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J
DIM360 Ver 2.9 (27 Feb 2008) - 1100000/0
1939459
DEMANDE DE BREVET EUROPEEN
A1
20080702
EP
06127255.5
20061227
fr
fr
fr
20080702
200827
20080702
200827
F04D 29/52 20060101AFI20070619BHEP
F04D 29/64 20060101ALI20070619BHEP
F01D 25/24 20060101ALI20070619BHEP
de
Flanschverbindung mit Klemmbacke, insbesondere für einen Axialverdichter
en
System with jaws for connecting two flanges, in particular for a compressor shroud
fr
Système de raccordement avec mâchoires de deux viroles, notamment d'un compresseur
2
Techspace Aero
02504310
CAS 6027
121 Route de Liers
4041 Milmort - Herstal
BE
LHOEST, André
9 rue du Haut Chêne
4500, HUY
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David, Daniel
00055521
Cabinet Bloch & Associés 23bis, rue de Turin
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L'invention concerne un système de raccordement de deux viroles 201, 202 d'un carter de compresseur axial. Chacune des viroles 201, 202 comporte une bride 203, 204, sensiblement annulaire et comportant une face proximale 203p, 204p destinée à être solidaire de la virole 201, 202, et une face distale 203d, 204d. Le système comporte en outre des éléments de fixation pour serrer les faces distales 203d, 204d des deux brides 203, 204 l'une contre l'autre. Lesdits éléments de fixation comportent au moins une paire de mâchoires 207, 208 agencées pour être connectées par un ensemble d'éléments de traction 209, chacune des mâchoires 207, 208 de ladite paire étant agencée pour prendre appui sur la face proximale 203p, 204p d'une des brides. Au moins une mâchoire 207 de ladite paire comporte en outre des moyens, tels que des épaulements sensiblement radiaux, agencés pour former une connexion positive avec des moyens complémentaires dans les deux brides 203, 204 pour une transmission des efforts circonférentiels entre les deux brides 203, 204.
La présente invention se rapporte à un système de raccordement de deux éléments sensiblement tubulaires, en particulier deux viroles d'un carter de compresseur axial.
Les compresseurs axiaux, par exemple dans des turboréacteurs, sont généralement formés par une succession axiale de rotors et stators. Chaque rotor est un ensemble d'aubes rotatives fixées à l'arbre d'entraînement du compresseur. Chaque stator est un ensemble d'aubes de redressement stationnaires fixées au carter du compresseur. Chaque rotor est suivi d'un stator, de manière à former un étage de compresseur.
Un turboréacteur peut comporter une pluralité de compresseurs successifs, par exemple un compresseur basse pression monté devant un compresseur haute pression, où chacun comporte un arbre d'entraînement différent.
Généralement, un carter de compresseur axial est formé par une série d'éléments sensiblement tubulaires, ou viroles, raccordés successivement. Chaque virole entoure généralement un étage de compresseur, c'est-à-dire un rotor et un stator. Une virole comportera donc normalement l'ensemble d'aubes stationnaires formant le stator, ou bien des moyens de fixation desdites aubes stationnaires, ainsi qu'une surface intérieure abradable afin d'éviter un frottement excessif avec les aubes du rotor.
Les paires de viroles successives sont raccordées par des systèmes de raccordement comportant :
1. a) deux brides, chacune étant sensiblement annulaire et comportant une face proximale destinée à être solidaire d'une des deux viroles successives, et une face distale, et
2. b) des éléments de fixation pour serrer les faces distales des deux brides l'une contre l'autre, de manière à pouvoir transmettre des efforts axiaux de traction et de compression entre les deux brides.
Par face distale, on entend la face plus éloignée du corps de la virole, par face proximale celle plus proche du corps de la virole. Dans l'état de la technique, on emploie comme éléments de fixation des boulons traversant des orifices agencés dans les brides. Toutefois cet arrangement présente plusieurs inconvénients :
Dans le cas d'une rupture d'aube de compresseur, des efforts circonférentiels non négligeables viennent s'ajouter aux efforts axiaux et radiaux entre les paires de viroles adjacentes. Ces efforts ont un effet de cisaillement sur les boulons du système de raccordement, ce qui oblige à utiliser un grand nombre de boulons ayant un diamètre considérable pour le raccordement des viroles. Afin de solutionner le problème de l'encombrement des boulons, il est nécessaire de surdimensionner les brides en augmentant le diamètre extérieur.
