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WO2025046203A1 - Ensemble pour turbomachine - Google Patents

Ensemble pour turbomachine Download PDF

Info

Publication number
WO2025046203A1
WO2025046203A1 PCT/FR2024/051136 FR2024051136W WO2025046203A1 WO 2025046203 A1 WO2025046203 A1 WO 2025046203A1 FR 2024051136 W FR2024051136 W FR 2024051136W WO 2025046203 A1 WO2025046203 A1 WO 2025046203A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
annular surface
nut
assembly
axis
external annular
Prior art date
Application number
PCT/FR2024/051136
Other languages
English (en)
Inventor
Thierry Guy Xavier TESSON
Thomas REVEL
Christophe Paul AUPETIT
Original Assignee
Safran Ceramics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Ceramics filed Critical Safran Ceramics
Publication of WO2025046203A1 publication Critical patent/WO2025046203A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/04—Mounting of an exhaust cone in the jet pipe
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/243—Flange connections; Bolting arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/31—Retaining bolts or nuts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]

Definitions

  • the present disclosure relates to an assembly for a turbomachine, in particular for the rear body of a turbomachine. It also relates to a turbomachine comprising such an assembly.
  • FIGS 1 and 2 schematically represent a turbomachine 1 of axis X1, hereinafter referred to as the first axis X1, for example a dual-flow turbojet.
  • a turbomachine 1 generally comprises, from upstream AM to downstream AV, a fan 2, a low-pressure compressor 3, a high-pressure compressor 4, a combustion chamber 5, a high-pressure turbine 6, a low-pressure turbine 7 and an exhaust system downstream of the body of the turbomachine.
  • the first axis X1 is in particular coincident with the axis of rotation of the rotors of the turbomachine 1.
  • the gas flow F in particular air, entering upstream of the turbomachine 1 first circulates through the fan 2 and then divides into a primary flow F1 flowing in a circulation vein called the primary annular vein 8, and into a secondary flow F2 flowing in a circulation vein called the secondary annular vein 9 surrounding the primary annular vein 8.
  • upstream and downstream are defined, unless otherwise indicated, in relation to the direction of flow of the gases within the turbomachine 1.
  • longitudinal are defined in relation to the axis X1 of the turbomachine 1 and the terms “internal” and “external”, and “internal” and “external”, are then defined in the radial direction in relation to the axis X1 of the turbomachine.
  • the exhaust system Downstream of the turbomachine, the exhaust system ensures the evacuation of the hot gases leaving the low-pressure turbine 7 through the primary annular flow path 8.
  • the exhaust system comprises an exhaust casing 130 and an ejection cone 120, also called an exhaust cone, arranged downstream of the exhaust casing 130.
  • the exhaust casing 130 generally has an internal annular shell 131 and an external annular shell 132, forming between them an annular space delimiting the primary annular flow path 8 at the outlet of the low-pressure turbine.
  • the gases at the outlet of the low-pressure turbine then flow around the ejection cone 120 from upstream to downstream.
  • the ejection cone 120 forms an internal delimitation of the primary annular flow path.
  • the ejection cone 120 is mechanically connected to the internal annular ferrule 131 of the casing 130 by means of a connecting flange mechanically secured to the casing 130.
  • FIG 3 illustrates an example of an ejection cone 120.
  • the ejection cone 120 generally comprises an outer annular wall 122 and an inner annular wall 121 arranged radially inside the outer annular wall 122.
  • Partitions 123 usually flat or curves, can extend radially between the inner annular wall 121 and the outer annular wall 122, so as to form an acoustic box suitable for attenuating acoustic waves.
  • the ejection cone 120 can be made of ceramic matrix composite material.
  • the internal annular shell 131 of the exhaust casing 130 and the connecting flange remain conventionally metallic, for example made of titanium alloy, in order to ensure a certain mechanical strength.
  • a classic bolted connection solution consists of using a screw and a nut with a washer and/or a spacer.
  • the screws may, for example, consist of standard screws.
  • the nuts are usually made of a nickel-based superalloy, compatible with the operating temperatures of the parts.
  • the use of a spacer in a material with suitable thermal expansion makes it possible at least partially to compensate for the expansion difference between the parts. This also makes it possible to partially compensate for the drop in stiffness at high temperature.
  • Document WO2022129722A1 describes such an example of a spacer.
  • the present document aims to resolve at least in part the problems mentioned above, by proposing an assembly for a turbomachine making it possible to improve the fixing of an annular wall of the ejection cone in the presence of thermal expansion constraints.
  • the assembly comprises an ejection cone intended to allow a flow of gas according to a primary flow around it from upstream to downstream along the first axis and a metal casing arranged upstream of the ejection cone.
  • the ejection cone comprises an annular wall made of a composite material, in particular with a ceramic matrix.
  • the assembly comprises a connecting flange connecting the annular wall to the casing.
  • the assembly further comprises a bolt extending along a second axis and comprising a screw and a nut, the nut being configured to cooperate with the screw. The screw passes through an opening respectively in the annular wall and the connecting flange.
  • the nut extends along the second axis between a first end, which may in particular correspond to a radially external end of the nut, configured to come to bear against one of the annular wall or the connecting flange and a second end, which may in particular correspond to a radially internal end of the nut, opposite the first end.
  • the nut comprises an external annular surface comprising a first external annular surface portion flaring radially outward.
  • the first outer annular surface portion is formed of a plurality of faces arranged circumferentially end-to-end and joined two by two by an edge.
  • the implementation of the first portion of external annular surface, widening radially outwards and being formed of a plurality of faces arranged circumferentially end-to-end and joined two by two by an edge, offers the considerable advantage of allowing a saving in material and/or spatial size while ensuring sufficient mechanical strength of the bolt.
  • the radially widening edges provide a stiffening function for the nut. The faces and edges can therefore be adjusted in order to optimize the mass of the nut while guaranteeing sufficient mechanical strength thereof.
  • the ejection cone comprises an internal annular wall and an external annular wall.
  • the connecting flange comprises a radial annular wall whose radially external end is connected to a cylindrical wall.
  • the downstream end of the cylindrical wall is connected to flexible tabs extending longitudinally along the first axis.
  • said annular wall of the ejection cone is formed by the external annular wall of the ejection cone.
  • the screw passes through an opening respectively of the external annular wall and of the cylindrical wall of the connecting flange to fix together the external annular wall of the ejection cone and the cylindrical wall of the connecting flange.
  • the connecting flange is directly fixed by the nut according to the invention to the external annular wall of the ejection cone, this external annular wall serving as a flow surface for the hot gas flow.
  • said annular wall of the ejection cone comprises the inner annular wall of the ejection cone.
  • the screw passes through an opening respectively of the inner annular wall and of one of the flexible tabs of the connecting flange to fix together the inner annular wall of the ejection cone and the corresponding flexible tab of the connecting flange.
  • the connecting flange is directly fixed by the nut according to the invention to the inner annular wall of the ejection cone, the outer annular wall being able to be left free at its upstream end.
  • the nut advantageously comprises an internal annular surface defining an orifice for the passage of the screw.
  • the internal annular surface comprises in particular a first portion of threaded internal annular surface intended to cooperate with the screw and a second portion of internal annular surface interposed along the second axis between the first portion of internal annular surface and the first end of the nut.
  • the second portion of internal annular surface defines with the screw an annular clearance.
  • the implementation of the internal annular surface allows the nut to perform both a spacer function thanks to the annular clearance between the second portion of the internal annular surface and the screw and a nut function thanks to the first portion of annular surface which is threaded and which ensures a grip between the screw and the nut.
