Système d'ajustement du centrage d'une roue de turbomachine

Abstract

 Système d'ajustement du centrage d'une roue de turbomachine par rapport à l'anneau statorique entourant cette roue.
Ledit système comprend, d'une part en vue de permettre la déterminatiot de l'amplitude et de la direction d'un éventuel décentrage entre ladite roue et ledit anneau et d'autre part, en vue de permettre de compenser aisément ce décentrage:

- un dispositif démontable (60, 70) de mesure de l'amplitude et de la direction du décentrage de ladite roue (50) par rapport audit anneau (13) et

- des moyens associés au palier fixe (40) le plus proche de ladite roue (50) pour ramener la valeur de ce décentrage en deçà d'une limite prédéterminée.

L'invention permet notamment d'assurer aisément un centrage précis des roues de turbines haute pression.

Description

[0001] L'invention est relative aux turbomachines. Elle concerne plus spécialement un système d'ajustement du centrage d'une roue de turbomachine par rapport à l'anneau de stator qui entoure cette roue. Elle est notamment avantageuse lorsque celle-ci appartient à l'étage haute pression d'une turbine de turboréacteur, étage dans lequel les tolérances étroites de centrage de la roue sont particulièrement critiques. Elle concerne aussi une turbomachine munie de moyens permettant l'application dudit système d'ajustement.

[0002] La solution connue la plus courante pour assurer ledit centrage consiste :

- à ménager une réserve de finition lors de l'usinage de la portée interne cylindrique du bâti de turbine dans laquelle doit se loger un palier fixe qui supporte l'arbre et qui est le plus proche de la roue,

- à réaliser un montage à blanc pour assembler au moins la portion de la carcasse de stator,qui inclut la portée et l'anneau,

- à mesurer l'excentrage relatif de la portée et de l'anneau,

- et à terminer l'usinage de la portée pour ramener l'excentrage dans les tolérances.

[0003] Cette solution est sûre mais présente l'inconvénient d'imposer un montage à blanc. Cet inconvénient est particulièrement gênant lorsque la conception de la turbine est modulaire, c'est-à-dire par exemple lorsque l'étage HP (haute pression) est réalisé tout à fait indépendamment de l'étage MP (moyenne pression) ou de l'étage BP (basse pression) auquel il doit être accouplé sans retouches.

[0004] On a déjà proposé, notamment dans le brevet français publié sous le n° 2 434 269, de ménager - sur des anneaux intermédiaires qui joignent la portion de bâti de turbine incluant l'anneau statorique à la portion de bâti incluant le support de palier fixe - des portées annulaires décentrées par rapport à l'axe de la machine. L'ajustement du centrage de l'arbre se fait donc au moment de l'assemblage des deux portions de bâti en imposant à ces anneaux intermédiaires des orientations déterminées calculées d'après les résultats des mesures d'excentrage relatif de l'anneau statorique et de la portée du palier. Cette solution oblige à réaliser lesdites portées d'anneaux intermédiaires avec des décentrages différents afin d'obtenir la compensation du décentrage de l'arbre par addition vectorielle des décentrages desdits anneaux intermédiaires. Elle devient pratiquement inapplicable lorsque les diamètres de ces anneaux sont importants.

[0005] L'objet de l'invention est un système d'ajustement qui ne présente aucun des inconvénients évoqués plus haut et qui, en outre, permet d'ajuster aisément le centrage d'une roue dans une turbine déjà montée.

[0006] Le système de l'invention, destiné par conséquent à permettre d'ajuster le centrage d'une roue de turbomachine par rapport à l'anneau de stator qui entoure ladite roue, celle-ci étant supportée par un arbre qui pivote dans des paliers fixes insérés dans des logements liés au bâti de la turbine, est caractérisé en ce qu'il comprend :

- un dispositif démontable de mesure de l'amplitude et de la direction du décentrage de la roue par rapport à l'anneau et,

- des moyens associés au palier fixe le plus proche de la roue pour ramener la valeur du décentrage de celle-ci en deçà d'une limite prédéterminée.