En plus des inconvénients de coût et poids inhérents à un tel surdimensionnement, l'encombrement radial des brides élargies présente aussi d'autres problèmes. Ainsi, dans de nombreuses applications, cet encombrement rend difficiles les opérations de montage et démontage, à cause d'interférences entre les brides et des éléments externes au compresseur, comme par exemple des capots. En particulier, dans le domaine des turboréacteurs, il peut être souhaitable de pouvoir démonter le compresseur basse pression vers l'arrière pour faciliter la maintenance. Toutefois, si les brides de raccordement des viroles du carter du compresseur basse pression sont trop encombrantes, elles vont buter contre le carter intermédiaire placé généralement à l'arrière du compresseur basse pression et servant à soutenir l'ensemble du turboréacteur.
L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en procurant des éléments de fixation permettant de minimiser l'encombrement radial d'un système de raccordement d'éléments sensiblement tubulaires, et particulièrement de viroles de carter de compresseur axial.
Pour résoudre ce problème, il est prévu suivant l'invention, un système de raccordement tel qu'indiqué au début, dans lequel les éléments de fixation comportent au moins une paire de mâchoires agencées pour être connectées par un ensemble d'éléments de traction, par exemple des vis ou boulons, chacune des mâchoires de ladite paire étant agencée pour prendre appui sur la face proximale d'une des brides, et une mâchoire de ladite paire comportant en outre des moyens, tels que des épaulements sensiblement radiaux, agencés pour former une connexion positive avec des moyens complémentaires dans les deux brides pour une transmission des efforts circonférentiels entre les deux brides.
Par ces moyens, on parvient à découpler les efforts axiaux en traction et compression des efforts circonférentiels en cisaillement entre les deux brides. Les éléments de traction reliant au moins une paire de mâchoires peuvent ainsi être dimensionnés purement en fonction des efforts axiaux en traction entre les deux brides, tandis que les efforts circonférentiels en cisaillement peuvent être repris sur une plus grande surface transversale par une de ladite paire de mâchoires sans devoir élargir excessivement le diamètre extérieur des brides.
De préférence, chacune des deux brides comporte au moins une découpe sensiblement radiale, et une des mâchoires de ladite paire est agencée pour former une connexion positive avec une découpe de chacune des deux brides pour ladite transmission des efforts circonférentiels entre les deux brides. Ceci permet d'agencer une connexion positive particulièrement efficace pour la transmission des efforts circonférentiels en cisaillement sans devoir excessivement élargir le diamètre des brides.
De préférence, le système de raccordement comporte en outre des moyens de centrage pour la reprise des efforts radiaux entre les deux brides. Ceci permet de découpler à leur tour les efforts radiaux des efforts axiaux et circonférentiels et de dimensionner ces moyens de centrage spécifiquement pour la reprise des efforts radiaux sans influencer l'encombrement des moyens de transmission des autres efforts.
De préférence, la face proximale d'au moins une desdites deux brides comporte une surface inclinée ou conique étant destinée à entrer en contact avec une de ladite paire de mâchoires afin de la retenir radialement par une liaison positive, et donc d'éviter que la paire de mâchoires puisse glisser jusqu'à perdre le contact avec les brides, et donc le raccordement axial.
De préférence, au moins une des mâchoires est agencée pour supporter un capot ou carénage extérieur aux éléments sensiblement tubulaires, par exemple un bec de compresseur dans un turboréacteur double-flux, permettant ainsi de simplifier le support de tels capots ou carénages extérieurs et de faciliter le montage et démontage de l'ensemble.
De préférence, ce support est arrangé avec un bossage agencé dans ladite mâchoire pour recevoir un insert ou écrou à rivet pour fixer ledit capot ou carénage, permettant ainsi un support solide mais démontable sans avoir à augmenter l'encombrement radial du système de raccordement.
Alternativement, ladite au moins une mâchoire est intégrée dans ledit capot ou carénage, permettant ainsi de réduire le nombre de pièces, avec les avantages d'un coût réduit et de plus grandes fiabilité et simplicité.
