Brevet FR3036434A1 — publié le 20161125

Assemblage sur un moteur, pouvant définir un dispositif d'essai en perte d'aube La présente invention se rapporte au domaine de l'assemblage sur un moteur, en particulier une turbomachine, tel spécifiquement qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, entre une première et une seconde pièces montées tournantes l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation du moteur. Dans ce cadre, est déjà connu un tel assemblage comprenant : - lesdites première et seconde pièces, - un dispositif de liaison entre ces première et seconde pièces, le dispositif de liaison comprenant : -- une première partie annulaire s'étendant globalement radialement audit axe et définissant une bride fixée à la première pièce, et -- une seconde partie annulaire s'étendant globalement parallèlement à l'axe de rotation du moteur, -- des colonnettes incurvées reliant entre elles les première et seconde parties annulaires, - et une interface de glissement en rotation autour dudit axe, disposée entre la seconde partie annulaire et la seconde pièce. Un problème qui se pose est celui de réaliser une liaison entre les première et seconde pièces permettant de compenser de possibles désalignements axiaux entre ces pièces. La première pièce peut se trouver désalignée vis-à-vis de la seconde. Des efforts importants peuvent alors transiter, risquant de conduire à des endommagements ou une fatigue accrue. Une solution proposée consiste en ce que la seconde partie annulaire du dispositif de liaison soit sectorisée. Assurer ainsi une souplesse radialement à axe de rotation du moteur 30 va permettre de compenser de possibles désalignements axiaux, tels qu'évoqué. 3036434 2 Ceci peut en particulier être utilisé si des liaisons par paliers sont prévues. Il est ainsi prévu que l'interface de glissement de l'assemblage précité comprenne un roulement mécanique interposé entre la seconde 5 partie annulaire et la seconde pièce. Un assemblage tel que précité peut aussi, et en particulier, définir un dispositif d'essai en perte d'aube d'une soufflante de turbomoteur, étant rappelé que, dans un turboréacteur à double flux, la soufflante constitue le premier étage du compresseur, assimilable à une hélice carénée dotée 10 d'aubes tournant autour de l'axe de rotation du moteur. En effet, dans le cadre du développement d'une turbomachine, il peut être nécessaire de réaliser un essai moteur complet en perte d'aube, afin de pouvoir certifier auprès des autorités la tenue du moteur dans ce cas de figure. 15 Pour réaliser cet essai, il est typiquement nécessaire de modifier le moteur afin : - d'intégrer sur une aube de la soufflante un dispositif de mise à feu (tel un pétard), - d'intégrer un système permettant d'alimenter en électricité le dispositif de 20 mise à feu. Un dispositif d'essai en perte d'aube est déjà connu dans le cas où le turbomoteur comprend un flasque d'étanchéité fixe et un disque de soufflante tournant autour d'un axe de rotation du moteur et auquel l'aube est fixée. 25 L'assemblage, dans cette application à un dispositif d'essai, comprend alors : - un système de mise à feu à disposer sur l'aube de la soufflante, - un premier bobinage alimenté électriquement depuis une source électrique et fixé avec la seconde partie annulaire, - un second bobinage fixé au disque de rotor (présent en tant que dite « seconde », alors mobile), relié électriquement au système de mise à feu 3036434 3 et auquel une énergie électrique est transmise, par couplage inductif avec le premier bobinage, - et un dispositif de liaison du type présenté ci-avant, établi entre le disque de rotor et de préférence un flasque d'étanchéité (en tant que dite 5 « première pièce », alors fixe), le dispositif de liaison présentant donc : -- une première partie annulaire s'étendant globalement radialement audit axe et définissant une bride à fixer au flasque d'étanchéité, et -- une seconde partie annulaire s'étendant globalement parallèlement à l'axe de rotation du moteur et à laquelle est fixé le premier bobinage, 10 -- et des colonnettes incurvées reliant