Brevet FR3057907A1 — publié le 20180427

ENSEMBLE A EFFET ANTI-USURE POUR TURBOREACTEUR DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine des turbomachines, et plus particulièrement le domaine des turboréacteurs comprenant une soufflante solidaire d'un arbre d'entraînement. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Un turboréacteur 1 comporte typiquement une nacelle qui forme une ouverture pour l'admission d'un flux déterminé d'air vers le moteur proprement dit. Le turboréacteur comprend, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une ou plusieurs sections de compression de l'air admis dans le moteur (généralement une section basse pression et une section haute pression), un ou plusieurs étages de turbines et une tuyère d'échappement des gaz. L'air comprimé est admis dans la chambre de combustion et mélangé avec du carburant avant d'y être brûlé. Les gaz de combustion chauds issus de cette combustion sont ensuite détendus dans les différents étages de turbine (généralement une section basse pression et une section haute pression). Un exemple de soufflante 3 et de compresseur basse pression 2 conformes à l'art antérieur est illustré sur la figure 1. La soufflante 3 comporte un disque de soufflante 5 pourvu d'aubes 7 à sa périphérie qui, lorsqu'elles sont mises en rotation autour d'un axe X, 30 entraînent l'air dans le turboréacteur 1. Le disque de soufflante 5 est supporté par l'arbre d'entraînement 8 du compresseur basse pression 2 qui 3057907 2 est centré sur l'axe X du turboréacteur 1 par une série de paliers P1 , P2, supportés par des pièces de support reliées à la structure fixe du turboréacteur 1. L'arbre 8 présente une symétrie de révolution autour de l'axe X. 5 Le compresseur basse pression 2 comporte des aubes fixes 2a solidaires d'un carter de séparation et des aubes mobiles 2b solidaires d'un tambour d'entraînement 4 (connu de l'homme du métier sous sa désignation anglaise « booster ») pour compresser le flux primaire circulant 10 d'amont en aval dans le turboréacteur. Le tambour d'entraînement 4 est par ailleurs fixé en amont au disque de soufflante 5 par l'intermédiaire d'une liaison boulonnée 9, et est entraîné en rotation par le disque de soufflante autour de l'axe X du turboréacteur. 15 Pour son entrainement autour de l'axe X et comme montré figure 2, le disque de soufflante 5, comprend une branche 11 de fixation à l'arbre d'entraînement 8 et une deuxième branche 13 s'étendant en regard de la première branche 11. La deuxième branche 13 est adaptée pour supporter les aubes 7 de soufflante. Une paroi 12 de jonction courbe s'étend entre la 20 première branche 11 et la deuxième branche 13. Une telle forme ainsi en épingle permet de rendre plus souple la liaison entre le disque de soufflante et la partie amont de la ligne d'arbre et d'améliorer le fonctionnement dynamique de l'ensemble lors d'un incident, tel qu'une perte d'aube. 25 Comme divulgué par exemple dans WO 2014/167209, et représenté sur la figure 2 qui en est issue et qui correspond à un agrandissement local de la figure 1, un écrou 15 peut être fixé sur l'arbre d'entraînement 8 de façon à agir sur le disque de soufflante 5 afin de le bloquer axialement vis-à-vis de l'arbre d'entraînement 8. 3057907 3 Dans la présente demande : - axial ou axialement a pour sens (sensiblement) parallèle à l'axe X, - et radial ou radialement a pour sens (sensiblement) perpendiculaire à l'axe X, 5 La branche 11 de fixation comprend une virole interne 110 centrée sur l'axe X et fixée sur une extrémité libre amont de l'arbre d'entraînement 8, via des cannelures 111 de soufflante s'étendant longitudinalement le long de l'axe X et adaptées pour coopérer avec des cannelures 81 10 d'entraînement associées de l'arbre d'entraînement 8. Afin d'améliorer la résistance de la branche de fixation aux charges radiales, le turboréacteur 1 illustré comprend des organes de centrage de la virole interne 110 par rapport à l'arbre d'entraînement 8, configurés pour 15 maintenir radialement en position la virole sur l'arbre d'entraînement. Les organes de centrage peuvent notamment comprendre un ensemble de centrage aval 113, 83 et/ou un ensemble de centrage amont 115, 85. Les cannelures ont pour fonction de transmettre les efforts de l'arbre 20 d'entraînement 8 au reste du disque de soufflante, afin de mettre le disque de soufflante 5 en rotation, et d'entraîner les aubes de soufflante 3a ainsi que le tambour d'entraînement 4 (booster). L'écrou 15 peut être placé en butée contre la nervure 115 en saille 25 de l'ensemble de centrage amont 115, 85, et appliquer un effort axial sur ladite nervure 115. Une cale de réglage 17 peut alors être placée entre la nervure 115 et les cannelures d'entrainement 81, afin d'ajuster la position axiale de la virole interne 110 en fonction des jeux en sommet d'aubes du tambour d'entrainement 4. 