Brevet FR3047766A1 — publié le 20170818

ELEMENT D'ASSEMBLAGE DES DISQUES D'UN ROTOR DE TURBINE, ROTOR ET TURBINE ASSOCIES DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines. L'invention concerne plus particulièrement un élément d'assemblage des disques d'un rotor de turbine. En outre, l'invention concerne un rotor comportant ledit élément d'assemblage. Enfin, l'invention se rapporte à une turbine comportant ledit rotor. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les turbomachines aéronautiques comprennent classiquement plusieurs modules tels qu'un compresseur basse pression (BP), un compresseur haute pression (HP), une chambre de combustion, une turbine HP suivie d'une turbine BP, le compresseur BP et le compresseur HP entraînant respectivement la turbine BP et la turbine HP. Chacune des turbines (HP et BP) est formée d'un ou plusieurs étages, chaque étage comportant successivement une roue d'aubes fixes ou stator et une roue d'aubes mobiles ou rotor. La figure 1 représente une partie d'un rotor de turbine de petite taille (rayon moyen 200 mm de l'axe de rotation aux sommets de pales) selon l'art antérieur. En référence à la figure 1, une partie inférieure 7' (pied d'aube) d'une première aube mobile 7 et une deuxième partie inférieure 8' (pied d'aube) d'une deuxième aube mobile 8 du rotor sont fixées, respectivement, à un premier disque 1 et à un deuxième disque 2 du rotor. Le premier disque 1 et le deuxième disque 2 sont assemblés par un élément d'assemblage 10 visible sur la figure 1 et, de manière plus distinctive, sur la figure 2. Ainsi, tel que représenté sur la figure 2, l'élément d'assemblage 10 comporte une première tige 11 et une tête 12. On note que lorsque le rotor est de petite taille (rayon moyen 200 mm), les éléments d'assemblage permettant l'assemblage des disques présentent généralement une tige de longueur supérieure à la longueur des tiges des liaisons boulonnées classiquement utilisées pour l'assemblage des disques dans un rotor de turbine de taille classique (rayon moyen 270 mm). 3047766 2 Lorsque tous les disques du rotor sont assemblés, une mauvaise répartition des masses dans le rotor est souvent observée. On note qu'un rotor est équilibré lorsque l'axe de rotation coïncide avec l'axe principal d'inertie dudit rotor. Or, une mauvaise répartition de la masse dans le rotor conduit à une mauvaise compensation des forces 5 centrifuges agissant sur le rotor lorsqu'il tourne et ainsi à des vibrations du rotor. De telles vibrations dans le rotor pourraient diminuer les performances, impacter la durée de vie et rapprocher les opérations de maintenance dudit rotor. Pour remédier à ce déséquilibre des masses, des masselottes sont fixées entre les disques du rotor. On note que des masselottes sont des masses ajoutées à des 10 systèmes mécaniques pour modifier leur équilibre. Selon le mode de réalisation présenté à la figure 1, pour chaque paire de disques 1 et 2 assemblés, deux masselottes 3 sont fixées. Chaque masselotte 3 est fixée à un flasque 9 lui-même fixé, au moyen d'une liaison boulonnée 9', à un disque 1 ou 2. Plus précisément, chaque masselotte 3 est intercalée entre une liaison 15 boulonnée 9' chargée de fixer un flasque 9 sur un disque 1 ou 2. En effet, les masselottes 3 ne peuvent être positionnées entre l'écrou 4 et l'élément d'assemblage 10 en raison de la longueur de la première tige 11. En effet, la première tige 11 de l'élément d'assemblage 10 présente une longueur telle que ledit élément d'assemblage 10 n'est pas serré classiquement « au couple » avec une clé 20 dynamométrique mais « à l'allongement » à l'aide d'un palpeur. Par serrage « au couple », on entend une mesure du couple appliqué lors du serrage de l'écrou jusqu'à atteindre une valeur de couple souhaitée. Par serrage «à l'allongement » on entend une mesure de l'élongation de la tige due au serrage pour atteindre une élongation souhaitée, l'élongation correspondant à la différence entre la longueur de la tige au 25 repos et la longueur de la tige après serrage. Du fait de l'ouillage nécessaire, une fois que le rotor est assemblé, il est difficile de démonter l'écrou 4 de l'élément d'assemblage 10. Toutefois, un tel système d'équilibrage est difficile à mettre en oeuvre puisqu'il nécessite l'ajout de flasques spécifiques et de liaisons boulonnées supplémentaires 30 pour la fixation des masselottes. En outre, lesdits flasques et lesdites liaisons boulonnées ajoutés présentent une masse non négligeable pour le rotor, en particulier lorsqu'il s'agit d'un rotor de petite taille. De plus, les flasques doivent avoir une 3047766 3 épaisseur suffisante pour résister à l'effort centrifuge des masselottes lorsque le rotor est en fonctionnement (rotation). DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION Dans ce contexte, l'invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients 5 de l'état de la technique identifiés ci-dessus, notamment en proposant une solution simple et facile à mettre en oeuvre permettant de s'affranchir de l'utilisation de flasques spécifiques et de liaisons boulonnées supplémentaires pour l'équilibrage du rotor. Ainsi, selon un premier aspect, l'invention concerne un élément d'assemblage des disques d'un rotor de turbine, ledit élément d'assemblage comportant : 10 - une tête comportant une première face et une seconde face, - une première tige fixée à la première face de la tête, ledit élément d'assemblage comportant une deuxième tige fixée à la seconde face de la tête, ladite deuxième tige présentant un filetage adapté pour le maintien d'un système d'équilibrage. 15 La présence de la deuxième tige pour la fixation, si nécessaire, d'un système d'équilibrage permet, à partir d'un seul élément, de combiner les fonctions d'assemblage des disques et d'équilibrage du rotor. Ainsi, il n'est plus nécessaire d'ajouter des flasques spécifiques et des liaisons boulonnées supplémentaires pour fixer et maintenir des masselottes d'équilibrage. L'élément d'assemblage est donc plus 20 simple à réaliser et permet d'alléger le rotor. Par ailleurs, l'élément d'assemblage selon l'invention permet d'ajouter et de retirer facilement un système d'équilibrage positionné sur la deuxième tige sans qu'il soit nécessaire de démonter la liaison entre la première tige et un écrou servant à fixer l'élément d'assemblage. En outre, la deuxième tige est simple d'accès pour un 25 opérateur souhaitant ajouter ou retirer le système d'équilibrage. La solution selon l'invention permet donc de faciliter l'équilibrage du rotor pour l'opérateur. Enfin, un tel élément d'assemblage permet de limiter l'encombrement dû aux flasques et aux liaisons boulonnées supplémentaires et donc d'optimiser l'espace dans la turbine. 30 Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, l'élément d'assemblage selon le premier aspect de l'invention 3047766 4 peut présenter une ou plusieurs caractéristiques parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon les combinaisons techniquement possibles : la tête présente, selon un plan perpendiculaire à un axe longitudinal de la première tige, une section non circulaire, 5 la section de la tête de l'élément d'assemblage est en forme de « D ». le système d'équilibrage comporte un écrou. le système d'équilibrage comporte au moins une masselotte, ladite masselotte étant positionnée entre la seconde face de la tête de l'élément d'assemblage et l'écrou. 10 l'élément d'assemblage est réalisé en superalliage à base de nickel et de chrome. la deuxième tige est un prolongement de la première tige. En outre, selon un second aspect, l'invention concerne un rotor de turbine comportant au moins un élément d'assemblage selon le premier aspect de l'invention. 15 Par ailleurs, selon un troisième aspect, l'invention se rapporte à une turbine comportant un rotor selon le second aspect de l'invention. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le 20 paragraphe précédent, la turbine selon le troisième aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon les combinaisons techniquement possibles : - la turbine présente un rayon compris entre 180 mm et 300mm (de l'axe de rotation aux sommets de pales). 25 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : à la figure 1, déjà décrite, une partie d'un rotor d'une turbine selon l'art antérieur, 30 à la figure 2, déjà décrit, un assemblage de deux disques d'un rotor de turbine selon l'art antérieur, à la figure 3, une partie d'un élément d'assemblage selon l'art antérieur, 3047766 5 à la figure 4, un élément d'assemblage muni d'un système d'équilibrage selon un mode de réalisation de l'invention, à la figure 5, l'élément d'assemblage présenté à la figure 4 lorsqu'il est fixé sur un disque du rotor. 5 L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION 10 Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. L'invention se rapporte à un élément d'assemblage 20 permettant à la fois l'assemblage des disques 1 et 2 d'un rotor et l'équilibrage dudit rotor. La solution selon l'invention trouve une application particulièrement 15 intéressante pour l'assemblage et l'équilibrage des disques d'un rotor de petite taille. Par rotor de petite taille, on entend un rotor dont le rayon moyen est compris entre 180 mm et 300mm (de l'axe de rotation aux sommets de pales), préférentiellement 200 MM. La figure 2 représente un assemblage de deux disques 1 et 2 d'un rotor de 20 turbine selon l'art antérieur. On note que l'assemblage présenté à la figure 2 ne comporte pas de masselottes pour l'équilibrage du rotor. En référence à la figure 2, l'élément d'assemblage 10 comporte une première tige 11 et une tête 12. En outre, la première tige 11 présente un filetage permettant de visser un écrou 4. Selon un mode de réalisation, l'écrou 4 est auto-freinant. 