FR3137405A1 - Carter de turbine de turboréacteur équipé de dispositifs mobiles de fixation de tubes de refroidissement - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un carter de turbomachine, comportant une paroi de révolution équipée de tubes (11) circonférentiels pour souffler de l’air sur cette paroi afin de la refroidir, ces tubes (11) étant portés par des barrettes (12) équipant le carter en s’étendant parallèlement à sa paroi de révolution, chaque tube (11) étant solidarisé à une barrette (12) par un dispositif de fixation (13), dans lequel au moins un dispositif de fixation (13) comporte un collier (14) enserrant un tube (11) en étant terminé par deux pattes s’étendant parallèlement l’une à l’autre, chaque patte comportant un trou, dans lequel un boulon (16) traverse les trous des deux pattes et un trou de la barrette (12), et dans lequel le trou de la barrette (12) est un trou oblong s’étendant parallèlement au tube (11).
Figure pour abrégé : Figure 3
Description
L’invention concerne le refroidissement d’un carter de turbine de turboréacteur, qui est assuré par des tubes entourant ce carter et diffusant de l’air vers la face externe de ce carter pour le maintenir à une température souhaitée.
Un carter 1 de turbine basse pression de turboréacteur dont une partie est représentée sur la comporte une paroi de révolution 2, qui entoure une turbine comprenant un rotor non visible portant des pales mobiles par rapport à ce carter 1.
Le jeu radial existant entre les extrémités des aubes mobiles et la face interne du carter conditionne fortement le rendement du moteur, car la quantité de pertes est d’autant plus limitée que ce jeu est faible, attendu que ces pertes correspondent à du fluide qui est propulsé dans le moteur sans entraîner les aubes.
En fonctionnement, les fluctuations thermiques auxquelles les composants du moteur sont soumis provoquent des dilatations différentielles de ces composants se traduisant entre autres par une modification du jeu radial existant entre les extrémités de pales mobiles et le carter de turbine.
Pour cette raison, le carter est refroidi, de façon à limiter sa dilatation radiale, afin d’assurer que le jeu radial reste minimal aux différentes conditions de fonctionnement du moteur.
Ce refroidissement est assuré par des tubes 3 fixés à la face externe de la paroi de révolution 2, ces tubes étant alimentés en air frais qu’ils soufflent à la face externe de la paroi 2 pour la refroidir, l’air frais alimentant ces tubes étant prélevé au niveau d’un compresseur du moteur.
Comme visible plus clairement sur la , ces tubes 3 sont portés par des barrettes 4 auxquelles ils sont fixés par des colliers 6. Ces barrettes 4 s’étendent longitudinalement et sont elles-mêmes fixées à des nervures circonférentielles situées aux extrémités de la paroi de révolution 2.
Chaque collier 6 entoure le tube 3 qu’il porte et est fixé à la barrette 4 par un boulon 7. Complémentairement, chaque barrette 4 est fixée aux nervures de la paroi de révolution 2 par au moins deux boulons situés à ses extrémités.
Compte tenu des dilatations différentielles intervenant dans un tel assemblage soumis à des cycles de variations de températures, il est nécessaire que les tubes 3 glissent dans les colliers 6 qui les portent.
En pratique, ces glissements conduisent à une usure de la face externe des tubes au niveau des colliers qui les enserrent, et cette usure peut conduire à la rupture des tubes. Il est alors nécessaire de remplacer l’ensemble de l’agencement de refroidissement, ce qui correspond à un coût de maintenance significatif.
Une possibilité pour limiter ce phénomène consiste à équiper les colliers de gaines en matériau antifriction incluant du PTFE (polytetrafluoroéthylène) pour réduire les efforts de frottements du tube par rapport au collier afin de diminuer l’usure.
Cependant, compte tenu de la température élevée, combinée avec des efforts importants, ces matériaux à se détériorent trop rapidement, de sorte que cette solution ne s’avère pas satisfaisante.
Le but de l’invention est d’apporter une solution permettant d’augmenter la longévité d’un tel agencement tout en limitant les opérations de maintenance nécessaires à son bon fonctionnement.
A cet effet, l’invention a pour objet un carter de turbomachine, comportant une paroi de révolution équipée de tubes pour souffler de l’air sur cette paroi afin de la refroidir, ces tubes étant portés par des barrettes équipant le carter en s’étendant parallèlement à sa paroi de révolution, chaque tube étant solidarisé à une barrette par un dispositif de fixation, dans lequel au moins un dispositif de fixation comporte un collier solidarisé à la barrette par un boulon, le collier enserrant un tube en étant terminé par deux pattes s’étendant parallèlement l’une à l’autre, chaque patte comportant un trou, le boulon traversant les trous des deux pattes et un trou de la barrette, et dans lequel le trou de la barrette est un trou oblong s’étendant parallèlement au tube.
