Brevet FR3071546A1 — publié le 20190329

Rétention axiale de l'arbre de soufflante dans un moteur à turbine à gaz DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un moteur à turbine à gaz comportant des moyens de rétention axiale de son arbre de soufflante, en particulier en cas de rupture de ce dernier. ETAT DE L'ART L'état de l'art comprend notamment les documents FR-A1-2 866 10 068, FR-A1-2 866 069, FR-A1-2 955 895, FR-A1-2 877 046 et FR-A1-2 965 298. Dans une situation d'urgence, il est nécessaire de protéger le moteur afin que l'aéronef puisse être détourné vers l'aéroport le plus proche. En cas de perte partielle ou totale d'une aube de soufflante, la soufflante est 15 déséquilibrée et oscille. Ce phénomène est connu de l'homme du métier sous la désignation « d'orbitage de la soufflante ». Ces oscillations génèrent des efforts importants. Pour garantir la sécurité, il faut tenir compte des efforts lors du dimensionnement des structures du moteur et de l'avion, ce qui rend le moteur plus lourd par rapport à un moteur standard 20 qui est conçu uniquement pour supporter des efforts au cours de vols normaux. Pour limiter les charges dynamiques de la soufflante et pour alléger le moteur, on connaît par la demande de brevet FR-A1-2 877 046 un dispositif de découplage qui permet de limiter les efforts à haut régime. En pratique, pour un turbomoteur à double corps comprenant un arbre 25 basse pression et un arbre haute pression, le système de découplage est agencé pour découpler les paliers qui supportent l'arbre basse pression d'entraînement de la soufflante par rapport au carter intermédiaire, ces paliers étant connus de l'homme du métier sous la désignation « palier 1 » et « palier 2 ». 30 Après découplage de la soufflante, la situation modale du moteur est dite « hypercritique », le seul mode de fonctionnement du moteur est alors 2 à bas régime. De manière avantageuse, les charges dynamiques des structures fixes sont alors fortement réduites à haut régime. A haut régime, les charges dynamiques dans l'arbre demeurent importantes et le risque de rupture de l'arbre d'entraînement basse pression augmente. 5 En référence à la figure 1, un moteur 1 à double corps et à double flux comporte un arbre basse pression 2 solidaire d'une soufflante 4 et un arbre haute pression 3 rotatifs autour d'un axe X du moteur. Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation des gaz dans le moteur, les gaz circulant depuis l'amont vers l'aval. De même, par convention dans la présente demande, les termes « intérieur » et « extérieur » sont définis radialement par rapport à l'axe X du moteur représenté sur la figure 1. Ainsi, un cylindre s'étendant selon l'axe du moteur comporte une face intérieure tournée vers l'axe du moteur et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure. Toujours en référence à la figure 1, l'arbre basse pression 2 est guidé en rotation dans un carter intermédiaire 5 du moteur 1 par des paliers 51, 52. En référence à la figure 1, le carter intermédiaire 5 comporte une virole extérieure 57 et un moyeu intérieur 58 reliés par des bras structuraux 59. L'arbre haute pression 3 est guidé en rotation dans le carter intermédiaire 5 du moteur 1 par un palier 53. Comme représenté sur la figure 1, le moteur 1 comporte un carter de séparation 15, appelé également « bec de séparation », solidaire du moyeu 58 du carter intermédiaire 5, agencé pour guider intérieurement un flux primaire et extérieurement un flux secondaire. Le moteur 1 comporte en outre un compresseur basse pression, connu de l'homme du métier sous sa désignation anglaise « booster », qui comporte des aubes statoriques 62 solidaires du carter de séparation 15 et des aubes mobiles 61 solidaires d'un tambour d'entraînement 6 pour compresser le flux primaire circulant d'amont en aval dans le moteur 1. Un dispositif de découplage 10 est disposé entre le moyeu 58 du carter intermédiaire 5, et les paliers 51, 52 3 afin d'assouplir la structure du moteur en mode hypercritique comme expliqué précédemment. En cas de rupture de l'arbre basse pression 2 en aval du palier 52 et de défaillance du palier 52, il est prévu un dispositif attrapeur 20, connu 5 sous sa désignation anglaise « catcher », qui