Brevet FR3093537A1 — publié le 20200911

Description Titre de l'invention : SOUS ENSEMBLE DE MONTAGE D'UN PALIER DE GUIDAGE D'UN ARBRE DE COMPRESSEUR Domaine technique [0001] L'invention concerne un sous ensemble de turbomachine, notamment d'une tur- bomachine d'aéronef, par lequel une bague interne d'un palier est montée. Ce palier réalisant en particulier le guidage d'un arbre de compresseur à haute pression, sans que cette application soit limitative. Technique antérieure [0002] Les moteurs à soufflante comportent plusieurs étages de compresseur, notamment un compresseur basse pression (BP) et un compresseur haute pression (HP). En amont du compresseur basse pression est disposée une roue d'aubes mobiles de grande dimension, ou soufflante, qui alimente à la fois le flux primaire qui traverse les compresseurs BP et HP et le flux froid, ou flux secondaire, concentrique au flux primaire. [0003] Les moteurs aéronautiques modernes sont souvent réalisés sous la forme d'un as- semblage de modules qui peuvent comporter des parties fixes et des parties mobiles. Un module est défini comme un sous-ensemble d'un moteur qui présente des caractéristiques géométriques au niveau de ses interfaces avec les modules adjacents suffisamment précises pour qu'il puisse être livré individuellement et qui a subi un équilibrage distinct lorsqu'il comporte des parties tournantes. L'assemblage des modules permet de constituer un moteur complet, en réduisant au maximum les opérations d'équilibrage et d'appariement des pièces en interface. [0004] La modularité d'un moteur est un élément clé pour la maintenance. En effet, lors d'une intervention, Il faut que les pièces soient accessibles facilement sans avoir à démonter un nombre important de parties du moteur. Dans la pratique, on essaye d'obtenir un découpage en quelques modules majeurs. Par exemple pour un turboréacteur à soufflante, on cherche un découpage en trois modules : un premier module majeur pour la partie avant comprenant la soufflante et le compresseur BP, un deuxième module majeur pour la partie comprenant le corps HP et un troisième module majeur pour la partie arrière du moteur comprenant la turbine BP et l'arbre de turbine. [0005] La construction des turbomachines exige des aménagements compliqués à cause de l'imbrication du compresseur et de la turbine à haute pression dans le compresseur et la turbine à basse pression, et. de la présence de deux lignes d'arbres concentriques dont chacune relie le compresseur d'un étage à la turbine correspondante. Cette complication se fait surtout sentir pendant l'entretien de la machine, quand il faut la 2 démonter puis la remonter. [0006] Le problème se pose concernant l'accessibilité à un écrou interne dans un sous ensemble réalisant la liaison entre un palier de guidage en rotation d'un bout d'arbre haute pression du compresseur haute pression, qui est située axialernent au niveau du compresseur basse pression. [0007] Le palier comporte une bague interne qui est frottée sur une portion cylindrique d'un pignon conique d'entrainement d'accessoires, qui est lui-même fretté sur le bout d'arbre et accouplé en rotation par un système de gorge et nervure. [0008] L'écrou interne est vissé sur le bout d'arbre pour pousser axialcment le pignon conique vers l'aval et le pignon conique pousse à son tour la bague interne du palier vers l'aval contre un épaulement du bout d'arbre. [0009] Un frein d'écrou est présent afin d'éviter un éventuel desserrage de l'écrou par rapport au bout d'arbre. [0010] Selon un mode de réalisation connu, le démontage du module majeur comportant l'arbre haute pression s'effectue selon la succession des étapes suivantes : retrait du frein d'écrou ; blocage en rotation et en translation de l'écrou par un outillage spécifique ; mise en rotation de l'arbre haute pression pour dévisser celui-ci et ainsi obtenir un déplacement axial vers l'aval du module majeur. [0011] Grace à ce déplacement axial vers l'aval du module majeur, une partie du frettage entre le pignon conique et le bout d'arbre se désengage. [0012] L'étendue du déplacement axial du