FR3151354A1

FR3151354A1 - Dispositif de centrage sans frettage pour le centrage de pièces rotor

Info

Publication number: FR3151354A1
Application number: FR2307847A
Authority: FR
Inventors: Stéphane Xavier Gérard ROUSSELIN; Lucile DARTHOUT
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2023-07-21
Filing date: 2023-07-21
Publication date: 2025-01-24

Abstract

Dispositif de centrage sans frettage pour le centrage de pièces rotor Dispositif de centrage (1) pour une pièce rotor interne (2) et une pièce rotor externe (3) concentriques et centrées autour d’un axe (X-X’), fixées l’une à l’autre. Il comprend au moins trois taquets mobiles (5) montés chacun coulissant dans un logement (6) selon un axe orthogonal à l’axe (X-X’), chaque logement (6) étant situé sur une face radiale externe (7) de la pièce rotor interne (2), chaque logement (6) présentant un fond (8) et des parois internes (9) et lesdits logements (6) étant répartis radialement autour de l’axe (X-X’), chaque taquet mobile (5) étant situé au voisinage immédiat des parois internes (9) du logement (6) dans lequel il coulisse et chaque taquet mobile (5) présentant une longueur (L) supérieure à la distance d’écartement (E) qui le sépare de la pièce rotor externe (3) lorsqu’il est au fond (8) de son logement (6). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1

Description

Dispositif de centrage sans frettage pour le centrage de pièces rotor

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

Le domaine technique de l’invention est celui des dispositifs de centrage sans frettage prévu entre deux pièces rotor concentriques pour le centrage desdites pièces.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

Dans une machine tournante, par exemple une turbomachine, des pièces rotor sont habituellement frettées sur les arbres afin qu’elles conservent leur centrage en fonctionnement pour ne pas générer de balourd et assurer des appuis à certaines stations axiales pour optimiser le comportement de dynamique d’ensemble.

Cependant, le montage par frettage complique considérablement le montage et démontage des pièces rotor. En outre, l’efficacité du centrage d’un montage par frettage varie en fonction du régime de la machine tournante et de la température des pièces ainsi assemblée. En effet, un régime élevé peut provoquer la rotation d’une pièce rotor par rapport à l’autre pièce rotor avec laquelle elle est frettée, et une forte dilatation thermique d’une pièce rotor externe peut créer un jeu non souhaité entre cette pièce et la pièce rotor interne sur laquelle elle est frettée.

Il existe donc un besoin pour un dispositif permettant de maintenir un centrage de pièces rotor concentriques, mais sans utiliser de frettage. Un tel dispositif de centrage est notamment prévu dans une partie s’étendant longitudinalement où les deux pièces rotor sont à distance l’une de l’autre.

Afin d’offrir une solution aux problèmes évoqués précédemment, l’invention fournit un dispositif de centrage prévu entre deux pièces rotor et dont le principe de fonctionnement repose sur l’utilisation de l’effort centrifuge des pièces rotor sujettes à rotation. Cet effort centrifuge induit un déplacement radial de taquets coulissants, dont certains s’immobilisent par coincement dans leur logement lorsque l’une des pièces rotor tend à se déplacer radialement, les taquets immobilisés s’opposant alors à ce mouvement de décentrage/désaxage des pièces rotor entre elles.

Un aspect de l’invention concerne un ensemble formé d’une pièce rotor interne, d’une pièce rotor externe et d’un dispositif de centrage pour les pièces rotor, les deux pièces rotor étant concentriques et centrées autour d’un axe X-X’, fixées l’une à l’autre et présentant une partie s’étendant longitudinalement où les deux pièces rotor sont à distance l’une de l’autre, le dispositif de centrage comprenant au moins trois taquets mobiles montés chacun coulissant dans un logement selon un axe orthogonal à l’axe X-X’, chaque logement étant situé sur une face radiale externe de la pièce rotor interne, dans la partie où les deux pièces rotor sont à distance l’une de l’autre, chaque logement présentant un fond et des parois internes et lesdits logements étant répartis radialement autour de l’axe X-X’, chaque taquet mobile étant situé au voisinage immédiat des parois internes du logement dans lequel il coulisse et chaque taquet mobile présentant une longueur L supérieure à la distance d’écartement E qui le sépare de la pièce rotor externe lorsqu’il est au fond de son logement.