permet de retenir axialement la partie amont de l'arbre basse pression 2 solidaire de la soufflante 4. Ce dispositif attrapeur 20 comprend d'une part une virole 21 s'étendant radialement vers l'intérieur depuis le moyeu 58 du carter intermédiaire 5 et d'autre part une couronne annulaire 22 s'étendant radialement vers 10 l'extérieur depuis l'arbre basse pression 2. Ainsi, en cas de rupture de l'arbre basse pression 2 en aval du palier 52, la partie de l'arbre basse pression 2 située en amont de la zone de rupture se déplace vers l'amont si bien que la couronne annulaire 22 entre en contact avec la virole 21 pour la retenir axialement. Autrement dit, la partie amont de l'arbre basse pression 15 2 est « attrapée » par le dispositif attrapeur 20 en cas de rupture de l'arbre basse pression 2. Un tel dispositif attrapeur 20 est satisfaisant en cas de rupture de l'arbre basse pression 2 en aval du palier 52 mais est inefficace en cas de rupture en amont dudit palier 52. 20 Dans le cas heureusement très improbable de rupture de l'arbre en amont du palier 52, on peut s'aider du compresseur basse pression pour retenir la soufflante quand ces deux organes sont solidaires. Si l'on cherche à réaliser un système commun à des machines avec et sans réducteur ou pour une turbomachine où le compresseur basse pression n'est pas lié à 25 l'arbre de soufflante, il faut toutefois trouver une nouvelle solution ne requérant pas le compresseur basse pression. Afin d'éliminer au moins certains des inconvénients précédemment cités, on a déjà proposé dans la demande FR-A1-2 965 298 des moyens de rétention axiale, en attente, agencés pour entrer en contact avec le 30 tambour d'entraînement de la soufflante de manière à empêcher un 4 déplacement axial de ce tambour en cas de rupture de l'arbre 2 en amont du palier 52. Ainsi, l'arbre d'entraînement est retenu axialement, de manière indirecte, via le tambour d'entraînement solidaire de la soufflante. Les 5 moyens de rétention permettent d'attraper l'ensemble « tambour-soufflante- arbre basse pression » de manière fiable, la zone de rupture de l'arbre d'entraînement étant indifférente. Ainsi, même si l'arbre se rompt à proximité immédiate de la soufflante, la soufflante n'est pas éjectée vers l'amont mais retenue par le tambour. Les inconvénients précités de l'art 10 antérieur sont ainsi éliminés. Cependant, la zone du moteur dans laquelle les moyens de rétention sont implantés est en général encombrée et il peut s'avérer difficile d'y monter ces moyens. C'est notamment le cas d'un moteur à réducteur dont l'arbre de soufflante est entraîné par un arbre de turbine basse pression par 15 l'intermédiaire d'un réducteur, par exemple du type épicycloïdal. Afin d'assurer le bon fonctionnement de ce réducteur, il est nécessaire de limiter les déplacements axiaux des arbres. C'est pourquoi des paliers de butée 52, 53 (généralement à billes) sont mis en place pour les arbres d'entrée et de sortie du réducteur, comme cela est visible à la figure 2. 20 Dans la technique actuelle, il n'existe pas de moyens de rétention particulièrement configurés pour un moteur à réducteur. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention propose un perfectionnement à la technologie actuelle, qui est simple, efficace et économique. Le but de l'invention est de 25 retenir axialement la soufflante en cas de rupture de son arbre ou du palier de butée 52 dans le cas spécifique précité. L'invention propose un moteur à turbine à gaz, comprenant une soufflante entraînée par un arbre de soufflante et des moyens escamotables de rétention axiale dudit arbre montés sur un élément de 30 stator et mobiles entre une première position opérationnelle et une seconde position non opérationnelle, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens 5 d'alimentation en fluide d'au moins une cavité dans laquelle lesdits moyens de rétention sont montés coulissants, de façon à provoquer leur déplacement entre lesdites positions. L'invention propose ainsi de provoquer le déplacement des moyens 5 de rétention, depuis leur position non opérationnelle jusqu'à leur position opérationnelle, grâce au fluide. L'amenée de fluide jusqu'à la cavité de montage des moyens de rétention peut être