Brevet FR3062688A1 — publié le 20180810

AGENCEMENT D'ASSEMBLAGE D'UN DISQUE DE TURBINE A UNE BRIDE D'UN TOURILLON DANS UN TURBOREACTEUR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne l'assemblage d'un disque de turbine à une bride de tourillon portant ce disque dans une turbomachine telle qu'un turboréacteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un turboréacteur à double flux comporte une manche d'entrée recevant l'air qui est aspiré par un compresseur basse pression, pour ensuite être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Après avoir passé le compresseur basse pression, le flux secondaire est propulsé vers l'arrière pour directement générer une poussée en étant soufflé autour du flux primaire. Après avoir passé le compresseur basse pression, le flux primaire traverse un compresseur haute pression pour atteindre une chambre de combustion. Ce flux primaire est ensuite détendu dans une turbine haute pression liée en rotation avec le compresseur haute pression, puis dans une turbine basse pression liée en rotation avec le compresseur basse pression, avant d'être ensuite expulsé vers l'arrière. Dans le cas d'un turboréacteur double corps, le compresseur haute pression et la turbine haute pression font partie d'un corps haute pression qui entoure un arbre basse pression en tournant à une vitesse différente de celui-ci, cet arbre basse pression portant le compresseur basse pression et la turbine basse pression. L'arbre et le corps haute pression sont portés par des paliers logés dans des enceintes les isolant du reste du moteur, dans lesquelles circule de l'huile. D'une manière générale, une telle enceinte de lubrification renferme au moins un palier et est délimitée par des parois tournant l'une par rapport à l'autre avec un joint entre ces parois, qui limite la section de fuite de l'enceinte. L'huile est éloignée du joint au moyen 3062688 2 d'un filet d'air entrant en permanence à travers ce joint, depuis l'extérieur vers l'intérieur de l'enceinte. En cas de fuite au niveau d'un tel joint, l'huile présente dans l'enceinte est centrifugée, de sorte qu'elle est susceptible de se rapprocher de régions avoisinant la 5 veine primaire soumises à des températures élevées, pouvant par là même enflammer cette huile. Pour cette raison, les formes des composants du moteur sont conçues pour délimiter des chemins de fuite préférentiels assurant qu'en cas de fuite, l'huile est dirigée dans des zones du moteur où elle ne constitue pas un risque pour son 10 fonctionnement. En pratique, les pales de la turbine basse pression sont portées par un disque de turbine qui est lui-même fixé à une bride d'un tourillon qui le traverse, ce tourillon étant porté par un ou deux paliers et rigidement solidaire de l'arbre basse pression. 15 Dans ce contexte, un chemin préférentiel de fuite part d'un joint d'une enceinte de palier situé en amont du disque basse pression. Ce chemin de fuite longe les faces internes de différents composants rotatifs ayant des diamètres internes qui augmentent vers l'aval, ce qui permet de diriger l'huile vers l'arrière du moteur pour l'y collecter sans qu'elle n'atteigne la veine primaire. 20 D'une manière générale, ce chemin d'huile traverse des parties chaudes du moteur, de sorte qu'il importe que l'huile ne puisse pas fuir durant sa progression le long de ce chemin. Durant ce cheminement l'huile traverse le tourillon, au niveau de la bride de ce tourillon selon la direction longitudinale, par des trous d'évacuation formés 25 dans le corps du tourillon, ces trous d'évacuation étant situés radialement à l'intérieur d'un bord intérieur du disque et d'un bord intérieur de la bride. Bien que le disque de turbine présente une face plane en appui contre une face plane de la bride et que ces faces soient serrées l'une contre l'autre par une série de boulons circonférentiels, une telle jonction ne s'avère pas suffisamment étanche. 3062688 3 Ainsi, de l'huile présente au niveau de la jonction du disque et de la bride est susceptible de s'infiltrer entre leurs faces d'appui, arrivant ainsi dans une zone à risque d'inflammation élevé, dans laquelle elle est susceptible de fragiliser le disque, les aubes et leurs liaisons. 5 Le but de l'invention est d'apporter une solution pour limiter un tel risque. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un agencement d'assemblage d'un disque de turbine à une bride d'un tourillon portant ce disque, le disque comprenant une face 10 interne de révolution et étant fixé à un côté amont du tourillon, le tourillon comprenant à son côté amont un rebord circulaire dépassant radialement vers l'intérieur par rapport à la face interne de révolution du disque, l'assemblage comprenant une virole comportant une jupe de révolution entourée par une couronne de fixation, la jupe de révolution s'étendant longitudinalement de part et d'autre du rebord circulaire en comportant une 15 portion entourée par ce rebord, et des boulons traversant chacun longitudinalement le disque ainsi que la couronne de fixation et la bride. Avec cet agencement, le risque pour de l'huile longeant une face interne de la jupe de la virole de s'immiscer radialement entre le disque et la bride dans la région de fixation du disque est réduit. En tant qu'élément d'usure, c'est-à-dire pouvant être 20 changé au cours de la vie du moteur, la virole est montée au moyen d'une liaison unique par laquelle la bride est solidarisée conjointement au disque et à cette virole sans risque de passage d'huile. L'invention concerne également un agencement ainsi défini, dans lequel la couronne de fixation de la virole est interposée entre le disque et la bride. 25 L'invention concerne également un agencement ainsi défini, dans lequel le tourillon comporte des trous d'évacuation traversants débouchant longitudinalement en vis-à-vis du rebord circulaire. 3062688 4 L'invention concerne également un agencement ainsi défini, dans lequel les trous traversants sont inclinés pour s'écarter d'amont en aval d'un axe longitudinal du moteur. L'invention concerne également un agencement ainsi défini, dans lequel 5 les trous d'évacuation du tourillon comportent des lunules pour étendre les faces internes de ces trous d'évacuation radialement par rapport à l'axe longitudinal du moteur. L'invention concerne également un agencement ainsi défini, dans lequel la jupe comprend une portion d'extrémité dépassant en aval du rebord circulaire qui 10 comporte une rigole circonférentielle externe. L'invention concerne également une turbomachine ainsi définie, comprenant un disque de turbine porté par un tourillon avec un agencement d'assemblage ainsi défini. L'invention concerne également un turboréacteur comprenant une 15 turbomachine ainsi défini. L'invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, comprenant un corps haute pression et un corps basse pression. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une demi-vue en coupe d'une partie arrière d'un moteur 20 comprenant un agencement d'assemblage conformément à l'invention ; La figure 2 est une vue en coupe locale d'une région comportant un palier interposé entre deux tourillons ainsi que l'agencement d'assemblage d'un disque de turbine basse pression à un tourillon dans une partie arrière d'un moteur conformément à l'invention ; 25 La figure 3 est une vue en coupe locale montrant l'agencement d'assemblage d'un disque de turbine avec une bride de tourillon conformément à l'invention ; La figure 4 est une vue en coupe locale montrant une extrémité aval d'une jupe de la virole et un rebord de tourillon dans l'assemblage selon l'invention ; 3062688 5 La figure 5 est une vue en section d'un trou d'évacuation d'huile du tourillon dans l'assemblage selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, une partie arrière 1 d'un moteur selon l'invention 5 comprend une enveloppe intérieure 2 entourée par une enveloppe intermédiaire non représentée qui délimitent conjointement une veine primaire. Cette partie arrière comporte une turbine haute pression 3 comprenant un disque 4 portant des aubes rotative, suivie d'une turbine basse pression 6 à double étage, comprenant un premier redresseur 7 suivi d'un premier étage rotatif 8 et d'un 10 second redresseur 9 qui est suivi d'un second étage rotatif 10. Le premier et le second redresseur 7 et 9 sont formés d'aubes fixes 11 et 12 traversant radialement la veine primaire. Le premier étage rotatif 8 comporte une série d'aubes 13 s'étendant radialement dans la veine primaire et portées par un premier disque rotatif 14 situé à 15 l'intérieur de l'enveloppe 2. De manière analogue, le second étage rotatif 10 comporte une série d'aubes 16 portées par un second disque rotatif 17 situé lui aussi dans l'enveloppe intérieure en aval du premier disque 14. En aval de cette turbine basse pression est situé un carter d'échappement 19 comportant une virole interne et une virole externe ainsi que des bras 20 radiaux 18 solidarisant ces viroles l'une à l'autre. La virole externe délimite une portion de l'enveloppe intermédiaire 3, la virole interne délimite une portion de l'enveloppe interne, les bras radiaux traversant radialement la veine primaire. Ce carter d'échappement 19 supporte dans sa région centrale un palier 21 qui porte un tourillon basse pression 22, s'étendant également à l'intérieur de 25 l'enveloppe intérieure, et auquel sont fixés le premier et le second disque de turbine basse pression 14, 17. Le premier disque 14 est rigidement