Brevet FR3090052A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Assemblage à pièces vissées auto-freinantes Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne un assemblage comprenant des pièces vissées de fixation verrouillées. [0002] Un tel agencement peut être appliqué notamment à la fixation de deux carters de turbines d'une turbomachine à gaz pour aéronef, par des brides aboutées. Etat de la technique antérieure [0003] L'assemblage doit être maintenu avec une force de serrage suffisante pour se prémunir contre un desserrage accidentel dû par exemple à des vibrations en service. On peut utiliser des outils dynamométriques pour appliquer des couples de vissage définis à l'avance. Des clés de verrouillage peuvent aussi être ajoutées pour interdire une rotation de desserrage. Une clé de verrouillage est une pièce qui, dans sa réalisation la plus générale, est au contact d'une dite pièce vissée de fixation de manière à la bloquer une fois qu'elle a été mise en place. [0004] Dans une réalisation connue, des goujons vissés de fixation comportent des portions à section polygonale, hexagonale par exemple, et les clés sont en forme de plaquette comprenant au moins une empreinte de section également hexagonale qu'on enfile sur au moins un goujon avant d'installer l'écrou de serrage. Le goujon retient les deux extrémités de la clé en l'empêchant donc de tourner, et la clé retient le goujon. [0005] Ainsi à partir de FR 3039230, connaît-on déjà un dit assemblage comprenant : - plusieurs pièces vissées de fixation (en l'espèce des goujons) qui sont vissé(e)s suivant des axes (X1) parallèles entre eux, - une première bride et une seconde bride respectivement d'un premier élément et d'un second élément d'une turbomachine d'aéronef, les première et seconde brides étant traversées axialement par les pièces vissées de fixation, - des premiers écrous solidaires chacun de la première bride et dans chacun desquels est vissée axialement une première extrémité des pièces vissées de fixation, respectivement, - des seconds écrous vissés axialement et respectivement autour des pièces vissées de fixation, et - au moins une clé de verrouillage s'opposant au dévissage des pièces vissées, en particulier les seconds écrous. [0006] Un inconvénient de nombre de solutions est qu'il est problématique d'appliquer le couple de serrage sans risquer d'endommager certaines parties de l'assemblage comme la clé ou une bride. Un autre risque est que, si le vissage des goujons dans les écrous 2 prisonniers est excessif, les écrous peuvent être endommagés. Certaines solutions sont en outre coûteuses (solution spécifique à goujon) et longues à installer (la solution de FR 3039230 impose par exemple un empilage important de pièces : entretoises, typiquement 85/90 goujons spécifiques, autant de clés de verrouillage._ précaution vis-à-vis de la partie élargie du goujon). [0007] En outre, dans l'état de la technique, le goujon présente typiquement une forme com- plémentaire de celle de la clé ce qui implique une forme particulière de l'assemblage et l'impossibilité d'utiliser des pièces standards. Résumé de l'invention [0008] En tant que solution à une partie au moins des problèmes précités, l'invention propose que l'assemblage présenté en référence à FR 3039230 soit en outre tel: - que les pièces vissées de fixation comprennent des vis venant serrer axialcment ladite au moins une clé de verrouillage entre une tête élargie et le premier écrou, - que, radialement auxdits axes (X1), les seconds écrous soient disposés à l'intérieur de ladite au moins une clé de verrouillage, laquelle s'oppose à leur(s) rotation(s) par rapport à elle, par coopération de formes venant en contact. [0009] Par vis, une dite vis vient, dans l'ordre, serrer la clé de verrouillage, la seconde bride, et la première bride. N'intervenant pas pour serrer l'ensemble, le second écrou sert donc, par contre, à empêcher le desserrage de la vis. [0010] Des gains économiques, de maintenance, de robustesse au freinage des vis, et une réduction du nombre de pièces sont attendus. [0011] A toutes fins, il est précisé : - que vis a pour sens organe mécanique comportant une tige filetée et une tête. La vis est le composant mâle d'un système vis/écrou et n'est filetée qu'à son extrémité opposée à sa tête qui sert à la manoeuvrer: tête fendue pour insérer un tournevis et/ou tête à pans, par exemple polygonaux, pour engager une clé, - que goujon a pour sens goujon vissé ; il est fileté à ses deux extrémités. Les deux parties filetées du goujon sont séparées par un