[0007] On verra que la constitution du dispositif démontable de mesure est différente selon qu'il s'agit d'ajuster le centrage au cours de l'assemblage des éléments de la turbine ou qu'il s'agit de rectifier un décentrage existant dans une turbine déjà montée.

[0008] Quant aux moyens liés auxdits paliers fixes pour réduire la valeur du décentrage, ils comprennent avantageusement une bague annulaire de compensation insérée entre l'arbre et le palier fixe et de fait, de préférence, entre le palier fixe et son logement, bague dont la portée externe et la portée interne sont décentrées d'une valeur égale à celle du décentrage mesuré de telle sorte que celui-ci est exactement compensé par une orientation convenable de ladite bague de compensation.

[0009] D'après la définition générale de l'invention qui précède, on voit que l'arbre dont il s'agit n'est pas obligatoirement celui qui porte directement la roue. Il s'agit effectivement de celui-ci lorsqu'il pivote dans des paliers fixes, c'est-à-dire liés directement au bâti. Mais si la turbine est une machine à double corps dans laquelle l'arbre de la roue à centrer (roue HP) est supporté par un palier inter-arbre lui même supporté par un arbre pivotant dans des paliers fixes (arbre de roue BP ou MP), les moyens de réduire la valeur du décentrage sont associés au palier fixe le plus proche de cette roue. Le recentrage de celle-ci est donc assuré par l'intermédiaire de l'arbre BP ou MP et par l'intermédiaire de l'arbre HP. On verra que cette disposition facilite considérablement le montage de la bague de compensation.

[0010] D'autres dispositions et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'exemples de réalisation du dispositif de mesure d'excentrage et des moyens de réduire la valeur de cet excentrage, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 représente la demi-section axiale supérieure d'une turbine à double corps montée sur le dispositif de mesure d'excentrage de roue HP à utiliser conformément à l'invention au cours de l'assemblage des éléments de cette turbine,

- la figure 2 représente à plus grande échelle la demi-section axiale supérieure du palier fixe aval de l'arbre de turbine BP, palier réalisé conformément à l'invention,

- la figure 3 représente à l'échelle intermédiaire une bague d'essai insérée autour de ce palier fixe et appartenant au dispositif de mesure,

- la figure 4 représente à la même échelle intermédiaire la bague de compensation destinée à remplacer cette bague d'essai,

- la figure 5 est une section schématique de l'ensemble du dispositif de mesure d'excentrage et

- la figure 6 est relative à une variante de réalisation du dispositif de mesure.

[0011] On considère d'abord la figure 1 qui ne montre en principe que les composants mécaniques dont la mention est utile pour la compréhension de l'invention. De nombreux éléments tels que des joints d'étanchéité, certaines brides d'assemblage, etc...n'y sont pas représentés.

[0012] Le stator BP comporte le carter 10 qui porte les couronnes successives d'aubes fixes 11 et un anneau 12 fixé à la bride amont du carter 10 et qui porte plus spécialement la première couronne d'aubes fixes 11A qui constitue le distributeur d'entrée du module BP. Sur la bride amont de l'anneau 12 est fixée la portion de stator HP qui comprend l'anneau statorique 13 qui délimite la veine HP ainsi que la virole 14 qui est fixée à la bride amont de l'anneau 12 et qui porte l'anneau 13. Enfin le carter 10 est fixé par sa bride aval à la bride amont de l'élément de bâti de turbine 15.

[0013] Le rotor BP comprend :

- les roues BP comportant les disques 21 dont chacun porte une couronne d'aubes mobiles 22,

- le support de disques comportant le flanc extérieur 23 qui supporte les disques 21 et le flanc intérieur 26 auquel est fixé le flanc 23 par sa partie centrale et

- l'arbre 24 qui repose par son extrémité aval dans le palie fixe 40 logé dans l'alésage du support conique 31 fixé par sa périphérie à l'élément de bâti 15 et qui est muni d'une collerette 25 à laquelle le flanc 26 est fixé par sa partie centrale.