solidarisé à une face amont d'une bride 23 du tourillon 22, et le second disque 17 est solidarisé à une face aval de cette même bride 23. Cette fixation est assurée par des boulons 24 traversant chacun le 3062688 6 premier disque 14 au niveau de sa périphérie interne, la bride 23 au niveau de sa périphérie externe, et le second disque 17 au niveau de sa périphérie interne. Le disque 4 de la turbine haute pression est porté par un tourillon haute pression 26 ayant une extrémité aval 27 qui entoure une extrémité amont 28 du tourillon basse pression 22, ce tourillon 22 étant fixé à un arbre basse pression par emmanchement cannelé. L'extrémité amont 28 du tourillon basse pression 22 porte l'extrémité aval 27 du tourillon haute pression 26 au moyen d'un palier comprenant un roulement à rouleaux 29 qui est interposé entre ces extrémités. Le roulement 29 est situé dans une enceinte 31 de lubrification qui est 10 fermée en amont par un joint 32 qui entoure le tourillon 22 et qui est entouré par le tourillon 26. En cas de détérioration du joint 32, l'huile fuit vers l'amont de ce joint 32 pour être ensuite centrifugée et dirigée vers l'arrière du moteur, selon un chemin de fuite préférentiel repéré par F, pour finalement atteindre une région de collecte 33 voisine de la virole interne du carter d'échappement 19. L'huile peut également fuir via un autre 15 joint situé au voisinage du joint 32 en empruntant ce même chemin. Au cours de ce cheminement F, l'huile traverse d'abord le tourillon haute pression 26 au niveau de trous d'évacuation 34 prévus à cet effet, avant d'atteindre une jupe 36 d'une virole 37 qui est portée par le tourillon basse pression 22. L'huile longe une face interne de cette jupe 36 avant de traverser le tourillon basse pression 22 par des 20 trous d'évacuation longitudinaux traversants 39 qu'il comporte à cet effet. Lorsqu'elle chemine le long de la jupe 36, l'huile traverse en outre des trous 35 de la virole 37 situés entre la jupe 36 et une bague interne 40 de cette virole 37. Comme visible sur les figures, la jupe 36 comporte une extrémité libre qui entoure un élément d'étanchéité 25 de l'enceinte 31 et d'une manière analogue, la 25 bague interne 40 comporte une extrémité qui entoure un autre élément d'étanchéité repéré par 30 pour l'enceinte 31. Cette virole 37 constitue un élément d'usure, c'est-à-dire abradable qui glisse sur les éléments d'étanchéité 25 et 30, et devant être changée au cours de la vie du moteur. 3062688 7 Après avoir passé les trous d'évacuation 39, l'huile longe un flasque de révolution 41 s'étendant à l'intérieur du second disque 17 porté par le tourillon basse pression 22, pour ensuite atteindre la région 33. Comme visible sur les figures 1 et 2, durant tout ce cheminement F, 5 l'huile longe des faces internes de composants rotatifs dont les diamètres augmentent d'amont en aval, de sorte que c'est la centrifugation de l'huile qui permet de la conduire vers l'aval où est située la région de collecte 33. L'agencement d'assemblage du premier disque 14 avec la bride 23 intègre la fixation de la virole 37 en étant conçu pour assurer que de l'huile quittant la 10 face interne de la jupe 36 ne peut pas fuiter à travers la jonction du premier disque 14 avec la bride 23, avant de traverser le tourillon basse pression 23 par ses trous d'évacuation 39. Comme visible plus clairement sur la figure 3, la virole 37 comporte une couronne de fixation 42 qui est appliquée contre une face amont de la bride 23, en étant 15 enserrée entre une couronne interne 43 du disque 14 et cette bride 23. Le second disque 17 comporte quant à lui une couronne interne 44 qui est appliquée contre une face aval de la bride 23. L'ensemble est maintenu par une série de boulons longitudinaux 24 régulièrement répartis circonférentiellement le long de la bride 23, chaque boulon traversant la couronne interne 43 du premier disque 14, la couronne de fixation 42, la 20 bride 23, et la couronne interne 44 du second disque 17. Le tourillon 22 comporte un rebord circulaire 46 dépassant en amont, qui s'étend à l'intérieur par rapport à une face interne de révolution 47 de la couronne interne 43, et qui est orienté radialement vers l'axe longitudinal AX du moteur. Plus particulièrement, et comme visible sur la figure 4, ce rebord 46 est 25 porté par une base cylindrique 45, qui dépasse d'une face amont du tourillon radialement en deçà de la bride 23. Il prolonge cette base en une portion en forme de couronne 46 s'étendant selon un plan normal à l'axe longitudinal AX. Le rebord 46 délimite ainsi une poche annulaire intérieure du tourillon 22. 