entre elles les première et seconde parties annulaires. Un problème de cette technologie réside dans le couplage des déformées des colonnettes puisqu'une partie annulaire les relie toutes entre elles. Ainsi, par exemple, lorsque le rotor se déplace et vient en 15 contact avec le stator (ici le flasque d'étanchéité précité) à 12 heures, étant précisé qu'il s'agit d'une orientation angulaire horaire en regardant de l'aval vers l'amont, une colonnette à 12 heures subit une déformation purement radiale tandis que les colonnettes à 9 heures et 3 heures subissent des déformations purement tangentielles. Entre ces deux points il y a un 20 couplage des composantes radiales et tangentielles. Ce couplage risque d'engendrer des contraintes trop importantes pour la tenue du montage. A nouveau, une solution proposée consiste en ce que la seconde partie annulaire soit sectorisée. Comme précédemment, la prévision d'une telle « cage souple » 25 matérialisée par cette sectorisation et ces colonnettes doit permettre d'apporter la souplesse radiale attendue. Sans elle, donc antérieurement, on ne découplait pas les contraintes liées aux déformations radiales et tangentielles sur les secteurs de colonnette. La solution maintenant proposée permet de s'affranchir de ce 30 couplage et permet ainsi de respecter les critères de dimensionnement. 3036434 4 Pour supporter, y compris dans le temps, et répartir les efforts transitant par les colonnettes, il est par ailleurs conseillé: - que ces colonnettes présentent individuellement, sensiblement à partir de l'incurvation, une partie orientée globalement parallèlement à l'axe de 5 rotation du moteur et ayant une section qui s'évase latéralement en direction de la seconde partie annulaire, - et/ou que chaque colonnette et chaque secteur de la seconde partie annulaire présentent respectivement, circonférentiellement autour de l'axe de rotation, une première largeur et une seconde largeur, la seconde 10 largeur étant supérieure à la première largeur. Ainsi, c'est en particulier du côté de la seconde partie annulaire sectorisée que les efforts et contraintes pourront correctement transités et être supportés, avec les exigences opérationnelles requises. Et ainsi conformées sur le dispositif d'essai en perte d'aube, de telles 15 colonnettes à profil optimisé assureront au mieux l'objectif d'absence de couplage radial et tangentiel. En particulier dans ce cadre, un objectif visé est aussi de disposer d'un montage réellement souple pour qu'il ne retienne pas les déplacements naturels des pièces concernées du moteur. 20 C'est pour cela qu'il est proposé que chaque secteur de seconde partie annulaire soit relié à une unique colonnette. Ceci doit permettre un travail indépendant des colonnettes les unes par rapport aux autres, au lieu d'un travail de l'ensemble des colonnettes, en cas de non sectorisation. 25 Un autre aspect ici traité concerne la recherche d'une solution permettant une intégration sans modifications majeures des pièces environnantes du moteur. C'est à cette fin que, le disque de soufflante présentant une section radiale en forme d'épingle définissant un espace intérieur, il est proposé de 30 disposer le dispositif de liaison dans cet espace intérieur. 3036434 5 D'autres caractéristiques et avantages pourront encore apparaître de la description ci-après, faite en référence aux dessins d'accompagnement où : - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe médiane 5 axiale d'une partie de l'entrée d'une turbomachine à double flux ; - la figure 2 est une vue locale agrandie d'une partie de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif d'essai en perte d'aube de soufflante conforme à l'invention ; - la figure 4 est une vue agrandie locale de la figure 3 ; 10 - et la figure 5 montre une alternative de réalisation de la solution des figures 2-4, dans le cas d'un montage sur roulement. La figure 1 représente l'avant (ou l'amont) d'une turbomachine 10 à double flux comportant une nacelle 12 de forme sensiblement cylindrique qui entoure un turboréacteur 14 et une roue de soufflante 16 montée en 15 amont du turboréacteur 14, lequel comprend essentiellement, d'amont en aval (AM/AV) et tel qu'illustré, un compresseur basse pression 18, un carter intermédiaire 20, un compresseur haute pression 22, ainsi que, non représentés, une chambre de combustion, une turbine et un carter d'échappement. 