Avec cet agencement, l’ensemble du collier est apte à coulisser par rapport à la barrette grâce au trou oblong, lors des déplacements du tube par rapport à la barrette qui résultent des dilatations différentielles, sans que le tube ne glisse dans ce collier.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, dans lequel le boulon comporte une vis recevant un écrou de type autobloquant.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, comportant une première rondelle entourant une vis du boulon en étant interposée entre une tête de cette vis et la barrette, et une seconde rondelle entourant la vis en étant interposée entre la barrette et les pattes du collier, et dans lequel ces rondelles portent un revêtement antifriction.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, dans lequel la barrette comporte des faces portant un revêtement antifriction autour du trou oblong.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, dont le revêtement antifriction est déposé avec un procédé de dépôt physique par phase vapeur.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, comportant une bague interposée entre les deux rondelles, cette bague ayant un diamètre externe correspondant au diamètre du trou oblong, et ayant une épaisseur sensiblement supérieure à l’épaisseur de la barrette.
L’invention concerne également un carter ainsi défini, dans lequel le trou oblong présente une longueur correspondant à la largeur des pattes du collier.
L’invention concerne également une turbomachine comportant un carter ainsi défini.
La est une vue partielle en perspective d’une portion de carter selon l’Etat de la technique ;
La est une vue partielle en perspective d’un système de fixation de tubes selon l’Etat de la technique ;
La est une vue en perspective d’un agencement de fixation de tube selon l’invention ;
La est une vue en perspective montrant le collier et la barrette de l’agencement selon l’invention ;
La est une vue en perspective montrant la barrette équipée d’une vis de l’agencement conformément à l’invention ;
La est une vue en perspective montrant le collier fixé à la barrette par boulonnage dans l’agencement selon l’invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
L’idée à la base de l’invention est d’assurer la fixation d’un tube à une barrette avec un collier qui enserre le tube sans permettre son glissement, mais qui est solidarisé à la barrette avec une mobilité en translation selon la direction longitudinale du tube.
Sur la , un tube 11 est fixé à une barrette 12 par un dispositif de fixation 13 comprenant un collier 14 enserrant le tube 11, tout en étant portée par une face 15 de la barrette 12 à laquelle elle est solidarisée par l’intermédiaire d’un boulon 16. Le tube 11 est ici sensiblement rectiligne au niveau du dispositif 13, et s’étend selon une direction circonférentielle notée DC. Cette direction circonférentielle s’étend à distance de la paroi externe cylindrique du carter en étant centrée sur l’axe de cette paroi cylindrique.
Ce collier 14 est formé d’une bande pouvant être métallique qui est repliée sur elle-même pour constituer un corps 17 en forme de portion de cylindre qui enserre le tube 11, et qui présente deux extrémités constituant deux pattes 18 et 19 apparaissant plus clairement sur la .
Ces deux pattes qui sont rabattues l’une contre l’autre comportent chacune un trou 21, et le collier 14 est solidarisé à la barrette 12 au moyen d’un boulon 16 traversant les trous des pattes et un trou oblong 22 formé dans la barrette 12. Ce trou oblong 22 qui apparaît sur la s’étend selon la direction DC du tube. Il présente un diamètre correspondant au diamètre des trous des pattes, et une longueur correspondant sensiblement à la largeur des pattes le long de l’axe AX.
Comme visible sur les figures 5 et 6, la solidarisation du collier 14 à la barrette 12 est assurée avec un boulon 16 comprenant une vis 23 engagée dans le trou oblong 22 et dans les trous des pattes, cette vis ayant sa tête 24 située à la face de la barrette 12 qui est opposée à la face portant le collier 14.
La tête 24 est en appui sur la face de la barrette 12 par l’intermédiaire d’une première rondelle 26 engagée autour de cette vis 23, cette rondelle 26 étant interposée entre la tête et la face. Une seconde rondelle 27 est engagée autour de la vis 23 pour être en appui sur la face 15 de la barrette 12, de manière à être interposée entre cette face 15 et la patte 19 du collier 14.
Les rondelles 26 et 27 sont des rondelles de type antifriction, c’est-à-dire présentant un coefficient de frottements le plus faible possible avec le matériau de la barrette 12, de manière à permettre un glissement aisé de ces rondelles sur les faces de la barrette 12 contre lesquelles elles sont appliquées.
Avantageusement, les faces de la barrette 12 sont elles-mêmes couvertes d’un revêtement antifriction pour diminuer encore les efforts de friction lorsque ces rondelles glissent sur les faces de la barrette 12. Ce revêtement antifriction peut être apporté avec un procédé de dépôt physique par phase vapeur, généralement désigné par l’acronyme PVD («Physical Vapor Deposition») qui est un procédé de métallisation permettant de déposer sous vide des minces couches de matière grâce à la vapeur sur une surface.
Le montage du collier 14 consiste à engager la vis 23 portant la première rondelle 26 dans le trou oblong 22, puis à engager la seconde rondelle 27 autour de la vis 23 sur la face 15, avant d’engager les pattes 18, 19 autour de la vis 23, à travers les trous 21 en plaquant la patte 19 sur la seconde rondelle 27, après quoi un écrou 28 peut être vissé autour de la vis 23.
