Brevet FR3071313A1 — publié le 20190322

COLLIER AMOVIBLE POUR IDENTIFIER UN BALOURD D'UN ARBRE ROTATIF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne l'équilibrage d'un arbre rotatif d'une turbomachine d'un moteur d'aéronef tel qu'un turboréacteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un moteur de type turboréacteur comporte une manche d'entrée dans laquelle est admis l'air pour être aspiré par une soufflante avant d'être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire traverse ensuite un compresseur situé après la soufflante, alors que le flux secondaire est propulsé vers l'arrière pour directement générer une poussée. Le flux primaire traverse ensuite un compresseur haute pression, puis une chambre de combustion avant d'être détendu dans une turbine haute pression et dans une turbine basse pression, afin d'entrainer le compresseur et la soufflante, et avant d'être expulsé vers l'arrière pour générer une poussée. Un arbre central ou rotor du moteur porte les éléments aubes de la soufflante, du compresseur et de la turbine, qui forment le long du rotor des balourds devant être équilibrés afin de réduire la flèche et les vibrations de l'arbre en service. Dans ce cadre, l'arbre comporte un ou plusieurs cordons d'équilibrage, c'est-à-dire des surépaisseurs annulaires, destinés à être usiné localement pour créer un balourd correctif permettant de réduire le balourd de l'arbre. L'identification d'un balourd consiste à mettre en rotation le rotor sur un banc d'essai qui permet d'identifier l'existence d'un balourd et d'estimer sa position angulaire autour de l'arbre, au niveau du cordon considéré. Un collier d'équilibrage est alors monté autour de ce cordon, ce collier comprenant deux demi-colliers pourvus à leurs extrémités de moyens de solidarisation et de serrage de l'un à l'autre. Une ou plusieurs masselottes sont ensuite fixées à ce collier aux positions estimées avec le banc d'essai. 2 L'arbre est alors à nouveau mis en rotation pour déterminer si un balourd est encore présent, auquel cas les positions et masses des masselottes sont modifiées, jusqu'à ce que le banc ne détecte plus de balourd. Cette démarche peut nécessiter un nombre important d'itérations. 5 Lorsque le balourd a été complètement identifié, c'est-à-dire lorsque sa position angulaire et sa masse sont déterminés, le collier d'équilibrage est retiré, et le cordon est usiné à cent-quatre-vingt degrés de la position angulaire de ce balourd pour en retirer une masse correspondant à celle de la masselotte. En pratique le cordon a un diamètre pouvant varier dans ses tolérances 10 de fabrication, alors qu'on recherche une très bonne concentricité du collier avec le cordon, pour ne pas introduire de balourd supplémentaire faussant l'opération. Ceci implique de prévoir plusieurs colliers ayant des diamètres proches, afin de choisir pour chaque cordon le collier ayant le diamètre approprié. Ceci évite de blesser la face externe du cordon, mais augmente significativement la complexité et la 15 durée nécessaire pour identifier le balourd. Le but de l'invention est d'apporter une solution permettant de remédier à cet inconvénient. EXPOSÉ DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne un collier d'équilibrage amovible 20 destiné à enserrer un arbre rotatif pour identifier et/ou corriger un balourd de cet arbre, ce collier comprenant deux demi-colliers se serrant l'un à l'autre par leurs extrémités, ces deux demi-colliers comportant des faces internes pourvues de portions d'appui qui sont distinctes et agencées pour assurer un appui isostatique du collier sur l'arbre ou sur un cordon d'équilibrage de cet arbre. 25 Avec cet agencement, le collier peut être serré sans risque d'endommager la surface du cordon qu'il entoure, tout en étant utilisable sur plusieurs diamètres de cordons proches. L'invention concerne également un collier ainsi défini, comprenant trois portions d'appui distinctes portées par les faces internes. 3 L'invention concerne également un collier ainsi défini, dans lequel les trois portions d'appui sont réparties deux à deux autour d'un axe de révolution ou de symétrie du collier en étant espacées les unes des autres d'angles inférieurs à cent-cinquante degrés. 