module majeur, à l'issue de cette troisième étape est définie par les longueurs axiales des filetages de l'écrou et du bout d'arbre haute pression. [0013] Cependant, la structure connue du sous ensemble ne permet pas d'avoir une longueur axiale suffisante du filetage pour désengager en totalité le frettage entre le pignon conique et le bout d'arbre. [0014] Un vérin est alors utilisé dans une quatrième étape pour poursuivre le désengagement du frettage, mais il engendre un décalage axial important entre les deux bagues du palier. Cela peut endommager les billes mais également mater les bagues de roulement. [0015] L'invention a pour but de proposer un sous ensemble de liaison entre un palier et le bout d'arbre haute pression permettant d'éviter l'utilisation du vérin et de garder l'intégrité du palier par allongement de la longueur de filetage de l'écrou. Exposé de l'invention [0016] L'invention propose un sous ensemble de turbomachine comportant un arbre de la turbomachine, un palier de guidage d'une extrémité axiale dudit arbre de la turbomachine, le sous ensemble comportant un manchon de révolution monté radialement 3 entre l'extrémité de l'arbre et une bague interne du palier de guidage, un écrou qui est relié à l'extrémité de l'arbre par vissage et qui serre axialement le manchon contre un épaulement de l'extrémité de l'arbre et un organe de blocage de l'écrou en rotation par rapport à l'extrémité de l'arbre, [0017] dans lequel l'organe de blocage de l'écrou comporte un premier tronçon portant une pluralité de pattes flexibles dont une extrémité A de chaque patte coopère avec une paroi annulaire radialement interne de l'extrémité de l'arbre et comporte un deuxième tronçon qui coopère avec l'écrou, [0018] caractérisé en ce que le deuxième tronçon de l'organe de blocage est relié à l'écrou par vissage et les caractéristiques du filetage entre l'organe de blocage et l'écrou sont différentes des caractéristiques du filetage entre l'écrou et l'extrémité de l'arbre. [0019] Le vissage de l'écrou à l'intérieur du bout d'arbre permet de former un filetage de plus grande longueur axiale, permettant ainsi d'avoir une longueur axiale suffisante du filetage pour désengager en totalité le frettage entre le pignon conique et le bout d'arbre. [0020] Dc préférence, le sens du filetage entre l'organe de blocage et l'écrou est opposé au sens du filetage entre l'écrou et l'extrémité de l'arbre. [0021] Dc préférence, l'extrémité de l'arbre comporte une paroi annulaire radialement interne qui porte un filetage et l'écrou comporte une paroi annulaire radialement externe qui porte un filetage coopérant avec le filetage de l'extrémité de l'arbre. [0022] De préférence, l'écrou comporte une paroi annulaire radialement interne qui porte un filetage interne et l'organe de blocage comporte une paroi annulaire radialement externe qui porte un filetage externe coopérant avec le filetage interne de l'écrou. [0023] De préférence, la paroi annulaire radialement interne de l'extrémité de l'arbre comporte au moins une gorge annulaire qui reçoit ladite extrémité A de chaque patte de l'organe de blocage. [0024] De préférence, la paroi annulaire radialement interne de l'extrémité de l'arbre comporte une première gorge annulaire qui reçoit ladite extrémité A de chaque patte de l'organe de blocage lorsque l'organe de blocage est vissé dans l'écrou et une deuxième gorge annulaire qui est décalée par rapport à la première gorge annulaire, qui reçoit ladite extrémité A de chaque patte de l'organe de blocage au moins lors d'une phase de montage ou de démontage de l'écrou sur l'extrémité de l'arbre. [0025] De préférence, l'écrou comporte un tronçon aval qui coopère avec l'extrémité de l'arbre et avec l'organe de blocage par vissage et qui est disposé concentriquement et à l'intérieur de l'extrémité de l'arbre, et l'écrou comporte un tronçon amont qui déborde axialement vers l'amont pat- rapport à l'extrémité de l'arbre et qui est en appui axialement vers l'aval contre le manchon de révolution. [0026] L'invention propose aussi un outil destiné à coopérer avec l'organe de blocage d'un