Grâce à l’invention, les taquets mobiles coulissent naturellement radialement vers l’extérieur lorsque les pièces rotor sont entraînées à rotation et viennent en butée contre la face interne de la pièce rotor externe. Si l’une des pièces rotor tend à se déplacer radialement par rapport à l’autre selon un mouvement de décentrage/désaxage, au moins un taquet mobile est sollicité en déplacement selon une direction qui n’est pas radiale, ce qui tend à le coincer dans son logement. Ledit taquet coincé est alors immobilisé dans son logement et vient par conséquent s’opposer au mouvement de décentrage/désaxage de la pièce rotor par rapport à l’autre.

Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, l’ensemble selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

Au moins un logement est prévu dans un support monté sur la face radiale externe de la pièce rotor interne.
Le support est une bague support.
Le support est creux.
Au moins un taquet mobile monté coulissant dans un logement prévu dans un support présente au moins un relief anti-retrait au niveau d’une extrémité située sur une face interne du taquet mobile, en vis-à-vis du fond dudit logement.
Un relief anti-retrait est sous la forme d’un épaulement.
Au moins un taquet mobile est rigide.
Au moins un taquet mobile et le logement dans lequel il coulisse sont de forme cylindrique ou parallélépipédique.
Les taquets mobiles et les logements dans lesquels ils coulissent sont répartis uniformément et radialement autour de l’axe X-X’.
Les taquets mobiles et les logements dans lesquels ils coulissent s’étendent perpendiculairement à l’axe X-X’.

Un autre aspect de l’invention concerne une machine tournante comportant un ensemble tel que précédemment décrit.

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 sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. Sur les figures, les dimensions sont données à titre illustratif uniquement, certaines distances entre les pièces étant volontairement exagérées pour plus de clarté.

est une vue partielle schématique en coupe longitudinale de deux pièces rotor concentriques équipées d’un exemple de dispositif de centrage selon l’invention où le taquet est représenté est au fond de son logement.

est une vue similaire à où le taquet est représenté coulissé en butée contre la pièce rotor externe.

est une vue de détail de la partie encerclée sur .

est une vue schématique en coupe transversale des éléments de où l’ensemble comprend six taquets mobiles.

est une vue similaire à où la pièce rotor externe tend à se décentrer/désaxer vers le haut et où les deux taquets situés à droite et à gauche sur la figure sont sollicités en déplacement non axial (vers le haut sur la figure) et sont coincés dans leur logement, les zones de coincement étant représentées chacune par un cercle noir.

est une vue schématique en coupe transversale des éléments de où l’ensemble comprend quatre taquets mobiles.

est une vue schématique en coupe transversale des éléments de où l’ensemble comprend trois taquets mobiles.

est une vue similaire à illustrant un exemple de variante selon l’invention où le taquet est monté coulissant dans une bague support logée entre deux pièces d’appui.

est une vue similaire à où les deux pièces d’appui sont d’une seule pièce avec la pièce rotor interne.

est une vue similaire à où les deux pièces d’appui sont d’une seule pièce avec la pièce rotor externe.

est une vue similaire à où la pièce d’appui amont est d’une seule pièce avec la pièce rotor interne, tandis que la pièce d’appui aval est d’une seule pièce avec la pièce rotor externe.

est une vue similaire à où la pièce d’appui amont est un tourillon monté sur la pièce rotor interne par des cannelures et immobilisé longitudinalement par un écrou fileté vissé sur la pièce rotor interne, tandis que la pièce d’appui aval est d’une seule pièce avec la pièce rotor interne.

DESCRIPTION DETAILLEE

Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.

Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport aux positions des pièces illustrées sur les figures, l’amont étant situé à gauche sur les figures, tandis que l’aval est situé à droite. De même, le terme « longitudinal » ou « axial » correspond à une direction parallèle à l’axe longitudinal X-X’ selon lequel s’étend la turbomachine, tandis que par le terme « radial » on entend une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X’. En outre, dans la présente demande, les termes « intérieur » et « extérieur », et « interne » et « externe » sont définis radialement par rapport à l'axe longitudinal X-X’. Enfin, par radial on entend une direction dirigée selon un rayon, c'est-à-dire perpendiculairement à l’axe longitudinal X-X’. Ainsi, une pièce cylindrique s'étendant selon l'axe longitudinal X-X’ comporte une face radiale intérieure tournée vers l'axe longitudinal X-X’ de la turbomachine et une face radiale extérieure, opposée à sa face intérieure et tournée vers l’extérieur. On notera que l’axe longitudinal X-X’ est le même pour les pièces rotor citées dans la description.