  • This dual function of the nut makes it possible to compensate for a differential in thermal expansion between the parts assembled by the bolt, namely the annular wall of the ejection cone and the connecting flange.
  • the connecting flange can be made of a metallic material, or alternatively of a ceramic matrix composite material.
  • the assembly relates in particular to at least one part made of a ceramic matrix composite material, for example a part made of a ceramic matrix composite material and a part made of a metallic material or two parts made of a ceramic matrix composite material.
  • a single component for the nut in order to fulfill both the nut and spacer functions also makes it possible to use only one material for these two functions and to facilitate the steps of manufacturing the assembly, in particular of supplying, mounting and assembling the parts.
  • the first portion of the external annular surface may flare at an angle of between 30° and 90°, preferably substantially equal to 45°.
  • the faces of the first portion of external annular surface advantageously extend over a first dimension along the second axis of between 20% and 50% of a length of the nut.
  • the faces of the first portion of the external annular surface may extend along the second axis between the same first axial position and the same second axial position along the second axis. This configuration has the advantage of being easy to produce.
  • the faces of the first portion of the external annular surface may comprise at least first faces and second faces arranged alternately and axially offset along the second axis by a fourth dimension between 0% and 30% of the first dimension.
  • the faces of the first external annular surface portion may advantageously extend along the second axis over at least two different dimensions, preferably in an alternating manner.
  • the faces of the first external annular surface portion may extend along the second axis over two or three different dimensions.
  • the external annular surface may, advantageously, further comprise a second external annular surface portion interposed between the first external annular surface portion and the first end of the nut.
  • the second portion of the external annular surface may have a shape of revolution around the second axis and extend along the second axis over a second dimension of between 10% and 80% of the length of the nut.
  • the second outer annular surface portion may have a cylindrical shape.
  • the second portion of the external annular surface may have a conical shape widening at an angle strictly greater than 0° and less than or equal to 45°, preferably less than or equal to 10°, for example equal to 3.3°.
  • the external annular surface may advantageously further comprise a third external annular surface portion interposed between the first external annular surface portion and the second end of the nut.
  • the third external annular surface portion may extend substantially parallel to the second axis over a third dimension of between 20% and 50% of the length of the nut.
  • the third portion of external annular surface may in particular have a polygonal shape, in particular hexagonal, extending along the second axis.
  • the edges of the first portion of external annular surface may be formed in the extension of the edges of the third portion of external annular surface.
  • the first portion of external annular surface may in particular comprise between four and eight faces, for example six faces.
  • the first portion of internal annular surface may have a dimension along the second axis of between 20% and 90%, for example between 20% and 50%, preferably substantially equal to 40%, of the length of the nut.
  • the second portion of internal annular surface may have a dimension along the second axis of between 10% and 80%, for example between 50% and 70%, preferably substantially equal to 60%, of the length of the nut.
  • At least one or each of the edges may be included in a plane.
  • Said plane may be parallel to the second axis or inclined relative to the second axis.
  • the planes in each of which at least one of the edges is inscribed may be concurrent with the second axis.
  • the nut is made of the same material, preferably steel, in particular A286 steel.
  • This steel has advantageous thermal expansion properties to compensate for a thermal expansion differential between the annular wall of the ejection cone and the connecting flange.
  • the screw is made of a material having a coefficient of thermal expansion lower than that of the material of the nut.
  • the screw is preferably made of a nickel-chromium alloy, for example an alloy of the Inconel 718 type.
  • the production of the nut in a material having a coefficient of expansion higher than that of the screw advantageously makes it possible to maintain the tightening of the annular wall of the ejection cone and the connecting flange together despite possible thermal expansion effects.
  • the ejection cone may advantageously comprise an outer annular wall made of a ceramic matrix composite material and an inner annular wall arranged radially inside the outer annular wall.
  • the outer annular wall may form said annular wall of the ejection cone.
  • the inner annular wall may form said annular wall of the ejection cone.
  • turbomachine comprising the assembly as previously described.
  • FIG. 1 schematically illustrates a partial sectional view of a turbomachine according to the prior art.
  • FIG. 2 schematically illustrates a partial sectional view of a turbomachine according to the prior art.
  • FIG. 3 schematically illustrates a partial sectional view of a turbomachine ejection cone according to the prior art.
  • FIG. 4 schematically illustrates a partial sectional view of an assembly according to a first embodiment.
  • FIG. 5 schematically illustrates a partial sectional view of an assembly according to a second embodiment.
  • FIG. 6 schematically illustrates respectively a first example of a nut ( Figure 6A) according to the present document and a second example of a nut ( Figure 6B) according to the present document.
  • FIG. 4 and 5 schematically representing a truncated partial view respectively of a first embodiment and a second embodiment of an assembly 100 according to the present document.
  • an assembly 100 can be implemented in a turbomachine of axis X1, designated first longitudinal axis X1, as previously described with reference to Figures 1, 2 and 3.
  • the present document also relates to any type of turbomachine comprising the assembly 100, and in particular a turbojet for an aircraft, preferably a dual-flow turbojet.
  • the assembly 100 comprises an ejection cone 120 intended to allow a flow of gas according to a primary flow F1 around it from upstream to downstream along the first axis X1 and a metal casing 130 arranged upstream of the ejection cone 120.
  • the ejection cone 120 comprises an outer annular wall 122 and an inner annular wall 121, at least one of which is made of a composite material, in particular with a ceramic matrix. In another possible embodiment, the two outer 122 and inner 121 annular walls may be made of a composite material.
  • the assembly 100 comprises a connecting flange 110 connecting the outer 122 and/or inner 121 annular wall to the casing 130 as appears in each of the embodiments described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the casing 130 comprises in particular an internal annular shell 131 forming an internal delimitation of a gas flow according to the primary flow F1.
  • the downstream end of the internal annular shell 131 is connected to a radial annular wall 133.
  • This radial annular wall 133 of the casing is fixed by bolting to a radial annular wall 112 of the connecting flange which is therefore interposed longitudinally between the internal annular wall 121 and the casing 130.
  • the upstream end 124 of the external annular wall 122 is advantageously arranged in the aerodynamic extension of the internal annular shell 131 of the casing 11 so as to facilitate the flow of hot air.
  • the connecting flange 110 may be metallic, for example made of titanium alloy.
  • the connecting flange 110 comprises the radial annular wall 112, the radially external end of which is connected to a cylindrical wall 113.
  • the downstream end of the cylindrical wall 113 is connected to flexible tabs 114 extending longitudinally along the first axis X1.
  • the flexible tabs 114 are preferably regularly distributed over the circumference of the connecting flange 110.
  • the cylindrical wall 113 comprises an annular row of openings 115.
  • the downstream ends of the flexible tabs 114 each comprise an opening 116 for the passage of a fixing screw at the upstream end of the internal annular wall 121 of the ejection cone 120.
  • the assembly 100 further comprises a bolt 200 extending radially along a second radial axis X2.
  • the bolt 200 comprises a screw 210 and a nut 220, the nut 220 being configured to cooperate with the screw 210.
  • the nut 220 extends along the second axis X2 between a first end 221, which may in particular correspond to a radially external end of the nut (as illustrated in FIGS. 4 and 5) and a second end 222, which may in particular correspond to a radially internal end of the nut (as illustrated in FIGS. 4 and 5) opposite the first end 221.
  • the connecting flange 110 connects the inner annular wall 121 and the outer annular wall 122 to the casing 130.
  • the outer annular wall 122 is made of a composite material, in particular with a ceramic matrix.
