Brevet FR3116305A1 — publié le 20220520

L’invention concerne un arbre de liaison (200) d’un corps haute pression de turbomachine, ledit arbre de liaison (200) étant configuré pour coupler en rotation un module rotatif, ledit arbre de liaison (200) comportant un corps (220) présentant au niveau de l’une de ses extrémités une bride annulaire (210) configurée pour être couplée au module rotatif (100), ledit arbre de liaison (200) étant caractérisé en ce qu’il comporte une première gorge circonférentielle (230) ménagées au niveau de la paroi du corps (220) dans une région voisine de ladite bride annulaire (210) et s’étendant au moins partiellement sur une portion circonférentielle de la paroi du corps (220). Figure de l’abrégé : Figure 1. ARBRE DE LIAISON D’UN CORPS HAUTE PRESSION D’UNE TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne le domaine des turbomachines, et vise notamment la partie haute pression d’une turbomachine. L’invention concerne plus particulièrement un corps haute pression d’une turbomachine, et notamment un module de liaison, tel qu’un arbre de liaison d’un corps haute pression d’une turbomachine. ARRIERE PLAN TECHNIQUE Dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz (de l'amont vers l'aval) à travers une turbomachine. On appelle également « axe de la turbomachine » ou « axe moteur », l'axe de rotation d’un rotor de la turbomachine. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la turbomachine et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe de la turbomachine et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe de la turbomachine, et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Sauf précision contraire, les adjectifs « intérieur », « interne », « extérieur », « externe » sont utilisés dans la présente demande en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe de la turbomachine que la partie extérieure du même élément. De façon classique, une turbomachine comporte d’amont en aval, c’est-à-dire dans le sens d’écoulement des flux de gaz, une soufflante, un ou plusieurs compresseurs, une chambre de combustion, une ou plusieurs turbines, et une tuyère d’éjection des gaz de combustion sortant de la ou des turbines. L’ensemble rotatif d’un compresseur est relié mécaniquement à l’ensemble rotatif d’une turbine, l’ensemble rotatif de la turbine entrainant l’ensemble rotatif du compresseur par récupération de l’énergie issue de la combustion des gaz dans la chambre à combustion. L’ensemble rotatif d’un compresseur solidaire d’un ensemble rotatif de turbine forme un ensemble appelé corps. Une turbomachine peut classiquement comporter un ou plus corps, généralement deux ou trois tournant à des vitesses différentes. Ainsi, une turbomachine à double corps comprend un corps rotatif basse pression et un corps rotatif haute pression. Afin de rendre le montage d’une turbomachine plus aisé et de réduire le temps de montage et de démontage de celle-ci, l’architecture d’un corps rotatif est souvent compartimentée et divisée en différents modules assemblés les uns aux autres par des brides annulaires et des liaisons boulonnées. Par exemple pour un corps rotatif haute pression d’une turbomachine à double corps, on dispose d’un premier ensemble rotatif amont pour la partie compresseur haute pression et d’un deuxième ensemble rotatif aval pour la partie turbine basse pression, les deux ensembles rotatifs étant assemblés par l’intermédiaire d’un module de liaison, ou arbre de liaison, et de brides spécifiques aptes à transmettre le couple moteur de la partie turbine à la partie compresseur du corps. La liaison entre les ensembles rotatifs en amont et en aval et l’arbre de liaison doit être suffisamment résistante pour remplir cette fonction compte tenu des fortes sollicitations thermomécaniques. Compte tenu des couples à transmettre et des conditions de températures, cette zone de liaison est une zone critique, siège de contraintes mécaniques importantes. Ainsi, la durée de vie de ce type de brides est assez faible et critique vis-à-vis de la pièce. C’est la zone critique de la pièce qui génère un changement plus fréquent de cette pièce. . Un but de l’invention est de proposer une solution permettant de diminuer les sollicitations mécaniques subies par les brides de l’arbre de liaison d’un corps haute pression lors du fonctionnement de la turbomachine, afin d’augmenter la durée de vie de ces brides et donc de l’arbre de liaison. A cette fin, l’invention a pour objet un arbre de liaison d’un corps haute pression d’une turbomachine, ledit arbre de liaison étant configuré pour coupler en rotation un module rotatif, et comportant un corps présentant au niveau de l’une de