sous ensemble selon l'invention, caractérisé en ce qu'il est apte à produire une déformation radiale des pattes flexibles en direction de l'axe principal, afin permettre la rotation de l'écrou par rapport à l'extrémité de l'arbre dans un premier sens. [0027] L'invention propose aussi un procédé de montage d'un sous ensemble selon l'invention, qui comporte : [0028] - une étape de déformation des pattes flexibles par l'utilisation d'un outil selon l'invention, et de maintien de celles-ci dans la configuration déformées ; [0029] - une étape d'introduction de l'élément de blocage à l'intérieur de l'extrémité de l'arbre dans une position axiale provisoire prédéfinic ; [0030] - une étape de retrait de l'outil pour permettre un retour élastique des pattes en confi- guration déployée radialement ; [0031] - une étape de mise en place de l'écrou sur l'extrémité de l'arbre par vissage de l'écrou sur l'extrémité de l'arbre ; [0032] -une étape consistant consécutivement à déformer élastiquement les pattes flexibles par l'outil, à déplacer l'organe de blocage axialemcnt vers l'amont jusqu'à une position de blocage de l'écrou et à retirer l'outil pour permettre un retour élastique des pattes. [0033] L'invention propose aussi un procédé de démontage d'un sous ensemble selon l'invention, qui comporte : [0034] - une étape de déformation des pattes flexibles par l'utilisation d'un outil selon l'invention, et de maintien de celles-ci dans la configuration déformées ; [0035] - une étape de blocage en rotation et en translation de l'écrou par un outillage spécifique ; [0036] - une étape de mise en rotation de l'extrémité de l'arbre pal- rapport à l'écrou pour dévisser l'extrémité de l'arbre d'avec l'écrou et ainsi obtenir un déplacement axial vers l'aval de l'extrémité de l'arbre par rapport à l'écrou et par rapport au palier de guidage. Brève description des dessins [0037] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui suit, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : [0038] [fig.1] est une représentation schématique en section axiale d'une turbomachine d'aéronef ; [0039] [fig.2] est un détail à plus grande échelle de la turbomachine représentée à la figure 1, montrant le sous ensemble de liaison entre le palier et l'extrémité amont de l'arbre haute pression ; [0040] [fig.3A] [0041] [fig.3B] 100421 Ifig.3C1 [0043] [fig.3D] [0044] [fig.3E] [0045] sont des vues du sous ensemble représenté à la figure 2, représentant plusieurs étapes d'assemblage. Description des modes de réalisation [0046] Dans la description qui va suivre, on adoptera l'orientation d'amont en aval comme étant la direction axiale et de gauche à droite en se reportant aux figures. [0047] La figure 1 représente une turbomachine d'aéronef 10 du type à double flux d'axe principal A. [0048] La turbomachine 10 comporte une veine primaire 12 et une veine secondaire 14 coaxiales l'une à l'autre et coaxiales à l'axe principal A. La veine primaire 12 est située radialement à l'intérieur de la veine secondaire 14. [0049] La turbomachine 10 comporte aussi une soufflante 16 qui est coaxiale à l'axe principal A et qui est installée à l'extrémité axiale amont de la turbomachine. [0050] Par sa rotation, la soufflante 16 délivre de l'air à la veine primaire 12 et à la veine se- condaire 14. [0051] La veine primaire 12 comporte successivement selon la direction axiale, un com- presseur basse pression 18, un compresseur haute pression 20, une chambre de combustion 22, une turbine haute pression 24 et une turbine basse pression 26. [0052] Lc compresseur basse pression 18 et la turbine basse pression 26 sont accouplés l'un à l'autre par un arbre basse pression 28. Le compresseur haute pression 20 et la turbine haute pression 24 sont accouplés l'un à l'autre par un arbre haute pression 30. [0053] La soufflante 16 comporte principalement un disque de soufflante 32, une pluralité d'aubes 34 qui sont portées par le disque de soufflante 32 en s'étendant radialement par rapport à faxe principal A de la turbomachine 10 et un cône d'entrée 36 qui prolonge axialement vers l'amont le disque de soufflante 32, qui