  • the inner annular wall 121 can be made of a composite material or a metallic material.
  • the screw 210 passes through an opening 115 of the outer annular wall 122 and a cylindrical wall opening 113 of the connecting flange.
  • the first end 221 of the nut 220 is configured to bear against one of the outer annular wall 122 and said cylindrical wall 113 of the connecting flange.
  • the first end 221 of the nut 220 bears against the cylindrical wall 113 of the connecting flange.
  • the junction between the connecting flange and the external annular wall is subject to a strong thermal gradient due to the flow of hot gases against the external annular wall, hence the interest in implementing the bolt 200 at this location according to the present disclosure.
  • the outer annular wall 122 is advantageously left free with respect to the inner annular wall 121 upstream.
  • the inner annular wall 121 and the outer annular wall 122 will be able to support a thermal expansion gap between them. This makes it possible to ensure the structural strength of the assembly in a context of thermal gradient between the internal annular wall 121 (in contact with a “colder” cavity) and the external annular wall 122 (in contact with the primary annular flow vein for hot gases) which can generate high thermomechanical stresses.
  • FIG. 5 An assembly according to the second embodiment is illustrated in FIG. 5.
  • the inner annular wall is made of a composite material, in particular with a ceramic matrix.
  • the screw 210 passes through an opening 126 of the inner annular wall 121 and an opening 116 of the legs 114 of the connecting flange.
  • the first end 221 of the nut 220 bears against one of the inner annular wall 121 and one of the flexible legs 114 of the connecting flange.
  • the first end 221 of the nut 220 bears against one of the flexible legs 114 of the connecting flange.
  • the bolt 200 described more precisely below can be applied to the first embodiment (figure 4) and to the second embodiment (figure 5), this bolt therefore comprising a screw 210 as illustrated in figures 4 and 5 and a nut illustrated in figures 4 and 5 and better visible in figures 6A and 6B.
  • the screw 210 comprises in particular a threaded rod 211 and a screw head 212.
  • the screw 210 is preferably made of a material having a coefficient of thermal expansion lower than that of the material of the nut 220, which advantageously makes it possible to maintain the tightening of the annular wall of the ejection cone and the connecting flange together despite possible thermal expansion effects.
  • the screw 210 is preferably made of a nickel-chromium alloy, for example an alloy of the Inconel 718 type.
  • the nut is advantageously made of the same material, preferably steel, in particular A286 steel.
  • This steel has advantageous thermal expansion properties to compensate for a thermal expansion differential between the annular wall of the ejection cone and the connecting flange.
  • Figures 6A and 6B respectively illustrate a first and a second nut variant for forming a bolt for the assembly according to the present document according to the first or second embodiment of the assembly 100.
  • the nut 220 may comprise an internal annular surface 223 defining an orifice for the passage of the screw 210.
  • the internal annular surface 223 comprises a first portion of internal annular surface 224 threaded intended to cooperate with the screw 210 and a second portion of internal annular surface 225 interposed along the second axis X2 between the first portion of internal annular surface 224 and the first end 221 of the nut 220.
  • the second portion of internal annular surface 225 defines with the screw 210 an annular clearance 213.
  • the implementation of the internal annular surface allows the nut to perform both a spacer function thanks to the annular clearance between the second portion of the internal annular surface and the screw and a nut function thanks to the first portion of the annular surface which is threaded and which allows a grip between the screw and the nut.
  • This dual function of the nut allows to compensate for a thermal expansion differential between the parts assembled by the bolt, namely the annular wall of the ejection cone and the connecting flange.
  • the annular clearance 213 is in particular non-zero during assembly in order to be able to ensure the spacer function of the assembly.
  • the first internal annular surface portion 224 may have a dimension along the second axis of between 20% and 90%, for example between 20% and 50%, preferably substantially equal to 40%, of the length of the nut. It is also possible to fix the dimension of the first internal annular surface portion 224 so that it is between 1 and 2 times the diameter of the screw 210.
  • the second internal annular surface portion 225 may have a dimension along the second axis of between 10% and 80%, for example between 50% and 70%, preferably substantially equal to 60%, of the length of the nut.
  • the nut 220 comprises an external annular surface 226 having a first external annular surface portion 227 widening radially outwards.
  • the first external annular surface portion 227 is formed of a plurality of faces 228 arranged circumferentially end-to-end and joined two by two by an edge 229.
  • the implementation of the first portion of external annular surface, widening radially outwards and being formed of a plurality of faces arranged circumferentially end-to-end and joined two by two by an edge, offers the considerable advantage of allowing a saving in material and/or spatial size while ensuring sufficient mechanical strength of the bolt.
  • the radially widening edges provide a stiffening function for the nut. The faces and edges can therefore be adjusted in order to optimize the mass of the nut while guaranteeing sufficient mechanical strength thereof.
  • the first portion of external annular surface 227 can flare out in the form of a fillet, in particular with a radius of between 0.5 mm and 10 mm, for example substantially equal to 5 mm.
  • the first external annular surface portion 227 can flare at an angle of between 30° and 90°, preferably substantially equal to 45°.
  • the faces 228 of the first portion of external annular surface 227 extend in particular over a first dimension D1 along the second axis X2 comprised between 20% and 50% of a length D of the nut 220.
  • the different faces 228 of the first external annular surface portion 227 can extend along the second axis X2 between a same first axial position and a same second axial position along the second axis X2.
  • This configuration has the advantage of being easy to produce.
  • the faces 228 of the first external annular surface portion 227 may comprise at least first faces 228a and second faces 228b arranged alternately and axially offset along the second axis X2 by a fourth dimension D4 comprised between 0% and 30% of the first dimension D1.
  • the fourth dimension D4 may be less than or equal to 3 mm, preferably equal to 1 mm.
  • Said at least first faces and second faces may thus be axially offset by said fourth distance at at least one end along the second axis X2, for example at one end or at both opposite ends of said first and second faces.
  • the faces 228 of the first external annular surface portion 227 may advantageously extend along the second axis X2 over at least two different dimensions, preferably in an alternating manner.
  • the faces of the first external annular surface portion may extend along the second axis over two or three different dimensions.
  • the external annular surface 226 may further comprise a second external annular surface portion 230 interposed between the first external annular surface portion 227 and the first end 221 of the nut 220.
  • the second portion of external annular surface 230 may have a shape of revolution around the second axis X2 and extend along the second axis X2 over a second dimension D2 of between 10% and 80% of the length D of the nut 220.
  • the second external annular surface portion 230 may have a cylindrical shape.
  • the second portion of external annular surface 230 may have a conical shape widening by an angle strictly greater than 0° and less than or equal to 45°, preferably less than or equal to 10°, for example of the order of 3°, more precisely equal to 3.3°.
  • the external annular surface 226 may further comprise a third external annular surface portion 231 interposed between the first external annular surface portion 227 and the second end 222 of the nut 220.
  • the third external annular surface portion 231 may extend substantially parallel to the second axis X2 over a third dimension D3 comprised between 20% and 50% of the length D of the nut 220.
  • the third portion of external annular surface may in particular have a polygonal shape, in particular hexagonal, extending along the second axis.
  • the edges of the first portion of external annular surface may be formed in the extension of the edges of the third portion of external annular surface.
  • the third annular surface portion may have at its end a nut braking element.
  • the first portion of external annular surface may in particular comprise between four and eight faces, for example six faces.
  • Each of the edges 229 can advantageously be oriented substantially along the second axis X2.
  • Each edge 229 can also be included in a plane which can include the second axis X2 or even be parallel to it. Said plane including the edge 229 can also be inclined relative to the axis X2.