30 3057907 4 De fait, axialement, la cale de réglage 17 peut être interposée entre la nervure 115 et un épaulement radial 87 de l'arbre d'entraînement 8 situé en amont des cannelures d'entrainement 81. Ainsi, est déjà connu un ensemble 20 pour un turboréacteur 1 dans 5 lequel circule un flux de gaz dans un sens de circulation 10, l'ensemble comprenant : - un arbre d'entraînement 8 du turboréacteur, monté tournant autour d'un axe X, - un disque de soufflante 5 comprenant une branche 11 de fixation à l'arbre 10 d'entraînement, - un écrou 15 à fixer sur l'arbre d'entraînement 8 pour agir sur le disque de soufflante afin de le bloquer axialement vis-à-vis de l'arbre d'entraînement 8. 15 Mais, il y a contact axial direct entre l'écrou 15 et le disque de soufflante (en l'espèce sa nervure 115). Or, cette zone de contact est sujette à des usures liées à trois facteurs principaux : - une différence de matériaux : Le matériau de l'écrou 15 est plus dur que celui du disque 5. Des marques ont donc tendances à être générées sur le 20 disque de soufflante 5 ; - le serrage de l'écrou 15 : Afin de garantir un effort de serrage suffisant, l'écrou est serré au couple, et par rotation vient alors marquer la face d'appui du côté du disque de soufflante 5 ; - la dilatation du disque 5 : En fonctionnement nominal, la centrifugation du 25 disque de soufflante et des aubes 7 tend à dilater radialement le disque de soufflante 5. Il en résulte un glissement relatif au niveau de l'interface entre l'écrou 15 et le disque 5. 30 3057907 5 RESUME DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est de limiter tout ou partie des problèmes susmentionnés, de façon aussi simple, fiable et peu onéreuse que possible, 5 y compris en termes de maintenance. De façon plus générale, un objectif de l'invention est de limiter tout ou partie des problèmes précités qui peuvent aussi se poser sur un organe mobile du turboréacteur autre qu'un disque de soufflante, ceci d'autant plus si cet organe mobile est maintenu axialement par une fixation susceptible 10 de marquer la face d'appui entre l'organe mobile et le moyen de fixation concerné. Pour cela, l'invention propose que l'ensemble précité soit tel qu'il comprenne en outre un anneau de protection : 15 - retenu sur l'écrou à fixer sur l'arbre d'entraînement du turboréacteur monté tournant autour dudit axe X, tel l'écrou 15 précité, afin que cet anneau agisse sur l'organe mobile du turboréacteur, tel le disque de soufflante mentionné, pour le bloquer axialement vis-à-vis de l'arbre d'entraînement, 20 - et dont une partie anti-usure sera à interposer axialement entre ledit écrou et la branche de fixation dudit organe mobile à l'arbre d'entraînement, telle la branche 11 de fixation à l'arbre 8. En application spécifique, il est bien entendu prévu que l'organe 25 mobile du turboréacteur puisse être ce disque de soufflante. Analyse faite, limiter le déplacement relatif entre la partie anti-usure de l'anneau de protection et l'écrou a été considéré comme une solution possible, utile à la limitation recherchée desdites usures. 30 Aussi est-il proposé que l'anneau de protection présente un bourrelet circonférentiel : 3057907 6 - situé axialement entre une zone de retenue de l'anneau de protection autour de l'écrou et ladite la partie anti-usure de l'anneau de protection, - et écarté radialement d'une surface circonférentielle de l'écrou, de façon que la partie anti-usure de l'anneau de protection présente une 5 capacité de mouvement radial par rapport à l'écrou. Ainsi, il y aura accompagnement de l'un par l'autre. Concernant la solidarisation entre l'anneau de protection et l'écrou, 10 et d'autant plus si cette capacité de mouvement radial est retenue, il est proposé par ailleurs que l'anneau de protection soit un clinquant annulaire pourvu d'appuis élastiques retenant l'anneau de protection sur l'écrou. Les appuis élastiques solidariseront