dl, ledit deuxième tronçon présentant un diamètre D3 inférieur à Dl, c) on introduit en force le corps de la vis dans le passage de sorte que le premier tronçon est engagé de façon serrée dans le passage et la tête de la vis se trouve du côté de la première bride, d) on fournit un écrou dont le filetage est apte à coopérer avec le deuxième tronçon fileté et présentant une première face plane, e) on monte l'écrou par vissage sur le deuxième tronçon fileté au moins jusqu'à ce que la première face plane de l'écrou vienne en appui contre la face extérieure de la deuxième bride et que la face d'appui de la tête vienne en appui contre la face extérieure de la première bride. De cette manière, on comprend que par le fait que le premier tronçon présente un diamètre maximal D2 supérieur au diamètre Dl du passage cylindrique, on réalise une interférence positive entre le premier tronçon de la vis et le passage cylindrique. De cette façon, selon l'invention, on créé une liaison mécanique par compression entre le premier tronçon de la vis et le passage cylindrique, ce qui permet d'éviter tout mouvement et en particulier du cisaillement entre la vis et les brides pendant le passage du couple rotor. Grâce à cette contrainte locale de compression, on limite les phénomènes de fatigue et ainsi l'amorçage de fissures de fatigue dans la matière constituant lesdites brides. Ainsi, on améliore de façon importante la tenue et donc la durée de vie de la vis sans pour autant avoir besoin de surdimensionner cette dernière. La durée de vie des brides étant également augmentée par cette invention, on peut envisager de réaliser des gammes de forge plus simples et/ou diminuer la taille des bruts de forge puisqu'une structure métallurgique proche de la peau du brut de forge peut devenir admissible. Cette solution présente aussi l'avantage supplémentaire, de permettre, en outre vis de bloquer la vis dans son logement, ce qui la rend imperdable au moment du démontage. Globalement, grâce à la solution selon la présente invention, il est possible de réaliser un montage fiable mettant en compression le corps de la vis située dans le passage cylindrique ainsi que la matière des brides assemblées, et ceci sans outil particulier de montage puisque c'est l'écrou qui est utilisé pour faire avancer le premier tronçon de la vis dans le passage cylindrique. On peut également relever que l'amélioration des propriétés de la vis par ce système et ce procédé d'assemblage peut éventuellement permettre d'utiliser une classe de matériau inférieure. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en 10 référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, est une vue partielle et schématique en coupe d'un système d'assemblage de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue partielle et schématique en coupe d'un système d'assemblage selon un premier mode de réalisation de 15 l'invention, - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 pour une variante de réalisation, et - la figure 4 est une vue partielle et schématique en coupe d'un système d'assemblage selon un deuxième mode de réalisation de 20 l'invention. Selon l'invention, ainsi qu'il est visible sur la figure 2, on utilise une vis 140 configurée de façon particulière afin d'assembler les brides 10 et 20 au niveau de leurs trous de montage 12 et 22 placés en regard pour former le passage cylindrique 30. 25 La tête 141 de la vis, qui est plate, comporte une face d'appui 141a tournée vers le corps qui est plane et apte à venir contre la face extérieure 14 de la première bride 10. Le corps de la vis 140 comporte un premier tronçon 142 de longueur L2, prolongeant la tête 141 et qui est destiné à venir se loger 30 dans le passage cylindrique 30 de diamètre Dl, et un deuxième tronçon 144 de longueur L3, prolongeant le premier tronçon 142 et qui est fileté. De façon caractéristique, le premier tronçon 142 présente un diamètre maximal D2 > Dl de façon à constituer une interférence positive lorsque le premier tronçon 142 est placé dans le passage cylindrique 30. 