FR2995038A1

FR2995038A1 - Carter de soufflante de turbine a gaz ayant une ceinture de fixation d'equipements

Info

Publication number: FR2995038A1
Application number: FR1258091A
Authority: FR
Inventors: Julien Schneider; Thierry Godon
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-03-07
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: GB2507629A; FR2995038B1; US20140064957A1; GB201315384D0

Abstract

L'invention concerne un carter (10) de soufflante de turbine à gaz, comprenant une paroi annulaire de carter (12) centrée sur un axe longitudinal (X-X) du carter et au moins une ceinture de fixation (100) montée sur la périphérie de la paroi de carter pour la fixation d'équipements sur le carter, chaque ceinture de fixation comprenant deux brides annulaires distinctes (102, 104) ayant chacune une section droite en forme de L, lesdites brides étant fixées l'une à l'autre et maintenues sur la paroi du carter par un serrage du type par cônes inversés.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des carters de turbine à gaz, et plus particulièrement des carters de soufflante de turbine à gaz pour moteurs aéronautiques. Dans un moteur aéronautique à turbine à gaz, le carter se compose d'une partie formant manche d'entrée d'air dont la fonction est de définir la veine d'entrée d'air dans le moteur, et d'une partie formant le carter de soufflante. Le carter de soufflante a notamment pour fonction d'assurer une rétention de débris, tels que des objets ingérés ou des fragments d'aubes endommagées, projetés par centrifugation, afin d'éviter qu'ils traversent le carter et atteignent d'autres parties de l'aéronef. Le carter de 15 soufflante supporte également un certain nombre d'équipements ou de servitudes du moteur, tels que par exemple les tuyaux acheminant du liquide de dégivrage ou le boîtier électronique de commande du moteur. De façon courante, un carter de soufflante est formé par une paroi métallique définissant la veine d'entrée. Entre les extrémités de cette 20 paroi sont ajoutés des voiles circonférentiels de renforcement structural, ces voiles pouvant également servir à supporter des équipements du moteur. Par ailleurs, il a été proposé de réaliser le carter de soufflante en matériau composite de type fibres/résine par réalisation d'une 25 préforme fibreuse, imprégnation par une résine et moulage pour obtenir directement une forme voulue. En effet, par rapport au métal, le composite permet d'obtenir un important gain de masse. Or, le recours au matériau composite pour la réalisation d'un carter de soufflante pose le problème de la fixation des équipements du 30 moteur sur le carter. En particulier, la solution consistant à coller sur la paroi du carter des brides annulaires pour y fixer les équipements n'est pas pleinement satisfaisante. En effet, la certification d'un collage de pièces qui assurent une fonction structurale (à savoir les brides de fixation) est extrêmement complexe à obtenir. De même, la solution 35 consistant à boulonner les brides de fixation sur la paroi du carter n'est pas satisfaisante puisqu'elle requiert le perçage de la structure composite du carter avec tous les inconvénients que cela comporte (non continuité des fibres, affaiblissement de la structure, concentration de contraintes au niveau des perçages, etc.). On connait également du document WO 2009/147307 une solution consistant à rapporter sur la périphérie extérieure du carter une ceinture formant collier de serrage enserrant le carter. Cette solution ne présente pas les inconvénients précités. Toutefois, ce principe de fixation par cerclage nécessite un point de fermeture pour la ceinture qui, en cas de rupture, laisse libre la ceinture avec toutes les conséquences que cela présente. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une solution pour la fixation d'équipements sur un carter de soufflante, notamment en matériau composite, qui ne nécessite pas de collage, de perçage ou de recours à des points de fermeture uniques. Ce but est atteint grâce à un carter de soufflante de turbine à gaz, comprenant une paroi annulaire de carter centrée sur un axe longitudinal du carter et au moins une ceinture de fixation montée sur la périphérie de la paroi de carter pour la fixation d'équipements sur le carter, et dans lequel, conformément à l'invention, chaque ceinture de fixation comprend deux brides annulaires distinctes ayant chacune une section droite en forme de L, lesdites brides étant fixées l'une à l'autre et maintenues sur la paroi du carter par un serrage du type par cônes inversés. La ceinture de fixation est montée sur la paroi de carter par un serrage du type par cônes inversés. Ce type de serrage consiste à assurer un cerclage de la ceinture sur le carter par un frottement conique de ses brides sur la paroi de carter. Ainsi, le maintien de la ceinture sur la paroi de carter s'effectue sans recourir à des collages ou des perçages de la paroi de carter. De même, la ceinture peut recouvrir totalement la circonférence de la paroi de carter sans nécessité de recourir à un unique point de fermeture de la ceinture, ce qui évite les problèmes liés à la rupture d'un tel point. Enfin, la maintenance d'une telle ceinture de fixation se trouve facilitée.

De préférence, les deux brides d'une même ceinture de fixation sont maintenues par serrage sur une couronne de la paroi du carter présentant deux plans opposés qui sont inclinés par rapport à l'axe longitudinal du carter.