relativement simple et peu encombrante, ce qui facilite l'intégration dans un moteur à réducteur. Les moyens de pressurisation peuvent être activés uniquement lorsque le 10 moteur est en fonctionnement. On comprend ainsi que les moyens de rétention peuvent être en position opérationnelle uniquement pendant le fonctionnement du moteur, et peuvent être en position non opérationnelle à l'arrêt du moteur. Les moyens de rétention sont avantageusement configurés pour ne pas gêner le montage et le démontage axial de la 15 soufflante, lorsqu'ils sont dans leur position non opérationnelle. Le moteur selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le fluide est de l'air pressurisé ou de l'huile ; 20 - lesdits moyens de rétention comprennent au moins un doigt mobile entre lesdites positions, en direction sensiblement radiale par rapport à un axe de rotation dudit arbre de soufflante ; - ledit doigt a une forme générale parallélépipédique ou cylindrique ; - ledit doigt est sollicité dans sa position non opérationnelle par des moyens 25 de rappel élastique ; - ledit élément de stator est un support de palier ; - ledit support de palier comprend une partie tronconique aval et une partie cylindrique amont qui entoure un palier à roulement et comprend à sa périphérie externe ladite au moins une cavité ; 30 - ladite partie cylindrique est entourée par une partie aval d'un disque de soufflante ; 6 - ledit moteur comprend des moyens de pressurisation d'un joint d'étanchéité, et des moyens de prélèvement et d'acheminement d'air de pressurisation jusqu'à ladite au moins une cavité ; - en variante, ledit moteur comprend des moyens d'alimentation en huile du 5 palier, et des moyens de prélèvement et d'acheminement d'huile de lubrification jusqu'à ladite au moins une cavité ; - ladite soufflante comprend ou porte des moyens d'appui axial sur lesdits moyens de rétention ; - lesdits moyens d'appui comprennent un rebord radial interne formé d'une 10 seule pièce avec un disque de soufflante, ou un anneau rapporté et fixé sur ledit disque de soufflante. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description 15 suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une demi vue schématique en coupe axiale d'un moteur à turbine à gaz, sans réducteur ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'un moteur à turbine 20 à gaz, avec réducteur ; - la figure 3 est une demi vue schématique plus détaillée en coupe axiale d'un moteur du type de celui de la figure 2 ; - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques à plus grande échelle d'une partie du moteur de la figure 2, et illustrent deux positions respectivement 25 de moyens de rétention ; - la figure 6 est une vue schématique en perspective d'un élément de stator équipé de moyens de rétention ; - la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 5 et montre des moyens d'étanchéité des moyens de rétention ; 7 - la figure 8 est une vue schématique en coupe axiale et à plus grande échelle d'une partie de la figure 3, et montre des moyens d'alimentation en air ; et - les figures 9 et 10 sont des vues schématiques similaires à celles des 5 figures 4 et 5, respectivement, et montrant une variante de réalisation des moyens de rétention. DESCRIPTION DETAILLEE Le moteur 10' de la figure 2 est un moteur à turbine à gaz et à réducteur 12. 10 De manière conventionnelle, le moteur 10' comprend une soufflante 14 et un corps primaire. Le corps primaire comprend, dans le sens d'écoulement des gaz, un compresseur basse pression 16, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression, une turbine basse pression, et une tuyère d'échappement 15 des gaz, seule la partie amont du moteur avec la soufflante 14 et le compresseur basse pression 16 étant visibles dans le dessin. La soufflante 14 comprend un disque de soufflante 14a pourvu d'aubes de soufflante à sa périphérie qui, lorsqu'elles sont mises en rotation, entraînent le flux d'air dans les espaces d'écoulement primaire et 20 secondaire du moteur ou turboréacteur 10'. Le disque de soufflante 14a est relié à un arbre de soufflante 14b qui est entrainé en rotation par un arbre de sortie 12a du réducteur 12. L'arbre de sortie 12a est tubulaire et comprend une extrémité aval ouverte de passage d'un flux d'air de pressurisation (cf. flèche) et une 25 extrémité amont fermée par un bouchon 12a. Le réducteur 12 comprend un arbre d'entrée 12b entraîné par un arbre 18 de la turbine basse pression. Le réducteur 12 permet d'optimiser indépendamment les vitesses de rotation respectives de la soufflante 14 et du rotor de la turbine basse 30 pression, et ainsi d'optimiser le taux de dilution du moteur. Le réducteur 12 est par exemple du type épicycloïdal ou planétaire. 