confère à la partie radialement centrale de la soufflante 16 une configuration aérodynamique. [0054] La soufflante 16 est entrainée en rotation autour de l'axe principal A de la tur- bomachine 10 par l'intermédiaire de l'arbre basse pression 28. [0055] Comme on peut le voir plus en détails à la figure 2, le guidage en rotation de l'extrémité amont 40 de l'arbre haute pression 30, que l'on appellera par la suite bout d'arbre 40, est réalisé par l'intermédiaire d'un palier 42. [0056] Le palier 42 est un palier à bille et comporte une bague externe 44 qui est solidarisée à un élément fixe de la turbomachine 10 (non représenté) et une bague interne 46 qui est solidarisée au bout d'arbre 40. [0057] Plus précisément, la bague interne 46 est assemblée par frettage sur un manchon cy- 6 lindrique 48 appartenant à un pignon conique 50 destiné à accoupler un accessoire de la turbomachine 10 avec l'arbre haute pression 30. Le manchon cylindrique 48 est interposé entre la bague interne 46 et le bout d'arbre 40 et il est lui-même accouplé à l'arbre haute pression 30 par frettage et par coopération de cannelures 52 complémentaires. [0058] Le pignon conique 50 est mis en butée axialement vers l'aval contre un épaulement 54 du bout d'arbre 40 par un écrou 56, qui est vissé sur le bout d'arbre 40 et qui est en appui axialement vers l'aval contre une portion d'extrémité amont 58 du pignon conique 50. Une entretoise (non représentée) est interposée axialement entre l'extrémité aval 60 du manchon cylindrique 48 et l'épaulement 54 du bout d'arbre 40. [0059] L'écrou 56 est vissé sur une face radialement interne 62 du bout d'arbre 40. [0060] Comme on peut le voir notamment à la figure 3C, l'écrou 56 comporte une face ra- dialement externe 64 qui comporte un filetage 66 complémentaire d'un filetage 68 de la face radialcment interne 62 du bout d'arbre 40. [0061] La longueur axiale de ces filetages complémentaires de l'écrou 56 et du bout d'arbre 40 est déterminée pour permettre de désengager le frettage entre le manchon cylindrique 48 du pignon conique 50 et le bout d'arbre 40. [0062] La modification de cette longueur axiale n'a pas d'impact sur l'encombrement axial du sous ensemble, ce qui permet d'avoir une longueur axiale supérieure à celle mise en oeuvre dans l'état de la technique. De plus, cette longueur axiale est limitée uniquement par la dimension axiale du bout d'arbre 40. [0063] L'écrou 56 comporte un tronçon aval 70 qui comporte la face externe 64 sur laquelle le filetage 66 est formé. Ce tronçon aval 70 est disposé concentriquement à l'intérieur du bout d'arbre 40. [0064] L'écrou 56 comporte un tronçon amont 72 qui prolonge le tronçon aval 70 vers l'amont et qui déborde axialement vers l'amont par rapport au bout d'arbre 40. [0065] Le diamètre du tronçon amont 72 est supérieur au diamètre du tronçon aval 70 et l'extrémité aval 72A du tronçon amont 72 est en contact axialement vers l'aval contre la portion d'extrémité amont 58 du pignon conique 50. [0066] Comme on l'a dit précédemment, l'écrou 56 a pour but de presser axialement vers l'aval le pignon conique 50 contre l'épaulement 54 du bout d'arbre 40. [0067] Un organe de blocage 74 coopère avec l'écrou 56 et le bout d'arbre 40 pour empêcher toute rotation de l'écrou 56 par rapport au bout d'arbre 40 et donc pour empêcher son desserrage. [0068] L'organe de blocage 74 comporte un premier tronçon 76, qui est un tronçon aval de l'organe de blocage 74, qui porte une pluralité de pattes flexibles 78 dont une extrémité aval libre 78A de chaque patte 78 coopère avec la paroi annulaire radialement interne 62 du bout d'arbre 40 et comporte un deuxième tronçon 80, qui est un tronçon amont 7 de l'organe de blocage 74, qui coopère avec l'écrou 56. [0069] -Ici, le tronçon amont 80 de l'organe de blocage 74 coopère avec l'écrou 56 par vissage et l'extrémité aval libre 78A de chaque patte 78 coopère avec au moins une gorge annulaire 90 formée dans la paroi annulaire radialement interne 62 du bout d'arbre 40, empêchant ainsi tout déplacement axial de l'organe de blocage 74 par rapport au bout d'arbre 40. [0070] Lorsque