[0014] Quant au rotor HP 50, il comprend :

- le disque 51 qui porte la couronne d'aubes mobiles 52,

- l'arbre conique 53 solidaire du disque 51 en aval de celui-ci et supporté par l'arbre BP 24 par l'intermédiaire du palier inter-arbre 54 et

- l'arbre creux 55 solidaire du disque 51, disposé en amont de celui-ci et entourant l'arbre 24. Seule l'extrémité aval de l'arbre creux 55 est représenté. On rappelle que cet arbre 55 entraîne à l'amont le compresseur HP.

[0015] Les éléments qui constituent le rotor HP sont dessinés en traits mixtes car le dispositif de mesure 70 (voir plus loin) est utilisé obligatoirement avant le montage de ce rotor.

[0016] On considère maintenant la figure 2 qui montre la façon dont le palier fixe 40 est monté conformément à l'invention dans le support de palier 31 pour permettre le réglage de la position de l'arbre 24 dans ce support. Le palier est un roulement à galets qui comprend la bague intérieure 41 emmanchée sur l'arbre 24, les galets 42 et la bague extérieure 43 logée dans l'alésage du support 31. La bague 43 est munie d'une collerette 44 qui permet sa fixation sur une portée plane 32 du support 31 au moyen de boulons 45.

[0017] Conformément à l'invention, le centrage de la bague 43 dans l'alésage du support 31 est assuré par l'intermédiaire d'une bague interchangeable 46. Lors des mesures d'excentrage, cette bague 46 est une bague 46A (figure 3) à portées cylindriques concentriques 47A et 48A. Pour assurer le recentrage de l'arbre 24 dans le support 31 en fonction des indications données par le dispositif de mesure que l'on décrit ci-après, la bague 46 est une bague 46B (figure 4) dont les portées cylindriques 47B et 48B sont décentrées d'une valeur convenable (distance de leurs centres respectifs C2 et Cl).

[0018] En vue de faciliter la mise en place correcte de la bague 46B, celle-ci comporte deux repères sur une face, un signe XX indiquant la direction du plus fort excentrage et un signe X diamétralement à l'opposé indiquant la direction du plus faible excentrage. Le maintien de l'orientation de la bague excentrée 46B est assuré par le serrage dans le sens axial de cette bague excentrée au moyen des boulons 45 en appui sur la collerette 44. Ce maintien peut également être assuré par le frettage entre la surface de contact de la bague 46B et la partie en vis-à-vis du support 31.

[0019] On revient maintenant à la figure 1 que l'on considère en même temps que la figure 5 pour décrire le dispositif de mesure de l'invention et sa méthode d'utilisation. Ce dispositif de mesure comprend un bâti de mesure 60 et un bras de mesure 70. Le bâti 60 est une équerre dont la branche verticale 61 est destinée à fixer le bâti 15 de la turbine par la bride aval de celui-ci et dont la branche horizontale 62 supporte la branche 61 et un support d'arbre 63. Un orifice 64 de grande dimension est ménagé dans la branche 61 pour permettre l'accès par l'aval au palier 40.

[0020] La carcasse de la turbine (élément de bâti 15, carter 10-12, virole 14) est tout d'abord fixé à la branche verticale 61 au moyen de boulons 152 qui traversent la bride aval 151 de l'élément de bâti 15. L'arbre 24 est alors monté dans le support conique 31 (accessible par l'orifice 64 du bâti de mesure) par l'intermédiaire du palier 40 et de la bague à portées concentriques 46A (figure 3) tout en étant supporté vers l'amont au moyen d'un palier 65 fixé sur le support 63. La position du palier 65 est réglable à la demande dans les deux directions transversales à l'axe de la turbine, par exemple au moyen de butées transversales (non représentées) et de cales telles que 66.

[0021] Sur l'arbre 24 est monté un bras de mesure d'excentricité 70 qui comporte d'une part une tige-support radiale 71 fixée par son pied à un manchon 72 serré sur l'arbre par une vis 73 et d'autre part deux bras-supports parallèles à l'axe de l'arbre 24 et respectivement fixés à des noix 76 et 77 qui peuvent coulisser sur la tige 71 et y être fixées dans des positions déterminées.