sans bloquer. L'aspect annulaire 15 assurera une surface de contact étendue. La présence de l'anneau de protection permettra par ailleurs d'optimiser les effets anti-usures attendus: - si l'anneau de protection présente une première surface radiale face à 20 une surface radiale de ladite branche de fixation, et une seconde surface radiale face à une surface radiale de l'écrou, chacune présentant une zone de contact, et - si la zone de contact de la première surface radiale avec la surface radiale de ladite branche de fixation est plus étendue que la zone de contact de la 25 seconde surface radiale la surface radiale de l'écrou. En effet, on aura alors augmenté la surface de contact par rapport à celle qui existerait sans anneau de protection. 30 Une sécurité complémentaire visant à éviter le désengagement dudit organe mobile et de l'écrou, en particulier en cas de perte d'aube de 3057907 7 soufflante, pourra être obtenu, notamment sans altérer la capacité de mouvement radial écrou/ branche de fixation, si, comme proposé par ailleurs : - la branche de fixation de l'organe mobile du turboréacteur comprend un 5 ergot circonférentiel de démontage et de maintien s'étendant radialement intérieurement vers l'écrou, - et que, engagé à travers un orifice central de l'ergot, l'anneau de protection est positionné à une extrémité axiale de l'écrou. 10 Pour réaliser l'anneau de protection, il est conseillé d'utiliser un matériau moins dur que celui de l'écrou, tel un Inconel (marque déposée), de préférence a priori dans une épaisseur inférieure ou égale à 0.5mm. Est aussi concerné un turboréacteur, comprenant : 15 - l'ensemble précité, avec tout ou partie de ses caractéristiques, dans lequel l'écrou sera fixé sur l'arbre d'entraînement et bloquera axialement l'organe mobile du turboréacteur vis-à-vis de l'arbre d'entraînement, ladite partie anti-usure de l'anneau de protection étant alors interposée axialement entre l'écrou et la branche de fixation dudit organe mobile du 20 turboréacteur, et - des pièces reçues périphériquement sur l'organe mobile du turboréacteur. Dans ce cadre, une application privilégiée sera celle où, sur ce turboréacteur : 25 - l'organe mobile du turboréacteur sera un disque de soufflante, - lesdites pièces seront une pluralité d'aubes de soufflante, et - par l'effet du bourrelet circonférentiel et en se déformant radialement par rapport à l'écrou, la partie anti-usure de l'anneau de protection accompagnera radialement ce disque de soufflante, lors d'une dilatation 30 radiale, quand le turboréacteur fonctionnera. 3057907 8 Si nécessaire, les caractéristiques des solutions ici présentées seront encore mieux comprises et d'autres détails et avantages des celles-ci pourront apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans 5 lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'un exemple de turboréacteur conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe partielle du disque de soufflante de la figure 1, 10 - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en coupe partielle encore agrandies de la zone de l'écrou de blocage axial de l'organe mobile (5 sur les figures) vis-à-vis de l'arbre d'entraînement (8 sur les figures), et - la figure 5 est une vue en perspective dudit écrou de blocage pourvu de l'anneau de protection anti-usure. 15 La figure 3, qui détaille en l'agrandissant une partie de la figure 2, représente donc une partie de turbomachine comportant un ensemble 1 pour turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention. 20 On y trouve, ici comme éléments constitutif de l'ensemble 25 adapté au turboréacteur 1, et en liaison avec ce qui précède : - l'arbre d'entraînement 8, monté donc tournant autour de l'axe X, - l'organe 5 mobile du turboréacteur comprenant la branche 11 de fixation de l'organe mobile 5 du turboréacteur à l'arbre d'entraînement 8, ici un 25 disque de soufflante, - l'écrou 15 fixé sur l'arbre d'entraînement 8 pour agir sur l'organe 5 mobile afin de le bloquer axialement vis-à-vis de l'arbre d'entraînement 8, - et un anneau de protection 27 retenu sur l'écrou 15 et dont une partie 29 anti-usure est à interposer axialement entre l'écrou 15 et la branche 11. 