Brevet FR3041047A1 — publié le 20170317

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne un couvercle de fermeture d'une extrémité creuse d'un arbre rotatif. Afin d'empêcher le desserrage d'un écrou après serrage sur un arbre rotatif, il est courant d'utiliser des dispositifs de blocage. Certains écrous de petite taille disposent de ce qu'on appelle normalement un auto-frein, qui prend normalement la forme d'une bague polymère adjacente au taraudage de l'écrou. Toutefois ces auto-freins ne servent pas normalement à des écrous de grande taille. Une autre alternative est celle d'utiliser un dispositif de blocage par collaboration entre un doigt et des encoches. Par exemple, sur le turboréacteur à double flux CFM-568, le blocage d'un écrou serré sur un arbre rotatif de turbine est assuré par un tube de ventilation situé à l'intérieur de l'arbre rotatif. Un doigt est en effet installé sur ce tube de ventilation et logé dans des encoches mutuellement alignées de l'écrou et de l'arbre, empêchant ainsi le desserrage de l'écrou. Un basculement du doigt est empêché par le centrage du tube à plusieurs endroits sur sa longueur. Cependant, un tel tube de ventilation n'est pas toujours disponible ou situé au bon endroit. Pour néanmoins permettre un blocage fiable d'un écrou de grande taille, dans la demande de brevet FR 2 978 218, on a proposé un dispositif de blocage alternatif, permettant le blocage d'un écrou en position serrée sur un arbre rotatif creux au moins au niveau d'une extrémité. Ce dispositif de blocage comprenait une pluralité d'encoches extérieures pratiquées sur une face de l'écrou, lesdites encoches extérieures s'étendant selon un axe longitudinal de l'écrou, une pluralité d'encoches intérieures pratiquées dans l'extrémité de l'arbre rotatif, lesdites encoches intérieures s'étendant selon un axe longitudinal de l'arbre rotatif, et une bague apte à être installée à l'intérieur de ladite extrémité de l'arbre rotatif et présentant au moins un premier doigt radial destiné à être logé à la fois dans une des encoches intérieures et dans une des encoches extérieures, avec l'écrou en position serrée et les deux 304 104 7 2 encoches logeant ledit premier doigt radial alignées au moins partiellement en direction radiale. Toutefois, dans le turboréacteur à double flux CFM-56®, le tube de 5 ventilation sert aussi à boucher l'extrémité de l'arbre rotatif adjacente à l'écrou, pour éviter que du lubrifiant évacué par l'intérieur de l'arbre rotatif puisse s'en échapper par cette extrémité creuse. D'autres moyens de fermeture peuvent donc être souhaitables sans un tube de ventilation qui s'étende jusqu'à l'extrémité de l'arbre rotatif pour le blocage de l'écrou. 10 Objet et résumé de l'invention La présente divulgation vise à remédier à ces inconvénients en proposant un couvercle qui permette non seulement de fermer une 15 extrémité creuse d'un arbre rotatif, mais aussi en même temps arrêter un écrou engagé sur un filetage externe de l'arbre rotatif, et ceci avec une seule pièce. Ce but est atteint grâce au fait que le couvercle présente, en saillie 20 sur un pourtour du couvercle, au moins un premier doigt radial d'arrêt. Grâce à ces dispositions, les deux fonctions d'obturation de l'arbre rotatif et arrêt de l'écrou peuvent être assumées par une seule pièce, de manière simple, légère et peu coûteuse. 