[0022] La première phase de la mesure consiste d'une part à monter sur le bras externe 74 un capteur de déplacement (comparateur) 78 dont la touche palpe la face plane aval de la bride 141 de la virole 14, d'autre part à faire pivoter l'arbre 24 et à régler la position du palier 65 de telle sorte que les déplacements de la touche demeurent inférieurs à une limite déterminée (par exemple 20 à 30 microns). On est alors certain que l'axe XX de l'arbre 24 est perpendiculaire au plan de la bride 141 et par conséquent parallèle à l'axe du stator BP.

[0023] La deuxième phase consiste à utiliser un comparateur 79 porté par le bras interne 75 pour palper la paroi interne de l'anneau 13 en faisant pivoter l'arbre 24. Le relevé des indications de ce comparateur permet alors de déterminer l'excentricité de l'arbre et de l'anneau et, par conséquent, de déterminer l'excentrage C1-C2 et la position à assigner à la bague 46B (figure 4) pour corriger cet excentrage. La bague 46B est, soit réalisée à la demande, soit choisie dans un lot de bagues dont les valeurs d'excentrage sont réparties dans une gamme déterminée.

[0024] On effectue une vérification en dégauchissant de nouveau s'il y a lieu la position de l'arbre 24 au moyen du comparateur 78 et du palier 65 et en réalisant une nouvelle mesure d'excentricité au moyen du comparateur 79. Si les résultats sont dans les tolérances, on peut démonter le dispositif de mesure 70 et reprendre le montage de la turbine.

[0025] Dans le mode de réalisation de l'invention que l'on vient de décrire, le recentrage de l'arbre 24 dans l'alésage du support 31 (figure 2) est assuré au moyen de la bague intermédiaire 46 insérée entre ledit alésage et la bague externe 43 du palier 40.

[0026] L'exemple que l'on vient de décrire concerne le cas d'une turbine à double corps dans lequel l'arbre conique HP 53 est monté sur l'arbre BP 24 au moyen du palier inter-arbre 54. Ainsi qu'on l'a déjà signalé, l'invention s'applique sans difficultés au cas où l'arbre de turbine HP est supporté par des paliers sur partie fixe. Le recentrage est alors effectué au moyen d'une bague excentrée insérée autour du palier fixe aval.

[0027] On considère maintenant la figure 6 qui montre le dispositif de mesure utilisé conformément à l'invention pour rectifier le centrage d'une roue HP dans-une turbine assemblée. Il s'agit ici de la turbine déjà montrée figures 1 et 5. Ce dispositif de mesure comprend un comparateur électrique 179 collé sur l'une des aubes mobiles 52 de l'arbre HP et disposé de façon à palper la paroi interne de l'anneau 13. Il suffit de dégager la bride 141 pour monter ce comparateur. La transmission des indications de celui-ci est assurée au moyen d'un câble souple 179A enroulé derrière le disque HP 51 (figure 1) et sortant par exemple par un orifice d'examen endoscopique (non représenté) ménagé dans la carcasse. Les mesures sont faites le moteur étant refermé. Le centrage de la roue HP est éventuellement rectifié en échangeant la bague 46 (figure 2), accessible du côté de l'élément de bâti 15. Le comparateur 179 peut alors être retiré en passant par l'orifice d'examen.

Revendications

1. Système d'ajustement du centrage d'une roue de turbomachine par rapport à l'anneau statorique entourant cette roue, celle-ci étant supportée par un arbre qui pivote dans des paliers fixes insérés dans des logements liés au bâti de turbine, caractérisé en ce qu'il comprend :

- un dispositif démontable (60, 70) de mesure de l'amplitude et de la direction du décentrage de la roue (50) par rapport à l'anneau (13) et

- des moyens (46) associés au palier fixe (40) le plus proche de la roue (50) pour ramener la valeur du décentrage de celle-ci en deçà d'une limite prédéterminée.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comprend un capteur de déplacement (179) porté par un point déterminé de la roue (50) pour mesurer la variation de distance entre l'anneau (13) et ledit point déterminé lorsque la roue pivote.