tronçon lisse (non fileté). [0012] Bien que d'autres zones de la turbomachine en cause puissent être concernées, lesdits premier et second éléments de cette turbomachine dans l'assemblage précité pourront en particulier être des carters de turbines assemblés fun à l'autre par lesdites brides. [0013] Concernant les écrous, lesdits seconds écrous seront favorablement des écrous auto- freinés, avec alors les avantages inhérents à ce type d'écrous. [0014] Parmi les écrous auto-freinés, on peut citer ceux tout métal, qui fonctionnent sur le principe de déformation des filets lors du montage. Cette déformation peut se faire principalement de manière radiale (écrou ovalisé, écrou MHT) ou axiale (écrou simple fente, écrou double fente). L'écrou à simple fente présente une fente radiale et une dé- 3 formation axiale. Assemblé (vissé) avec une vis, il génère un frottement dans les filets qui empêche l'écrou de se desserrer. Le couple de freinage de ces écrous, au vissage est très supérieur au couple de frottement résiduel d'un écrou classique, et au dévissage, cc couple est de 20 % du couple de freinage au vissage. Pour la grande majorité d'entre eux, ces écrous ont un sens de montage à respecter. Les écrous auto-freinés à anneaux non métalliques possèdent une bague en polyamide sertie à l'extrémité du filetage de l'écrou. [0015] Comme dans la solution de FR 3039230, et quand bien même la clé de verrouillage n'est, dans la solution de l'invention, pas serrée par le second écrou, on peut prévoir une dite clé par second écrou. Un avantage est que si problème il y a il peut être localisé à l'endroit d'une seule dite clé de verrouillage. [0016] Notamment dans ce cas, on pourra trouver avantage à ce que la ou chaque clé de ver- rouillage comprenne : - un corps principal traversé par ladite forme venant en contact par coopération de formes avec le second écrou, - au moins une première portion qui prolongera le corps principal en s'étendant au-delà d'une bordure de ladite seconde bride dans une direction radiale à l'axe de la vis, et - au moins une seconde portion qui prolongera ladite au moins une première portion et sera saillante à elle et au corps principal, de façon à crocheter ladite bordure. [0017] Une alternative économique et permettant de faciliter les interventions et de les sécuriser, en bloquant les pièces vissées de fixation par groupes, propose que ladite clé de verrouillage comprenne plusieurs secteurs de couronne autour d'un axe X longitudinal de la turbomachine, a priori circonférentiellement aboutés : - présentant chacun plusieurs dites formes s'opposant à la rotation des seconds écrous qui les traversent, et - formant ensemble une couronne autour dudit axe X (qui est parallèle auxdits axes X1 et commun aux premier et second éléments de turbomachine d'aéronef). [0018] Pour poursuivre dans ce sens, il est proposé que chaque forme de ladite clé de ver- rouillage associée à la pièce vissée de fixation correspondante présente, radialement vers l'extérieur, un fond arrondi, avec une facilité de fabrication à la clé. [0019] Autre proposition de sécurité : que, pour ladite coopération de formes, les seconds écrous présentent des faces ou pans (plans ou non) dont certains sont engagés avec des pentes (planes ou non) d'un fond à pentes que présenteront les formes de ladite clé de verrouillage, radialement vers l'extérieur. [0020] Il est aussi prévu que l'assemblage, au moins dans sa définition précitée la plus générale, puisse comprendre en outre, pour une dite pièce vissée de fixation, un support d'équipement (tel qu'un dispositif de refroidissement de type LPTACC), ledit support étant interposé et serré axialement entre la tête élargie précitée et la clé de verrouillage. [0021] Par ailleurs, une autre proposition prévoit que ledit support d'équipement puisse être en plusieurs parties (notamment circonférentiellement), chacune monobloc avec un dit secteur de couronne. [0022] On pourrait ainsi disposer de pièces en moins grand nombre et multifonctions ; on devrait pouvoir réduire les temps d'intervention. [0023] L'invention sera maintenant décrite dans ses différents aspects, caractéristiques et avantages en liaison avec les figures jointes où: [0024] Brève description des figures [Fig. 1] schématise une turbomachine à gaz aéronef conventionnelle, en coupe longitudinale (axe X qui est l'axe autour duquel tourne le rotor), [Fig. 2] schématise le détail II de la figure 1, dans une solution de l'art antérieur, [Fig. 3] schématise une alternative à la zone marquée III figure 2, dans une autre