FR2979665A1 - Dispositif de serrage pour pieces de turbomachine, comprenant une gorge annulaire de serrage ouverte radialement vers l'exterieur - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de serrage (50) de deux pièces de turbomachine, le dispositif comprenant une gorge de serrage (56) de forme globale annulaire, destinée à recevoir deux brides annulaires (40, 42) appartenant respectivement aux deux pièces. Selon l'invention, la gorge de serrage (56) est ouverte radialement vers l'extérieur, et le dispositif comporte des moyens de déploiement radial (62) permettant d'amener cette gorge de serrage (56) d'une position rétractée permettant le passage des brides, à une position déployée de serrage.

Description

DISPOSITIF DE SERRAGE POUR PIÈCES DE TURBOMACHINE, COMPRENANT UNE GORGE ANNULAIRE DE SERRAGE OUVERTE RADIALEMENT VERS L'EXTÉRIEUR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de serrage de pièces de turbomachine, de préférence pour aéronef. Elle concerne en particulier les dispositifs de serrage permettant de fixer deux brides annulaires plaquées l'une contre l'autre, qui sont respectivement prévues sur les deux pièces à serrer.

De tels dispositifs peuvent être employés pour assurer la fixation de nombreuses pièces de la turbomachine, comme le cône d'entrée d'hélice, le corps central d'éjection des gaz également dénommé « plug », ou encore une partie d'une enceinte fermée quelconque, par exemple un réservoir. D'autres applications requérant des efforts de serrage moindres sont également possibles, comme par exemple les connecteurs électriques, les injecteurs, les doseurs, les filtres, les raccords mécaniques, les débitmètres, les pompes, etc. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE De l'art antérieur, il est connu de réaliser l'assemblage de pièces de turbomachine en vissant leur brides annulaires plaquées l'une contre à l'autre, à l'aide d'une pluralité de boulons répartis circonférentiellement. Une telle solution est par exemple utilisée pour le montage du cône d'entrée d'hélice, comme cela est montré sur la figure 1 des documents FR 2 920 187 et US 2009/0087313.

Cette solution présente l'inconvénient d'un montage long et coûteux, nécessitant un nombre important de références en raison de la présence des vis, rondelles, écrous, etc. De plus, ce type d'assemblage nuit à la pureté aérodynamique des pièces assemblées, étant donné que des caches, ou similaires, sont habituellement montés sur la surface extérieure de l'une des deux pièces pour masquer les boulons. Il existe par ailleurs des solutions à collier de serrage présentant une rainure interne enserrant les deux brides annulaires des pièces à assembler. Cette solution à collier est notamment décrite dans les documents EP 1 939 409 et US 2008/159858. Ces colliers, agencés extérieurement aux pièces, sont également susceptibles de nuire aux performances aérodynamiques de l'assemblage. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur.

Pour ce faire, l'invention a pour objet un dispositif de serrage de deux pièces de turbomachine, le dispositif comprenant une gorge de serrage de forme globale annulaire, destinée à recevoir deux brides annulaires appartenant respectivement auxdites deux pièces.

Selon l'invention, ladite gorge de serrage est ouverte radialement vers l'extérieur, et le dispositif comporte des moyens de déploiement radial permettant d'amener ladite gorge de serrage d'une position rétractée permettant le passage des brides, à une position déployée de serrage. L'invention est remarquable en ce qu'elle diminue le nombre de références en comparaison de celui requis pour la solution à boulons répartis circonférentiellement. Il en résulte une diminution des coûts, une baisse du temps de montage/démontage, ainsi qu'une plus grande facilité de mise en oeuvre. De plus, en étant agencé à l'intérieur des pièces qu'il relie, le dispositif selon l'invention ne vient pas perturber les performances aérodynamiques de celles-ci. Il présente par ailleurs un caractère imperdable et fiable, améliorant la qualité de la turbomachine. En outre, dans le cas où le dispositif de 20 serrage selon l'invention assure la fixation de deux pièces tournantes de la turbomachine, la force centrifuge appliquée au dispositif est bénéfique puisqu'elle renforce le serrage. De la même manière, lorsque la pression à l'intérieur des pièces assemblées 25 est supérieure à la pression extérieure, le différentiel de pression renforce également le serrage. De préférence, le dispositif de serrage comprend un anneau formant ladite gorge de serrage, l'anneau présentant deux extrémités circonférentielles 30 en regard et à distance l'une de l'autre, reliées entre elles par lesdits moyens de déploiement radial.