  • the screw may have a length of 27.7 mm
  • the nut may have a length of 16.5 mm, a maximum external diameter of 15 mm and an external radial dimension of the third portion of the external annular surface of 6.35 mm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Abstract

La présente divulgation concerne un ensemble (100) pour turbomachine, l'ensemble (100) comprenant : - un cône d'éjection comportant une paroi annulaire (122, 121) réalisée dans un matériau composite à matrice céramique, - un carter métallique agencé en amont du cône d'éjection, - une bride de liaison (110) reliant la paroi annulaire (122, 121) au carter, dans lequel l'ensemble (100) comprend en outre un boulon (200) s'étendant suivant un deuxième axe (X2) comportant une vis (210) et un écrou (220), la vis (210) traversant une ouverture (115, 116) respectivement de la paroi annulaire (122, 121) et de la bride de liaison (110), dans lequel l'écrou (220) comprend une surface annulaire externe (226) comportant une première portion de surface annulaire externe s'évasant radialement vers l'extérieur, la première portion de surface annulaire externe étant formée d'une pluralité de faces agencées circonférentiellement bout-à-bout et jointes deux à deux par une arête.

Description

Description
Titre : ENSEMBLE POUR TURBOMACHINE
Domaine technique
[0001] La présente divulgation se rapporte à un ensemble pour turbomachine, en particulier pour l’arrière-corps d’une turbomachine. Elle se rapporte également à une turbomachine comprenant un tel ensemble.
Technique antérieure
[0002] Les figures 1 et 2 représentent schématiquement une turbomachine 1 d’axe X1 , ci-après désigné premier axe X1 , par exemple un turboréacteur à double flux. Une telle turbomachine 1 comprend, de manière générale, de l’amont AM vers l’aval AV, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, une turbine basse pression 7 et un système d’échappement à l’aval du corps de la turbomachine. Le premier axe X1 est notamment confondu avec l’axe de rotation des rotors de la turbomachine 1 .
[0003] Le flux de gaz F, notamment de l’air, entrant en amont de la turbomachine 1 circule d’abord à travers la soufflante 2 puis se divise, en un flux primaire F1 s’écoulant dans une veine de circulation dite veine annulaire primaire 8, et en un flux secondaire F2 s’écoulant dans une veine de circulation dite veine annulaire secondaire 9 entourant la veine annulaire primaire 8.
[0004] Dans le présent document, les termes « amont » et « aval » sont définis, sauf indications contraires, par rapport au sens d’écoulement des gaz au sein de la turbomachine 1. De plus, les termes « longitudinal », « radial » et « circonférentiel » sont définis par rapport à l’axe X1 de la turbomachine 1 et les termes « intérieur » et « extérieur », et « interne » et « externe », sont alors définis selon la direction radiale par rapport à l’axe X1 de la turbomachine.
[0005] A l’aval de la turbomachine, le système d’échappement assure l’évacuation des gaz chauds sortant de la turbine basse pression 7 à travers la veine annulaire primaire 8. Classiquement, le système d’échappement comprend un carter d’échappement 130 et un cône d’éjection 120, également désigné cône d’échappement, agencé en aval du carter d’échappement 130. Le carter d’échappement 130 présente généralement une virole annulaire interne 131 et une virole annulaire externe 132, formant entre elles un espace annulaire délimitant la veine annulaire primaire 8 en sortie de la turbine basse pression. Les gaz en sortie de la turbine basse pression circulent ensuite autour du cône d’éjection 120 d’amont en aval. Autrement dit, le cône d’éjection 120 forme une délimitation intérieure de la veine annulaire primaire. Le cône d’éjection 120 est mécaniquement relié à la virole annulaire interne 131 du carter 130 par l’intermédiaire d’une bride de liaison mécaniquement solidaire du carter 130.
[0006] La figure 3 illustre un exemple de cône d’éjection 120. Le cône d’éjection 120 comprend généralement une paroi annulaire externe 122 et une paroi annulaire interne 121 agencée radialement à l’intérieur de la paroi annulaire externe 122. Des cloisons 123, usuellement planes ou courbes, peuvent s’étendre radialement entre la paroi annulaire interne 121 et la paroi annulaire externe 122, de sorte à former un caisson acoustique adapté pour atténuer des ondes acoustiques.
[0007] En outre, dans un objectif de réduction de la masse des turbomachines, il est envisagé d’utiliser des matériaux composites à matrice céramique, désignés matériaux CMC, pour de nombreuses pièces de la turbomachine. Dans ce contexte, le cône d’éjection 120 peut être réalisé en matériau composite à matrice céramique. La virole annulaire interne 131 du carter d’échappement 130 et la bride de liaison restent classiquement métalliques, par exemple en alliage de titane, afin d’assurer une certaine résistance mécanique.
[0008] Cette utilisation de matériaux CMC, qui présentent des caractéristiques particulières de raideur et de dilatation thermique, engendre des problématiques de différentiels de dilatation thermique en fonctionnement. Ceci impacte l’assemblage des différentes pièces précitées entre elles.
[0009] Afin de compenser ces différentiels de dilatation thermique, une solution classique de liaison boulonnée consiste en l’utilisation d’une vis et d’un écrou assortis d’une rondelle et/ou d’une entretoise. Les vis peuvent par exemple consister en des vis standards. Les écrous sont usuellement réalisés en superalliage à base de nickel, compatible des températures de fonctionnement des pièces. La mise en œuvre d’une entretoise dans un matériau présentant une dilatation thermique adaptée permet au moins partiellement de compenser l’écart de dilation entre les pièces. Ceci permet également de compenser partiellement la chute de raideur à haute température. Le document WO2022129722A1 décrit un tel exemple d’entretoise.
[0010] Le présent document vise à résoudre au moins en partie les problèmes évoqués précédemment, en proposant un ensemble pour turbomachine permettant d’améliorer la fixation d’une paroi annulaire du cône d’éjection en présence de contraintes de dilatation thermique.
Résumé
[0011] La présente divulgation vient améliorer la situation.
[0012] Il est proposé un ensemble pour turbomachine d’axe désigné ci-après premier axe. L’ensemble comprend un cône d’éjection destiné à permettre un écoulement de gaz selon un flux primaire autour de celui-ci d’amont vers l’aval selon le premier axe et un carter métallique agencé en amont du cône d’éjection. Le cône d’éjection comporte une paroi annulaire réalisée dans un matériau composite, notamment à matrice céramique. L’ensemble comprend une bride de liaison reliant la paroi annulaire au carter. L’ensemble comprend en outre un boulon s’étendant suivant un deuxième axe et comportant une vis et un écrou, l’écrou étant configuré pour coopérer avec la vis. La vis traverse une ouverture respectivement de la paroi annulaire et de la bride de liaison. L’écrou s’étend suivant le deuxième axe entre une première extrémité, pouvant notamment correspondre à une extrémité radialement externe de l’écrou, configurée pour venir en appui contre l’une de la paroi annulaire ou de la bride de liaison et une deuxième extrémité, pouvant notamment correspondre à une extrémité radialement interne de l’écrou, opposée à la première extrémité. L’écrou comprend une surface annulaire externe comportant une première portion de surface annulaire externe s’évasant radialement vers l’extérieur. La première portion de surface annulaire externe est formée d’une pluralité de faces agencées circonférentiellement bout-à-bout et jointes deux à deux par une arête.
