Brevet FR3085413A1 — publié le 20200306

ACCOUPLEMENT POUR TURBOMACHINE DE TYPE CURVIC AVEC VERROUILLAGE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le couplage de deux éléments rotatifs tels que des disques portant des aubages dans un moteur de type turbomachine, au moyen d'une liaison de type « curvic ». ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans un tel moteur, l'air extérieur est admis dans une manche d'entrée pour traverser une soufflante comportant une série de pales rotatives avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire traverse ensuite un compresseur haute pression avant d'arriver dans une chambre de combustion, après quoi il se détend en traversant successivement une turbine haute pression et une turbine basse pression avant d'être évacué après récupération d'énergie pour l'entrainement de la soufflante et en générant de la poussée. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l'arrière par la soufflante pour générer lui aussi une poussée. Pour permettre la récupération d'énergie, la turbine haute pression est liée en rotation avec le compresseur haute pression pour l'entraîner en rotation, et la soufflante est liée en rotation avec la turbine basse pression par laquelle elle est entraînée en rotation, l'essentiel de la poussée étant généré par la soufflante. Les parties de compresseur ou de turbine d'un tel moteur comportent le plus souvent plusieurs étages formés par des éléments rotatifs solidarisés en rotation les uns aux autres pour tourner autour d'un axe de rotation AX du moteur. Dans ce cadre, la figure 1 montre une turbine haute pression 1 comprenant une partie 2 incluant un premier étage 3 et un deuxième étage 4 en aval du premier étage par 2 rapport au sens de circulation du flux. Le premier étage 3 comporte un premier disque 6 portant une première série d'aubes 7, le deuxième étage comportant un deuxième disque 8 portant une deuxième série d'aubes 9. Un distributeur 11 formé d'une série d'aubes fixes 12 est interposé entre la première série d'aubes mobiles et la deuxième série d'aubes mobiles. Chaque disque comprend une ouverture centrale et porte des aubes à sa périphérie externe. Comme visible sur cette figure 1, le premier disque 6 est accolé au deuxième disque 8 le long de l'axe AX, et il est accouplé en rotation à ce premier disque par une liaison de type « curviccoupling », encore appelée crabot ou liaison à denture 10 trapézoïdale. La liaison des deux disques qui apparaît plus clairement sur les figures 2 et 3 comporte des premières dents trapézoïdales 13 portées par le premier disque 6 qui sont orientées vers le deuxième disque 8, et des deuxièmes dents trapézoïdales 14 portées par le second disque en étant orientées vers le premier disque 6. 15 Dans le cas des figures 2 et 3, le premier et le deuxième disque sont désaccouplés en étant espacés l'un de l'autre, ce qui permet de faire apparaître leurs dentures. Lorsque l'agencement est en service comme dans le cas de la figure 1, les disques sont accouplés du fait qu'ils sont appliqués l'un contre l'autre, les premières dents étant engagées avec les deuxièmes dents selon un assemblage de type créneau- 20 mortaise permettant de transférer un couple d'un disque vers l'autre. Le choix d'un accouplement par liaison curvic permet notamment aux disques de se centrer indépendamment l'un de l'autre autour de l'axe de rotation en cours de fonctionnement, tout en transférant efficacement un moment de forces d'un disque vers l'autre. Ce couplage permet également de faciliter l'assemblage et le désassemblage du 25 rotor dont font partie les disques qui le composent tout en ayant un encombrement limité. 3 Néanmoins, si l'un des disques perd l'une des aubes qu'il porte, les efforts axiaux auxquels il est soumis deviennent déséquilibrés, comme illustré schématiquement sur la figure 4. En pratique, le disque ayant perdu une ou plusieurs aubes tend alors à s'incliner par rapport à son orientation nominale, ce qui peut conduire à un désaccouplement des deux disques, illustré sur la figure 5. En cas de désaccouplement, le disque peut entrer dans un état de survitesse conduisant à son explosion et/ou sa sortie du moteur. Le but de l'invention est d'apporter une solution permettant d'éviter le désaccouplement d'une liaison interdisque de type curvic, notamment en cas de perte d'une aube. 10 EXPOSÉ DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un