l'organe de blocage 74 est en position dans le bout d'arbre 40, chaque patte 78 est déformée élastiquement selon la direction radiale en direction de l'axe principal A. L'extrémité aval libre 78A de chaque patte 78 est alors pressée radialcment vers l'extérieur contre la paroi annulaire radialement interne 62 du bout d'arbre 40 par retour élastique. [0071] Le tronçon amont 80 de l'organe de blocage 74 est disposé coaxialement à l'intérieur du tronçon aval 70 de l'écrou 56 et il comporte un filetage 82 formé sur sa face annulaire externe 84 qui coopère avec un filetage complémentaire 86 formé sur la face annulaire interne 88 du tronçon aval 70 de l'écrou 56. [0072] Pour empêcher tout dévissage de l'écrou 56 d'avec le bout d'arbre 40, les caracté- ristiques du filetage entre l'écrou 56 et le bout d'arbre 40 sont différentes des caractéristiques du filetage entre l'écrou 56 et l'organe de blocage 74. [0073] En effet, si ces deux filetages avaient les mêmes caractéristiques, l'écrou 56 pourrait tourner librement par rapport au bout d'arbre 40 et par rapport à l'organe de blocage 74 et ainsi il pourrait se déplacer axialement, malgré le fait que l'organe de blocage 74 soit bloqué axialement par rapport au bout d'arbre 40. [0074] Par contre, puisque les deux filetages ont des caractéristiques différentes, toute tendance de l'écrou 56 de tourner par rapport au bout d'arbre 40 provoquerait un déplacement axial de l'organe de blocage 74, ce qui est rendu impossible par le blocage axial de l'organe de blocage 74 par rapport au bout d'arbre 40. [0075] Selon un mode de réalisation préféré, les deux filetages sont opposés l'un à l'autre, c'est-à-dire qu'un filetage possède un pas à droite et l'autre filetage possède un pas à gauche. [0076] Selon une variante de réalisation, les deux filetages ont des pas différents. [0077] Comme on l'a dit précédemment, l'extrémité aval libre 78A de chaque patte 78 de l'organe de blocage 74 coopère avec au moins une gorge annulaire 90 formée sur la face radialement interne 62 du bout d'arbre 40. [0078] Selon un mode de réalisation préféré, l'organe de blocage 74 est apte à occuper deux positions axiales par rapport au bout d'arbre 40, une première position est occupée lorsque le sous ensemble est assemblé et une deuxième position provisoire qui est occupée lors du processus d'assemblage du sous ensemble, comme on le verra par la suite. 8 [0079] -Ici, et selon un mode de réalisation préféré, la première position est située axialement en amont par rapport à la deuxième position. [0080] Pour maintenir l'organe de blocage 74 dans chacune des deux positions axiales, le bout d'arbre 40 comporte une première gorge annulaire 90 avec laquelle l'extrémité aval libre 78A de chaque patte 78 de l'organe de blocage 74 coopère lorsque l'organe de blocage est dans la première position et une deuxième gorge annulaire 92 avec laquelle l'extrémité aval libre 78A de chaque patte 78 de l'organe de blocage 74 coopère lorsque l'organe de blocage est dans la deuxième position. [0081] La deuxième gorge annulaire 92 est par conséquent située axialcment en aval de la première gorge annulaire 90. [0082] On a représenté aux figures 3A à 3D différents états du sous ensemble qui vient d'être décrit, correspondant chacun à une étape du procédé d'assemblage du sous ensemble. [0083] En référence à la figure 3A, dans une première étape, l'organe de blocage 74 est approché du bout d'arbre 40, sur lequel le pignon conique 50 et le palier 42 ont été préalablement montés, dans une position située axialement en face et en amont du bout d'arbre 40. [0084] Comme on peut le voir sur cette figure, chaque patte 78 n'est soumise à aucune contrainte mécanique de sorte que son extrémité aval libre 78A est située à une distance radiale de l'axe principal A qui est supérieure à la distance radiale entre le fond de chaque gorge annulaire 90, 92 du bout d'arbre 40 et l'axe principal A. [0085] Dans une deuxième étape, correspondant à la transition entre l'état représenté à la figure 3A vers l'état représenté à la figure 3B, l'organe de blocage 74 est déplacé vers