[0013] La mise en œuvre de la première portion de surface annulaire externe, s’évasant radialement vers l’extérieur et étant formée d’une pluralité de faces agencées circonférentiellement bout-à-bout et jointes deux à deux par une arête, offre l’avantage considérable de permettre un gain de matière et/ou d’encombrement spatial tout en assurant une tenue mécanique suffisante du boulon. En effet, les arêtes s’évasant radialement assurent une fonction de raidisseur de l’écrou. Les faces et les arêtes peuvent par conséquent être ajustées afin d’optimiser la masse de l’écrou tout en garantissant une tenue mécanique suffisante de celui-ci.
[0014] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
[0015] Avantageusement, le cône d'éjection comporte une paroi annulaire interne et une paroi annulaire externe. La bride de liaison comporte une paroi annulaire radiale dont l’extrémité radialement externe est reliée à une paroi cylindrique. L’extrémité aval de la paroi cylindrique est reliée à des pattes flexibles s’étendant longitudinalement suivant le premier axe.
[0016] Selon un premier mode de réalisation, ladite paroi annulaire du cône d’éjection est formée par la paroi annulaire externe du cône d’éjection. La vis traverse une ouverture respectivement de la paroi annulaire externe et de la paroi cylindrique de la bride de liaison pour fixer ensemble la paroi annulaire externe du cône d’éjection et la paroi cylindrique de la bride de liaison. Ainsi, dans ce mode de réalisation, la bride de liaison est directement fixée par l’écrou selon l’invention à la paroi annulaire externe du cône d’éjection, cette paroi annulaire externe servant de surface d’écoulement du flux de gaz chaud.
[0017] Selon un deuxième mode de réalisation, ladite paroi annulaire du cône d’éjection comprend la paroi annulaire interne du cône d’éjection. La vis traverse une ouverture respectivement de la paroi annulaire interne et de l’une des pattes flexibles de la bride de liaison pour fixer ensemble la paroi annulaire interne du cône d’éjection et la patte flexible correspondante de la bride de liaison. Dans ce mode de réalisation, la bride de liaison est directement fixée par l’écrou selon l’invention à la paroi annulaire interne du cône d’éjection, la paroi annulaire externe pouvant être laissée libre à son extrémité amont.
[0018] L’écrou comprend avantageusement une surface annulaire interne définissant un orifice de passage de la vis. La surface annulaire interne comporte notamment une première portion de surface annulaire interne filetée destinée à coopérer avec la vis et une deuxième portion de surface annulaire interne intercalée selon le deuxième axe entre la première portion de surface annulaire interne et la première extrémité de l’écrou. La deuxième portion de surface annulaire interne définit avec la vis un jeu annulaire.
[0019] La mise en œuvre de la surface annulaire interne permet à l’écrou de réaliser à la fois une fonction d’entretoise grâce au jeu annulaire entre la deuxième portion de surface annulaire interne et la vis et une fonction d’écrou grâce à la première portion de surface annulaire qui est filetée et qui permet d’assurer une prise entre la vis et l’écrou. Cette double fonction de l’écrou permet de compenser un différentiel de dilatation thermique entre les pièces assemblées par le boulon, à savoir la paroi annulaire du cône d’éjection et la bride de liaison. La bride de liaison peut être réalisée dans un matériau métallique, ou alternativement dans un matériau composite à matrice céramique. Autrement dit, l’assemblage concerne notamment au moins une pièce en matériau composite à matrice céramique, par exemple une pièce en matériau composite à matrice céramique et une pièce en matériau métallique ou deux pièces en matériau composite à matrice céramique. Par ailleurs, l’utilisation d’un unique composant pour l’écrou afin de remplir à la fois la fonction d’écrou et d’entretoise permet également de n’utiliser qu’un même matériau pour ces deux fonctions et de faciliter les étapes de fabrication de l’ensemble, en particulier d’approvisionnement, de montage et d’assemblage des pièces.
[0020] La première portion de surface annulaire externe peut s’évaser avec un angle compris entre 30° et 90°, de préférence sensiblement égal à 45°.
[0021] Les faces de la première portion de surface annulaire externe s’étendent avantageusement sur une première dimension suivant le deuxième axe comprise entre20% à 50% d’une longueur de l’écrou.
[0022] Les faces de la première portion de surface annulaire externe peuvent s’étendre suivant le deuxième axe entre une même première position axiale et une même deuxième position axiale suivant le deuxième axe. Cette configuration présente l’avantage d’être facile à réaliser.
[0023] Les faces de la première portion de surface annulaire externe peuvent comprendre au moins des premières faces et des deuxièmes faces disposées en alternance et décalées axialement suivant le deuxième axe d’une quatrième dimension comprise entre 0% et 30% de la première dimension. Cette configuration permet d’améliorer davantage l’optimisation du gain d’encombrement de l’écrou tout en garantissant un niveau suffisant de résistance mécanique de ce dernier.
[0024] Les faces de la première portion de surface annulaire externe peuvent avantageusement s’étendre suivant le deuxième axe sur au moins deux dimensions différentes, de préférence de manière alternée. Par exemple, les faces de la première portion de surface annulaire externe peuvent s’étendre suivant le deuxième axe sur deux ou trois dimensions différentes.
[0025] La surface annulaire externe peut, de manière avantageuse, comporter en outre une deuxième portion de surface annulaire externe intercalée entre la première portion de surface annulaire externe et la première extrémité de l’écrou.
[0026] La deuxième portion de surface annulaire externe peut présenter une forme de révolution autour du deuxième axe et s’étendre suivant le deuxième axe sur une deuxième dimension comprise entre 10% et 80% de la longueur de l’écrou.
[0027] La deuxième portion de surface annulaire externe peut présenter une forme cylindrique. [0028] La deuxième portion de surface annulaire externe peut présenter une forme conique s’évasant d’un angle strictement supérieur à 0° et inférieur ou égal à 45°, de préférence inférieur ou égal à 10°, par exemple égal à 3,3°.
[0029] La surface annulaire externe peut avantageusement comporter en outre une troisième portion de surface annulaire externe intercalée entre la première portion de surface annulaire externe et la deuxième extrémité de l’écrou. La troisième portion de surface annulaire externe peut s’étendre sensiblement parallèlement au deuxième axe sur une troisième dimension comprise entre 20% à 50% de la longueur de l’écrou.
[0030] La troisième portion de surface annulaire externe peut notamment présenter une forme polygonale, en particulier hexagonale, s’étendant suivant le deuxième axe. Les arêtes de la première portion de surface annulaire externe peuvent être formées dans le prolongement des arêtes de la troisième portion de surface annulaire externe.
[0031] La première portion de surface annulaire externe peut notamment comprendre entre quatre et huit faces, par exemple six faces.
[0032] La première portion de surface annulaire interne peut présenter une dimension suivant le deuxième axe comprise entre 20% à 90%, par exemple entre 20% et 50%, de préférence sensiblement égal à 40%, de la longueur de l’écrou.
[0033] La deuxième portion de surface annulaire interne peut présenter une dimension suivant le deuxième axe comprise entre 10% et 80%, par exemple entre 50% et 70%, de préférence sensiblement égal à 60%, de la longueur de l’écrou.
[0034] Au moins l’une ou chacune des arêtes peut être comprise dans un plan. Ledit plan peut être parallèle au deuxième axe ou incliné par rapport au deuxième axe. Les plans dans chacun desquels s’inscrit au moins l’une des arêtes peuvent être concourants avec le deuxième axe.
[0035] Avantageusement, l’écrou est réalisé dans un même matériau, de préférence en acier, en particulier en acier A286. Cet acier présente des propriétés de dilatation thermique avantageuses pour permettre de compenser un différentiel de dilatation thermique entre la paroi annulaire du cône d’éjection et la bride de liaison.