solution de l'art antérieur, [Fig. 4] représente en perspective une partie circonférentielle d'un assemblage installé, comprenant une succession de montages comme ceux de la figure 3, [Fig. 5] et [Fig. 6] montrent la clé de verrouillage de la figure 3, [Fig. 7] schématise une alternative à la zone marquée III figure 2 et à celle de la figure 3, dans une solution conforme à l'invention, [Fig. 8] et [Fig. 9] montrent en perspective des variantes de clés de verrouillage conformes à l'invention, [Fig. 10] schématise une autre alternative à la solution conforme à l'invention de la figure 7. Description détaillée de l'invention [0025] La figure 1 représente une turbomachine 1 à gaz pour aéronef, ici à double flux et à double corps. L'axe de la turbomachine est référencé X et correspond à l'axe de rotation des parties tournantes. Dans ce qui suit, les termes axial et radial sont définis par rapport à l'axe X. [0026] La turbomachine 1 comporte, de l'amont vers l'aval dans le sens d'écoulement des gaz (flèches 8,10), une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. [0027] L'air issu de la soufflante 2 est divisé en un flux primaire 8 s'écoulant dans une veine annulaire primaire 9, et un flux secondaire 10 s'écoulant dans une veine annulaire secondaire 11 entourant la veine annulaire primaire 9. [0028] C'est dans la veine primaire 9 qu'opèrent le compresseur basse pression 3, le com- presseur haute pression 4, la chambre de combustion 5, la turbine haute pression 6 et la turbine basse pression 7. [0029] Le rotor de la turbine haute pression 6 et le rotor du compresseur haute pression 4 sont couplés en rotation par l'intermédiaire d'un premier arbre 12 de manière à former un corps haute pression. [0030] Le rotor de la turbine basse pression 7 et le rotor du compresseur basse pression 3 sont couplés en rotation par l'intermédiaire d'un second arbre 13 de manière à former un corps basse pression, la soufflante 2 pouvant être reliée directement au rotor du compresseur basse pression 3 ou bien par r intermédiaire d'un train d'engrenage épi-cycloïdal par exemple. [0031] La turbine basse-pression 7 comporte en particulier différents étages successifs comportant des roues mobiles 14 et des parties fixes. Chaque roue mobile comporte un disque au niveau duquel sont montées des aubes 15 dont les extrémités sont entourées d'un anneau fixe 16 en matériau abradablc ; voir figure 2. Des distributeurs (fixes) 17 sont situés en aval des roues mobiles 14. Les distributeurs 17 et les anneaux fixes 16 sont fixés sur le carter 18 de la turbine 7. [0032] Comme montré figure 2, un dispositif d'assemblage 20 relie le carter 21 de la turbine haute pression 6, dont on voit un distributeur 22, et le carter 18 de la turbine basse pression 7. [0033] Le joint de carter 20 comprend une série de boulonnages 23 comportant une pluralité de boulons de connexion répartis de manière circonférentielle autour de l'axe X et qui s'étendent à travers des ouvertures alignées respectives traversant des brides radiales respectives 25,26 dont les carters 21,18 sont respectivement pourvus. [0034] Les boulonnages 23 sont disposés sensiblement parallèlement à l'axe X longitudinal de la turbomachine. [0035] Une évolution (divulguée dans FR 3039230) du type de boulonnage ci-avant du joint de carter est repérée 28 et illustrée figures 3-6, avec plus ou moins de détails. [0036] L'assemblage comprend un goujon 30 dont les deux extrémités axiales opposées sont filetées, et dont la tige comprend, entre ces extrémités, une partie médiane à section hexagonale (partie hexagonale 31). Le goujon 30 peut servir à assembler les brides 25,26 des carters précités 21,18. La bride (ici celle 25) d'un des carters présente une bordure 33 de centrage, cylindrique, axiale, s'appuyant sur l'autre carter, ici 18. [0037] L'assemblage (ou boulonnage 28) comprend en outre une clé de venouillage 35, pos- siblement un support 37 d'un équipement non représenté - comme on en rencontre très fréquemment sur une telle turbomachine - et deux écrous 39 et 41. L'écrou 39 est un écrou prisonnier serti dans le carter 18 par une jupe 43 conique s'ouvrant vers l'autre carter 21 et l'écrou 41 est un écrou auto-freiné. L'extrémité du goujon côté carter 18 est vissée dans l'écrou prisonnier 39, la partie hexagonale 31 est située dans une empreinte 6 45 (figures 5-7) de la clé de verrouillage 35 et l'écrou 41 est engagé par vissage sur l'extrémité du goujon côté carter 21. [0038] D'une extrémité axiale d'un goujon à l'autre, on trouve l'écrou 41, le possible support 37, la clé de