Les moyens de déploiement radial sont donc ici prévus pour appliquer une contrainte de compression dans l'anneau, selon la direction circonférentielle, à partir de ses extrémités en regard. Cette mise en contrainte permet le déploiement radial de l'anneau et de sa gorge, en raison de l'écartement des extrémités de l'anneau en réponse à l'application de la contrainte. La gorge peut ainsi être aisément déplacée de sa position rétractée à sa position déployée et inversement, par simple application/relâchement de contrainte entre les extrémités circonférentielles en regard de l'anneau. Il est noté que le passage de l'une à l'autre des positions est très préférentiellement obtenu par déformation élastique de l'anneau.

Lesdits moyens de déploiement radial peuvent prendre plusieurs formes. Il peut s'agir d'un compas de mise en contrainte dont les deux extrémités libres des branches du compas sont montées respectivement sur les deux extrémités circonférentielles de l'anneau. Il peut aussi s'agir de moyens élastiques de rappel, ou encore d'un système à vis. Enfin, il peut s'agir d'au moins un élément en alliage à mémoire de forme. De préférence, ladite gorge de serrage présente une section en forme de V ou de trapèze. Quoi qu'il en soit, cette section est de forme complémentaire de celle des brides annulaires plaquées l'une contre l'autre, destinées à être logées serrées dans ladite gorge.

L'invention a également pour objet un ensemble pour turbomachine comprenant deux pièces assemblées entres elles par un dispositif de serrage tel que décrit ci-dessus. L'une desdites deux pièces peut être un cône d'entrée d'hélice, un corps central d'éjection des gaz, ou encore une partie d'une enceinte fermée, comme un réservoir de fluide. De préférence, les pièces à assembler présentent chacune une forme globale de révolution, d'axe correspondant à celui de leur bride de fixation. A titre d'exemple, les pièces peuvent être cylindriques de section circulaire.