20 En fonctionnement, la roue de soufflante 16, entraînée par la turbine autour de l'axe central 17 du moteur, aspire un flux d'air qui se divise en un flux d'air primaire (flèche A) qui traverse le turboréacteur 14 et un flux d'air secondaire (flèche B ; veine 30) qui l'entoure. Le carter intermédiaire 20 comprend deux viroles coaxiales, 25 respectivement interne 36 et externe 40 (suivant une direction radiale à l'axe 17) disposées l'une à l'intérieur de l'autre et reliées par des bras radiaux 44. Le carter intermédiaire 20 comprend en outre une virole intermédiaire 47 agencée radialement à l'axe 17 entre les viroles interne 36 30 et externe 40 et traversée par les bras radiaux 44. 3036434 6 Concernant la roue de soufflante 16, elle comprend un disque 46 portant des aubes radiales 48 autour desquelles se trouve le carter de soufflante 49, à l'endroit de la nacelle 12, en amont de la virole externe 40. Les aubes radiales 48 s'étendent juste en aval du cône d'entrée 19. 5 Dans une forme récente de réalisation illustrée figure 2, le disque 46 présente une section radiale en forme d'épingle ouverte vers l'aval et définie avec une patte radialement intérieure 50 et une partie radialement extérieure 52 reliée entre elles par une paroi de jonction 54, de façon à définir un espace intérieur 56. 10 Le disque de soufflante 46 est supporté par l'arbre d'entrainement 58 du compresseur basse pression destiné à entraîner la roue de soufflante 16 en rotation autour de l'axe 17. L'arbre d'entrainement 58 est centré sur l'axe 17 et guidé radialement et retenu axialement par une série de paliers, notamment un premier palier 60 disposé au voisinage de l'extrémité amont 15 de cet arbre 58 et un second palier 61 jouant ici le rôle de palier de butée. La patte radialement intérieure 50 comprend une virole interne centrée sur l'axe 17 et dont la face interne est adaptée pour être fixée sur une extrémité libre amont 62 de l'arbre d'entrainement 58. Un flasque 64 s'étend fixement jusqu'en amont du premier palier 60 20 et autour de lui, pour préserver son étanchéité. Le développement d'un moteur imposant de réaliser un essai moteur complet en perte d'aube, afin de certifier sa tenue dans ce cas, la figure 2 schématise aussi la présence d'un dispositif d'essai 66 en perte d'aube de la soufflante. 25 Comme on le voit en associant les figures 2 et 3, le dispositif 66 comprend : - un système 68 de mise à feu disposé sur (fixé à) l'aube de la soufflante à tester, ici l'aube 48, - un premier bobinage électrique 70 alimenté électriquement depuis une 30 source électrique extérieure 71, 3036434 7 - un second bobinage électrique 74 fixé au disque de rotor 46, relié électriquement au système de mise à feu 68 et auquel une énergie électrique est transmise, par couplage inductif avec le premier bobinage 70, - et un dispositif de liaison 76 établi entre le disque de rotor et le flasque 5 d'étanchéité 64, pour assurer un maintien et une transmission d'efforts adaptés. Légèrement écartés radialement l'un de l'autre, les premier et second bobinages 70,74 définissent une interface 75 de glissement en rotation autour de l'axe 17 entre la partie rotor et la partie stator. 10 Quant au dispositif de liaison 76, il présente : - une première partie annulaire 78 s'étendant globalement radialement à l'axe 17 et définissant une bride à fixer au flasque d'étanchéité 64, - une seconde partie annulaire 80 s'étendant globalement parallèlement à l'axe de rotation 17 et à laquelle est fixé le premier bobinage 70, et 15 - des colonnettes incurvées 72 reliant entre elles les première et seconde parties annulaires 78,80. Le dispositif de liaison 76 devient alors intermédiaire entre le flasque d'étanchéité 64 et la partie annulaire 80. Comme expliqué précédemment, un problème d'une telle solution