8 Les arbres du moteur sont centrés sur l'axe X par une série de paliers. Dans le cas d'espèce, l'arbre de soufflante 14a et l'arbre de sortie 12a du réducteur 12 sont guidés par deux paliers, un palier amont 51 et un palier aval 52. L'arbre basse pression 18 et l'arbre d'entrée 12b du 5 réducteur sont guidés par deux paliers, un palier amont 53 et un palier aval 54. Les paliers 51 et 54 sont du type à rouleaux et les paliers 52 et 53 sont du type à billes et sont des paliers à butée dans l'exemple représenté. De façon conventionnelle, chaque palier est monté dans un support de palier. 10 La figure 3 montre des détails des supports de paliers des paliers 51 et 52. L'invention peut s'appliquer autant à une turbomachine à réducteur qu'une turbomachine sans réducteur. La vue de la figure 3 peut ainsi s'appliquer aux deux types de turbomachine et donc aux deux vues des 15 figures 1 et 2. Le support de palier 24 du palier 51 comprend une partie tronconique aval 24a, s'étendant sensiblement radialement vers l'extérieur, d'amont en aval, et une partie cylindrique amont 24b reliée donc à l'extrémité de plus petit diamètre de la partie tronconique. 20 La partie cylindrique 24b du support de palier 24 est entourée par une partie d'extrémité aval du disque de soufflante 14a. Cette partie cylindrique 24b comprend à sa périphérie externe, sensiblement en regard du disque de soufflante 14a, une cavité 26, de préférence annulaire débouchant radialement vers l'extérieur. La cavité 26 25 peut s'étendre en continu sur 360° autour de l'axe X ou être interrompue et donc sectorisée, comme représenté à la figure 6. Dans cette figure, la cavité 26 est interrompue par des bossages 28 traversés par des orifices de passage de vis 29 sensiblement axiales. L'invention propose par exemple de profiter de cette cavité 26 pour y 30 installer au moins un moyen rétractable ou escamotable de rétention axiale de l'arbre de soufflante 14a. 9 Dans l'exemple représenté, un des secteurs de la cavité 26 est fermé par une paroi radialement externe 26a dont la face radialement externe 26aa, par exemple en portion de cylindre, est par exemple alignée avec la surface cylindrique externe 24ba de la partie cylindrique amont 5 24b du support de palier 24. La paroi 26a comprend une fente 30 de logement et de coulissement d'un doigt de rétention 32. La fente 30 a une forme allongée, ici en direction circonférentielle autour de l'axe X, et le doigt 32 a une forme générale parallélépipédique dont la forme en section est complémentaire 10 de celle de la fente 30, afin que le doigt 32 puisse coulisser à travers la fente en direction radiale, sensiblement sans jeu. Des moyens d'étanchéité 34 sont avantageusement prévus entre le doigt 32 et le bord périphérique de la fente 30 (figure 7). Le doigt 32 est mobile depuis une position non opérationnelle ou 15 rétractée dans laquelle il est logé dans la cavité 26 (secteur) et son extrémité radialement externe n'est pas en saillie à l'extérieur de la partie cylindrique 24b du support de palier (figure 4), jusqu'à une position opérationnelle dans laquelle il est en saillie sur la partie cylindrique du support de palier et est apte à coopérer par appui axial sur un moyen 20 complémentaire de la soufflante 14 et en particulier de l'arbre de soufflante, en cas de rupture de ce dernier. Dans l'exemple représenté, le moyen complémentaire est un rebord annulaire 36, qui s'étend radialement vers l'intérieur depuis l'extrémité aval de l'arbre de soufflante 14a. Ce rebord peut être obtenu en 25 rapportant et fixant, par exemple au moyen de vis axiales 38, un anneau 40 à l'extrémité aval de l'arbre de soufflante 14a (figure 4). Cet anneau 40 a un diamètre interne D1 inférieur au diamètre externe D2 de la