35 On prévoit que le diamètre maximal D2 du premier tronçon 142 est supérieur d'au moins 1 % par rapport au diamètre Dl du passage cylindrique 30, et de préférence supérieur entre 2 et 3% par rapport au diamètre D1 du passage cylindrique 30. Le deuxième tronçon 144 fileté présente un diamètre D3 inférieur à Dl et une longueur L3 sensiblement égale ou supérieure à la longueur L1 du passage cylindrique. De cette façon, le deuxième tronçon 144 peut s'engager sans frottement dans le passage 30 depuis le côté de la première bride 10 et permettre au filetage du deuxième tronçon 144 de coopérer avec le filetage d'un écrou 150 placé du côté de la deuxième bride 20. Cet écrou 150 présente une première face plane 152 tournée vers la face extérieure 24 de la deuxième bride 20. Ainsi, par vissage de l'écrou 150 sur le deuxième tronçon fileté 144, la première face plane 152 de l'écrou 150 prenant appui sur la face extérieure 24 de la deuxième bride 20, on permet l'avancée et l'engagement serré du premier tronçon 142 dans le passage cylindrique 30. On réalise ce vissage de l'écrou 150 le long du deuxième tronçon fileté 144 jusqu'à ce que la première face plane 152 de l'écrou vienne en appui contre la face extérieure 24 de la deuxième bride 20, puis on poursuit le vissage de l'écrou 150 tandis que le premier tronçon 142 pénètre et avance en force dans le passage cylindrique jusqu'à une première position dans laquelle la face d'appui 141a de la tête de la vis 140 est contre la face extérieure 14 de la première bride 10. Ainsi, on réalise le montage entre les deux pièces portant les brides 10 et 20 qui sont solidarisées entre elles. On comprend qu'au cours de ce montage, si le vissage de l'écrou 150 se poursuit au-delà de la première position, on met le corps de la vis en traction, tel un ressort en tension, ce qui constitue une deuxième position ou position de montage. On utilise de préférence un lubrifiant de façon à limiter le couple de serrage de l'écrou 150 qui assure la pénétration puis le blocage du premier tronçon 142, constituant une partie frettée, dans le passage cylindrique 30. En outre, on peut avantageusement utiliser un écrou 150 35 autofreinant de façon à prévenir tout mouvement de l'écrou 150 par rapport au deuxième tronçon fileté 144. De préférence, comme il apparaît sur les figures, le premier tronçon 142 de la vis 140 présente une longueur L2 inférieure à L1, c'est-à-dire inférieure à la somme de l'épaisseur des deux brides 10 et 20. De cette façon, on peut éviter tout contact entre le premier tronçon 142 et l'ouverture 32 du passage cylindrique 30 le long de la face extérieure 24 de la deuxième bride 20, et ceci afin de minimiser les contraintes à cet emplacement. Cette ouverture 32 forme, en section, un congé de rayon R qui est de préférence supérieur à la longueur L4 du filet résiduel du deuxième tronçon fileté 144, à savoir du filet qui reste à l'intérieur du passage cylindrique 30 dans la première position ou la deuxième position. Cette précaution permet de diminuer encore davantage les contraintes au niveau de l'ouverture 32 du passage cylindrique 30. L'interférence positive utilisée correspond à quelques centièmes de millimètres à 1 ou 2 dizièmes de millimètres et procure des améliorations de la tenue en fatigue d'un facteur 2 à 5 par rapport à des surfaces libres (interférence négative). Dans le cas du premier mode de réalisation de la figure 2, le premier tronçon 142 de la vis présente un profil longitudinal de type cylindrique rayonnée : le premier tronçon 142 est alors réalisé sous la forme d'un cylindre de section circulaire de diamètre D2, sauf à ses extrémités. A l'extrémité coté filetage (à gauche sur les figures) le diamètre du premier tronçon 142 diminue progressivement en formant un congé et à l'extrémité côté tête de vis (à gauche sur les figures), le diamètre du premier tronçon 142 augmente progressivement en formant un congé logé dans le trou de montage 12 chanfreiné à son extrémité correspondante. On prévoit que la longueur du corps de la vis 140 (premier tronçon 142 et deuxième tronçon 144) est supérieure à la somme de la longueur L1 du passage 30 et de la longueur de l'écrou 150 de sorte qu'après vissage de l'écrou 150, dans la deuxième position, le deuxième tronçon 144 fileté dépasse au-delà de l'écrou 150 sur une distance L5. Selon une disposition préférentielle, comme il apparaît sur les figure 2 à 4, la distance L5 est supérieure ou égale à trois pas du filetage du deuxième tronçon 144 de sorte qu'au moins trois crêtes de filet sont apparentes : le nombre de trois filets apparents le long de L5 constitue un moyen visuel de repérer le serrage adéquat du l'écrou 150. En outre, on privilégie l'utilisation d'écrous 150 de type autofreinants. Le démontage de la vis s'opère avec le dévissage de l'écrou puis par la sortie en force de la vis 140 hors du passage 30, par exemple au moyen d'un vérin en appui sur la tête 141 de la vis 140 et guidé par un cylindre en appui sur la face extérieure 14 de la première bride 10. De cette façon, on peut démonter puis remonter la vis 140 et l'écrou 150 facilement. De plus, lors du démontage, la vis 140 restant encore bloquée 10 dans le passage cylindrique 30 après dévissage de l'écrou 150, on évite la chute et la perte inopinée de la vis 140. On comprend que le remontage s'effectue, comme le montage initial, sans outil spécifique puisque c'est le vissage de l'écrou 150 qui permet la mise en place du premier tronçon 142 de la vis 140 dans le 15 passage cylindrique 30. De cette façon, dans le cas de pièces tournantes de turbomachines, on peut réaliser l'inspection des trous de montage des brides par des techniques non destructives telles que ressuage, magnétoscopie, courants de Foucault.... 