25 Afin de renforcer l'arrêt de l'écrou, le couvercle peut comprendre aussi un deuxième doigt radial d'arrêt, de mêmes dimensions que le premier doigt radial d'arrêt. Pour équilibre le couvercle et éviter un balourd pendant la rotation de l'arbre rotatif, ce deuxième doigt radial d'arrêt peut notamment être opposé au premier doigt radial d'arrêt sur 30 ledit pourtour. Afin de stabiliser le couvercle et éviter un basculement, celui-ci peut présenter aussi, en saillie sur ledit pourtour, au moins un premier doigt radial d'appui, plus court que ledit premier doigt radial d'arrêt. Par ailleurs, 35 le couvercle peut alors présenter aussi au moins un deuxième doigt radial d'appui, de mêmes dimensions que le premier doigt radial d'appui et 3041047 3 disposé symétriquement à celui-ci par rapport à un axe de symétrie reliant le premier doigt radial d'arrêt au centre dudit pourtour de manière à équilibrer le couvercle autour du centre dudit pourtour. Ce deuxième doigt radial d'appui peut être par exemple opposé au premier doigt d'appui sur 5 ledit pourtour. Afin d'assurer la fermeture hermétique de l'extrémité creuse de l'arbre rotatif, le couvercle peut comporter un joint torique destiner à contacter une surface de l'arbre rotatif pour fermer hermétiquement ladite 10 extrémité creuse. Sur le couvercle, le joint torique peut avoir un montage radial, type piston, ou axial, type couvercle. Afin de faciliter l'extraction du couvercle, par exemple lors d'opérations de maintenance, le couvercle peut comporter un élément de 15 fixation d'un outil d'extraction du couvercle. Cet élément de fixation peut par exemple comprendre un trou borgne taraudé, dans lequel on puisse venir fixer un outil d'extraction tel qu'une poignée ou un crochet. Toutefois, d'autres alternatives sont envisageables, comme par exemple une prise ou poignée directement intégrée dans le couvercle. 20 La présente divulgation concerne également un ensemble comprenant un arbre rotatif, un écrou, et le couvercle susmentionné, dans lequel l'arbre rotatif présente une extrémité creuse avec un filetage externe et au moins une encoche axiale, ledit écrou est serré sur ledit 25 filetage externe et présente aussi au moins une encoche axiale, ledit couvercle ferme l'extrémité ouverte de l'arbre rotatif, et le premier doigt radial d'arrêt du couvercle est reçu dans une encoche axiale de l'extrémité creuse de l'arbre rotatif et une encoche axiale de l'écrou. En particulier, l'écrou et l'extrémité creuse de l'arbre rotatif peuvent présenter chacun 30 une pluralité de telles encoches afin de permettre l'arrêt de l'écrou à des différentes positions angulaires par rapport à l'arbre rotatif. Plus notamment, le nombre d'encoches de l'extrémité creuse de l'arbre rotatif et celui de l'écrou peuvent être différents. Dans cet ensemble, l'écrou peut notamment servir à fixer un autre élément sur l'arbre rotatif. 35 3041047 4 La présente divulgation concerne également une turbomachine, et notamment un turboréacteur a simple ou double flux, comportant un ensemble tel que susmentionné. Dans cette application, l'écrou peut notamment servir à fixer au moins un disque de soufflante ou un arbre de 5 compresseur ou de turbine sur l'arbre rotatif. Finalement, la présente divulgation concerne aussi un procédé de fixation d'un écrou sur une extrémité creuse d'un arbre rotatif, dans lequel l'écrou est serré sur un filetage externe de ladite extrémité creuse de 10 l'arbre rotatif, en alignant radialement au moins une encoche axiale de l'écrou avec une encoche axiale de l'extrémité creuse, et l'extrémité creuse est fermée avec un couvercle présentant, en saillie sur un pourtour externe circulaire, au moins un premier doigt radial d'arrêt, en recevant au moins le premier doigt radial d'arrêt du couvercle dans les encoches 15 axiales alignées radialement. Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, 20 à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un turboréacteur à double flux en coupe longitudinale ; 25 - la figure 2 illustre en plus grand détail l'environnement d'une des extrémités d'un arbre rotatif du turboréacteur illustré sur la figure 1, incorporant un couvercle suivant un premier mode de réalisation ; - la figure 3 est une vue en perspective du couvercle suivant le 30 premier mode de réalisation ; - la figure 4 est une vue en perspective de l'écrou serré sur l'arbre rotatif et bloqué par le couvercle de la figure 3 ; et - la figure 5 est une vue en perspective d'un couvercle suivant un deuxième mode de réalisation. 