[0036] Avantageusement, la vis est réalisée dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du matériau de l’écrou. La vis est réalisée de préférence dans un alliage nickel-chrome, par exemple un alliage de type Inconel 718. La réalisation de l’écrou dans un matériau présentant un coefficient de dilatation supérieur à celui de la vis permet avantageusement de maintenir le serrage de la paroi annulaire du cône d’éjection et de la bride de liaison ensemble malgré d’éventuels effets de dilatation thermique.
[0037] Le cône d’éjection peut, de manière avantageuse, comprendre une paroi annulaire externe réalisée dans un matériau composite à matrice céramique et une paroi annulaire interne agencée radialement à l’intérieur de la paroi annulaire externe. La paroi annulaire externe peut former ladite paroi annulaire du cône d’éjection. Alternativement, la paroi annulaire interne peut former ladite paroi annulaire du cône d’éjection.
[0038] Selon un autre aspect, il est proposé une turbomachine comprenant l’ensemble tel que précédemment décrit.
Brève description des dessins
[0039] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[0040] [Fig. 1] illustre schématiquement une vue en coupe partielle d’une turbomachine selon l’art antérieur.
[0041] [Fig. 2] illustre schématiquement une vue en coupe partielle d’une turbomachine selon l’art antérieur.
[0042] [Fig. 3] illustre schématiquement une vue en coupe partielle d’un cône d’éjection de turbomachine selon l’art antérieur.
[0043] [Fig. 4] illustre schématiquement une vue en coupe partielle d’un ensemble selon un premier mode de réalisation.
[0044] [Fig. 5] illustre schématiquement une vue en coupe partielle d’un ensemble selon un deuxième mode de réalisation.
[0045] [Fig. 6] illustre schématiquement respectivement un premier exemple d’écrou (Figure 6A) selon le présent document et d’un deuxième exemple d’écrou (Figure 6B) selon le présent document.
Description des modes de réalisation
[0046] Il est maintenant fait référence aux figures 4 et 5 représentant schématiquement une vue partielle tronquée respectivement d’un premier mode de réalisation et d’un deuxième mode de réalisation d’un ensemble 100 selon le présent document. De préférence, un tel ensemble 100 peut être mis en œuvre dans une turbomachine d’axe X1 , désigné premier axe longitudinal X1 , telle que précédemment décrite en référence aux figures 1 , 2 et 3. De plus, le présent document concerne aussi tout type de turbomachine comprenant l’ensemble 100, et en particulier un turboréacteur pour avion, de préférence un turboréacteur double flux.
[0047] L’ensemble 100 comprend un cône d’éjection 120 destiné à permettre un écoulement de gaz selon un flux primaire F1 autour de celui-ci d’amont vers l’aval selon le premier axe X1 et un carter 130 métallique agencé en amont du cône d’éjection 120. Le cône d’éjection 120 comporte une paroi annulaire externe 122 et une paroi annulaire interne 121 dont l’une au moins est réalisée dans un matériau composite, notamment à matrice céramique. Dans une autre réalisation possible, les deux parois annulaires externe 122 et interne 121 peuvent être réalisées en matériau composite. L’ensemble 100 comprend une bride de liaison 110 reliant la paroi annulaire externe 122 et/ou interne 121 au carter 130 comme cela apparait dans chacun des modes de réalisation décrits en référence aux figures 4 et 5. [0048] Comme illustré aux figures 4 et 5, le carter 130 comprend notamment une virole annulaire interne 131 formant une délimitation intérieure d’un écoulement de gaz selon le flux primaire F1. L’extrémité aval de la virole annulaire interne 131 est reliée à une paroi annulaire radiale 133. Cette paroi annulaire radiale 133 du carter est fixée par boulonnage sur une paroi annulaire radiale 112 de la bride de liaison qui est donc intercalée longitudinalement entre la paroi annulaire interne 121 et le carter 130. L’extrémité amont 124 de la paroi annulaire externe 122 est avantageusement agencée dans le prolongement aérodynamique de la virole annulaire interne 131 du carter 11 de manière à faciliter l’écoulement d’air chaud.
[0049] La bride de liaison 110 peut être métallique, par exemple en alliage de titane.
[0050] La bride de liaison 1 10 comporte la paroi annulaire radiale 112 dont l’extrémité radialement externe est reliée à une paroi cylindrique 113. L’extrémité aval de la paroi cylindrique 113 est reliée à des pattes flexibles 114 s’étendant longitudinalement suivant le premier axe X1 . Les pattes flexibles 114 sont de préférence régulièrement réparties sur la circonférence de la bride de liaison 110. La paroi cylindrique 113 comprend une rangée annulaire d’ouvertures 115. Les extrémités aval des pattes flexibles 114 comportent chacune une ouverture 116 pour le passage d’une vis de fixation à l’extrémité amont de la paroi annulaire interne 121 du cône d’éjection 120.
[0051] En référence aux figures 4 et 5, l’ensemble 100 comprend en outre un boulon 200 s’étendant radialement suivant un deuxième axe X2 radial. Le boulon 200 comporte une vis 210 et un écrou 220, l’écrou 220 étant configuré pour coopérer avec la vis 210. L’écrou 220 s’étend suivant le deuxième axe X2 entre une première extrémité 221 , pouvant notamment correspondre à une extrémité radialement externe de l’écrou (comme illustré aux figures 4 et 5) et une deuxième extrémité 222, pouvant notamment correspondre à une extrémité radialement interne de l’écrou (comme illustré aux figures 4 et 5) opposée à la première extrémité 221 .
[0052] Selon le premier mode de réalisation illustré à la figure 4, la bride de liaison 110 relie la paroi annulaire interne 121 et la paroi annulaire externe 122 au carter 130. La paroi annulaire externe 122 est réalisée dans un matériau composite, notamment à matrice céramique. Dans cette réalisation, la paroi annulaire interne 121 peut être réalisée en matériau composite ou en matériau métallique. La vis 210 traverse une ouverture 115 de la paroi annulaire externe 122 et une ouverture de paroi cylindrique 113 de la bride de liaison. De plus, a première extrémité 221 de l’écrou 220 est configurée pour venir en appui contre l’une de la paroi annulaire externe 122 et ladite paroi cylindrique 1 13 de la bride de liaison. En particulier, à la figure 4, la première extrémité 221 de l’écrou 220 vient en appui contre la paroi cylindrique 113 de la bride de liaison. En effet, la jonction entre la bride de liaison et la paroi annulaire externe est sujette à un fort gradient thermique du fait de l’écoulement des gaz chauds contre la paroi annulaire externe, d’où l’intérêt de la mise en œuvre à cet endroit du boulon 200 selon la présente divulgation.
[0053] Selon le deuxième mode de réalisation illustré à la figure 5, la paroi annulaire externe 122 est avantageusement laissée libre vis-à-vis de la paroi annulaire interne 121 en amont. Ainsi, la paroi annulaire interne 121 et la paroi annulaire externe 122 pourront supporter un écart de dilatation thermique entre elles. Ceci permet d’assurer la tenue structurale de l’ensemble dans un contexte de gradient thermique entre la paroi annulaire interne 121 (au contact d’une cavité plus « froide ») et la paroi annulaire externe 122 (au contact de la veine annulaire primaire d’écoulement des gaz chauds) pouvant générer des contraintes thermomécaniques élevées.