ses extrémités une bride annulaire configurée pour être couplée au module rotatif, ledit arbre de liaison étant caractérisé en ce qu’il comporte une première gorge circonférentielle ménagées au niveau de la paroi du corps dans une région voisine de ladite bride annulaire et s’étendant au moins partiellement sur une portion circonférentielle de la paroi du corps. La réalisation d’une gorge circonférentielle sur le corps de l’arbre de liaison au niveau d’une région proche de la bride annulaire de couplage permet de créer une zone de souplesse au niveau du corps, dans une portion à proximité axiale des liaisons boulonnées, permettant ainsi de favoriser une déformation élastique locale du corps à proximité de la bride et de réduire les contraintes au niveau des liaisons de couplage de la bride annulaire de l’arbre de liaison avec le module rotatif. Ainsi, grâce à l’invention, la durée de vie de la bride annulaire de couplage d’un arbre de liaison d’un corps haute pression de turbomachine est augmentée. Avantageusement, ladite première gorge circonférentielle est située à une distance d inférieure à 50mm d’une face radiale de couplage de ladite bride annulaire, préférentiellement ladite première gorge circonférentielle est positionnée à une distance d comprise entre 15mm et 20mm de la face radiale de couplage de la bride annulaire. Ainsi, la zone de souplesse créée par la diminution d’épaisseur au niveau de la gorge est à proximité de la bride annulaire. Avantageusement, la première gorge circonférentielle est ménagée sur une surface radialement externe de la paroi du corps ou sur une surface radialement interne de la paroi du corps. Ainsi, il est possible d’adapter l’invention en fonction des contraintes environnantes et des possibilités d’usinage. Avantageusement, la première gorge circonférentielle présente une forme concave ou une forme en U avec un fond plat. Avantageusement, la première gorge circonférentielle présente une profondeur maximale comprise entre 20% et 30% de l’épaisseur de la paroi du corps. Ainsi, cette diminution locale de l’épaisseur de 20% à 30% permet de garantir une certaine souplesse du corps de l’arbre de liaison en fonctionnement toute en assurant une résistance suffisante pour la transmission du couple moteur. Avantageusement, ladite première gorge circonférentielle est ménagée sur une surface radialement externe de la paroi du corps et en ce que ledit arbre de liaison comporte une deuxième gorge circonférentielle ménagée sur une surface radialement interne de la paroi du corps, la première gorge circonférentielle et la deuxième gorge circonférentielle étant superposées radialement l’une au-dessus de l’autre. Ainsi, les contraintes sont reparties uniformément dans l’épaisseur de la paroi du corps. Avantageusement, ladite première gorge circonférentielle et la deuxième gorge circonférentielle sont configurées pour générer une diminution de 20% à 30% de l’épaisseur de la paroi du corps. Avantageusement, ladite bride annulaire est une bride annulaire amont configurée pour être couplée à un module rotatif amont. Avantageusement, l’arbre de liaison comporte une bride annulaire amont configurée pour être couplée à un module rotatif amont et une bride annulaire aval configurée pour être couplée à un module rotatif aval, ledit arbre de liaison comportant une première gorge circonférentielle ménagée au niveau de la paroi du corps dans une région voisine de ladite bride annulaire amont et/ou au dans une région voisine de la bride annulaire aval. L’invention a également pour objet un corps haute pression de turbomachine comportant un module rotatif amont de compresseur haute pression, un module rotatif aval de turbine haute pression, et un arbre de liaison selon l’invention couplé au niveau de sa bride annulaire amont au module rotatif amont de compresseur haute pression et couplé au niveau de sa bride annulaire aval au module rotatif aval de turbine haute pression. L’invention a également pour objet une turbomachine à double corps comportant un corps haute pression selon l’invention. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La illustre une vue en coupe axiale selon l’axe X de turbomachine d’une portion d’un corps haute pression d’une turbomachine, illustrant plus particulièrement la liaison de l’ensemble rotatif d’un compresseur haute pression et d’un arbre de liaison selon l’invention relié en aval à un ensemble rotatif d’une turbine haute pression. La est une vue en perspective illustrant la portion amont de l’arbre de liaison illustré à la . La est une vue en coupe axiale selon l’axe X de turbomachine d’une portion amont de l’arbre de liaison illustré à la . La est une vue en coupe axiale selon l’axe X de turbomachine d’une portion amont d’un deuxième exemple de réalisation d’un arbre de liaison selon l’invention. La est une vue en coupe axiale selon l’axe X de turbomachine d’une portion amont d’un troisième exemple de réalisation d’un arbre de liaison selon l’invention. La est une vue en coupe axiale selon l’axe X de turbomachine d’une portion amont d’un quatrième exemple de réalisation d’un arbre de liaison selon l’invention. Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. DESCRIPTION DETAILLEE La illustre une vue en coupe axiale selon l’axe X de turbomachine d’une portion d’un corps haute pression 10 d’une turbomachine, illustrant plus particulièrement la liaison entre un module compresseur haute pression 100 et un arbre de liaison 200 selon l’invention, l’arbre de liaison 200 étant également solidaire en aval d’un module turbine haute pression (non représenté). On rappelle qu’un corps rotatif haute pression d’une turbomachine est un ensemble composé d’un module rotatif amont formant le module compresseur haute pression et d’un module rotatif aval formant le module turbine haute pression, les deux modules étant assemblés par l’intermédiaire d’un arbre de liaison 200 et de brides spécifiques configurées pour transmettre le couple moteur du module turbine haute pression au module compresseur haute pression. Le module compresseur haute pression 100 comporte une pluralité de disques mobiles de compresseur, chaque disque mobile présentant un moyeu s’étendant radialement vers l’intérieur de la turbomachine et une jante formant la partie radialement externe du disque sur laquelle une pluralité d’aubes de compresseur est montée. Les disques mobiles de compresseur sont solidaires les uns aux autres via des brides annulaires amont et/ou aval et au moyen de liaisons boulonnées. Sur la on peut apercevoir à gauche de la figure une bride annulaire aval 111 d’un disque compresseur aval 110 du module compresseur haute pression 100. Sur le module compresseur 100, il est connu de monter un disque d’étanchéité 300 en aval du dernier disque mobile de compresseur 110. Ce disque d’étanchéité 300 présente une symétrie de révolution par rapport à l’axe X de la turbomachine. Le disque d’étanchéité 300 comporte : un moyeu 310 s’étendant vers une direction radialement interne de la turbomachine et dont l’épaisseur croit en allant vers l’axe X de turbomachine ; une virole de couplage 320 présentant une pluralité d’alésages régulièrement reparties autour de l’axe X de turbomachine ; des lames annulaires 330 s’étendant sensiblement selon une direction radiale par rapport à l’axe X de la turbomachine , les lames annulaires 330 formant la partie tournante d’un joint d’étanchéité 400 de type labyrinthe. Le disque d’étanchéité 300 est utilisé également comme élément de couplage entre le module compresseur haute pression 100 en amont et l’arbre de liaison 200 en aval. La face amont de la virole de couplage 320 coopère avec la bride annulaire aval 111 du disque compresseur 110 aval et la face aval de la virole de couplage 320 coopère avec une bride annulaire amont 210 de l’arbre de liaison 200. L’ensemble est fixé par boulonnage via des liaisons boulonnées 150. Les liaisons boulonnées 150 présentent un organe traversant 151 présentant une tête et une tige traversant un perçage usiné dans la bride annulaire aval 111, un alésage de la virole de couplage 320, ainsi qu’un perçage usiné dans la bride annulaire amont 210 de l’arbre de liaison. L’organe traversant 151 coopèrent avec un écrou 152 pour assurer le couplage des pièces. L’arbre de liaison 200 comporte un corps 220 de forme sensiblement cylindrique s’étendant selon l’axe X de la turbomachine et présentant une paroi d’épaisseur sensiblement constante. De part et d’autre du corps 220, l’arbre de liaison 200 comporte une bride annulaire 210 pour le couplage de l’arbre de liaison à la fois au module compresseur haute pression 100 et au module turbine haute pression (non représenté). Le corps 220 et les brides annulaires 210 sont d’un seul tenant. La illustre en perspective l’extrémité amont de l’arbre de liaison 200 et notamment une zone proche de la bride annulaire amont 210. La bride annulaire amont 210 comporte une pluralité de perçages 211 usinés et configurés pour permettre le passage d’un organe traversant 151 d’une liaison boulonnée 150. Les perçages 211 sont régulièrement répartis autour de l’axe X de turbomachine. L’arbre de liaison 200 selon l’invention comporte en outre au moins une gorge 230 agencée de manière circonférentielle par rapport à l’axe X de la turbomachine. La gorge circonférentielle 230 est ménagée au niveau de la paroi cylindrique du