sa deuxième position provisoire mentionnée précédemment, qui est la position située la plus en aval. [0086] Pour cela, dans un premier temps, les pattes 78 sont déformées élastiquement pour rapprocher leurs extrémités aval libres 78A de l'axe principal A, afin de réduire le diamètre global de l'organe de blocage 74. Un outil spécifique (non représenté) est utilisé pour réaliser cette déformation élastique. [0087] Dans un deuxième temps, l'organe de blocage 74 est déplacé axialement vers l'aval dans le bout d'arbre 40, jusqu'à une position axiale correspondant à la deuxième position provisoire. [0088] Dans un troisième temps, la déformation élastique des pattes 78 par l'outil spécifique est cessée, les pattes 78 se déploient radialement vers l'extérieur pat- retour élastique et leurs extrémités aval libres 78A sont introduites dans la deuxième gorge annulaire 92 la plus en aval. [0089] Cette position provisoire permet un assemblage ultérieur de l'organe de blocage 74 avec l'écrou 56 sans que la présence de l'écrou 56 ne gêne la mise en place de l'organe 9 de blocage 74. [0090] Dans une troisième étape, comme on peut le voir à la figure 3C, l'écrou 56 est approché du bout d'arbre 40, dans une position située axialement en face et en amont du bout d'arbre 40. [0091] Dans une quatrième étape, correspondant à la transition entre l'état représenté à la figure 3C vers l'état représenté à la figure 3D, l'écrou 56 est vissé sur le bout d'arbre 40 jusqu'à la position représentée à la figure 3D pour laquelle l'extrémité aval 72A du tronçon amont 72 est en appui axialement vers l'aval contre la portion d'extrémité amont 58 du pignon conique 50. [0092] Lors de cette quatrième étape, l'organe de blocage 74 est dans une position en aval de l'écrou 56 qui est telle que son tronçon amont 80 soit toujours situé en aval de l'écrou 56 afin de ne pas interférer avec le vissage de l'écrou 56. [0093] Dans une cinquième étape, correspondant à la transition entre l'état représenté à la figure 3D vers l'état représenté à la figure 3E, l'organe de blocage 74 est déplacé axialement vers l'amont jusqu'à sa position de blocage de l'écrou 56. [0094] Pour cela, dans un premier temps, les pattes 78 sont déformées élastiquement pour sortir leurs extrémités aval libres 78A de l'axe principal A de deuxième gorge annulaire 92 en réduisant le diamètre global de l'organe de blocage 74. [0095] Ensuite, l'organe de blocage 74 est déplacé axialement vers l'amont jusqu'à venir en contact avec l'écrou puis il est vissé sur l'écrou 56 par coopération de leurs filetages respectifs. [0096] Le vissage de l'organe de blocage 74 sur l'écrou est effectué jusqu'à ce que l'organe de blocage 74 atteigne la première position axiale représentée à la figure 3E. [0097] Dans cette position axiale, les extrémités aval libres 78A des pattes 78 sont situées axialement au niveau de la première gorge annulaire 90. [0098] Les pattes 78 sont alors déployées radialement vers l'extérieur pai- retour élastique et leurs extrémités aval libres 78A sont introduites dans la première gorge annulaire 90. [0099] A l'issue de cette étape, comme on peut le voir à la figure 3E, l'organe de blocage 74 coopère simultanément avec l'écrou et avec le bout d'arbre 40, bloquant ainsi tout dévissage de l'écrou 56 d'avec le bout d'arbre 40. [0100] Le démontage du module majeur comportant l'arbre haute pression s'effectue selon la succession des étapes suivantes : retrait de l'organe de blocage 74 ; blocage en rotation et en translation de l'écrou 56 par un outillage spécifique ; mise en rotation de l'arbre haute pression pour dévisser celui-ci et ainsi obtenir un déplacement axial vers l'aval du module majeur. [0101] Comme on l'a dit précédemment, la longueur axiale des filetages complémentaires de l'écrou 56 et du bout d'arbre 40 est déterminée pour permettre de désengager le frettage entre le manchon cylindrique 48 du pignon conique 50 et le bout d'arbre 40. [0102] Ainsi, il n'y a pas d'étape supplémentaire de déplacement axial de l'arbre haute pression par un vérin. 11 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]