Enfin, l'invention a pour objet une turbomachine d'aéronef comprenant au moins un tel ensemble. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; - la figure 1 représente une vue partielle en demi-coupe axiale d'une turbomachine selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 2 représente une vue agrandie d'une partie avant de la turbomachine montrée sur la figure précédente, incluant un dispositif de serrage du cône d'entrée d'hélice sur la turbomachine ; - la figure 3 représente une vue agrandie d'une partie du dispositif de serrage de la figure précédente, coopérant avec des brides annulaires ; - la figure 4 représente une vue en 30 perspective du dispositif de serrage montré sur les figures 2 et 3 : - les figures 5 à 7 montrent différentes étapes pour le montage du dispositif de serrage ; - les figures 7a et 7b illustrent une première réalisation pour les moyens de déploiement radial équipant le dispositif de serrage ; - la figure 8 illustre une seconde réalisation pour les moyens de déploiement radial équipant le dispositif de serrage ; - la figure 9 illustre une troisième 10 réalisation pour les moyens de déploiement radial équipant le dispositif de serrage ; - les figures 10a et 10b illustrent une quatrième réalisation pour les moyens de déploiement radial équipant le dispositif de serrage ; 15 - la figure 11 représente une alternative de réalisation pour l'anneau du dispositif de serrage montré sur les figures précédentes ; et - les figures 12 et 13 montrent d'autres applications de la présente invention. 20 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS En référence à la figure 1, il est représenté une partie d'une turbomachine 1 pour aéronef, du type turboréacteur à double flux. Le turboréacteur 1, entouré d'une nacelle 2, comprend 25 successivement, de l'amont vers l'aval selon une direction 4 d'écoulement principal des gaz au sein de la turbomachine, une soufflante 6, un générateur de gaz 8 comprenant classiquement des compresseurs, une chambre de combustion et des turbines, et une partie 30 terminale 10 d'éjection des gaz. Cette partie terminale comprend un mélangeur 12 à l'extrémité aval duquel les flux primaire et secondaire se mélangent, et, disposé radialement vers l'intérieur, un corps central 14 d'éjection des gaz, également dénommé « plug », qui est monté sur un carter d'éjection 16 situé en sortie du générateur des gaz. La soufflante 6 présente quant à elle un axe longitudinal ou de rotation 22, correspondant également à l'axe longitudinal du turboréacteur associé. Cette soufflante comprend un disque de soufflante 24 centré sur l'axe 22, des aubes de soufflante 26 rapportées sur le disque 24 et espacées les unes des autres selon une direction circonférentielle ou tangentielle 28. De cette façon, les aubes 26 sont entraînées en rotation avec le disque 24, autour de l'axe de rotation 22. La soufflante 6 comprend en outre, de façon connue, des secteurs formant plateforme (non représentés) rapportés fixement sur le disque 24, entre deux aubes 26 directement consécutives dans la direction circonférentielle 28, ces secteurs définissant partiellement une surface inter-aubes destinée à être épousée par un flux annulaire d'air traversant la soufflante, également dénommé veine du turboréacteur. La direction de ce flux ou de cette veine 32, correspondant globalement à la direction principale 4 d'écoulement des gaz au sein du turboréacteur, est également assimilable à une direction axiale de la soufflante 6. En amont des aubes de soufflante 26, la 30 soufflante 6 présente un cône d'entrée 34 centré sur l'axe 22, et dont la surface extérieure 36 sensiblement conique est destinée à être épousée par la veine 32 précitée. Ce cône 34, entraîné en rotation selon l'axe 22 avec le disque de soufflante 24, est fixé à l'aval sur une pièce 38 issue du sommet du cône, comme visible sur les figures 1 et 2. Cette pièce 38 de forme globale tronconique, également dénommée virole arrière de capot, peut, outre sa fonction de définition d'une partie de la surface extérieure 36 de délimitation de la veine 34, également intégrer une fonction additionnelle de système d'équilibrage du turboréacteur. Pour assurer l'assemblage du cône 34 sur la virole aval 38, ces deux pièces présentent chacune une bride annulaire de fixation centrée sur l'axe 22, respectivement référencées 40, 42 sur la figure 2. La bride 40 est agencée à l'extrémité aval du cône 34, tandis que la bride 42 est agencée à l'extrémité amont de la virole 38. Elles sont plaquées l'une contre l'autre selon un plan d'interface 44 agencé transversalement, tel que cela est montré sur les figures 2 et 3. Elles présentent également une périphérie conformée pour permettre un guidage radial 45 de l'une par rapport à l'autre.

Les brides 40, 42 sont maintenues serrées l'une contre l'autre à l'aide d'un dispositif de serrage 50 spécifique à la présente invention, de forme globalement annulaire centrée sur l'axe 22. Ce dispositif 50 est placé intérieurement 30 par rapport aux pièces 34, 38 qu'il enserre, ce qui permet de conserver une jonction aérodynamique 52 très satisfaisante entre la surface extérieure des pièces 34, 38. Il comprend un anneau fendu 54 dont la surface radialement externe est conformée de manière à définir une gorge annulaire de serrage 56 ouverte radialement vers l'extérieur. Cette gorge 56, de section transversale en forme de V ou de trapèze s'évasant radialement vers l'extérieur, reçoit les brides 40, 42 qui se projettent quant à elles radialement vers l'intérieur. L'association de ces deux brides présente une forme complémentaire de celle de la gorge 56, de sorte que le déplacement relatif des brides vers l'intérieur de la gorge accentue le serrage de ces brides 40, 42 l'une contre l'autre.