5 L'invention concerne également un collier ainsi défini, comprenant une portion d'appui portée par l'un des demi-colliers, et deux portions d'appui portées par l'autre demi-collier. L'invention concerne également un collier ainsi défini, comprenant des portions d'appui ayant des faces de contact planes. 10 L'invention concerne également un collier ainsi défini, comprenant des portions d'appui ayant des faces de contact incurvées selon un diamètre supérieur au diamètre externe de l'arbre. L'invention concerne également un collier ainsi défini, dont au moins les portions d'appui sont fabriquées dans un matériau ayant une dureté Brinnell inférieure à 15 la dureté Brinnell de l'arbre. L'invention concerne également un collier ainsi défini, comprenant des trous taraudés d'orientation radiale par rapport à un axe de révolution ou de symétrie du collier, chaque trou taraudés débouchant dans une face externe du demi-collier dans lequel il est formé, pour recevoir chacun une masselotte d'équilibrage. 20 L'invention concerne également un collier ainsi défini, dans lequel les trous taraudés sont des trous borgnes. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 25 La figure 1 est une vue d'ensemble d'un arbre comportant un cordon d'équilibrage ; La figure 2 est une vue d'ensemble d'un arbre comportant un cordon d'équilibrage enserré par un collier selon l'invention ; La figure 3 est une vue d'ensemble d'un premier demi-collier du collier selon l'invention ; 4 La figure 4 est une vue d'ensemble d'un second demi-collier du collier selon l'invention ; La figure 5 est une vue d'ensemble montrant les deux demi-colliers réunis pour constituer le collier selon l'invention ; 5 La figure 6 est une vue en coupe transversale montrant des portions d'appui planes du collier selon l'invention enserrant un cordon d'équilibrage ; La figure 7 est une vue en coupe transversale montrant des portions d'appui incurvées du collier selon l'invention enserrant un cordon d'équilibrage ; La figure 8 est une vue en coupe transversale du collier selon l'invention 10 enserrant un cordon d'équilibrage d'un arbre rotatif ; La figure 9 est une vue transversale du collier selon l'invention enserrant un cordon d'équilibrage d'un arbre rotatif. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 15 Sur la figure 1, une portion d'arbre creux 1 s'étendant selon une direction AX est pourvue d'un cordon d'équilibrage 2, se présentant sous forme d'une surépaisseur annulaire localisée, et qui est destiné à recevoir le collier d'équilibrage selon l'invention 3 comme représenté sur la figure 2. Ce collier d'équilibrage 3 comporte un premier demi-collier 4 et un 20 second demi-collier 6, qui sont fixés et serrés l'un à l'autre par leurs extrémités. Comme visible sur la figure 3, le premier demi-collier 4 a une forme de bras en arc de cercle comprenant une extrémité d'articulation simple 7 et une extrémité de serrage 8. De manière analogue, et comme visible sur la figure 4, le second demi-collier 6 a une forme en arc de cercle s'étendant entre une extrémité d'articulation 9 qui a ici une forme de 25 chape, et une extrémité de serrage 11. Les deux demi-colliers 4 et 6 sont solidarisés l'un à l'autre par leurs extrémités d'articulation 7 et 9, l'extrémité 7 comportant un perçage 12 étant engagée entre les ailes de la chape formant l'extrémité 9 comportant chacune un perçage 13, 14. L'ensemble reçoit un axe 16 traversant les trous 12-14 pour solidariser les extrémités 5 l'une à l'autre tout en leur permettant de pivoter l'une par rapport à l'autre, afin de former une charnière réunissant les demi-colliers. Lorsque les deux demi-colliers assemblés par l'axe 16 sont rabattus l'un vers l'autre, comme sur la figure 5, leurs extrémité de serrage 8 et 11 qui sont pourvues 5 de trous repérés respectivement par 17, 18 sur les figures 3 et 4 sont situées en vis-à-vis l'une de l'autre, pour être traversées toutes deux par un boulon de serrage 19. Dans cette situation, les deux demi-colliers 4, 6 délimitent conjointement une forme circulaire s'étendant autour d'un axe de révolution AX. L'axe 16 s'étend parallèlement à l'axe AX, alors que le boulon 19 qui traverse des perçages 17, 18 est orienté perpendiculairement à 10 cet axe AX. Le premier demi-collier 4 comporte une face interne hémicylindrique 20 