35 304 104 7 5 Description détaillée de l'invention Une turbomachine, plus spécifiquement un turboréacteur 1 à double 5 flux, est illustré sur la figure 1. Ce turboréacteur 1 comporte une soufflante 2 avec un redresseur 3, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 5, une chambre de combustion 6 annulaire, une turbine haute pression 7, une turbine basse pression 8, et une tuyère 9, ainsi qu'un premier arbre rotatif 10 et un deuxième arbre rotatif 11. 10 Chacun des compresseurs 4,5 et des turbines 7,8 comprend une pluralité d'étages, chacun de ces étages comprenant un aubage fixe d'aubes de redressement, et un aubage mobile formé d'aubes solidaires d'un des arbres rotatifs 10, 11. Lesdits arbres rotatifs 10,11 servent notamment à assurer l'actionnement des compresseurs 4, 5 et de la soufflante 2 par les 15 turbines 7, 8. Le premier arbre rotatif 10 couple en rotation les aubages tournants de la turbine haute pression 7 et du compresseur haute pression 5, de telle manière qu'une détente partielle des gaz de combustion issus de la turbine haute pression 7 serve à actionner le compresseur haute pression 5 pendant le fonctionnement du turboréacteur 1. Le deuxième 20 arbre rotatif 11 couple les aubages tournants du compresseur basse pression 4 et de la soufflante 2 aux aubages tournants de la turbine basse pression 8 de telle manière que la détente supplémentaire des gaz de combustion dans la turbine basse pression 8 serve à actionner le compresseur basse pression 4 ainsi que la soufflante 2 pendant le 25 fonctionnement du turboréacteur 1. Finalement, la tuyère 9 sert à obtenir une détente finale des gaz de combustion générant une poussée par réaction en direction opposée à l'éjection des gaz. Toutefois, la plus grande partie de la poussée générée par ce turboréacteur sera généralement celle générée par la soufflante. En fonctionnement, les 30 arbres rotatifs 10, 11 tournent à des vitesses suffisamment élevées pour qu'il soit très important de minimiser tout balourd dans les pièces tournantes, ainsi que de lubrifier adéquatement les paliers assurant leur suspension. 35 Comme l'on peut voir plus en détail sur la figure 2, un disque 12 soutenant les aubages tournants de la soufflante 2 et du compresseur 304 104 7 6 basse pression 4 est fixé sur une extrémité 14 de l'arbre rotatif 11. Des cannelures 51,52 complémentaires sur, respectivement l'arbre rotatif 11 et le disque 12 assurent le couplage en rotation du disque 12 à l'arbre rotatif 11, tandis que l'écrou 13 retient axialement le disque 12. 5 Cette extrémité 14 est creuse et présente aussi un filetage complémentaire de celui de l'écrou 13 ainsi que des encoches 15 s'étendant radialement et selon un axe longitudinal X de l'arbre rotatif 11 et de l'écrou 13. L'écrou 13 présente également des encoches 16 sur sa 10 face 17, qui est tournée dans le sens distal de l'extrémité 14, ces encoches 16 s'étendant aussi radialement et selon l'axe longitudinal X. Le nombre d'encoches 15 de l'extrémité creuse 14 et celui d'encoches 16 de l'écrou 13 peuvent être différents l'un de l'autre, mais sont tous deux pairs dans ce mode de réalisation. 15 Comme illustré sur la figure 2, un couvercle 18 vient fermer l'extrémité 14, mais coopère aussi avec les encoches axiales 15 de l'extrémité 14 et les encoches axiales 16 de l'écrou 13 de manière à bloquer l'écrou 13 en position serrée. Plus spécifiquement, ce couvercle 20 18, qui est illustré en perspective de manière isolée sur la figure 3 et sur l'extrémité 14 sur la figure 4, présente un premier et un deuxième doigts d'arrêt 19 s'étendant vers l'extérieur, en saillie par rapport à un pourtour circulaire du couvercle 18, en directions radiales opposées, et deux autres doigts d'appui 20, plus courts que les doigts d'arrêt 19, également en 25 saillie