accouplement pour turbomachine entre un premier élément et un deuxième élément qui s'étendent autour d'un axe en étant engagés l'un dans l'autre le long de l'axe, chaque élément comprenant des dents qui s'étendent axialement pour être engagées dans une concavité respective de 15 l'autre élément, caractérisé en ce qu'il comporte moins un organe de blocage qui coopère avec des moyens de blocage portés par les dents des premiers et deuxièmes éléments pour bloquer axialement le premier élément par rapport au deuxième élément. Avec cette solution, le désaccouplement des premier et deuxième éléments est empêché dans la direction axiale, ce qui est notamment efficace pour éviter 20 des phénomènes de survitesse pouvant conduire à l'endommagement du rotor de la turbomachine en cas de séparation entre ces deux éléments en fonctionnement. De plus, l'encombrement des moyens de blocage est limité par le fait qu'ils sont au plus près des dentures d'accouplement. L'invention concerne également un accouplement ainsi défini, dans 25 lequel : - plusieurs dents du premier élément comportent chacune une première face de rétention; - plusieurs dents du deuxième élément comportent chacune une deuxième face de rétention; 4 - l'au moins un organe de blocage enserrant les premières et les deuxièmes faces de rétention pour bloquer axialement le premier élément par rapport au deuxième élément. L'invention concerne également un accouplement ainsi défini, dans lequel les premières faces de rétention sont tournées vers le premier élément et dans lequel les deuxièmes faces de rétention sont tournées vers le deuxième élément. L'invention concerne également un accouplement ainsi défini, dans lequel chaque face de rétention est formée par une protubérance prolongeant une dent et ayant une forme rectiligne d'orientation radiale dirigée vers l'axe de rotation. 10 L'invention concerne également un accouplement ainsi défini, comprenant un organe de blocage qui est un anneau fendu à section en U. L'invention concerne également un accouplement ainsi défini, dans lequel certaines dents sont dépourvues de protubérance. L'invention concerne également une turbine comprenant un 15 accouplement ainsi défini. L'invention a également pour objet une turbomachine comprenant une turbine ainsi définie. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 20 La figure 1 déjà décrite est une vue en coupe d'une portion de turbine haute pression connue ; La figure 2 déjà décrite est une vue en perspective d'une portion de liaison de type curvic connue ; La figure 3 déjà décrite est une vue schématique à plat d'une portion de 25 liaison de type curvic connue ; La figure 4 déjà décrite est une vue latérale montrant un déséquilibre de répartition d'efforts dans une liaison curvic connue en cas de perte d'une aube ; La figure 5 déjà décrite est une vue en perspective montrant un désaccouplement de liaison curvic connue ; 5 La figure 6 est une vue schématique à plat d'une portion de liaison curvic selon l'invention ; La figure 7 est une vue schématique en coupe d'une liaison curvic selon l'invention ; La figure 8 est une vue en perspective d'une portion de liaison curvic selon l'invention ; La figure 9 est une vue en perspective d'une moitié de liaison curvic selon l'invention. 10 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'idée à la base de l'invention est de tirer parti du chevauchement alterné des dentures de la liaison curvic pour maintenir un organe de blocage annulaire par des excroissances dépassant des dents radialement vers l'axe. 15 Sur la figure 6, une vue schématique à plat d'une portion d'une liaison 16 de type curvic selon l'invention assure l'accouplement d'un premier disque 17 avec un deuxième disque 18 qui tournent autour d'un axe AX en étant accolés l'un à l'autre le long de cet axe. Le premier disque 17 porte à l'une de ses faces une première denture 20 s'étendant selon une couronne centrée sur l'axe AX, cette première denture étant formée par des premières dents 19 trapézoïdales régulièrement espacées qui sont orientées vers le deuxième disque 18. Le deuxième disque 18 porte à l'une de ses faces une denture s'étendant selon une couronne centrée sur l'axe AX, cette deuxième denture étant 25 formée par des deuxièmes dents 21 trapézoïdales régulièrement espacées et orientées vers le premier disque 17. Chaque dent 19 du premier disque 17 comporte un profil principal trapézoïdal 19a orienté