3062688 8 Complémentairement, la jupe de révolution 36 s'étend vers l'amont et vers l'aval en comportant une extrémité aval 48 qui est entourée par le rebord 46 et qui s'étend vers l'aval au-delà de ce rebord 46. Dans ces conditions, de l'huile qui suit le cheminement F en longeant la 5 face interne de la jupe 36 au cours de son déplacement par centrifugation vers l'aval du moteur, atteint la portion d'extrémité aval 48 de la jupe 36 après avoir passé longitudinalement la face amont de la bride 23. A ce stade, l'huile centrifugée quitte la portion d'extrémité aval 48 pour être piégée radialement à la face interne du rebord 46, de sorte qu'elle ne peut pas rejoindre la face amont de la bride 23. 10 A ce stade, l'huile prisonnière du rebord 46 continue sa progression vers l'aval du moteur en passant à travers les trous d'évacuation 39 qui sont situés radialement en vis-à-vis de la portion d'extrémité 48 de la jupe 37, et en vis-à-vis du rebord 46. Complémentairement, la portion d'extrémité 48 comprend 15 avantageusement une rigole circonférentielle 49 à sa face externe, située entre le rebord 46 et la face amont du tourillon 22. Cette rigole 49 assure que de l'huile présente à la terminaison de la portion d'extrémité 48 ne peut pas remonter en amont par la face externe de cette portion d'extrémité vers le rebord 46. En effet, dans une éventuelle progression vers l'amont, l'huile rencontre cette rigole 49, de sorte qu'elle ne peut la 20 franchir puisque ce franchissement impliquerait qu'elle se rapproche de l'axe AX, ce qui est contraire à la centrifugation qu'elle subit. Cette rigole constitue un accident de forme ou une arête qui empêche l'écoulement d'huile par capillarité. Comme il ressort des figures, en tant qu'élément d'usure, c'est-à-dire pouvant être changé au cours de la vie du moteur, la virole 37 est montée au moyen 25 d'une liaison unique par laquelle la bride est solidarisée conjointement au disque et à cette virole sans risque de passage d'huile. Par ailleurs, les trous d'évacuation 39 sont avantageusement inclinés pour s'écarter de l'axe longitudinal de l'amont vers l'aval, de façon à favoriser par centrifugation le passage de l'huile à travers le tourillon 22. 3062688 9 Comme représenté schématiquement sur la figure 5, chaque trou 39 est avantageusement agrandi radialement vers l'extérieur par une lunule 51 de façon à s'étendre dans le prolongement d'une face interne cylindrique de la base 45 portant le rebord 46 afin de favoriser encore l'évacuation d'huile. 5 Cette lunule 51 peut être réalisée par ré-usinage local des trous d'évacuation 39, avec une fraise boule déplacée dans le trou le long de sa portion la plus extérieure par rapport à l'axe longitudinal AX. 10 REVENDICATIONS1. Agencement d'assemblage d'un disque (14) de turbine à une bride (23) d'un tourillon (22) portant ce disque (14), le disque (14) comprenant une face interne de révolution (47) et étant fixé à un côté amont du tourillon (22), le tourillon (22) comprenant à son côté amont un rebord circulaire (46) dépassant radialement vers l'intérieur par rapport à la face interne de révolution (47) du disque (14), l'assemblage comprenant une virole (37) comportant une jupe de révolution (36) entourée par une couronne de fixation (42), la jupe de révolution (36) s'étendant longitudinalement de part et d'autre du rebord circulaire (46) en comportant une portion (48) entourée par ce rebord (46), et des boulons (24) traversant chacun longitudinalement le disque (14) ainsi que la couronne de fixation (42) et la bride (23). 2. Agencement selon la revendication 1, dans lequel la couronne de fixation (42) de la virole (37) est interposée entre le disque (14) et la bride (23). 3. Agencement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le tourillon (22) comporte des trous d'évacuation traversants (39) débouchant longitudinalement en vis-à-vis du rebord circulaire (46). 4. Agencement selon la revendication 3, dans lequel les trous traversants (39) sont inclinés pour s'écarter d'amont en aval d'un axe longitudinal (AX) du moteur. 5. Agencement selon la revendication 4, dans lequel les trous d'évacuation (39) du tourillon (22) comportent des lunules (51) pour étendre les faces internes de ces trous d'évacuation (39) radialement par rapport à l'axe longitudinal (AX) du moteur. 3062688 11 6. Agencement selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la jupe (36) comprend une portion d'extrémité (48) dépassant en aval du rebord circulaire (46) qui comporte une rigole circonférentielle externe (49). 5 7. Turbomachine comprenant un disque de turbine (14) porté par un tourillon (22) avec un agencement d'assemblage selon la revendication 1. 8. Turboréacteur comprenant une turbomachine selon la revendication 7. 10 9. Turboréacteur selon la revendication 8, comprenant un corps haute pression et un corps basse pression.