25 Pour fixer les disques 1 et 2 les uns aux autres, la première tige 11 est introduite, selon un axe x parallèle à l'axe longitudinal (axe de rotation) des disques 1 et 2, dans un premier orifice 5 du premier disque 1 et dans un second orifice 6 du second disque 2. Une fois la première tige 11 introduite dans le premier orifice 5 et le second orifice 6, la tête 12 vient en butée contre une paroi (non visible) entourant le premier orifice 5. 30 La première tige 11 est alors fixée au second disque 2 par l'intermédiaire de l'écrou 4 3047766 6 qui est vissé sur une extrémité libre 16 de l'élément d'assemblage 10 jusqu'à venir en butée contre une paroi (non visible) entourant le second orifice 6. Le serrage de l'écrou 4 sur la première tige 11 se fait à l'allongement, la mesure de l'élongation de ladite première tige 11 étant mesurée à l'aide d'un palpeur. 5 La figure 3 représente une partie de l'élément d'assemblage 10 représenté sur les figures 1 et 2. En référence à la figure 3, la tête 12 comporte une première face 13 (non visible) et une seconde face 14. La première tige 11 est fixée à la première face 13 de la tête 12. En outre, la tête 12 de l'élément d'assemblage 10 présente une section, selon un plan 10 perpendiculaire à l'axe longitudinal y de la première tige 11, non circulaire pour assurer l'anti-rotation de l'élément d'assemblage10 lors du serrage de l'écrou 4. En effet, la tête 12 est positionnée dans une cavité (non visible) ménagée dans la paroi (non visible) entourant le premier orifice 5. La cavité est de même forme et sensiblement de mêmes dimensions que ladite tête 12 de sorte à bloquer la rotation selon l'axe x 15 parallèle aux axes longitudinaux des disques 1 et 2. Selon le mode de réalisation présenté à la figure 3, la tête 12 présente une section en forme de « D ». Par ailleurs, l'élément d'assemblage 10 est réalisé en superalliage à base de nickel et de chrome de type INCONEL®. Comme explicité précédemment, la fixation de l'élément d'assemblage 10 est réalisée 20 par serrage de l'écrou 4 à « l'allongement ». Du fait de l'outillage nécessaire, une fois que l'élément d'assemblage 10 est fixé aux disques 1 et 2, il est difficile de démonter l'écrou 4 dudit élément d'assemblage 10. Ainsi, lorsqu'un opérateur souhaite équilibrer le rotor, des masselottes 3 ne peuvent être fixées sur l'élément d'assemblage 10 sans procéder à un démontage de l'écrou 4 fixé audit élément d'assemblage 10, ce qui, 25 comme explicité précédemment, est difficile à réaliser. Une solution de l'art antérieur représentée sur la figure 1 consiste à intercaler des masselottes 3 entre des liaisons boulonnées 9' utilisées pour fixer des flasques 9 sur les disques 1 et 2. Or, dans des rotors de petite taille, l'ajout de liaisons boulonnées 9' ainsi que des flasques 9 pour fixer des masselottes 3 rajoute de la masse au rotor. 30 De plus, les flasques 9 utilisés doivent être suffisamment épais pour résister à l'effort centrifuge des masselottes 3 lorsque le rotor tourne. 3047766 7 La figure 4 représente un élément d'assemblage 20 selon un mode de réalisation de l'invention. Comme l'élément d'assemblage 10 selon l'art antérieur, l'élément d'assemblage 20 selon l'invention comporte une tête 26 et une première tige 25. La tête 26 de l'élément 5 d'assemblage 20 comporte une première face 23 (non visible sur la figure 4) et une seconde face 24. La première tige 25 est fixée à la première face 23. En outre, la tête 26 de l'élément d'assemblage 20 présente une forme non circulaire selon un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal y de la première tige 25 pour assurer l'anti-rotation de l'élément d'assemblage 20 lors du serrage de l'écrou 4 comme explicité i.o précédemment. Selon le mode de réalisation présenté à la figure 4, la tête 26 présente une section en forme de « D ». Par ailleurs, l'élément d'assemblage 20 est réalisé en superalliage à base de nickel et de chrome de type INCONEL®. De plus, à la différence de l'élément d'assemblage 10 selon l'art antérieur, l'élément d'assemblage 20 selon l'invention comporte une deuxième tige 21 fixée sur la 15 deuxième face 24 de la tête 26 de l'élément d'assemblage 20. La deuxième tige 21 présente un filetage 22 adapté pour recevoir un système d'équilibrage 27. Selon un mode de réalisation, la deuxième tige 21 présente une longueur L comprise dans l'intervalle [10mm ; 30 mm], préférentiellement 15 mm. En outre, selon un mode de réalisation, la deuxième tige 21 présente un diamètre d compris dans l'intervalle [6 20 mm ; 8 