La présente invention se rapporte aussi à un carter de compresseur axial, par exemple de compresseur basse pression d'un turboréacteur ou turbopropulseur, comportant une pluralité de viroles dont au moins deux sont adjacentes et raccordées par un système de raccordement suivant l'invention, ainsi qu'à un procédé d'utilisation d'un tel système de raccordement dans un tel carter. Ceci fournit un carter de compresseur axial à faible encombrement radial et donc plus facilement démontable.
De préférence, au moins une desdites deux viroles adjacentes comporte un stator et/ou une surface intérieure abradable, de manière à intégrer ces éléments du compresseur dans le carter.
Des détails concernant l'invention sont décrits ci-après faisant référence aux dessins.
- La figure 1 est une coupe longitudinale de l'état de la technique.
- La figure 2 est une coupe longitudinale d'un système de raccordement suivant un mode de réalisation de l'invention.
- La figure 3 est une vue frontale du même système de raccordement.
- La figure 4 est une coupe longitudinale d'un système de raccordement suivant un mode de réalisation alternatif.
- La figure 5 est une vue en perspective d'une mâchoire d'un système de raccordement suivant un autre mode de réalisation alternatif.
Comme on peut voir dans la figure 1, dans l'état de la technique, chacune des viroles 101 et 102 d'un carter de compresseur basse pression d'un turboréacteur double-flux comporte une bride, respectivement désignée 103 et 104. Chacune de ces brides 103, 104 présente une face proximale, respectivement désignée 103p et 104p, et une face distale, respectivement désignée 103d et 104d. Dans chaque bride 103, 104, un ensemble d'orifices, respectivement désignés 105 et 106, relient la face proximale 103p, 104p à la face distale 103d, 104d. Les orifices 105 de la bride 103 sont alignés avec les orifices 106 de la bride 104, de manière à pouvoir y faire passer des vis 107. En serrant ces vis 107 avec des écrous 108, il est donc possible d'établir un raccordement axial entre les viroles 101 et 102.
Tandis que la transmission des efforts radiaux est assurée par l'emboîtement de surfaces de centrage 109 des viroles 101, 102, les boulons 107 doivent reprendre, outre la traction axiale, la torsion circonférentielle entre les brides 103, 104. Une telle torsion soumet les boulons 107 à des efforts de cisaillement, ce qui force à augmenter leur section travaillante, et donc le diamètre des orifices 105, 106 et la hauteur des brides 103, 104.
Dans le mode de réalisation de l'invention représenté dans la figure 2, chacune des viroles 201, 202 comporte une bride, désignée respectivement 203 et 204. Chacune des brides 203, 204 comporte une face distale, désignée respectivement 203d et 204d, sensiblement perpendiculaire à l'axe de la virole 201, 202 correspondante, et une face proximale, désignée respectivement 203p et 204p, sensiblement conique. Chacune des brides 203, 204 comporte aussi une pluralité de découpes 205 distribuées autour du périmètre de chaque bride 203, 204. Chaque découpe 205 comporte deux bords 206 sensiblement radiaux. Les découpes 205 de la bride 203 sont destinées à être alignées avec les découpes 205 de l'autre bride 204 quand les viroles 201, 202 sont raccordées.
Le système de raccordement illustré comporte en outre une paire de mâchoires 207, 208 reliées par des vis 209 retenues par des écrous 210. L'une mâchoire 207 prend appui sur la face proximale 203p d'une bride 203, tandis que l'autre mâchoire 208 prend appui sur la face proximale 204p de l'autre bride 204. De cette manière, en serrant les vis 209 dans les écrous 210 on parvient à serrer les mâchoires 207, 208, prenant en étau les brides 203, 204. Cette précontrainte axiale des brides 203, 204 permet de transmettre par les faces distales 203d, 204d les efforts axiaux en compression entre les viroles 201, 202, et par les boulons 209 les efforts axiaux en tension. En même temps, la forme conique des faces proximales 203p, 204p assure la rétention radiale de la paire de mâchoires 207, 208 quand les boulons 209 sont serrés.
Alternativement, une seule des faces des brides 203 peut présenter une forme conique correspondant à une seule mâchoire conique 207, comme représenté sur la figure 2.