verrouillage 35 qui bloque la partie hexagonale 31, la bride 25, la bride 26, l'écrou 39. [0039] Une clé de verrouillage 35 est représentée plus en détails aux figures 5-7. Elle comprend un corps principal 47 en forme de plaquette dans laquelle l'empreinte 45 est creusée. L'empreinte 45 définit un orifice axial à travers le corps principal 47. L'empreinte 45 peut avoir une section hexagonale, de manière à pouvoir accueillir la partie hexagonale 31 avec un peu de jeu, niais en empêchant leur rotation relative. Le corps principal 47 est prolongé par une première portion comprenant deux ailes 49 séparées, qui en font saille côte-à-côte et dans une même direction, laquelle est, en position de montage, la direction radiale extérieure, de sorte que les ailes 49 débordent de la bride 25 du carter 21 adjacent à la clé de verrouillage 35 et de la face plane de la bordure 33 qui la termine. L'extrémité des ailes 49 est recourbée en un rebord 51 qui surplombe la face périphérique de la bordure 33 à peu de distance d'elle dans un état de commencement de l'assemblage. A l'état définitif de l'assemblage, on observe la position de la figure 5, où la clé de verrouillage 35 a légèrement basculé et un des rebords 51 (à droite sur cette figure 5) est en appui sur la bordure 33 du carter 21. Le mode d'assemblage est le suivant : une fois un dit goujon 30 vissé dans l'écrou prisonnier 39, la clé de verrouillage 35 est introduite axialement, autour de lui, et le goujon 30 est serré «à la main », la clé de verrouillage 35 basculant jusqu'à ce qu'un des appuis arrondis 51 touche la bordure 33 de la bride 25 et que l'état de la figure 5 soit obtenu. Le support 37 peut être alors installé quand il est prévu, et l'écrou de serrage 41 vissé à son au couple spécifié par un outil dynamométrique. En cas de desserrage de l'assemblage, la rotation du goujon 30 est limitée au petit angle qui porte l'autre appui 51 contre la bordure 33. [0040] Pour intéressantes que ce soient les clés de verrouillage 35, leur utilisation dans le cadre des boulonnages 28 présente les inconvénients déjà cités, de même pour la solution de la figure 2 dont notamment la facilité de mise en oeuvre peut être améliorée. [0041] L'invention propose ainsi des solutions alternatives schématisées aux figures 7-10. [0042] Sur la figure 7 d'abord, qui correspond au plan de coupe des figures 2,3, on voit un assemblage 50 conforme à l'invention qui reprend certains éléments de l'assemblage 28. [0043] On y trouve ou retrouve, appartenant donc à l'assemblage 50 et qui pourraient être montés de manière comparable à ce qui est fait dans l'assemblage 28 de la figure 4 : - plusieurs pièces 300 vissées de fixation, toutes vissées suivant des axes X1 parallèles entre eux et parallèles à l'axe X, 7 - les première et seconde brides 26,25, respectivement d'un premier et d'un second éléments de turbomachine d'aéronef (ici les carters de turbines 21,18), - les écrous 39 (dits ici premiers écrous), toujours solidaires chacun de la première bride 26 et dans chacun desquels est vissée axialement une première extrémité 301 des pièces vissées de fixation 300, respectivement, - des seconds écrous 53 vissés axialement et respectivement autour des pièces 300, à leurs parties intermédiaires respectives, plus proches de la seconde extrémité 303 de ces pièces 300, et - au moins une clé de verrouillage 350 s'opposant au dévissage de l'une au moins des pièces vissées. [0044] Chaque pièce 300 de fixation traverse toujours axialement les première et seconde brides 25,26. [0045] Une tôle 44 peut être interposée entre les première et seconde brides 25,26. Il s'agit d'une tôle de maintien : elle est assemblée à la bride 25 de carter et permet de maintenir en position des distributeurs, ainsi qu'un joint. [0046] Selon une spécificité de l'invention : - les pièces 300 vissées de fixation comprennent des vis venant serrer axialement la/ les clés de verrouillage 350, entre une tête élargie 305 de chaque vis (côté extrémité 303) et ledit premier écrou, ou écrou prisonnier, 39, et - radialement auxdits axes Xl. les seconds écrous 53 sont disposés à l'intérieur de ladite au moins une clé de verrouillage 350 qui s'oppose à leur(s) rotation(s) par rapport à elle, autour des axes X1 respectifs, par coopération de formes venant en contact. [0047] Chaque second écrou 53 sert donc à empêcher le desserrage de la vis 300 qui le traverse. [0048] Chaque vis 300 est à corps fileté à une extrémité, de diamètre D constant. Il n'y a donc pas d'épaulement 32 venant buter axialement contre la jupe 43 