radialement par rapport au pourtour du couvercle 18 dans des directions opposées. Afin d'équilibrer le couvercle 18 les doigts d'appui 20 sont situés symétriquement par rapport à un axe de symétrie S traversant les deux doigts d'arrêt 19 et le centre C du pourtour circulaire du couvercle 18. Ainsi, quand le couvercle 18 vient fermer l'extrémité 14 de 30 l'arbre rotatif 12, comme illustré sur les figures 2 et 4, les doigts d'arrêt 19 sont chacun logés à la fois dans une encoche axiale 15 de l'extrémité 14 et une encoche axiale 16 de l'écrou 13, mutuellement alignées en direction radiale, empêchant ainsi la rotation de l'écrou 13 par rapport à l'arbre rotatif 12, tandis que les doigts d'appui 20 sont logés dans d'autres 35 encoches axiales 15 de l'extrémité creuse 14, afin de stabiliser le couvercle 18 et empêcher son basculement. Pour une plus grande stabilité du 304 104 7 7 couvercle 18, les fonds des encoches 15,16, avec l'écrou 13 en position serrée, peuvent être sensiblement coplanaires, et alignés avec un plan transversal A. En outre, les doigts d'arrêt 19, et d'appui 20 et les encoches 15, 16 peuvent être dimensionnés de manière à minimiser les jeux, 5 notamment en leur donnant sensiblement la même largeur. Ce couvercle 18 peut être principalement métallique, notamment en alliage de titane. Afin d'assurer l'étanchéité de la fermeture de l'extrémité 14 de l'arbre rotatif 11, le couvercle 18 présente aussi un joint torique 21, par exemple 10 élastomère, installé en montage radial dans une gorge annulaire 22 du couvercle 18, de manière à être pressé contre une surface interne de l'extrémité 14 de l'arbre rotatif 11 quand le couvercle 18 est mis en place. Alternativement ou en complément, toutefois, un joint torique pourrait être monté axialement, de manière à être pressé contre une surface 15 frontale de l'extrémité 14 de l'arbre rotatif 11, quoiqu'en principe ce montage axial soit moins efficace pour assurer l'étanchéité du couvercle 18 qu'un montage radial. Afin de faciliter l'extraction du couvercle 18, par exemple pour 20 l'inspection et l'entretien de l'intérieur de l'arbre rotatif 11, le couvercle 18 illustré présente un trou borgne taraudé 23 formant un élément de fixation permettant la fixation d'un outil d'extraction (non illustré) pour tirer en direction longitudinale. Quoique dans le mode de réalisation illustré ce trou borgne taraudé 23 soit situé au centre du couvercle 18, de 25 manière à l'aligner avec l'axe longitudinal X de l'arbre rotatif 11, d'autres positions sur la surface externe du couvercle 18 sont aussi envisageables. Pour fixer le disque 12 sur l'arbre rotatif 11, ce disque 12 est d'abord enfilé sur l'extrémité creuse 14, jusqu'à ce que les cannelures internes 52 30 du disque 12 engagent les cannelures externes 51 de l'extrémité creuse 14. Ensuite, l'écrou 13 est serré, sur le filetage externe de cette extrémité creuse 14, contre le disque 12. En fin de serrage de l'écrou 13, deux encoches axiales 16 de l'écrou, opposées l'une à l'autre, sont alignées avec deux encoches axiales correspondantes de l'extrémité creuse 14. On 35 ferme alors l'extrémité creuse 14 avec le couvercle 18, en introduisant les deux doigts d'arrêt 19 dans les deux paires d'encoches 15,16 alignées, et 3041047 8 les deux doigts d'appui 20 dans d'autres encoches axiales 15 de l'extrémité creuse 14. On bloque ainsi l'écrou 13, tout en fermant hermétiquement l'extrémité creuse 14. 