axialement et dirigé vers le deuxième disque, et une protubérance 19b qui dépasse de ce profil principal 19a en s'étendant vers l'axe AX. De la 6 même manière, chaque dent 21 du deuxième disque 18 comporte un profil principal trapézoïdal 21a orienté axialement et dirigé vers le premier disque, et une protubérance 21b qui dépasse de ce profilé principal en s'étendant vers l'axe AX. L'accouplement en rotation du premier disque 17 avec le deuxième disque 18 est assuré par emboîtement des profils principaux 19a, 21a les uns avec les autres qui constituent les dents proprement dites, et par l'intermédiaire desquels un couple est transféré d'un disque vers l'autre lorsque l'ensemble est en service. Chaque dent est ainsi engagée dans une concavité délimitée par l'intervalle séparant deux dents consécutives de l'autre disque. 10 Chaque première protubérance 19b définit un profil trapézoïdal 19a d'une première dent 19 appartenant au premier disque et qui est orientée vers l'axe AX, une face interne cylindrique 22 étant commune aux premières dents 19. De manière analogue, chaque deuxième protubérance 21b définit un profil trapézoïdal 21a d'une 15 deuxième dent 21 appartenant au deuxième disque et qui est orientée vers l'axe AX, une face interne cylindrique 23 étant commune aux deuxièmes dents 21. Comme visible sur les figures 6 et 7, chaque première protubérance 19b forme une première face de rétention 19c tournée vers le premier disque 17, et de façon analogue chaque deuxième protubérance 21b forme une deuxième face de rétention 21c 20 tournée vers le deuxième disque 18. Les premières faces de rétention 19c et les deuxièmes faces de rétention 21c sont disposées de façon alternée de part et d'autre d'un plan médian PM normal à l'axe AX. Ce plan médian PM correspond au plan moyen de l'accouplement : le premier disque 17 est situé essentiellement d'un premier côté Cl du plan PM, et le 25 deuxième disque est situé essentiellement d'un deuxième côté C2 du plan PM, opposé au premier côté Cl. Les faces 19c s'étendent toutes dans une région située du premier côté Cl et les faces 21c s'étendent toutes dans une région située du deuxième côté C2. Les premiers profils trapézoïdaux traversent le plan médian PM, de sorte que les premières faces de rétention 19c s'étendent du premier côté Cl. Et de 7 manière analogue, les deuxièmes profils trapézoïdaux 21a traversent le plan médian PM, de sorte que les deuxièmes faces de rétention 21c s'étendent du deuxième côté C2. Les premières protubérances 19b sont espacées des deuxièmes protubérances 21b le long de l'axe AX, pour délimiter conjointement un rebord circonférentiel radialement interne dépassant des faces cylindriques internes 22 et 23, pour recevoir un organe de blocage 24 qui est ici un anneau de blocage qui les enserre pour verrouiller la liaison. Comme visible notamment sur les figures 8 et 9, chaque première 10 protubérance 19b a une forme rectiligne et s'étend radialement vers l'axe AX, et de manière analogue chaque deuxième protubérance 21b a une forme rectiligne et s'étend radialement vers l'axe AX. Lorsque l'ensemble est monté, comme représenté sur les figures 6 à 9, l'anneau 24 enserre le rebord annulaire formé par les premières et les deuxièmes 15 protubérances disposées le long du plan médian PM en prenant appui sur les faces de rétention 19c et 21c qui forment les faces axiales de ce rebord circulaire. Comme visible sur la figure 7, l'anneau 24 présente en section une forme correspondant à la lettre U : il constitue un rail ouvert du côté de sa périphérie externe pour chevaucher le rebord formé par les premières et les deuxièmes 20 protubérances lorsqu'il est en place, afin de les enserrer axialement. La largeur de ce rail le long de l'axe AX correspond à l'épaisseur du rebord interne formé par les protubérances selon l'axe AX. L'anneau 24 entoure ainsi axialement les premières faces de rétention 19c et les deuxièmes faces de rétention 21c pour les bloquer les unes par rapport aux 25 autres le long de l'axe AX, de sorte qu'il forme avec celles-ci un verrouillage s'opposant à tout écartement du premier disque par rapport au deuxième disque. L'anneau 24 est également bloqué radialement par les faces radialement internes des premières et deuxièmes protubérances contre lesquelles il est en appui et qui s'opposent à l'expansion radiale de cet anneau 24 par effet centrifuge, et il est bloqué longitudinalement par les faces de rétention 19c, 21c qu'il chevauche. 