Comme cela est le mieux visible sur la figure 4, le caractère fendu de l'anneau 56 laisse apparaitre deux extrémités circonférentielles 60 en regard et à distance l'une de l'autre, reliées entre elles par des moyens de déploiement radial 62 qui sont uniquement représentés schématiquement sur cette figure. Ces moyens 62 sont conçus pour pouvoir pour appliquer/relâcher une contrainte de compression dans l'anneau 54, selon la direction circonférentielle, à partir des extrémités 60. Ainsi, ces moyens permettent de faire passer l'anneau 54 et sa gorge 56 d'une position rétractée radialement à une position déployée radialement montrée sur la figure 4, dans laquelle le diamètre moyen est donc supérieur à celui adopté dans la position rétractée. La position rétractée, retenue pour assurer l'introduction des brides 40, 42 dans la gorge 56, voit donc les extrémités circonférentielles 60 rapprochées, tandis que la position déployée, retenue pour le serrage des brides, voit les extrémités circonférentielles 60 écartées l'une de l'autre.

Le passage de l'une à l'autre des positions est autorisée par déformation élastique de l'anneau 54, qui est préférentiellement réalisé en acier fortement allié, comme l'acier A286 (Z3CNT25), ou dans un acier plus indiqué pour les ressorts comme l'acier 60SC7 présentant une haute limite d'élasticité lui évitant de plastifier trop rapidement, ou encore en alliage à mémoire de forme à base Nickel-Titane comme le Nitinol. Le rapport de déformation comme la rigidité attendue dépendent de l'installation et des dimensions des éléments à assembler. Dans le cas de diamètres plus importants, comme au niveau du « plug », il peut être envisagé de sectoriser l'anneau 54 en reliant les secteurs par exemple par des moyens de déploiement radial, dont certaines configurations vont être décrites en référence aux figures 7a et suivantes. Pour assurer le montage du cône d'entrée 34 sur la virole aval 38, le dispositif de serrage 50 peut être pré-monté sur la bride 40 du cône, pour former un ensemble qui est rapproché axialement de la virole 38, comme en témoigne la flèche 64 sur la figure 5. Ensuite, la gorge 56 est amenée en position rétractée montrée sur la figure 6, via les moyens de déploiement radial, pour laisser passer la bride 42 à l'extérieur de l'anneau 54, et la déplacer axialement jusqu'à son contact avec la bride 40 comme représenté sur la figure 7. Une fois le contact établi, les moyens de déploiement sont commandés afin de libérer la contrainte de compression entre les extrémités de l'anneau, de sorte que ce dernier retrouve sa position déployée de serrage montrée sur la figure 3, dans laquelle les brides 40, 42 sont fermement serrées l'une contre l'autre par la gorge 56 qui les reçoit. Les figures 7a et 7b montrent une première réalisation possible pour les moyens de déploiement radial, qui prennent ici la forme d'un compas de mise en contrainte 68, interposé entre les extrémités 60 de l'anneau 54. Le compas comprend des branches 70, 72 articulées l'une sur l'autre à l'une de leurs extrémités, et dont les deux extrémités libres sont montées articulées respectivement sur les deux extrémités circonférentielles 60 de l'anneau. De plus, l'articulation 74 entre les deux branches est reliée à une vis de commande 76 agencée radialement, vissée sur un écrou 78 lui-même monté sur l'une des deux pièces à serrer. En faisant tourner l'écrou 78, la vis 76 se déplace radialement vers l'intérieur ou l'extérieur, emmenant avec elle l'articulation 74. Cela conduit à une modification de l'angle défini par le compas, et donc à un écartement/rapprochement des extrémités 60. La figure 7a montre ainsi le compas dans une configuration amenant l'anneau dans la position rétractée, tandis que la figure 7b montre le compas dans une autre configuration amenant l'anneau dans la position déployée, configuration dans laquelle l'angle défini par le compas est supérieur.