Comme cela est représenté sur à , l’invention concerne un dispositif de centrage 1 prévu entre deux pièces rotor 2, 3 concentriques et centrées autour d’un axe X-X’, à savoir une pièce rotor interne 2 et une pièce rotor externe 3 située autour de la pièce rotor interne 2. L’invention concerne également un ensemble 4 comprenant deux pièces rotor 2, 3 et un dispositif de centrage 1.

Les deux pièces rotor 2, 3 sont fixées l’une à l’autre au niveau d’une partie non illustrée sur les figures, et sont à distance l’une de l’autre dans une autre partie s’étendant longitudinalement et illustrée sur les figures. Le dispositif de centrage 1 est prévu dans cette autre partie afin de maintenir le centrage des pièces rotor 2, 3 entre elles autour de l’axe X-X’. En l’absence de ce dispositif de centrage 1, un décentrage et/ou désaxage d’une des pièces rotor 2, 3 peut notamment entraîner un balourd dans la machine tournante comportant lesdites pièces rotor 2, 3.

Les deux pièces rotor 2, 3 sont préférentiellement des pièces de révolution, par exemple de section ronde.

La pièce rotor externe 3 peut par exemple être un disque, un anneau, un tourillon, ou tout autre pièce fixée à une pièce rotor interne 2 et se prolongeant longitudinalement selon l’axe X-X’ de ces pièces rotor 2, 3.

La pièce rotor interne 2 peut être pleine ou creuse. Par exemple, il peut s’agir d’un disque ou d’un anneau, mais aussi d’un arbre ou d’un axe rotatif.

Le dispositif de centrage 1 se particularise en ce qu’il comprend des taquets mobiles 5 montés chacun dans un logement 6. Chaque taquet mobile 5 est monté dans un logement 6 de sorte de pouvoir y coulisser selon un axe orthogonal à l’axe X-X’, préférentiellement radialement selon un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X’.

Chaque logement 6 est situé sur une face radiale externe 7 de la pièce rotor interne 2, dans la partie où les deux pièces rotor 2, 3 sont à distance l’une de l’autre.

Les logements 6 sont préférentiellement répartis radialement autour de l’axe X-X’, notamment afin d’éviter des balourds dans la pièce rotor interne 2.

Comme cela apparaît sur à , les logements 6 présentent chacun un fond 8 et des parois internes 9, chaque taquet mobile 5 étant situé au voisinage immédiat des parois internes 9 du logement 6 dans lequel il coulisse. Ces parois internes 9 sont les parois contre lesquelles coulisse le taquet mobile 5 lorsqu’il est dans un logement 6. On pourrait les définir en tant que parois internes 9 latérales.

L’expression « au voisinage immédiat », également connue en tant que « à proximité immédiate » désigne deux pièces qui sont très proches l’une de l’autre, mais sans contact mutuel. Dans le contexte de l’invention, le fait que le taquet mobile 5 soit situé au voisinage immédiat des parois internes 9 du logement 6 dans lequel il coulisse signifie par exemple que le taquet mobile 5 est situé à une distance moyenne D desdites parois internes 9 telle que D/P < 0,2, préférentiellement telle que D/P < 0,1 et plus préférentiellement telle que D/P < 0,05, où P est la profondeur du logement 6 dans lequel le taquet mobile 5 est logé coulissant. Ces dimensions apparaissent sur où la distance D est exagérée pour des raisons de clarté. Cette distance D correspond à un jeu permettant au taquet mobile 5 de coulisser dans son logement 6, tout lui permettant de se coincer rapidement lorsqu’il est soumis un effort dont la direction est différente de celle du coulissement.

En effet, plus le rapport D/P est faible, plus le taquet mobile 5 s’immobilise rapidement lorsqu’il est sollicité en déplacement non radial afin d’empêcher ou de limiter fortement et rapidement le décentrage/désaxage des pièces rotor 2, 3 entre elles grâce à un phénomène de coincement du taquet mobile 5 qui est décrit plus loin.