conique de l'écrou 39, comme dans la solution à goujon de la figure 3. [0049] Utiliser des seconds écrous 53 auto-freinés permettra de sécuriser au mieux l'action de la/des clés de verrouillage 350. [0050] Monté, l'assemblage 50 comprend, à l'endroit de chaque vis 300 axiale et, de l'extrémité 303 vers celle 301 : - la tête élargie 305 de la vis 300, - le possible support 37 d'équipement, interposé et serré axialement entre la tête élargie 305 et la clé de verrouillage 350, - un dit second écrou 53 bloqué en rotation à l'intérieur de la clé de verrouillage 350 correspondante, - les seconde et première brides 25,26, et 8 - un dit écrou 39. [0051] On pourra prévoir une clé de verrouillage 350 par second écrou 53 ; et ainsi disposer d'une solution où, comme repéré figure 4, l'assemblage 28 est remplacé par l'assemblage 50, les goujons 30 sont remplacés par les pièces 300 vissées et les clés de verrouillage 35 par celles repérés 350. [0052] En pratique, chaque clé de verrouillage 350 pourra être identique à celle 35 (voir figures 5-6), possiblement à la taille de l'empreinte ou orifice 45 près, dont la forme est complémentaire de celle, extérieure, du second écrou 53 correspondant qui y est accueilli pour y être donc immobilisé en rotation autour de l'axe X1 correspondant. Les seconds écrous 53 peuvent être non hexagonaux, hi hexagonaux par exemple. [0053] Dans l'assemblage 50, on aura pris soin qu'axialement l'épaisseur cl du second écrou 53 soit inférieure à l'épaisseur e2 de la clé de verrouillage 350 qui l'entoure, hors son rebord 51; cf. figure 7. [0054] En alternative potentiellement, et notamment, moins coûteuse, plus rapide à monter/ démonter, plus légère, la solution des figures 8-9 propose que ladite clé de verrouillage, maintenant repérée 351 figure 8 ou 361 figure 9, comprenne plusieurs secteurs de couronne, tels que 351a,351b (figure 8) ou 361a,3611, (figure 9) : - présentant chacun plusieurs dites formes, telles que 353 (figure 8) ou 363 (figure 9) s'opposant à la rotation autour de l'axe X1 correspondant des seconds écrous 53 qui les traversent, coaxialcment notamment aux orifices 250 de la seconde bride 25 et - formant ensemble une couronne autour de l'axe X suivant lequel s'étendent les premier et second éléments 21,18 de la turbomachine. [0055] Ainsi, dans ce cas, la succession de clés de verrouillage 35 répartis circonféren- tiellement autour de l'axe X, comme figure 4, peut être remplacée par plusieurs secteurs de couronne 351 ou 361 montés à leurs places, par exemple entre 2 et 4 secteurs. [0056] Les ailes 49 à rebords 51 pourront avoir été remplacées par une bordure périmétrique sectorisée 355 (figure 8) ou 365 (figure 9) prolongée par un rebord également péri-métrique sectorisé 357 (figure 8) ou 367 (figure 9) à caler autour du rebord péri-métrique 33 de la bride (ici celle 25) devant s'appuyer sur l'autre carter, ici 18. [0057] Concernant la coopération de formes entre les seconds écrous 53 et les clés de ver- rouillage sectorisées 351,361, on pourra en particulier prévoir des formes de clé de verrouillage : - telles celles 363, présentant, radialement vers l'extérieur, individuellement un fond arrondi 363a (figure 9) relié à des pans latéraux radiaux, - telles celles 353, présentant, radialement vers l'extérieur, individuellement un fond à pentes polygonales 353a,353b (figure 8). [0058] Les pentes polygonales 353a,353b sont engagées avec les flancs polygonaux des 9 seconds écrous 53 pour les bloquer. [0059] On peut aussi imaginer une forme polygonale non ouverte, telle que celle fermée (repérée 45) des figures 5,6). Dans la solution de la figure 10, on retrouve l'intégralité de celle de la figure 7, avec des clés de verrouillage sectorisées 351 ou 361, comme figures 8,9, et à ceci près que le support, repéré 370, d'équipement est sectorisé autour de l'axe X, donc en plusieurs parties, chacune monobloc avec un dit secteur de couronne, tels que l'un de ceux précités 351a,351b de la clé de verrouillage. [0060] Le support, repéré 37 ou 370, d'équipement pourra servir de support à un système actif de maîtrise des jeux de fonctionnement à tubes de refroidissement, de type LPTACC. [0061] -11 existe en effet, dans une turbomachine comme celle de la figure 1 des débits by- pass (débits qui ne travaillent pas dans la turbine en contournant les aubagcs et en se faufilant dans les jeux radiaux entre les rotors et les stators). Or, ces débits sont de moins en moins élevés grâce à des systèmes actifs comme les LPTACC et HPTACC ou des mécanismes passifs comme les abradables 16. 10