corps 220. Avantageusement, la gorge circonférentielle 230 présente une symétrie de révolution par rapport à l’axe X de turbomachine. Avantageusement, la gorge circonférentielle 230 s’étend sur toute la périphérie de la paroi du corps 220. Avantageusement, la gorge circonférentielle 230 s’étend au moins sur une portion circonférentielle de la paroi du corps 220. Avantageusement, la gorge circonférentielle 230 est formée par plusieurs portions s’étendant à la périphérie de la paroi du corps 220 et réparties angulairement de manière uniforme et équidistante. La gorge circonférentielle 230 forme une dépression ou cavité permettant de diminuer localement l’épaisseur de la paroi cylindrique du corps 220. A cet effet, la illustre une vue en coupe axiale selon l’axe X de turbomachine de la portion amont de l’arbre de liaison 200 de la . Avantageusement, la gorge circonférentielle 230 présente une profondeur maximale de l’ordre de 20% à 30% de l’épaisseur de la paroi cylindrique du corps 220 au niveau de la cavité circonférentielle 230. La gorge circonférentielle 230 peut présenter différentes formes. Avantageusement, elle présente une forme arrondie de manière à limiter les arêtes vives. Par exemple, selon un premier exemple de réalisation illustré à la et à la , la gorge circonférentielle 230 est de forme concave, par exemple en forme de demi-lune. Selon un deuxième exemple de réalisation illustré à la , l’arbre de liaison 200a peut présenter une gorge circonférentielle 230a ayant la forme d’un U avec un fond plat. La gorge circonférentielle 230, 230a, 230b, 230c peut être réalisée au niveau de la surface radialement externe 221 du corps 220 comme représenté à la et à la [fig. 3] ou encore au niveau de la surface radialement interne 222 du corps 220 comme représenté dans un troisième exemple de réalisation d’un arbre de liaison 200b illustré à la . Selon un quatrième exemple de réalisation illustré à la , l’arbre de liaison 200c peut comporter deux gorges circonférentielles 230c, par exemple chacune de plus petites dimensions que la gorge circonférentielle représentée en référence à la , une première gorge circonférentielle 230c ménagée au niveau de la surface radialement externe 221 du corps 220 et une deuxième gorge circonférentielle 230c ménagée au niveau de la surface radialement interne 222 du corps 220. Les deux gorges circonférentielles 230c sont par exemple superposées radialement l’une au-dessus de l’autre comme illustré à la , ou elles peuvent présenter un décalage axial par rapport à l’axe X de la turbomachine. La gorge circonférentielle 230, 230a, 230b, 230c est ménagée dans une région du corps 220 proche de la bride annulaire amont 210. A titre d’exemple, la gorge circonférentielle 230, 230a, 230b, 230c est ménagée à une distance d inférieure à 50mm de la face radiale de couplage amont 212 de la bride annulaire amont 210. A titre d’exemple, la gorge circonférentielle 230, 230a, 230b, 230c peut être ménagée à une distance d comprise entre 15mm et 20mm de la face radiale de couplage amont 212 de la bride annulaire amont 210. Avantageusement, la gorge circonférentielle 230, 230a, 230b, 230c est positionnée axialement à proximité de la bride annulaire amont 210 et des liaisons boulonnées 150. Avantageusement, la gorge circonférentielle 230, 230a, 230b, 230c est positionnée axialement au niveau de l’extrémité amont du corps 220 de l’arbre de liaison 200, 200a, 200b, 200c, c’est-à-dire au niveau de la jonction « virtuelle » entre le corps 220 d’épaisseur constante et le début de la bride annulaire amont 210 dont l’extrémité aval est symbolisé par une augmentation de l’épaisseur de la paroi de l’arbre de liaison 200, 200a, 200b, 200c. La ou les gorges circonférentielles 230, 230a, 230b, 230c sont réalisées par exemple par usinage. La réalisation d’une gorge circonférentielle 230, 230a, 230b, 230c au niveau du corps 220 de l’arbre de liaison 200, 200a, 200b, 200c permet de créer une zone de souplesse au niveau du corps 220, dans une portion à proximité axiale des liaisons boulonnées, permettant ainsi de favoriser une déformation élastique locale du corps 220 et de réduire les contraintes au niveau des liaisons boulonnées de la bride annulaire amont 210 de l’arbre de liaison 200 mais également de la virole de couplage 320 du disque d’étanchéité 300. Ainsi, grâce à l’invention, la durée de vie des pièces de couplage d’un corps haute pression de turbomachine, et notamment d’un arbre de liaison, est augmentée. L’invention a été particulièrement décrite au niveau de la bride annulaire de couplage amont de l’arbre de liaison entre l’arbre de liaison et le module compresseur haute pression. Toutefois, l’invention est