[0054] Un ensemble selon le deuxième mode de réalisation est illustré à la figure 5. La paroi annulaire interne est réalisée dans un matériau composite, notamment à matrice céramique. La vis 210 traverse une ouverture 126 de la paroi annulaire interne 121 et une ouverture 116 des pattes 114 de la bride de liaison. La première extrémité 221 de l’écrou 220 vient en appui contre l’une de la paroi annulaire interne 121 et de l’une des pattes flexibles 114 de la bride de liaison. En particulier, à la figure 5, la première extrémité 221 de l’écrou 220 vient en appui contre l’une des pattes flexibles 114 de la bride de liaison.
[0055] Le boulon 200 décrit plus précisément ci-après peut s’appliquer au premier mode de réalisation (figure 4) et au deuxième mode de réalisation (figure 5), ce boulon comprenant donc une vis 210 tel qu’illustrée sur les figures 4 et 5 et un écrou illustré sur les figures 4 et 5 et mieux visible en figure 6A et 6B.
[0056] La vis 210 comporte notamment une tige filetée 211 et une tête de vis 212.
[0057] La vis 210 est préférablement réalisée dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du matériau de l’écrou 220, ce qui ’permet avantageusement de maintenir le serrage de la paroi annulaire du cône d’éjection et de la bride de liaison ensemble malgré d’éventuels effets de dilatation thermique. La vis 210 est réalisée de préférence dans un alliage nickel-chrome, par exemple un alliage de type Inconel 718.
[0058] L’écrou est avantageusement réalisé dans un même matériau, de préférence en acier, en particulier en acier A286. Cet acier présente des propriétés de dilatation thermique avantageuses pour permettre de compenser un différentiel de dilatation thermique entre la paroi annulaire du cône d’éjection et la bride de liaison.
[0059] Les figures 6A et 6B illustrent respectivement une première et une deuxième variantes d’écrou permettant de former un boulon pour l’ensemble selon le présent document selon le premier ou le deuxième mode de réalisation de l’ensemble 100.
[0060] L’écrou 220 peut comprendre une surface annulaire interne 223 définissant un orifice de passage de la vis 210. La surface annulaire interne 223 comporte une première portion de surface annulaire interne 224 filetée destinée à coopérer avec la vis 210 et une deuxième portion de surface annulaire interne 225 intercalée selon le deuxième axe X2 entre la première portion de surface annulaire interne 224 et la première extrémité 221 de l’écrou 220. La deuxième portion de surface annulaire interne 225 définit avec la vis 210 un jeu annulaire 213.
[0061] La mise en œuvre de la surface annulaire interne permet à l’écrou de réaliser à la fois une fonction d’entretoise grâce au jeu annulaire entre la deuxième portion de surface annulaire interne et la vis et une fonction d’écrou grâce à la première portion de surface annulaire qui est filetée et qui permet d’assurer une prise entre la vis et l’écrou. Cette double fonction de l’écrou permet de compenser un différentiel de dilatation thermique entre les pièces assemblées par le boulon, à savoir la paroi annulaire du cône d’éjection et la bride de liaison. Le jeu annulaire 213 est notamment non nul au montage afin de pouvoir assurer la fonction d’entretoise de l’assemblage.
[0062] Par ailleurs, l’utilisation d’un unique composant pour l’écrou afin de remplir à la fois la fonction d’écrou et d’entretoise permet également de n’utiliser qu’un même matériau pour ces deux fonctions et de faciliter les étapes de fabrication de l’ensemble, en particulier d’approvisionnement, de montage et d’assemblage des pièces.
[0063] La première portion de surface annulaire interne 224 peut présenter une dimension suivant le deuxième axe comprise entre 20% et 90%, par exemple entre 20% et 50%, de préférence sensiblement égale à 40%, de la longueur de l’écrou. Il est également possible de fixer la dimension de la première portion de surface annulaire interne 224 de sorte qu’elle soit comprise entre 1 et 2 fois le diamètre de la vis 210.
[0064] La deuxième portion de surface annulaire interne 225 peut présenter une dimension suivant le deuxième axe comprise entre 10% et 80%, par exemple entre 50% et 70%, de préférence sensiblement égal à 60%, de la longueur de l’écrou.
[0065] L’écrou 220 comprend une surface annulaire externe 226 comportant une première portion de surface annulaire externe 227 s’évasant radialement vers l’extérieur. La première portion de surface annulaire externe 227 est formée d’une pluralité de faces 228 agencées circonférentiellement bout-à-bout et jointes deux à deux par une arête 229.
[0066] La mise en œuvre de la première portion de surface annulaire externe, s’évasant radialement vers l’extérieur et étant formée d’une pluralité de faces agencées circonférentiellement bout-à-bout et jointes deux à deux par une arête, offre l’avantage considérable de permettre un gain de matière et/ou d’encombrement spatial tout en assurant une tenue mécanique suffisante du boulon. En effet, les arêtes s’évasant radialement assurent une fonction de raidisseur de l’écrou. Les faces et les arêtes peuvent par conséquent être ajustées afin d’optimiser la masse de l’écrou tout en garantissant une tenue mécanique suffisante de celui-ci.
[0067] La première portion de surface annulaire externe 227 peut s’évaser sous la forme d’un congé, notamment de rayon compris entre 0,5 mm et 10 mm, par exemple sensiblement égal à 5 mm.
[0068] La première portion de surface annulaire externe 227 peut s’évaser avec un angle compris entre 30° et 90°, de préférence sensiblement égal à 45°.
[0069] Les faces 228 de la première portion de surface annulaire externe 227 s’étendent notamment sur une première dimension D1 suivant le deuxième axe X2 comprise entre 20% à 50% d’une longueur D de l’écrou 220.
[0070] Comme illustré à la figure 6A, les différentes faces 228 de la première portion de surface annulaire externe 227 peuvent s’étendre suivant le deuxième axe X2 entre une même première position axiale et une même deuxième position axiale suivant le deuxième axe X2. Cette configuration présente l’avantage d’être facile à réaliser. [0071] Comme illustré à la figure 6B, les faces 228 de la première portion de surface annulaire externe 227 peuvent comprendre au moins des premières faces 228a et des deuxièmes faces 228b disposées en alternance et décalées axialement suivant le deuxième axe X2 d’une quatrième dimension D4 comprise entre 0% et 30% de la première dimension D1 . Par exemple, la quatrième dimension D4 peut être inférieure ou égale à 3 mm, de préférence égale à 1 mm. Ledites au moins des premières faces et des deuxièmes faces peuvent être ainsi décalées axialement de ladite quatrième distance à au moins une extrémité suivant le deuxième axe X2, par exemple à une extrémité ou aux deux extrémités opposées, desdites premières et deuxièmes faces. Cette configuration permet d’améliorer davantage l’optimisation du gain d’encombrement de l’écrou tout en garantissant un niveau suffisant de résistance mécanique de ce dernier.
[0072] Les faces 228 de la première portion de surface annulaire externe 227 peuvent avantageusement s’étendre suivant le deuxième axe X2 sur au moins deux dimensions différentes, de préférence de manière alternée. Par exemple, les faces de la première portion de surface annulaire externe peuvent s’étendre suivant le deuxième axe sur deux ou trois dimensions différentes.
[0073] La surface annulaire externe 226 peut comporter en outre une deuxième portion de surface annulaire externe 230 intercalée entre la première portion de surface annulaire externe 227 et la première extrémité 221 de l’écrou 220.
[0074] La deuxième portion de surface annulaire externe 230 peut présenter une forme de révolution autour du deuxième axe X2 et s’étendre suivant le deuxième axe X2 sur une deuxième dimension D2 comprise entre 10% à 80% de la longueur D de l’écrou 220.