La mâchoire 207 comporte une prolongation axiale 211 telle que la zone de contact entre les 2 brides 203d, 204d se situe sous cette prolongation. La prolongation axiale 211 est logée dans les découpes 205 alignées des deux brides 203, 204. De cette manière, cette prolongation 211 forme une connexion positive avec les bords 206 des deux découpes, permettant de transmettre les efforts circonférentiels en torsion entre les deux brides 203, 204. La mâchoire 207 offre une section travaillante en cisaillement supérieure à celle des vis 107 de l'état de la technique sans devoir élargir le diamètre des brides 203, 204. Les vis 209 reliant les mâchoires 207, 208 sont donc sensiblement exemptes d'efforts en cisaillement et peuvent être dimensionnés avec une section considérablement réduite relativement aux boulons 107 de l'état de la technique illustré dans la figure 1.
Les efforts circonférentiels en torsion entre les brides 203, 204 pourraient toutefois, conformément à d'autres modes de réalisation, être transmis par d'autres connections positives. Par exemple, les mâchoires 207, 208 pourraient toutes les deux présenter des prolongations, chacune de ces prolongations être logée dans la découpe 205 d'une des brides 203, 204, de manière à ce que chacune forme une connexion positive avec les bords 206 de chaque découpe 205, et lesdites prolongations présenter à leur tour des épaulements sensiblement radiaux et complémentaires de manière à transmettre les efforts en cisaillement entre les deux mâchoires 207, 208. Les plats des découpes 205 des brides peuvent éventuellement présenter un jeu radial avec les faces correspondantes des mâchoires 207 et/ou 208, comme représenté sur la figure 2 pour la découpe de la bride 204.
La transmission des efforts radiaux est assurée, comme dans l'état de la technique illustré dans la figure 1, par l'emboîtement de surfaces de centrage 212 des viroles 101, 102.
De plus, lorsque les faces proximales des brides 203p, 204p sont coniques, l'effort radial est repris par les vis 209 sous forme d'effort axial.
Tournant maintenant vers la figure 4, un mode de réalisation alternatif est illustré où deux viroles 201, 202 d'un carter de compresseur basse pression sont aussi raccordées par des brides 203, 204. La virole 201 sert de support au bec de séparation du compresseur, qui est de géométrie axisymétrique et est centré sur la virole 201. Les brides 203, 204 sont retenues par une paire de mâchoires 207, 208 connectées par des vis 209 et des écrous 210. Dans ce mode de réalisation alternatif, la mâchoire 207 est intégrée dans un bec de séparation du compresseur 401. De cette manière, le bec de séparation du compresseur 401, qui forme un carénage séparant le flux primaire du flux secondaire dans un turboréacteur double flux, peut être soutenu par le carter de compresseur basse pression sans avoir recours à un bossage sur la virole 201 analogue au bossage 402 formé sur la virole 202 pour soutenir le capot 403 prolongeant le bec de compresseur 401.
Sur la figure 4, la virole 202 comporte des bossages 402 pour soutenir le capot 403 prolongeant le bec de séparation du compresseur 401. De tels bossages formés sur les viroles pour soutenir des capots ou carénages ont l'inconvénient d'élargir le diamètre extérieur des viroles, rendant plus difficile leur montage et démontage à cause des possibles interférences avec des éléments extérieurs au carter de compresseur.
Il serait ainsi aussi avantageux de substituer le bossage 402 du mode de réalisation présenté dans la figure 4 par les moyens illustrés dans la figure 5. Dans cette figure 5 est illustrée une mâchoire 208, destinée à se substituer à la mâchoire 208 de la figure 4, sur laquelle est formé un bossage 501 pourvu d'un orifice 502 destiné à recevoir un boulon, vis, insert ou rivet pour soutenir un capot ou carénage. Cette mâchoire et la bride 204 ne doivent pas nécessairement présenter une forme conique, car la rétention radiale de la mâchoire est assurée par sa fixation à la pièce axisymétrique 207.
Dans tous les modes de réalisation illustrés, le système de raccordement peut être monté en raccordant temporairement les viroles 201, 202 par des colliers Colson avant de placer les mâchoires 207, 208, et/ou démonté en raccordant temporairement les viroles 201, 202 par des colliers Colson avant de retirer les mâchoires 207, 208.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que descriptif.