circonférence sur laquelle est située l'extrémité radialement externe du doigt 32 en position opérationnelle. En position non opérationnelle, le 30 diamètre externe D3 de la circonférence sur laquelle est située l'extrémité radialement externe du doigt, qui est sensiblement égal au diamètre 10 externe de la partie cylindrique du support de palier, est inférieur au diamètre Dl. Le déplacement du doigt 32, de sa position non opérationnelle à sa position opérationnelle, est provoquée grâce à de l'air pressurisé. Lorsque 5 le secteur de cavité 26 est alimenté en air pressurisé à une valeur supérieure à une valeur prédéterminée, notée P1, le doigt est dans sa position opérationnelle. En dessous de cette valeur (P P1, la force appliquée sur le doigt 32, 32' par l'air pressurisé est supérieure à la force de rappel du ressort 41, 41' et le doigt est dans la position opérationnelle. Dans le cas heureusement peu fréquent de rupture de l'arbre 12a ou du palier 52, la 15 soufflante 14 n'est plus retenue axialement vers l'amont et se déplace jusqu'à ce que le rebord interne 36, 36' de son disque vienne en appui axial sur le doigt de rétention 32, 32', qui assure ainsi une sécurité optimale même dans un moteur encombré du type à réducteur. Dans une variante de réalisation schématiquement représentée par 20 des traits pointillés à la figure 8, la cavité 26 est alimentée en huile et non plus en air pressurisé. Cette huile est directement prélevée sur le circuit d'alimentation en huile du palier 51. Une dérivation de ce circuit peut déboucher directement au fond de la cavité 26. Dans ce cas, l'environnement peut être simplifié puisqu'il n'est plus nécessaire de 25 prévoir des moyens d'acheminement d'air pressurisé jusqu'à REVENDICATIONS1. Moteur (10') à turbine à gaz, comprenant une soufflante (14) entraînée par un arbre de soufflante (14b) et des moyens (32, 32') escamotables de rétention axiale dudit arbre montés sur un élément de stator et mobiles entre une première position opérationnelle et une seconde position non opérationnelle, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (46-52) d'alimentation en fluide d'au moins une cavité (26) dans laquelle lesdits moyens de rétention sont montés coulissants, de façon à provoquer leur déplacement entre lesdites positions. 2. Moteur (10') selon la revendication précédente, dans lequel lesdits moyens de rétention comprennent au moins un doigt (32, 32') mobile entre lesdites positions, en direction sensiblement radiale par rapport à un axe (X) de rotation dudit arbre de soufflante. 3. Moteur (10') selon la revendication précédente, dans lequel ledit doigt (32, 32') est sollicité dans sa position non opérationnelle par des moyens (41, 41') de rappel élastique. 4. Moteur (10') selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit élément de stator est un support de palier (24). 5. Moteur (10') selon la revendication précédente, dans lequel ledit support de palier (24) comprend une partie tronconique aval (24a) et une partie cylindrique amont (24b) qui entoure un palier à roulement (51) et comprend à sa périphérie externe ladite au moins une cavité (26). 6. Moteur (10') selon la revendication précédente, dans lequel ladite partie cylindrique (24b) est entourée par une partie aval d'un disque de soufflante (14a). 7. Moteur (10') selon la revendication 5 ou 6, dans lequel il comprend des moyens de pressurisation d'un joint d'étanchéité, et des moyens de prélèvement et d'acheminement d'air de pressurisation (46-52) jusqu'à ladite au moins une cavité (26). 15 8. Moteur (10') selon la revendication 5 ou 6, dans lequel il comprend des moyens d'alimentation en huile du palier (51), et des moyens de prélèvement et d'acheminement d'huile de lubrification jusqu'à ladite au moins une cavité (26). 5 9. Moteur (10') selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite soufflante (14) comprend ou porte des moyens (36, 36') d'appui axial sur lesdits moyens de rétention (32, 32'). 10. Moteur (10') selon la revendication précédente, dans lequel lesdits moyens d'appui comprennent un rebord radial interne (36, 36') formé 10 d'une seule pièce avec un disque de soufflante (14a), ou un anneau (40) rapporté et fixé sur ledit disque de soufflante.