à 20 colonnettes réside dans le couplage des déformées de ces colonnettes, puisque l'anneau 78 les relie toutes entre elles, de même que le ferait l'anneau 80, s'il était continu, comme l'est l'anneau 78. Dans ce cas, le rotor (disque 46) se déplaçant et venant en contact avec le stator (ici le flasque 64) à 12H (heures), la colonnette à 12H subirait une déformation 25 purement radiale tandis que les colonnettes à 9H et 3H subiraient des déformations purement tangentielles. Entre ces deux points il y aurait un couplage des composantes radiales et tangentielles, ce couplage engendrant des contraintes excessives vis-à-vis de la tenue du système. Sectoriser la seconde partie annulaire 80 comme cela apparait plus 30 nettement sur la figure 4 évite un tel couplage. 3036434 8 Ainsi, cette seconde partie annulaire 80 comprend une série de secteurs angulaires, tels 80a,80b,80c, se succédant circonférentiellement autour de l'axe 17. De la sorte, les colonnettes à 9H et 3H ne seront plus entrainées par 5 l'anneau lors du contact rotor/stator à 12H. Chaque colonnette travaillera ainsi uniquement en déformation radiale. La partie 80 forme maintenant un anneau sectorisé dont chaque secteur travaille rad ialem ent indépendamment des autres, tel des touches de piano. Pour résister aux contraintes de flexion liées aux efforts radiaux et 10 faire passer les contraintes de façon pérenne il est en outre conseillé, comme on le voit figure 4 (où l'amont AM est à droite) : - que les colonnettes 72 présentent individuellement, sensiblement à partir de l'incurvation 72a, une partie 720 orientée globalement parallèlement à l'axe 17 de rotation du moteur et ayant une section qui s'évase latéralement 15 en direction de la seconde partie annulaire 80, - et, si possible en combinaison, que, circonférentiellement autour de l'axe 17, chaque colonnette 72 et chaque secteur de la seconde partie annulaire 80 présentent respectivement une première largeur 11 et une seconde largeur 12, la seconde largeur 12 étant supérieure à la première, 11. 20 De préférence, ces largeurs 11,12 seront situées dans le même plan. Revenant figure 3, on peut noter que le premier bobinage 70 est fixé à la seconde partie annulaire 80 sectorisée et que le second bobinage 74 est fixé au disque 50. Des collages peuvent convenir. Pour assurer le couplage inductif, donc un passage de courant de type transformateur, une 25 proximité radiale entre les bobinages 70,74 de 2mm maximum est recommandée. Figure 2 maintenant, on peut noter que c'est dans l'espace intérieur 56, ouvert vers l'aval, qu'est disposé le dispositif de liaison. Ceci est notamment dû au choix du type de passage de courant. 30 Parmi les critères ayant aussi concouru à ce choix d'implantation, on notera : 3036434 9 - que l'alimentation doit permettre d'alimenter électriquement le système de mise à feu qui est positionné sur l'aube 48. Le système 68 est donc monté tournant ; - que le système d'alimentation ne doit pas perturber les déplacements 5 moteur en configuration série ; - que l'intégration du système d'alimentation doit être faite en modifiant un minimum de pièces du moteur ; - que les déplacements rotor / stator sur le moteur série sont très importants dans la zone d'implantation envisagée ; mais il s'est avéré 10 compliqué d'implanter le système ailleurs dans le moteur du fait des températures trop importantes dans les autres zones ; - que le dispositif de liaison ne doit pas rompre, ni dans les phases d'essai ni dans les phases préliminaires (équilibrage, essai avec balourd important, rodage,...). 15 On voit figure 2 que des câblages 82,84 permettent de relier respectivement la source électrique 71 du banc au premier bobinage 70 et le second bobinage 74 au pétard 68. Dans la zone d'implantation 56, il peut tout de même y avoir des déplacements radiaux relatifs rotor/stator de l'ordre de 3mm que le 20 système doit supporter. La sectorisation précitée doit apporter la souplesse radiale permettant de les supporter. Dans cette application de couplage inductif avec le montage précité, il est par ailleurs conseillé que chaque secteur de la seconde partie annulaire 80 soit relié à une unique colonnette 72, comme montré figure 4. 