Une autre réalisation montrée sur la figure 8 montre des moyens de déploiement radial sous forme d'un ou plusieurs ressorts 80, de traction ou de compression, dont les extrémités sont montées sur les extrémités circonférentielles 60 de l'anneau 54. Une autre réalisation est montrée sur la figure 9. Elle consiste en un système à vis comprenant une vis 84 filetée à ses deux embouts qui coopèrent respectivement avec des écrous 86 montés sur les extrémités circonférentielles 60 de l'anneau. Les sens de filetage des embouts de la vis 86 sont inversés de sorte que la rotation de cette dernière, via un organe de préhension 88 situé entre les deux embouts filetés, provoque un écartement/rapprochement des extrémités 60. Selon une autre réalisation montrée sur les figures 10a et 10b, les deux extrémités circonférentielles 60 sont reliées entre elles par un ou plusieurs éléments 90 en alliage à mémoire de forme, qui, lorsqu'il est chauffé, se rétracte circonférentiellement comme cela a été schématisé sur la figure 10b, déplaçant avec lui les extrémités circonférentielles 60 qui se rapprochent donc également l'une de l'autre. A froid, l'élément 90 est déployé circonférentiellement comme cela est montré sur la figure 10a, et permet de développer des efforts de compression importants dans l'anneau 54.

La figure 11 montre que l'anneau 54 peut également être fendu de manière oblique, sans sortir du cadre de l'invention (les moyens de déploiement radial n'étant pas représentés sur cette figure). Enfin, les figures 12 et 13 montrent 30 d'autres applications possibles pour le dispositif de serrage 50, par exemple pour le montage du corps central 14 sur le carter d'éjection 16, en prévoyant les deux brides annulaires de fixation respectivement sur ces deux éléments, ou encore pour assembler deux parties 92a, 92b d'une enceinte fermée 92, par exemple un réservoir de fluide. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.10

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de serrage (50) de deux pièces de turbomachine, le dispositif comprenant une 5 gorge de serrage (56) de forme globale annulaire, destinée à recevoir deux brides annulaires (40, 42) appartenant respectivement auxdites deux pièces, caractérisé en ce que ladite gorge de serrage (56) est ouverte radialement vers l'extérieur, 10 et en ce que le dispositif comporte des moyens de déploiement radial (62) permettant d'amener ladite gorge de serrage d'une position rétractée permettant le passage des brides, à une position déployée de serrage. 15
2. 2. Dispositif de serrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un anneau (54) formant ladite gorge de serrage (56), l'anneau présentant deux extrémités circonférentielles (60) en regard et à distance l'une de l'autre, reliées 20 entre elles par lesdits moyens de déploiement radial (62).
3. 3. Dispositif de serrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens 25 de déploiement radial comprennent un compas de mise en contrainte (68) dont les deux extrémités libres des branches (70) du compas sont montées respectivement sur les deux extrémités circonférentielles (60) de l'anneau. 30SP 50611 AP 15
4. 4. Dispositif de serrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de déploiement radial comprennent des moyens élastiques de rappel (80).
5. 5. Dispositif de serrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de déploiement radial comprennent un système à vis (82).
6. 6. Dispositif de serrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de déploiement radial comprennent au moins un élément (90) en alliage à mémoire de forme. 15
7. 7. Dispositif de serrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite gorge de serrage (56) présente une section en forme de V ou de trapèze. 20
8. 8. Ensemble pour turbomachine comprenant deux pièces (34, 38, 14, 16, 92a, 92b) assemblées entres elles par un dispositif de serrage (50) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 25
9. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'une desdites deux pièces est un cône d'entrée d'hélice (34), un corps central d'éjection des gaz (14), ou encore une partie (92a, 30 92b) d'une enceinte fermée (92). 10SP 50611 1g 16
10. 10. Turbomachine (1) d'aéronef comprenant au moins un ensemble selon la revendication 8 ou la revendication 9. 10