également applicable au niveau d’une bride annulaire aval d’un arbre de liaison couplé au module turbine haute pression. Ainsi, l’ensemble des caractéristiques et des exemples de réalisation décrits précédemment en référence au côté amont de l’arbre de liaison est également applicable au côté aval de l’arbre de liaison. L’invention est également applicable à toute pièce de couplage comportant des brides annulaires et des liaisons boulonnées d’un corps haute pression d’une turbomachine. Arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) d’un corps haute pression de turbomachine, ledit arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) étant configuré pour coupler en rotation à un module rotatif, ledit arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) comportant un corps (220) présentant au niveau de l’une de ses extrémités une bride annulaire (210) configurée pour être couplée au module rotatif (100), ledit arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) étant caractérisé en ce qu’il comporte une première gorge circonférentielle (230, 230a, 230b, 230c) ménagées au niveau de la paroi du corps (220) dans une région voisine de ladite bride annulaire (210) et s’étendant au moins partiellement sur une portion circonférentielle de la paroi du corps (220). Arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) d’un corps haute pression de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite première gorge circonférentielle (230, 230a, 230b, 230c) est située à une distance d inférieure à 50 mm d’une face radiale de couplage (212) de ladite bride annulaire (210). Arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) d’un corps haute pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première gorge circonférentielle (230, 230a, 230b, 230c) est ménagée sur une surface radialement externe (221) de la paroi du corps (220) ou sur une surface radialement interne (222) de la paroi du corps (220). Arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) d’un corps haute pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première gorge circonférentielle (230, 230a, 230b, 230c) présente une forme concave ou une forme en U avec un fond plat. Arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) d’un corps haute pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première gorge circonférentielle (230, 230a, 230b, 230c) présente une profondeur maximale comprise entre 20% et 30% de l’épaisseur de la paroi du corps (220). Arbre de liaison (200c) d’un corps haute pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite première gorge circonférentielle (230c) est ménagée sur une surface radialement externe (221) de la paroi du corps (220) et en ce que ledit arbre de liaison (200c) comporte une deuxième gorge circonférentielle (230c) ménagée sur une surface radialement interne (222) de la paroi du corps (220), la première gorge circonférentielle et la deuxième gorge circonférentielle étant superposées radialement l’une au-dessus de l’autre. Arbre de liaison (200c) d’un corps haute pression de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite première gorge circonférentielle (230c) et la deuxième gorge circonférentielle (230c) sont configurées pour générer une diminution de 20% à 30% de l’épaisseur de la paroi du corps (220). Arbre de liaison (200c) d’un corps haute pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite bride annulaire (210) est une bride annulaire amont configurée pour être couplée à un module rotatif amont (100). Arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) d’un corps haute pression de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce qu’il comporte une bride annulaire amont (210) configurée pour être couplée à un module rotatif amont (100) et une bride annulaire aval configurée pour être couplée à un module rotatif aval, ledit arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) comportant une première gorge circonférentielle (230, 230a, 230b, 230c) ménagée au niveau de la paroi du corps (220) dans une région voisine de ladite bride annulaire amont (210) et/ou au dans une région voisine de la bride annulaire aval. Corps haute pression d’une turbomachine comportant : un module rotatif amont de compresseur haute pression (100) ; un module rotatif aval de turbine haute pression : un arbre de liaison (200, 200a, 200b, 200c) selon la revendication précédente couplé au niveau de sa bride annulaire amont (210) au module rotatif amont de compresseur haute pression (100) et couplé au niveau de sa bride annulaire aval au module rotatif aval de turbine haute pression. Turbomachine comprenant un corps haute pression selon la revendication précédente.