Comme cela apparaît sur , chaque taquet mobile 5 présente une longueur L supérieure à la distance d’écartement E qui le sépare de la pièce rotor externe 3 lorsqu’il est au fond 8 de son logement 6, de sorte notamment qu’il ne puisse pas sortir de son logement 6. Par longueur L du taquet mobile 5 on entend la hauteur dudit taquet mobile 5, c’est-à-dire la longueur selon laquelle il se prolonge sensiblement radialement par rapport à l’axe X-X’. La distance d’écartement E est la distance située entre la face externe 10 du taquet mobile 5 lorsqu’il est situé contre le fond 8 de son logement 6 et la face radiale interne 11 de la pièce rotor externe 3 située en regard dudit taquet mobile 5.

Comme cela est représenté sur , , et , Lorsque les pièces rotor 2, 3 sont entraînées à rotation autour de l’axe X-X’, sous l’action de la force centrifuge, les taquets mobiles 5 de l’invention coulissent en direction de la pièce rotor externe 3 selon un axe orthogonal à l’axe X-X’ et viennent en butée contre la face radiale interne 11 de la pièce rotor externe 3 située en regard desdits taquets mobiles 5.

Comme cela est représenté sur , lorsqu’une des pièces rotor 2, 3 en rotation tend à se désaxer et/ou se décentrer par rapport à l’autre dans une direction, par exemple lorsque la pièce rotor externe 3 tend à se déplacer vers le haut sur (cf. flèches blanches), les taquets mobiles 5 qui peuvent coulisser sensiblement radialement dans cette même direction ne s’opposent pas à ce déplacement en décentrage et/ou désaxage et viennent se positionner en butée contre la face radiale interne 11 de la pièce rotor externe 3 (sur il s’agit du taquet mobile 5 du haut et de celui du bas). Les autres taquets mobiles 5, qui ne sont pas prévus pour coulisser dans la direction du déplacement en décentrage et/ou désaxage, sont néanmoins sollicités en déplacement selon cette direction (cf. flèches noires), ce qui tend à les placer de travers dans leur logement 6 respectif. Ce placement de travers tend à bloquer ces taquets mobiles 5 par coincement dans leur logement 6 respectif, et donc à les immobiliser par la mise en contact de la face latérale 12 des taquets mobiles 5 avec une paroi interne 9 de son logement 6 respectif au niveau d’une zone de coincement 13. Ces taquets mobiles 5 étant en butée contre la face radiale interne 11 de la pièce rotor externe 3, ils immobilisent radialement les pièces rotor 2, 3 l’une par rapport à l’autre, et empêchent ou limitent fortement le décentrage/désaxage des pièces rotor 2, 3 entre elles. Sur , la position approximative de chaque zone de coincement 13 est représentée par un cercle noir.

Comme cela est représenté sur , le dispositif de centrage 1 comprend au moins trois taquets mobiles 5 afin qu’au moins un taquet mobile 5 soit immobilisé par coincement quelle que soit la direction selon laquelle une des pièces rotor 2, 3 tend à se décentrer et/ou se désaxer. Comme cela est représenté à titre d’exemple sur à , le dispositif de centrage 1 peut comprend n’importe quelle nombre de taquets mobiles 5, tant que ce nombre est supérieur ou égal à trois.

Comme cela est illustré à titre d’exemple sur à , les taquets mobiles et les logements 6 dans lesquels ils coulissent sont préférentiellement répartis uniformément et radialement autour de l’axe X-X’. Enfin, les taquets mobiles 5 et les logements 6 dans lesquels ils coulissent s’étendent préférentiellement perpendiculairement à l’axe X-X’.

Au moins un taquet mobile 5, préférentiellement tous, et le(s) logement (s) 6 dans lequel il(s) coulisse(nt) sont préférentiellement de forme cylindrique ou parallélépipédique.

Au moins un taquet mobile 5, préférentiellement tous, est rigide dans les conditions normales d’utilisation. Les taquets mobiles 5 peuvent par exemple être en métal ou en céramique. Ils doivent présenter une masse suffisante pour pouvoir coulisser vers l’extérieur sous l’effet de la force centrifuge de la pièce rotor interne 2 sujette à rotation.

Selon un mode de réalisation illustré sur à , les logements 6 peuvent être chacun sous la forme d’un évidement non traversant conformé dans la face radiale externe 7 de la pièce rotor interne 2. Ce mode de réalisation est avantageusement simple, mais peut fragiliser la pièce rotor interne 2.

Selon un autre mode de réalisation illustré sur à , les logements 6 peuvent être chacun sous la forme d’un espace délimité en deux pièces d’appui 14, à savoir une pièce d’appui amont 14a et une pièce d’appui aval 14b, ces pièces d’appui 14 étant situées entre les pièces rotor 2, 3.