Le collier 14 peut être rapporté sur la barrette 12 en entourant déjà le tube 11, ou bien le tube 11 peut aussi être engagé dans le collier une fois que le collier a été installé sur la barrette 12.
Lorsque l’ensemble est en place, l’écrou 28 est serré, pour que le collier 14 enserre le tube 11 afin qu’il ne puisse pas glisser le long du collier selon la direction DC.
Le couple de serrage de l’écrou 28 est choisi pour être pas trop élevé afin qu’un glissement des rondelles sur la barrette reste possible pour que l’ensemble formé par le collier avec les rondelles et le boulon soit mobile dans le trou oblong, tout en étant suffisamment élevé pour que le collier enserre d’une façon suffisante pour interdire un déplacement du tube par rapport au collier.
L’écrou 28 est avantageusement du type autobloquant, encore connu sous le nom d’écrou autofreiné ou écrou frein. Il est également possible d’utiliser à la place de l’écrou 28 un écrou associé à un contre-écrou serrés l’un contre l’autre pour assurer leur blocage sur la vis.
Complémentairement, deux rondelles Belleville peuvent être prévues pour réduire les efforts exercés par les rondelles 26 et 27 sur les faces de la barrette 12, de manière à faciliter leur glissement. Ces rondelles Belleville sont alors interposées respectivement entre la tête 24 et la première rondelle 26, et entre la seconde rondelle 27 et l’écrou 28.
Une autre possibilité est de prévoir autour de la vis 23 une bague ayant une épaisseur légèrement supérieure à celle de la barrette 12, interposée entre les rondelles 26 et 27, cette bague ayant un diamètre interne correspondant à celui de la vis 23 et un diamètre externe sensiblement inférieur à celui du trou oblong 22.
Dans cette configuration, le serrage de l’écrou 28 permet d’enserrer fermement le collier 14 autour du tube 11 sans que les rondelles 26 et 27 n’enserrent la barrette 12, ce qui assure que l’ensemble formé par le collier 14 et le boulon 16 est librement mobile selon la direction DC tout en restant solidarisé à la barrette 12.
En fonctionnement, lorsque le moteur est mis en service, l’accroissement de sa température, et en particulier celle du carter se traduit par une augmentation du diamètre de carter qui est chaud. Les tubes 11 étant parcours par un flux d’air de refroidissement, ils subissent un accroissement de température beaucoup moins important que le carter.
Compte tenu de la dilatation significative du carter par rapport aux tubes, ces tubes tendent à glisser par rapport au carter selon la direction circonférentielle. Grâce à l’invention, c’est chaque dispositif de fixation 13 qui glisse par rapport à la barrette 12 selon la direction DC le long du trou oblong 22, tout en restant rigidement solidaire du tube qu’il porte.
Dans ces conditions, les dilatations différentielles ne détériorent pas les tubes puisque ceux-ci ne glissent pas par rapport aux colliers qui les portent, car ce sont uniquement les colliers qui glissent par rapport aux barrettes auxquelles ils sont solidarisés.
Claims (8)
- Carter de turbomachine, comportant une paroi de révolution équipée de tubes (11) pour souffler de l’air sur cette paroi afin de la refroidir, ces tubes (11) étant portés par des barrettes (12) équipant le carter en s’étendant parallèlement à sa paroi de révolution, chaque tube (11) étant solidarisé à une barrette (12) par un dispositif de fixation (13), dans lequel au moins un dispositif de fixation (13) comporte un collier (14) solidarisé à la barrette (12) par un boulon (16), le collier (14) enserrant un tube (11) en étant terminé par deux pattes (18, 19) s’étendant parallèlement l’une à l’autre, chaque patte (18, 19) comportant un trou (21), le boulon (16) traversant les trous des deux pattes (18, 19) et un trou (22) de la barrette (12), et dans lequel le trou (22) de la barrette (12) est un trou oblong s’étendant parallèlement au tube (11).
- Carter selon la revendication 1, dans lequel le boulon (16) comporte une vis (23) recevant un écrou (28) de type autobloquant.
- Carter selon la revendication 1 ou 2, comportant une première rondelle (26) entourant une vis (23) du boulon (16) en étant interposée entre une tête (24) de cette vis (23) et la barrette (12), et une seconde rondelle (27) entourant la vis (23) en étant interposée entre la barrette (12) et les pattes (18, 19) du collier, et dans lequel ces rondelles (26, 27) portent un revêtement antifriction.
- Carter selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la barrette (12) comporte des faces (15) portant un revêtement antifriction autour du trou oblong (22).
- Carter selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle le revêtement antifriction est déposé avec un procédé de dépôt physique par phase vapeur.
- Carter selon la revendication 3, comportant une bague interposée entre les deux rondelles (26, 27), cette bague ayant un diamètre externe correspondant au diamètre du trou oblong (22), et ayant une épaisseur sensiblement supérieure à l’épaisseur de la barrette (12).
- Carter selon la revendication 1, dans lequel le trou oblong (22) présente une longueur correspondant à la largeur des pattes (18, 19) du collier (14).
- Turbomachine comportant un carter selon l’une des revendications précédentes.
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