qui est pourvue d'une portion d'appui 21 située au niveau de sa partie centrale, c'est-à-dire à mi-distance entre ses extrémités 7 et 8. Le second demi-collier 6 comporte lui aussi une face interne hémicylindrique 22 pourvue de deux portions d'appui 23, 24 espacées 15 l'une de l'autre le long de cette surface 22. Le premier demi-collier 4 et le second demi- collier 6 comporte également chacun une face externe hémicylindrique, ces faces externes étant repérées respectivement par 24 et 26 sur la figure 5. Chaque portion d'appui 21, 23, 24 peut présenter une face de contact plane comme c'est le cas sur la figure 6, ce qui permet d'exercer un appui sur le cordon 20 d'équilibrage 2 sans risque de blesser sa surface. Les faces de contact des portions d'appui 21, 23, 24 peuvent aussi être prévues incurvées, selon un diamètre de courbure supérieur à celui du cordon d'équilibrage 2, comme illustré sur la figure 7. Ceci permet d'étendre la zone de contact pour homogénéiser la contrainte sans risque de blesser la face externe du cordon d'appui. 25 Dans l'exemple des figures qui correspond à un mode de réalisation préféré, les portions d'appui sont au nombre de trois, mais il est envisageable de prévoir un nombre différent de portions d'appui. Avantageusement, le collier, et en particulier ses portions d'appui, est formé dans un matériau moins dur que le cordon d'équilibrage. Par exemple, pour un 6 arbre en acier, les demi-colliers sont fabriqués en aluminium, de telle manière que la dureté Brinell des portions d'appui soit inférieure à celle du cordon d'équilibrage. Comme visible sur les figures 6 à 9, les deux portions d'appui 23 et 24 sont espacées de quatre-vingt-dix degrés l'une de l'autre autour de l'axe AX, et elles sont 5 espacées chacune de cent-trente-cinq degrés de la portion 21, ce qui assure un appui isostatique du collier sur la face externe du cordon d'équilibrage lorsque ce collier est en place. D'une manière générale, le plus grand des trois angles séparant les portions 21, 23 et 24 est choisi pour être inférieur à cent-cinquante degrés, de manière à 10 obtenir une répartition des efforts d'appui la plus homogène. Le montage du collier d'équilibrage sur un cordon d'équilibrage consiste ainsi à ouvrir les demi-colliers 4 et 6 en les faisant pivoter autour de l'axe 16 pour les refermer autour du cordon pour placer ses extrémités 8 et 11 en vis-à-vis l'une de l'autre. A ce stade, l'opérateur engage une vis de serrage dans les trous 17 et 19, pour ensuite 15 visser un écrou à l'extrémité libre de cette vis en place, de manière à constituer le boulon 19. L'opérateur procède alors au serrage du collier en serrant ce boulon 19. Lorsque le collier est monté sur un cordon d'équilibrage de diamètre trop important, du fait que seules les portions 21, 23, 24 constituent par leur nombre et leurs disposition un appui isostatique, les demi-colliers peuvent être serrées grâce au 20 boulon 19 traversant leurs extrémités 8 et 11, sans risque de détériorer la face externe du cordon. Grâce à l'appui isostatique offert par les portions 21, 23 et 24, les efforts presseurs exercés par ces trois portions sur la face externe du cordon dépend directement et uniquement de l'effort de serrage exercé par le boulon 19. Autrement dit, 25 calibrer le serrage du boulon 19 permet d'assurer que le collier est serré de manière suffisante pour assurer un maintien ferme mais sans risque de dégradation de la surface externe du collier. Une fois que le collier est monté et serré, il peut recevoir une ou plusieurs masselottes pour identifier la position et la masse du balourd de l'arbre et/ou 30 de l'ensemble rotatif porté par cet arbre. 7 A cet effet, le collier comporte une série de huit trous taraudés régulièrement répartis autour de son axe de révolution AX et qui débouchent dans sa face externe. Le premier demi-collier 4 est pourvu de quatre trous taraudés 27 espacés les uns des autres de quarante-cinq degrés, le premier et le dernier de ces quatre trous 27 sont 5 espacé respectivement de l'extrémité 7 et de l'extrémité 8 d'un angle correspondant à la moitié de quarante-cinq degrés. De manière analogue, le second demi-collier 6 comporte quatre autres trous taraudés 28 espacés de quarante-cinq degrés, le premier et le dernier de ces quatre trous 28 sont espacé respectivement de l'extrémité 9 et de l'extrémité 11 d'un angle correspondant à la moitié de quarante-cinq degrés. 