mm], préférentiellement 6,35 mm. La longueur L et le diamètre d de la deuxième tige 21 sont choisis de sorte à pouvoir y fixer le système d'équilibrage 27. Selon un premier mode de réalisation, le système d'équilibrage 27 est formé par l'écrou 4 qui, vissé sur la deuxième tige 21 filetée, permet d'ajouter de la masse pour équilibrer le rotor. Selon un second mode de réalisation, le système d'équilibrage 27 est formé 25 par l'écrou 4 ainsi qu'au moins une masselotte 3 positionnée entre la seconde face 24 de la tête 26 et l'écrou 4. La masselotte 3 présente une ouverture 31 présentant une forme et des dimensions adaptées pour un positionnement, par vissage par exemple, sur la deuxième tige 21 de l'élément d'assemblage 20. Dans le second mode de réalisation, l'écrou 4 vient fixer la masselotte 3 par vissage dudit écrou 4 sur la 30 deuxième tige 21. Par ailleurs, selon un troisième mode de réalisation, le système d'équilibrage 27 n'est pas fixé sur la deuxième tige 21. Ainsi, lorsqu'il n'est pas 3047766 8 nécessaire d'ajouter de système d'équilibrage 27, l'élément d'assemblage 20 sert uniquement à l'assemblage des disques 1 et 2. La figure 5 représente l'élément d'assemblage 20 fixé sur le second disque 2 du rotor. 5 En référence à la figure 5, la première tige 25 de l'élément d'assemblage 20 est positionnée dans le second orifice 6 du second disque 2 puis fixée par serrage à l'aide d'un écrou 4. Un flasque 9 fixé au second disque 2 par l'intermédiaire d'une liaison boulonnée 9' permet de fixer une masselotte 3 permettant l'équilibrage du rotor. Comme on peut le voir sur la figure 5, l'élément d'assemblage 20 selon l'invention 10 permet de s'affranchir d'un flasque 9 et d'une liaison boulonnée 9' fixés au premier disque 1 (non représentés sur la figure 5) utilisés dans l'art antérieur. En effet, grâce à la solution de l'invention, un seul flasque 9 par paire de disques est suffisant pour réaliser l'équilibrage du rotor car la deuxième tige 21 de l'élément d'assemblage 20 permet de fixer un système d'équilibrage 27 au niveau du premier disque 1. 15 Ainsi, grâce à la solution selon l'invention, les fonctions d'assemblage et d'équilibrage sont réalisées par un seul et même élément : l'élément d'assemblage 20. L'élément d'assemblage 20 selon l'invention permet : - une grande capacité d'équilibrage : il est possible de retirer facilement le système d'équilibrage 27 lorsqu'il n'est pas nécessaire, 20 - un gain de masse : il n'est plus nécessaire d'ajouter des flasques spécifiques 9 et des liaisons boulonnées 9' associées pour fixer des masselottes 3, - d'éviter un démontage de l'écrou 4 sur l'élément d'assemblage 20 lorsqu'un équilibrage est à réaliser, de simplifier l'accès à la deuxième tige 21 et donc de simplifier la réalisation de 25 l'équilibrage. REVENDICATIONS1. Elément d'assemblage (20) des disques (1, 2) d'un rotor de turbine, ledit élément d'assemblage (20) comportant : - une tête (26) comportant une première face (23) et une seconde face (24), - une première tige (25) fixée à la première face (23) de la tête (26), ledit élément d'assemblage (20) étant caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième tige (21) fixée à la seconde face (24) de la tête (26), ladite deuxième Io tige (21) présentant un filetage (22) adapté pour le maintien d'un système d'équilibrage (27). 2. Elément d'assemblage (20) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tête (26) présente, selon un plan perpendiculaire à un axe longitudinal (x) de la 15 première tige (25), une section non circulaire. 3. Elément d'assemblage (20) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la section de la tête (26) de l'élément d'assemblage (20) est en forme de « D ». 20 4. Elément d'assemblage (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le système d'équilibrage (27) comporte un écrou (4). 5. Elément d'assemblage (20) selon la revendication 4 caractérisé en ce que le système d'équilibrage (27) comporte au moins une masselotte (3), ladite 25 masselotte (3) étant positionnée entre la seconde face (24) de la tête (26) de l'élément d'assemblage (20) et l'écrou (4). 6. Elément d'assemblage (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ledit élément d'assemblage (20) est réalisé en 30 superalliage à base de Nickel et de Chrome. 3047766 7. Elément d'assemblage (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la deuxième tige (21) est un prolongement de la première tige (25). 5 8. Rotor de turbine comportant au moins un élément d'assemblage (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Turbine de turbomachine comportant au moins un rotor selon la revendication 8. 10 10. Turbine selon la revendication 9 caractérisée en ce qu'elle présente un rayon compris dans l'intervalle [180 mm ; 300 mm]. 20 25 30