3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comprend :

- un bâti de mesure (60) muni de moyens (61) d'assujettir le bâti (15) de la turbine,

- des moyens (71, 74, 78) liés à ce bâti de mesure pour rectifier l'orientation de l'axe de l'arbre (24) afin de le rendre parallèle à l'axe de l'anneau (13) et

- des moyens (71, 75, 79) de mesurer le décentrage de l'arbre (24) et de l'anneau (13) lorsque leurs axes sont ainsi rendus parallèles.

4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens du dispositif de mesure pour rectifier l'orientation de l'axe de l'arbre (24) comportent un palier (65) solidaire du bâti de mesure (60) et supportant l'arbre, ledit palier étant muni de moyens (66) de rectifier sa position par rapport au bâti de mesure, dans deux directions rectangulaires transversales à l'axe de l'arbre.

5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'anneau (13) étant porté par une virole (14) comportant une bride d'assemblage (141), lesdits moyens de rectifier l'orientation de l'axe de l'arbre (24) comportent en outre d'une part un bras (71) fixé sur l'arbre (24) et orienté transversalement à celui-ci et d'autre part un capteur de déplacement (78) porté par ledit bras pour mesurer la variation de distance dudit bras et de ladite bride (141) lorsque l'arbre (24) pivote.

6. Système selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens du dispositif de mesure pour mesurer le décentrage relatif de l'arbre (24) et de l'anneau (13) comprennent d'une part un bras (71) fixé sur l'arbre (24) et d'autre part un capteur de déplacement (79) fixé en un point déterminé dudit bras (71) pour mesurer la variation de distance entre ledit point et ledit anneau lorsque l'arbre (24)'pivote.

7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens (46) associés audit palier fixe (40) comprennent une bague (46B) à portée interne (47B) et à portée externe (48B) relativement décentrées, insérée entre le palier (40) qui est en contact avec ladite portée interne (47B) et un logement de palier qui est en contact avec ladite portée externe (48B) et est ménagé dans le support (31) dudit palier, l'amplitude (C1,C2) du décentrage desdites portées et l'orientation de ladite bague étant telles que l'excentrage de la roue (50) par rapport à l'anneau (13) devient inférieure à ladite limite prédéterminée.

8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la roue (50) étant portée directement par l'arbre (24) monté dans des paliers fixes solidaires du bâti de turbine, lesdits moyens (46) sont associés au palier fixe (40) le plus proche de la roue (50).

9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la roue (50) étant portée par un premier arbre (53) solidaire d'un palier inter-arbre (54) supporté par un deuxième arbre (24) monté dans des paliers fixes solidaires du bâti de turbine, lesdits moyens (46) sont associés au palier fixe (40) le plus proche de la roue (50).

10. Turbomachine comportant au moins une roue portée par un arbre monté dans des paliers fixes, caractérisée en ce qu'une bague (46B) à portée interne (47B) et à portée externe (48B) décentrée relativement est insérée entre le palier fixe (40) qui est le plus proche de ladite roue (50) et est en contact avec ladite portée interne (47B) et le logement de palier fixe qui est en contact avec ladite portée externe (48B) et est ménagé dans le support de palier (31) dudit palier fixe (40).

11. Turbomachine comportant au moins une roue portée par un premier arbre solidaire d'un palier inter-arbre supporté par un deuxième arbre monté dans des paliers fixes solidaires du bâti de turbine, caractérisée en ce qu'une bague (46B) à portée interne (47B) et à portée externe (48B) décentrées relativement est insérée entre le palier fixe (40) qui est le plus proche de la roue (50) et est en contact avec ladite portée interne (47B) et le logement de palier fixe qui est en contact avec ladite portée externe (48B) et est ménagé dans le support de palier (31) dudit palier fixe (40).

Dessins