5 D'autres configurations des doigts radiaux 19, 20 sont également envisageables. Ainsi, dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, le couvercle 18 ne présente qu'un seul doigt d'arrêt 19, auquel sont opposés trois doigts d'appui 20 : un premier doigt d'appui 20 directement opposé au doigt d'arrêt 19, et deux autres doigts d'appui 20 disposés 10 symétriquement par rapport à un axe de symétrie S traversant le doigt d'arrêt 19, le centre C du pourtour du couvercle 18 et le premier doigt d'appui 20. La masse du couvercle 18 est ainsi équilibrée autour de son centre C. Comme ce couvercle 18 suivant un deuxième mode de réalisation ne présente qu'un seul doigt d'arrêt 19, il pourra être utilisé 15 avec un écrou 13 présentant un nombre d'encoches 16 impair et même prime avec le nombre d'encoches 15 de l'extrémité creuse 14, de manière à maximiser le nombre de positions de l'écrou 13 sur le filetage externe de l'extrémité creuse 14 dans lesquels une encoche 15 peut être alignée radialement avec une encoche 16. Le reste des caractéristiques du 20 couvercle 18 suivant ce deuxième mode de réalisation sont équivalentes à celles du premier mode de réalisation et reçoivent donc les mêmes repères sur les dessins. Il en est de même du mode d'utilisation du couvercle. 25 Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents 30 modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. 35 REVENDICATIONS1. Couvercle (18) de fermeture d'une extrémité creuse (14) d'un arbre rotatif (11), ledit couvercle (18) présentant, en saillie sur un pourtour du couvercle (18), au moins un premier doigt radial d'arrêt (19) pour arrêter un écrou (13) engagé sur un filetage externe de l'arbre rotatif (12). 2. Couvercle (18) suivant la revendication 1, présentant un 10 deuxième doigt radial d'arrêt (19), de mêmes dimensions que le premier doigt radial d'arrêt (19) et opposé à celui-ci sur ledit pourtour. 3. Couvercle (18) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, présentant aussi, en saillie sur ledit pourtour, au moins un 15 premier doigt radial d'appui (20), plus court que ledit premier doigt radial d'arrêt (19). 4. Couvercle (18) suivant la revendication 3, présentant un deuxième doigt radial d'appui (20), de mêmes dimensions que le premier 20 doigt radial d'appui (20) et disposé symétriquement à celui-ci par rapport à un axe de symétrie (S) reliant le premier doigt radial d'arrêt (19) au centre (C) dudit pourtour de manière à équilibrer le couvercle (18) autour dudit centre (C). 25 5. Couvercle (18) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un joint torique (21) destiné à contacter une surface de l'arbre rotatif (11) pour fermer hermétiquement ladite extrémité creuse (14). 30 6. Couvercle (18) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un élément de fixation d'un organe d'extraction du couvercle (18). 7. Couvercle (18) suivant la revendication 6, dans lequel ledit 35 élément de fixation comprend un trou borgne taraudé (23). 304 104 7 8. Ensemble comprenant un arbre rotatif (11), un écrou (13), et un couvercle (18) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'arbre rotatif (11) présente une extrémité creuse (14) avec un filetage externe et au moins une encoche (15) radiale et 5 axiale, ledit écrou (13) est serré sur ledit filetage externe et présente aussi au moins une encoche (16) radiale et axiale, ledit couvercle (18) ferme l'extrémité creuse (14) de l'arbre rotatif (11), et le premier doigt radial d'arrêt (19) du couvercle (18) est reçu dans une encoche (15) de l'extrémité creuse (14) de l'arbre rotatif (11) et une encoche (16) de 10 l'écrou (13). 9. Turbomachine comprenant un ensemble suivant la revendication 8. 10. Procédé de fixation d'un écrou (13) sur une extrémité creuse (14) d'un arbre rotatif (11), dans lequel : l'écrou (13) est serré sur un filetage externe de ladite extrémité creuse (14) de l'arbre rotatif (11), en alignant radialement au moins une encoche (16) radiale et axiale de l'écrou (13) avec une encoche(15) radiale et axiale de l'extrémité creuse (14), et l'extrémité creuse (14) est fermée avec un couvercle (18) présentant, en saillie sur un pourtour du couvercle (18), au moins un premier doigt radial d'arrêt (19), en recevant au moins le premier doigt radial d'arrêt (19) du couvercle (18) dans les encoches (15,16) alignées radialement.