25 Une division au moins par 7 des contraintes a pu être observée par rapport à une solution comme figure 3, mais avec une partie 80 non sectorisée, juste entaillée parallèlement à l'axe 17. A noter encore que le principe ci-avant exposé de la sectorisation peut être étendu dans le moteur 10 à d'autres applications, comme 30 l'implantation d'un roulement à la place des deux bobines 70,74. 3036434 10 Ainsi, peut-on voir figure 5 que l'interface 86 de glissement en rotation comprend, au lieu des bobinages, un roulement mécanique 88 interposé entre la seconde partie annulaire 80 et la pièce 90 (dite ci-avant seconde pièce). Cette pièce 90 pourrait être le disque 46. 5 Une liaison rotor/stator, ici respectivement la pièce 90 et celle repérée 92 à laquelle est fixée le dispositif de liaison 76, se trouve ainsi réalisée avec une souplesse radiale permettant de compenser de possibles désalignements axiaux. 10 REVENDICATIONS1. Assemblage sur un moteur, l'assemblage comprenant : - une première et une seconde pièces (64,46) montées tournantes l'une par rapport à l'autre autour d'un axe (17) de rotation du moteur, - un dispositif de liaison entre lesdites première et seconde pièces, le dispositif de liaison comprenant : -- une première partie annulaire (78) s'étendant globalement radialement audit axe et définissant une bride fixée à la première pièce (64), et -- une seconde partie annulaire (80) s'étendant globalement parallèlement à l'axe de rotation du moteur, -- des colonnettes incurvées (72) reliant entre elles les première et seconde parties annulaires, - une interface (75,86) de glissement en rotation autour dudit axe, disposée entre la seconde partie annulaire et la seconde pièce (46), caractérisé en ce que la seconde partie annulaire (80) est sectorisée. 2. Assemblage selon la revendication 1, où les colonnettes (72) présentent individuellement, sensiblement à partir de l'incurvation, une partie (720) orientée globalement parallèlement à l'axe de rotation (17) du moteur et ayant une section qui s'évase latéralement en direction de la seconde partie annulaire (80). 3. Assemblage selon la revendication 1 ou 2, où circonférentiellement autour de l'axe de rotation (17), chaque colonnette (72) et chaque secteur de la seconde partie annulaire (80) présentent respectivement une première largeur et une seconde largeur, la seconde largeur (12) étant supérieure à la première largeur (11). 4. Assemblage selon l'une des revendications 1 à 3, où la seconde pièce est un disque de soufflante (46) auquel sont fixées des aubes (48). 5. Assemblage selon la revendication 4, où le disque de soufflante, qui tourne autour dudit axe (17) de rotation du moteur, présente une section 3036434 12 radiale en forme d'épingle définissant un espace intérieur (56) dans lequel est disposé le dispositif de liaison (76). 6. Assemblage selon l'une des revendications 1 à 5, où l'interface (86) de glissement en rotation autour dudit axe comprend un roulement mécanique 5 (88) interposé entre la seconde partie annulaire et la seconde pièce. 7. Assemblage selon la revendication 4 ou la revendication 5, définissant un dispositif (66) d'essai en perte d'aube d'une soufflante de turbomoteur, et où : - le système de mise à feu (68) est disposé sur l'aube (48) de la soufflante 10 à tester, - et l'interface (75) de glissement en rotation autour dudit axe comprend : -- un premier bobinage (70) alimenté électriquement depuis une source électrique (71) et fixé avec la seconde partie annulaire (80), -- un second bobinage (74) fixé au disque de soufflante, relié 15 électriquement au système de mise à feu (68) et auquel une énergie électrique est transmise, par couplage inductif avec le premier bobinage. 8. Assemblage selon l'une des revendications 1 à 7, où chaque secteur (80a,80b,80c) de seconde partie annulaire (80) est relié à une unique 20 colonnette (72). 9. Assemblage selon l'une des revendications 1 à 8, où la première pièce (64) est un flasque d'étanchéité fixe. 25 30