8 L'ensemble constitué par l'anneau 24 et les protubérances 19b, 21b forme ainsi un verrouillage stable de la liaison curvic qui interdit le désengagement axial de celle-ci, tout en étant démontable par exemple pour une opération de maintenance ou de montage du moteur. Dans l'exemple des figures, chaque dent est pourvue d'une protubérance, mais seulement une partie des dents peuvent être pourvues de telles protubérances, par exemple une dent sur deux ou une dent sur trois. En pratique, la liaison comporte un minimum de trois premières protubérances prolongeant trois 10 premières dents et de trois deuxièmes protubérances prolongeant trois deuxièmes dents. Une fois que le premier disque 17 a été rapporté contre le deuxième disque 18, pour engager la première denture avec la deuxième denture, un opérateur engage une extrémité de l'anneau fendu 24 sur les protubérances 19b, 21b, et il pousse cet anneau radialement sur celles-ci jusqu'à ce qu'il les chevauche sur toute sa 15 circonférence. Dans l'exemple de la figure 9, l'organe de blocage 24 a une forme générale d'anneau fendu à section en U, comprenant une première extrémité 26 et une deuxième extrémité 27 faiblement distantes l'une de l'autre. L'anneau 24 est avantageusement fabriqué dans un matériau 20 présentant une flexibilité appropriée pour permettre à un opérateur de le resserrer et de le déployer radialement de manière à l'engager sur les protubérances. Dans l'exemple des figures l'organe de blocage est un anneau unique qui chevauche toutes les protubérances. La liaison selon l'invention peut également être 25 bloquée par plusieurs organes de blocage venant chacun enserrer plusieurs premières et deuxièmes faces de rétention. Ces organes de blocage sont alors situés circonférentiellement les uns à la suite des autres, en étant maintenus par l'enserrement qu'ils exercent sur les protubérances et par effet centrifuge lorsque le moteur tourne. Ces organes de blocage 30 peuvent se présenter sous forme de deux ou plusieurs sections d'anneau 9 complémentaires dont les extrémités sont jointives ou espacées les unes des autres lorsqu'ils sont en place pour bloquer l'accouplement. Le fait d'utiliser un ou plusieurs organes de blocage formant globalement un anneau enserrant axialement les protubérances assure que les disques conservent la possibilité de se centrer indépendamment l'un de l'autre sur l'axe AX, tout en garantissant qu'ils REVENDICATIONS1. Accouplement pour turbomachine entre un premier élément (17) et un deuxième élément (18) qui s'étendent autour d'un axe (AX) en étant engagés l'un dans l'autre le long de l'axe (AX), chaque élément (17, 18) comprenant des dents (19, 21) qui s'étendent axialement pour être engagées dans une concavité respective de l'autre élément, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un organe de blocage (24) qui coopère avec des moyens de blocage portés par les dents (19, 21) des premiers et deuxièmes éléments (17, 18) pour bloquer axialement le premier élément (17) par rapport au deuxième élément (18). 10 2. Accouplement selon la revendication 1, dans lequel : - plusieurs dents (19) du premier élément (17) comportent chacune une première face de rétention (19c); - plusieurs dents (21) du deuxième élément (18) comportent chacune 15 une deuxième face de rétention (21c); - l'au moins un organe de blocage (24) enserrant les premières et les deuxièmes faces de rétention (19c, 21c) pour bloquer axialement le premier élément (17) par rapport au deuxième élément (18). 20 3. Accouplement selon la revendication 2, dans lequel les premières faces de rétention (19c) sont tournées vers le premier élément (17) et dans lequel les deuxièmes faces de rétention (21c) sont tournées vers le deuxième élément (18). 4. Accouplement selon la revendication 2, dans lequel chaque face de 25 rétention (19c, 21c) est formée par une protubérance (19b, 21b) prolongeant une dent et ayant une forme rectiligne d'orientation radiale dirigée vers l'axe de rotation (AX). 5. Accouplement selon la revendication 2, comprenant un organe de blocage (24) qui est un anneau fendu à section en U. 11 6. Accouplement selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel certaines dents (19, 21) sont dépourvues de protubérance. 7. Turbine comprenant un accouplement selon l'une des revendications précédentes. 8. Turbomachine comprenant une turbine selon la revendication 7.10