[0075] La deuxième portion de surface annulaire 230 externe peut présenter une forme cylindrique.
[0076] La deuxième portion de surface annulaire externe 230 peut présenter une forme conique s’évasant d’un angle strictement supérieur à 0° et inférieur ou égal à 45°, de préférence inférieur ou égal à 10°, par exemple de l’ordre de 3°, plus précisément égal à 3,3°.
[0077] La surface annulaire externe 226 peut comporter en outre une troisième portion de surface annulaire externe 231 intercalée entre la première portion de surface annulaire externe 227 et la deuxième extrémité 222 de l’écrou 220. La troisième portion de surface annulaire externe 231 peut s’étendre sensiblement parallèlement au deuxième axe X2 sur une troisième dimension D3 comprise entre 20% et 50% de la longueur D de l’écrou 220.
[0078] La troisième portion de surface annulaire externe peut notamment présenter une forme polygonale, en particulier hexagonale, s’étendant suivant le deuxième axe. Les arêtes de la première portion de surface annulaire externe peuvent être formées dans le prolongement des arêtes de la troisième portion de surface annulaire externe.
[0079] La troisième portion de surface annulaire peut présenter à son extrémité un élément de freinage de l’écrou. [0080] La première portion de surface annulaire externe peut notamment comprendre entre quatre et huit faces, par exemple six faces.
[0081] Chacune des arêtes 229 peut avantageusement être orientée sensiblement suivant le deuxième axe X2. Chaque arête 229 peut également être comprise dans un plan lequel peut comprendre le deuxième axe X2 ou encore être parallèle à celui-ci. Ledit plan comprenant l’arête 229 peut encore être incliné par rapport à l’axe X2.
[0082] A titre d’exemple, pour une paroi annulaire d’épaisseur d’environ 3,57 mm, la vis peut présenter une longueur de 27,7 mm, l’écrou peut présenter une longueur de 16,5 mm, un diamètre externe maximal de 15 mm et une dimension radiale externe de la troisième portion de surface annulaire externe de 6,35 mm.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Ensemble (100) pour turbomachine (1 ) de premier axe (X1 ), l’ensemble (100) comprenant :
- un cône d’éjection (120) destiné à permettre un écoulement de gaz selon un flux primaire (F1 ) autour de celui-ci d’amont vers l’aval selon le premier axe (X1 ), le cône d’éjection (120) comportant une paroi annulaire (122, 121 ) réalisée dans un matériau composite, de préférence à matrice céramique,
- un carter (130) métallique agencé en amont du cône d’éjection (120),
- une bride de liaison (110) reliant la paroi annulaire (122, 121 ) au carter (130), dans lequel l’ensemble (100) comprend en outre un boulon (200) s’étendant suivant un deuxième axe (X2) et comportant une vis (210) et un écrou (220), l’écrou (220) étant configuré pour coopérer avec la vis (210), la vis (210) traversant une ouverture (115, 116, 125, 126) respectivement de la paroi annulaire (122, 121 ) et de la bride de liaison (110), l’écrou (220) s’étendant suivant le deuxième axe (X2) entre une première extrémité (221 ) configurée pour venir en appui contre l’une de la paroi annulaire (122, 121 ) ou de la bride de liaison (1 10) et une deuxième extrémité (222) opposée à la première extrémité (221 ), dans lequel l’écrou (220) comprend une surface annulaire externe (226) comportant une première portion de surface annulaire externe (227) s’évasant radialement vers l’extérieur, la première portion de surface annulaire externe (227) étant formée d’une pluralité de faces (228) agencées circonférentiellement bout-à-bout et jointes deux à deux par une arête (229).
[Revendication 2] Ensemble (100) selon la revendication 1 , dans lequel l’écrou (220) comprend une surface annulaire interne (223) définissant un orifice de passage de la vis (210), la surface annulaire interne (223) comportant une première portion de surface annulaire interne (224) filetée destinée à coopérer avec la vis (210) et une deuxième portion de surface annulaire interne (225) intercalée selon le deuxième axe (X2) entre la première portion de surface annulaire interne (224) et la première extrémité (221 ) de l’écrou (220), la deuxième portion de surface annulaire interne (225) définissant avec la vis (210) un jeu annulaire (213).
[Revendication 3] Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les faces (228) de la première portion de surface annulaire externe (227) s’étendent sur une première dimension (D1 ) suivant le deuxième axe (X2) comprise entre 20% et 50% d’une longueur (D) de l’écrou (220).
[Revendication 4] Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les faces (228) de la première portion de surface annulaire externe (227) s’étendent suivant le deuxième axe (X2) entre une même première position axiale et une même deuxième position axiale suivant le deuxième axe (X2).
[Revendication 5] Ensemble (100) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les faces (228) de la première portion de surface annulaire externe (227) comprennent au moins des premières faces (228a) et des deuxièmes faces (228b) disposées en alternance et décalées axialement suivant le deuxième axe (X2) d’une quatrième dimension (D4) comprise entre 0% et 30% de la première dimension (D1 ).
[Revendication 6] Ensemble (100) selon l’une des revendications 1 à 3 ou 5, dans lequel les faces (228) de la première portion de surface annulaire externe (227) s’étendent suivant le deuxième axe (X2) sur au moins deux dimensions différentes, de préférence de manière alternée.
[Revendication 7] Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la surface annulaire externe (226) comporte en outre une deuxième portion de surface annulaire externe (230) intercalée entre la première portion de surface annulaire externe (227) et la première extrémité (221 ) de l’écrou (220), la deuxième portion de surface annulaire externe (230) présentant une forme de révolution autour du deuxième axe (X2) et s’étendant suivant le deuxième axe (X2) sur une deuxième dimension (D2) comprise entre 10% à 80% de la longueur (D) de l’écrou (220).
[Revendication s] Ensemble (100) selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième portion de surface annulaire externe (230) présente une forme conique s’évasant d’un angle strictement supérieur à 0° et inférieur ou égal à 45°, de préférence inférieur ou égal à 10°, par exemple égal à 3,3°.
[Revendication 9] Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la surface annulaire externe (226) comporte en outre une troisième portion de surface annulaire externe (231 ) intercalée entre la première portion de surface annulaire externe (227) et la deuxième extrémité (222) de l’écrou (220), la troisième portion de surface annulaire externe (231 ) s’étendant sensiblement parallèlement au deuxième axe (X2) sur une troisième dimension (D3) comprise entre 20% et 50% de la longueur (D) de l’écrou (220).
[Revendication 10] Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’écrou (220) est réalisé dans un même matériau, de préférence en acier A286.
[Revendication 11] Ensemble (100) selon la revendication précédente, dans lequel la vis (210) est réalisée dans un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du matériau de l’écrou (220), la vis (210) étant réalisée de préférence dans un alliage nickel-chrome.
[Revendication 12] Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le cône d’éjection (120) comprend une paroi annulaire externe (122) réalisée dans un matériau composite à matrice céramique et une paroi annulaire interne (121 ) agencée radialement à l’intérieur de la paroi annulaire externe (122), la paroi annulaire externe (122) formant ladite paroi annulaire du cône d’éjection.
[Revendication 13] Turbomachine (1 ) comprenant l’ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20020015631A1 (en) * 2000-04-18 2002-02-07 Duran John A. Non-removable structural threaded fastener with threads of lesser outer diameter than the shank and method of forming same (div. 1)
CN105556136B (zh) * 2013-05-28 2017-10-10 海瑞克里兹 具有温度自锁连接的装配件
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