10 Comme visible plus particulièrement sur la figure 7, chacun des trous taraudés 27, 28 est un trou taraudé borgne d'orientation radiale par rapport à l'axe AX, et qui débouche dans la face externe, afin de recevoir une vis de maintien d'une masselotte. Ces trous sont prévus borgnes pour assurer qu'un serrage trop important d'une vis portant une masselotte ne risque pas de dégrade la surface externe du cordon 2. 15 Par ailleurs, comme visible sur les figures 5 et 8, chaque demi-collier comporte entre chaque paire de trous consécutifs un évidement qui débouche dans sa face externe, et qui permet de limiter la masse du collier, tout en permettant qu'il présente une section transversale étendue pour lui conférer une rigidité élevée. Ainsi, lors du processus d'équilibrage, en se basant sur une position 20 angulaire estimée du balourd autour de l'axe AX, l'opérateur fixe par simple vissage une masselotte à l'opposé de cette position estimée c'est-à-dire à cent-quatre-vingt degrés de celle-ci autour de l'axe AX. En procédant le cas échéant en plusieurs itérations au cours desquelles il modifie la masse de la masselotte et éventuellement sa position, l'opérateur finit par 25 identifier précisément la masse du balourd de l'arbre et sa position angulaire, sans démontage et remontage du collier sur l'arbre au cours du processus. Lorsque l'identification est terminée, le collier peut être retiré pour usiner le cordon d'équilibrage 2 de manière à en retirer une masse correspondant à celle de la masselotte, à une position opposée à celle-ci autour de l'axe AX. 30 8 D'une manière générale, l'invention permet d'améliorer le centrage du collier sur l'arbre grâce aux trois portions d'appui à cent-vingt degrés, pour assurer que le collier d'équilibrage ne risque pas d'ajouter un balourd supplémentaire perturbant l'opération d'équilibrage. L'invention permet également de rendre le collier adaptable à 5 plusieurs diamètres proches, et de limiter le risque de dégrader la face externe du cordon d'équilibrage REVENDICATIONS1. Collier d'équilibrage amovible (3) destiné à enserrer un arbre rotatif (1) pour identifier et/ou corriger un balourd de cet arbre (1), ce collier (3) comprenant deux demi-colliers (4, 6) se serrant l'un à l'autre par leurs extrémités (7, 9, 8, 11), ces deux demi-colliers (4, 6) comportant des faces internes (20, 22) pourvues de portions d'appui (21, 23, 24) qui sont distinctes et agencées pour assurer un appui isostatique du collier (3) sur l'arbre ou sur un cordon d'équilibrage (2) de cet arbre. 2. Collier selon la revendication 1, comprenant trois portions d'appui distinctes (21, 23, 24) portées par les faces internes (20, 22). 3. Collier selon la revendication 2, dans lequel les trois portions d'appui (21, 23, 24) sont réparties deux à deux autour d'un axe (AX) de révolution ou de symétrie du collier (3) en étant espacées les unes des autres d'angles inférieurs à cent-cinquante degrés. 4. Collier selon la revendication 3, comprenant une portion d'appui (21) portée par l'un des demi-colliers (4), et deux portions d'appui (23, 24) portées par l'autre demi-collier (6). 5. Collier selon l'une des revendications précédentes, comprenant des portions d'appui (21, 23, 24) ayant des faces de contact planes. 6. Collier selon l'une des revendications précédentes, comprenant des portions d'appui (21, 23, 24) ayant des faces de contact incurvées selon un diamètre supérieur au diamètre externe de l'arbre. 10 7. Collier selon l'une des revendications précédentes, dont au moins les portions d'appui (21, 23, 24) sont fabriquées dans un matériau ayant une dureté Brinnell inférieure à la dureté Brinnell du cordon de l'arbre. 5 8. Collier selon l'une des revendications précédentes, comprenant des trous taraudés (27, 28) d'orientation radiale par rapport à un axe (AX) de révolution ou de symétrie du collier, chaque trou taraudés (27, 28) débouchant dans une face externe (25, 26) du demi-collier (4, 6) dans lequel il est formé, pour recevoir chacun une masselotte d'équilibrage. 10 9. Collier selon la revendication 8, dans lequel les trous taraudés (27, 28) sont des trous borgnes.