30 3057907 9 Ainsi, en zone 31, axialement entre l'écrou 15 et la branche 12 de fixation, on trouve interposé une partie de l'anneau de protection 27. L'écrou 15 est monté serré sur l'arbre 8 qui peut donc être l'arbre de 5 turbine basse pression. L'écrou 15 présente une symétrie de révolution autour de l'axe X. L'arbre 8 présente une extrémité amont comportant des encoches s'étendant suivant l'axe X. Chaque encoche présente une forme générale 10 de U ou de créneau. Comme cela est visible sur les figures 3 et 5, l'écrou 15 est taraudé en 33 et présente une extrémité amont 35 à aligner avec l'extrémité amont de l'arbre 8. 15 L'écrou 15 comporte également des encoches 37 qui s'étendent suivant l'axe de référence. Chaque encoche 37 de l'écrou présente une forme générale à U ou de créneaux. 20 Par son taraudage 33, l'écrou 15 est prévu pour être vissé sur l'arbre 8 de façon à ce qu'au moins une des encoches de l'écrou, dite « encoche anti-rotation de l'écrou », soit alignée avec au moins une des encoches de l'arbre, dite « encoche anti-rotation de l'écrou ». 25 C'est sur la partie aval 39 de l'écrou 15 qu'est monté l'anneau de protection 27 à partie 29 anti-usure. Comme on le voit bien sur la figure 4, pour permettre à la partie 29 anti-usure une capacité de mouvement radial par rapport à l'écrou 15, 30 l'anneau de protection 27 présente un bourrelet 41 circonférentiel situé 3057907 10 axialement entre une zone (amont) 43 de retenue de l'anneau 27 autour de l'écrou 15 et la partie (aval) anti-usure 29. Radialement, le bourrelet 41 est en outre situé à l'écart de la surface 5 circonférentielle 45, radialement extérieure, de l'écrou 15. Pour une facilité de montage, de démontage, de fabrication et d'efficacité dans l'effet anti-usure, l'anneau 27 de protection est ici un clinquant annulaire pourvu d'appuis élastiques 47 retenant l'anneau 27 sur 10 (autour de) l'écrou 15. Une telle réalisation en tôle relativement fine de l'anneau 27 est de surcroît économique et facilite la maintenance. 15 On pourra prévoir par exemple trois appuis élastiques 47, chacun en forme de languettes faisant saillie du corps annulaire 270 cylindrique de l'anneau 27, autour de lui, axialement vers l'amont. Chaque appui élastique 47 pourra présenter une incurvation 470 20 convexe vers le corps annulaire 270 de l'anneau pour se loger élastiquement dans une gorge périphérique 49 de ce corps annulaire cylindrique. Et pour favoriser l'effet anti-usure recherché, on remarquera en 25 particulier figure 4, à l'endroit de sa partie 29 anti-usure: - que l'anneau 27 de protection présentera favorablement une première surface radiale 291 face à une surface radiale 111 amont de la nervure 115 de la branche 11 de fixation, et une seconde surface radiale opposée 293 face à une surface radiale 151 de l'écrou 15, chacune présentant une zone 30 de contact des surfaces respectives entre elles, et 3057907 11 - que la zone de contact de la première surface radiale 291 avec la surface radiale 151 de ladite branche 11 est plus étendue que la zone de contact de la seconde surface radiale 293 de la surface radiale 151 de l'écrou. 5 Ainsi, sur la figure 3, la surface S1 correspondant à la première surface radiale 291 est supérieure à la surface S2 correspondant à la seconde surface radiale 293. Le disque de soufflante 5 peut en outre comprendre un ergot 51 10 annulaire, s'étendant radialement intérieurement depuis la paroi 12 de jonction en direction de l'arbre d'entrainement 8 afin de prendre appui sur l'écrou 15. L'ergot 51 peut s'étendre depuis la face amont 121 de ladite paroi 12, dans une zone adjacente à la virole interne 110. Ici, l'ergot 51 est adjacent à la nervure 115 et situé en amont de cette nervure. Cet ergot 51 15 est configuré pour éviter le désengagement du disque de soufflante 5 et de l'écrou 15 en cas de perte d'aube 7 de soufflante et peut permettre de faciliter le démontage du disque 5 par rapport à l'arbre d'entrainement 8. Dès lors qu'en situation normale un espace 53 (voir figure 3) existe 20 radialement entre le bord intérieur de l'ergot 51 et la surface circonférentielle 45 de l'écrou 15 et qu'en outre l'anneau de protection 27 est élastiquement déformable radialement, cet anneau, positionné autour de l'extrémité axiale aval 153 de l'écrou peut être engagé à travers l'espace 53, donc dans l'orifice central 511 de l'ergot 51. 