Selon un mode de réalisation supplémentaire également illustré sur à , au moins un logement 6, préférentiellement tous, est prévu dans un support 15 monté sur la face radiale externe 7 de la pièce rotor interne 2. Le support 15 est préférentiellement une bague support, préférentiellement commune à tous les logements 6. Un support 15 individuel peut également être prévu pour chaque logement 6.

Tel qu’illustré sur à , le support 15 peut être creux. Le taquet mobile 5 monté coulissant dans un logement 6 prévu dans un support 15 creux peut présenter au moins un relief anti-retrait 16, par exemple sous la forme d’un épaulement, prévu au niveau d’une extrémité 17 située sur une face interne dudit taquet mobile 5, située en vis-à-vis du fond 8 dudit logement 6. Ce taquet mobile 5 fait saillie de sorte que le taquet mobile 5 ne puisse par ressortir totalement du logement 6 où il est situé, notamment lors de la manipulation de la pièce rotor interne 2 avant que la pièce rotor externe 3 ne soit fixée sur ladite pièce rotor interne 2.

Comme cela est illustré sur à , au moins une pièce d’appui 14 peut être d’une seule pièce avec une des pièces rotor 2, 3 ou fixée sur celle-ci, par exemple par vissage ou frettage (variantes non illustrées).

Comme cela est illustré sur , où la pièce d’appui amont 14a est d’une seule pièce avec la pièce rotor externe 3, ici sous la forme d’un tourillon, au moins une pièce d’appui 14 peut être assemblée par cannelures 18 avec une des pièces rotor 2, 3 et immobilisée longitudinalement par une pièce d’immobilisation 19, par exemple vissée ou frettée. A titre d’exemple, la pièce d’immobilisation 19 est un écrou fileté.

Un autre aspect de l’invention concerne une machine tournante comportant un ensemble 4 de l’invention, cette machine tournante pouvant par exemple être une turbomachine, une pompe, un compresseur, un réducteur, un turbocompresseur, etc.

Claims

Ensemble (4) formé d’une pièce rotor interne (2), d’une pièce rotor externe (3) et d’un dispositif de centrage (1) pour les pièces rotor (2, 3), les deux pièces rotor (2, 3) étant concentriques et centrées autour d’un axe (X-X’), fixées l’une à l’autre et présentant une partie s’étendant longitudinalement où les deux pièces rotor (2, 3) sont à distance l’une de l’autre, le dispositif de centrage (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins trois taquets mobiles (5) montés chacun coulissant dans un logement (6) selon un axe orthogonal à l’axe (X-X’), chaque logement (6) étant situé sur une face radiale externe (7) de la pièce rotor interne (2), dans la partie où les deux pièces rotor (2, 3) sont à distance l’une de l’autre, chaque logement (6) présentant un fond (8) et des parois internes (9) et lesdits logements (6) étant répartis radialement autour de l’axe (X-X’), chaque taquet mobile (5) étant situé au voisinage immédiat des parois internes (9) du logement (6) dans lequel il coulisse et chaque taquet mobile (5) présentant une longueur (L) supérieure à la distance d’écartement (E) qui le sépare de la pièce rotor externe (3) lorsqu’il est au fond (8) de son logement (6).
Ensemble (4) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’au moins un logement (6) est prévu dans un support (15) monté sur la face radiale externe (7) de la pièce rotor interne (2).
Ensemble (4) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support (15) est une bague support.
Ensemble (4) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le support (15) est creux.
Ensemble (4) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’au moins un taquet mobile (5) monté coulissant dans un logement (6) prévu dans un support présente au moins un relief anti-retrait (16) au niveau d’une extrémité (17) située sur une face interne du taquet mobile (5), en vis-à-vis du fond (8) dudit logement (6).
Ensemble (4) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’un relief anti-retrait (16) est sous la forme d’un épaulement.
Ensemble (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins un taquet mobile (5) est rigide.
Ensemble (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins un taquet mobile (5) et le logement (6) dans lequel il coulisse sont de forme cylindrique ou parallélépipédique.
Ensemble (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les taquets mobiles (5) et les logements (6) dans lesquels ils coulissent sont répartis uniformément et radialement autour de l’axe (X-X’).
Ensemble (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les taquets mobiles (5) et les logements (6) dans lesquels ils coulissent s’étendent perpendiculairement à l’axe (X-X’).