REFERENCES DES FIGURES
101
Virole
102
Virole
103
Bride
103p
Face proximale
103d
Face distale
104
Bride
104p
Face proximale
104d
Face distale
105
Orifice
106
Orifice
107
Vis
108
Écrou
109
Surfaces de centrage
201
Virole
202
Virole
203
Bride
203p
Face proximale
203d
Face distale
204
Bride
204p
Face proximale
204d
Face distale
205
Découpe
206
Bord
207
Mâchoire
208
Mâchoire
209
Vis
210
Écrou
211
Prolongation
212
Surfaces de centrage
401
Bec de séparation de compresseur
402
Bossage
403
Capot
501
Bossage
502
Orifice
1. Système de raccordement de deux éléments (201, 202) sensiblement tubulaires, en particulier deux viroles d'un carter de compresseur axial, comportant :
a) deux brides (203, 204), chacune étant sensiblement annulaire et comportant une face proximale (203p, 204p) destinée à être solidaire d'un des deux éléments (203, 204), et une face distale (203d, 204d), et
b) des éléments de fixation pour serrer les faces distales (203d, 204d) des deux brides (203, 204) l'une contre l'autre, de manière à pouvoir transmettre des efforts axiaux de traction et de compression entre les deux brides (203, 204),
et caractérisé en ce que
c) lesdits éléments de fixation comportent au moins une paire de mâchoires (207, 208) agencées pour être connectées par un ensemble d'éléments de traction (209), par exemple des vis ou boulons, chacune des mâchoires (207, 208) de ladite paire étant agencée pour prendre appui sur la face proximale (203p, 204p) d'une des brides, et
d) au moins une mâchoire (207) de ladite paire comporte en outre des moyens, tels que des épaulements sensiblement radiaux, agencés pour former une connexion positive avec des moyens complémentaires dans les deux brides (203, 204) pour une transmission des efforts circonférentiels entre les deux brides (203, 204).
2. Système de raccordement selon la première revendication, où chacune des deux brides (203, 204) comporte au moins une découpe (205) sensiblement radiale, et une mâchoire (207) de ladite paire est agencée pour former une connexion positive avec une découpe (205) de chacune des deux brides (203, 204) pour ladite transmission des efforts circonférentiels entre les deux brides (203, 204).
3. Système de raccordement selon une des revendications précédentes, comportant en outre des moyens de centrage (212) pour la reprise des efforts radiaux entre les deux brides (203, 204).
4. Système de raccordement selon une des revendications précédentes, où la face proximale (203p, 204p) d'au moins une desdites deux brides (203, 204) comporte une surface inclinée ou conique destinée à entrer en contact avec une de ladite paire de mâchoires (207, 208) afin de la retenir radialement par une liaison positive.
5. Système de raccordement selon une des revendications précédentes, où au moins une des mâchoires (207, 208) est agencée pour supporter un capot ou carénage (401,403) extérieur aux éléments (201, 202) sensiblement tubulaires, par exemple un bec de séparation de compresseur (401) dans un turboréacteur double-flux ou un panneau d'isolation acoustique (403).
6. Système de raccordement selon la revendication 5, où ladite mâchoire (208) comporte un bossage (501) agencé pour recevoir un insert ou écrou à rivet pour fixer ledit capot ou carénage (403).
7. Système de raccordement selon la revendication 5, où ladite mâchoire (207) est intégrée dans ledit capot ou carénage (401).
8. Carter de compresseur axial, par exemple de compresseur basse pression d'un turboréacteur ou turbopropulseur, comportant une pluralité de viroles (201, 202) dont au moins deux sont adjacentes et raccordées par un système de raccordement selon l'une des revendications précédentes.
9. Carter de compresseur axial selon la revendication 8, où au moins une desdites deux viroles (201, 202) adjacentes comporte un stator et/ou une surface intérieure abradable.
10. Utilisation d'un système de raccordement selon l'une des revendications 1 à 7 pour raccorder au moins deux viroles adjacentes (201, 202) d'un carter de compresseur axial, par exemple de compresseur basse pression d'un turboréacteur ou turbopropulseur.
11. Utilisation selon la revendication 10, où au moins une desdites deux viroles adjacentes (201, 202) comporte un stator et/ou une surface intérieure abradable.