25 Toujours pour favoriser au mieux l'effet anti-usure recherché, on pourra trouver avantage à ce que l'anneau 27 soit en un matériau moins dur que celui de l'écrou, tel un super-alliage, c'est-à-dire un alliage contenant une grande quantité de nickel et de chrome, connu sous la 30 marque déposée Inconel, dans une épaisseur inférieure ou égale à 0.5mm. 3057907 12 On aura compris de ce qui précède que, d'autant plus dans le cas de la solution de limitation d'usure appliquée à un disque de soufflante aubagé qui, quand le turboréacteur fonctionne, impose une dilatation radiale importante, la partie 29 anti-usure de l'anneau de protection accompagnera 5 radialement de façon efficace le disque de soufflante 13, ceci en particulier par déformation radiale par rapport à l'écrou 15 et via l'effet du bourrelet circonférentiel 41. REVENDICATIONS1. Ensemble pour un turboréacteur (1) dans lequel circule un flux de gaz dans un sens de circulation, l'ensemble comprenant : - un arbre (8) d'entraînement du turboréacteur, monté tournant autour d'un axe (X), - un organe (5) mobile du turboréacteur comprenant une branche (11) de fixation à l'arbre (8) d'entraînement, - un écrou (15) à fixer sur l'arbre d'entraînement pour agir sur l'organe (5) 10 mobile du turboréacteur afin de le bloquer axialement vis-à-vis de l'arbre (8) d'entraînement, l'ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un anneau (27) de protection retenu sur l'écrou (15) et dont une partie (29) anti-usure est à interposer axialement entre l'écrou et la branche (11) de fixation de l'organe 15 (5) mobile du turboréacteur. 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel l'organe (5) mobile du turboréacteur est un disque de soufflante. 20 3. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel l'anneau (27) de protection présente un bourrelet circonférentiel : - situé axialement entre une zone (43) de retenue de l'anneau de protection (27) autour de l'écrou (15) et ladite la partie (29) anti-usure de l'anneau de protection, 25 - et écarté radialement d'une surface circonférentielle de l'écrou (15), de façon que la partie (29) anti-usure de l'anneau (27) de protection présente une capacité de mouvement radial par rapport à l'écrou. 4. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans 30 lequel l'anneau (27) de protection est un clinquant annulaire pourvu d'appuis élastiques (47) retenant l'anneau de protection sur l'écrou (15). 3057907 14 5. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel : - l'anneau (27) de protection présente une première surface radiale (291) face à une surface radiale (111) de ladite branche (11) de fixation, et une 5 seconde surface radiale (293) face à une surface radiale (151) de l'écrou, chacune présentant une zone de contact, et - la zone de contact de la première surface radiale avec la surface radiale (111) de ladite branche de fixation est plus étendue que la zone de contact de la seconde surface radiale avec la surface radiale (151) de l'écrou. 6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel : - la branche (11) de fixation comprend un ergot (51) circonférentiel de démontage et de maintien s'étendant radialement intérieurement vers l'écrou (15), - et, engagé à travers un orifice central (511) de l'ergot (51), l'anneau de protection (27) est positionné à une extrémité axiale de l'écrou (15). 7. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'anneau (27) de protection est en un matériau moins dur que celui 20 de l'écrou (15), tel un tel un super-alliage à base Nickel et Chrome, dans une épaisseur inférieure ou égale à 0.5mm. 8. Turboréacteur (1), comprenant : - l'ensemble (25) selon l'une des revendications précédentes, dans 25 lequel l'écrou (15) est fixé sur l'arbre (8) d'entraînement et bloque axialement l'organe (5) mobile du turboréacteur vis-à-vis de l'arbre d'entraînement, et ladite partie (29) anti-usure de l'anneau (27) de protection est interposée axialement entre l'écrou et la branche (11) de fixation de l'organe mobile du turboréacteur, et 30 - des pièces (7) reçues périphériquement sur l'organe (5) mobile du turboréacteur. 3057907 15 9. Turboréacteur, selon la revendication 8 dans lequel : - l'organe (5) mobile du turboréacteur est un disque de soufflante, - lesdites pièces (7) sont une pluralité d'aubes de soufflante, et 5 - par l'effet du bourrelet (41) circonférentiel et en se déformant radialement par rapport à l'écrou (15), la partie (29) anti-usure de l'anneau de protection accompagne radialement le disque de soufflante (5), lors d'une dilatation radiale, quand le turboréacteur fonctionne.