20 Sur la figure 3, la variante de réalisation représentée est en tout point identique au premier mode de réalisation de la figure 2 sauf en ce qui concerne la forme du premier tronçon 142 dont le profil longitudinal n'est plus cylindrique de section circulaire de diamètre D2 mais est oblong. On peut prévoir un profil longitudinal elliptique. Dans ce 25 cas, la surface en interférence entre le premier tronçon 142 et la paroi du passage cylindrique 30 est plus réduite. Si l'on se reporte à la figure 4 représentant un deuxième mode de réalisation, la différence avec le premier mode de réalisation réside dans le fait que le système d'assemblage comporte en outre une douille 30 cylindrique 60 disposée dans les trous de montage 12 et 22 alignés et qui délimite ledit passage cylindrique 30 de diamètre Dl qui reçoit le premier tronçon 142 de la vis. Dans cette situation, la douille cylindrique 60 est elle-même montée en interférence nulle ou négative dans les trous 12 et 22 alignés, 35 avant montage et serrage de la vis 140. En effet, le diamètre externe de la douille 60 est égal ou inférieur au diamètre des trous 12 et 22 alignés. Également, le diamètre externe de la douille 60 est supérieur au diamètre maximal D2 du premier tronçon 142 du corps de la vis 140. De plus, le diamètre interne de la douille 60 constitue Dl et il est inférieur au diamètre maximal D2 du premier tronçon 142 du corps de la vis 140 qui va venir en interférence positive dans la douille 60. Ainsi, dans ce cas, c'est le passage de la vis 140 qui va mettre la douille 60 et les trous de brides (trous de montage 12 et 22) en compression. Sur la figure 4, la douille 60 présente une longueur sensiblement égale à la longueur L1 du passage 30. On peut prévoir (cas de figure non représenté) que la douille 60 est plus courte que le passage 30 pour autant qu'elle s'étende dans les trous 12 et 22 au moins à l'emplacement qui va venir en interférence positive avec le premier tronçon 142 de la vis 140. Cette douille 60 est par exemple utilisée lorsqu'il est nécessaire d'utiliser un matériau différent pour le contact avec le premier tronçon 142 de la vis 140, que ce soit pour des raisons mécaniques ou pour des raisons métallurgiques et galvaniques lorsque les matériaux constituant la vis 140 et l'une ou les deux brides 10 et 20 constituent un risque de corrosion galvanique. Cette douille 60 permet en outre d'éviter de blesser les diamètres des trous de brides (trous de montage 12 et 22) au moment du montage. Sur la figure 4, on a représenté le premier tronçon 142 de la vis 140 avec un profil longitudinal qui est oblong, mais il peut aussi être, comme dans le cas de la figure 2, cylindrique rayonné (cas non représenté). Selon une autre variante de réalisation, non représentée, des premier et deuxième modes de réalisation, on prévoit que la distance L5 est inférieure à trois pas du filetage du deuxième tronçon 144 mais est supérieure à un seul pas du filetage du deuxième tronçon 144 de sorte qu'au moins un seul filet reste apparent : la présence de ce seul filet qui dépasse peut ainsi constituer un moyen visuel de repérer le serrage adéquat du l'écrou 150. Cependant, dans ce cas, pour plus de précision, on peut mesurer l'allongement du corps de la vis 140 qui est en traction, tel un ressort en tension : une valeur optimale est de l'ordre de 0.7 fois la limite élastique du matériau constituant la vis 140. Dans ce cas, la vis étant plus courte, elle est moins encombrante et engendre moins de frottement dans l'air lorsque les pièces portant les brides sont en rotation à haute vitesse. REVENDICATIONS1. Système d'assemblage par brides (10, 20) entre deux pièces tournantes, lesdites brides (10, 20) comportant des trous de montage (12, 22), la première bride (10) étant apte à venir se plaquer contre la deuxième bride (20) de sorte qu'un trou (12) de la première bride (10) s'aligne sur un trou (22) de la deuxième bride (20) en formant un passage cylindrique (30) de diamètre Dl et de longueur L1, caractérisé en ce qu'il comporte : - une vis (140) comprenant une tête (141) et un corps présentant un premier tronçon (142) prolongeant la tête (141) et un deuxième tronçon (144) fileté, la tête (141) comportant une face d'appui (141a) tournée vers le corps qui est plane et apte à venir contre la face extérieure (14) de la première bride (10), ledit premier tronçon (142) présentant un diamètre maximal D2 supérieur à Dl, ledit deuxième tronçon (144) présentant un diamètre D3 inférieur à Dl, et - un écrou (150) dont le filetage est apte à coopérer avec le deuxième tronçon (144) fileté et présentant une première face plane (152) apte à venir en appui contre la face extérieure (24) de la deuxième bride (20), ce par quoi on réalise par vissage de l'écrou (150) sur le deuxième tronçon (144) fileté l'engagement serré du premier tronçon (142) dans le passage cylindrique (30) et la solidarisation entre les deux pièces. 2. Système d'assemblage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier tronçon (142) de la vis (140) présente une longueur inférieure à L1. 3. Système d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier tronçon (142) de la vis (140) présente un profil longitudinal de type cylindrique rayonnée, oblong ou elliptique. 4. Système d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur du corps de la vis (140) est supérieure à la somme de la longueur L1 du passage et de la longueur de l'écrou (150) de sorte qu'après vissage de l'écrou (150), le deuxième tronçon (144) fileté dépasse au-delà de l'écrou (150) sur une distance L5. . Système d'assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la distance L5 est supérieure à un pas du filetage du deuxième tronçon (144). 6. Système d'assemblage selon la revendication 4, 5 caractérisé en ce que la distance L5 est supérieure ou égale à trois pas du filetage du deuxième tronçon (144). 7. Système d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une douille cylindrique (60) disposée dans lesdits trous de montage alignés et qui délimite ledit passage cylindrique (30) de diamètre Dl qui reçoit le premier tronçon (142) de la vis (140). 8. Système d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre maximal D2 du premier tronçon (142) est supérieur d'au moins 1% par rapport au diamètre Dl du passage cylindrique (30). 9. Procédé d'assemblage par brides (10, 20) entre deux pièces tournantes, lesdites brides (10, 20) comportant des trous de montage, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on plaque la première bride (10) contre la deuxième bride (20) de sorte qu'un trou (12) de la première bride (10) s'aligne sur un trou (22) de la deuxième bride (20) en formant un passage cylindrique (30) de diamètre Dl et de longueur L1 b) on fournit une vis (140) comprenant une tête (141) et un corps présentant un premier tronçon (142) prolongeant la tête (141) et un deuxième tronçon (144) fileté, ledit premier tronçon (142) présentant un diamètre maximal D2 supérieur à Dl, la tête (141) comportant une face d'appui (141a) tournée vers le corps qui est plane et apte à venir contre la face extérieure (14) de la première bride (10), ledit premier tronçon (142) présentant un diamètre maximal D2 supérieur à Dl, ledit deuxième tronçon (144) présentant un diamètre D3 inférieur à Dl, c) on introduit en force le corps de la vis (140) dans le passage de sorte que le premier tronçon (142) est engagé de façon serrée dans le passage (30) et la tête (141) de la vis se trouve du côté de la première bride (10),d) on fournit un écrou (150) dont le filetage est apte à coopérer avec le deuxième tronçon (144) fileté et présentant une première face plane (152), e) on monte l'écrou (150) par vissage sur le deuxième tronçon (144) fileté au moins jusqu'à ce que la première face plane de l'écrou (150) vienne en appui contre la face extérieure de la deuxième bride (20) et que la face d'appui (141a) de la tête (141) vienne en appui contre la face extérieure de la première bride (10). 10. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, 10 caractérisé en ce que le premier tronçon (142) de la vis (140) présente une longueur inférieure à L1. 11. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la longueur du corps de la vis (140) est supérieure à la somme de la longueur L1 du passage et de la longueur de l'écrou (150) 15 de sorte qu'après vissage de l'écrou (150), le deuxième tronçon (144) fileté dépasse au-delà de l'écrou (150) sur une distance L5.