De préférence également, chaque bride d'une même ceinture de fixation présente une jambe de contact en appui sur l'un des plans inclinés de la couronne et une jambe de serrage destinée à être assemblée à la jambe de serrage de l'autre bride de ladite ceinture. Les plans de la couronne peuvent être inclinés en cône ouvert vers l'intérieur de la paroi du carter, le carter comprenant en outre des moyens de serrage pour assembler entre elles les jambes de serrage des deux brides de la ceinture de fixation en les rapprochant l'une de l'autre de façon à assurer un serrage de celle-ci sur la paroi du carter. Alternativement, les plans de la couronne peuvent être inclinés en cône ouvert vers l'extérieur de la paroi du carter, le carter comprenant en outre des moyens de serrage pour assembler entre elles les jambes de serrage des deux brides de la ceinture de fixation en les écartant l'une de l'autre de façon à assurer un serrage de celle-ci sur la paroi du carter. Les moyens de serrage de ces deux modes de réalisation 20 peuvent comprendre des systèmes à vis/écrou. Le carter peut comprendre une pluralité de ceintures de fixation espacées axialement les unes des autres. Certaines au moins de ces ceintures de fixation peuvent être assemblées entre elles pour former un élément de fixation extrêmement performant (cet élément pourra par 25 exemple servir à assurer une fixation du moteur sur l'aile de l'aéronef). De préférence encore, la paroi de carter est réalisée en matériau composite avec un renfort fibreux densifié par une matrice. L'invention a également pour objet un moteur aéronautique à turbine à gaz ayant un carter de soufflante tel que défini précédemment. 30 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout 35 caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue très schématique d'une turbine à gaz de moteur aéronautique ; - la figure 2 est une vue partielle et en coupe axiale montrant une ceinture de fixation assemblée sur le carter de soufflante pour turbine à gaz telle que celle de la figure 1; - la figure 3 est une vue agrandie et en éclatée de la ceinture de fixation de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue d'une ceinture de fixation d'un carter de soufflante selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 5 illustre encore un autre mode de réalisation d'un carter de soufflante conforme à l'invention. Description détaillée de l'invention L'invention sera décrite ci-après dans le cadre de son application à la fabrication d'un carter de soufflante de moteur aéronautique à turbine à gaz. Un tel moteur, comme montré très schématiquement par la figure 1 comprend, de l'amont vers l'aval dans le sens de l'écoulement de flux gazeux, une soufflante 1 disposée en entrée du moteur, un compresseur 2, une chambre de combustion 3, une turbine haute-pression (HP) 4 et une turbine basse pression (BP) 5. Les turbines HP et BP sont couplées respectivement au compresseur et à la soufflante par des arbres coaxiaux respectifs et sont centrées sur un axe longitudinal X-X du moteur.

Le moteur est logé à l'intérieur d'un carter comprenant plusieurs parties correspondant à différents éléments du moteur. Ainsi, la soufflante 1 est entourée par un carter de soufflante 10. La figure 2 montre un profil de carter de soufflante 10 en matériau composite selon un mode de réalisation de l'invention. Le carter 10 comprend une paroi annulaire 12 centrée sur l'axe longitudinal X-X du moteur et dont la surface interne 12a définit la veine d'entrée d'air. Celle-ci peut être munie d'une couche de revêtement abradable (non représentée) au droit de la trajectoire des sommets d'aubes de la soufflante, une aube 14 étant partiellement montrée de façon très schématique. Un revêtement de traitement acoustique (non représenté) peut en outre être disposé sur la surface interne du carter notamment en amont du revêtement abradable. Le carter 10 peut être muni de brides externes 16, 18 aux extrémités amont et aval de la paroi annulaire 12 afin de permettre son montage et sa liaison avec d'autres éléments. De préférence, le carter 10 est réalisé en matériau composite à renfort fibreux densifié par une matrice. Le renfort est en fibres par exemple de carbone, verre, aramide ou céramique et la matrice est en polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyimide.

A cet effet, comme indiqué dans le document EP 1,961,923, le renfort fibreux peut être formé par enroulement sur un mandrin d'une texture fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel, le mandrin ayant un profil correspondant à celui du carter à réaliser. Avantageusement, le renfort fibreux constitue une préforme fibreuse tubulaire complète du carter 10 formant une seule pièce avec une partie correspondant à la paroi annulaire et des parties de renfort correspondant aux brides externes 16, 18. Le carter de soufflante 10 comprend également au moins une ceinture de fixation 100, 100' qui est montée sur la périphérie de la paroi de carter 12 afin de permettre la fixation d'équipements sur le carter. Selon l'invention, chaque ceinture de fixation 100, 100' comprend deux brides annulaires distinctes 102, 104 ayant chacune une section droite en forme de L, ces brides étant en opposition, fixées l'une à l'autre et maintenues sur la paroi 12 du carter 10 par un serrage du type par cônes inversés. Dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, les brides 102, 104 sont des pièces de 360°. Les deux brides 102, 104 d'une même ceinture de fixation 100, 100' sont plus précisément maintenues par serrage sur une couronne 106 de la paroi 12 du carter, cette couronne 106 présentant deux plans opposés 108, 110 qui sont inclinés par rapport à l'axe longitudinal X-X du moteur. Ainsi, dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, les plans 108, 110 de la couronne 106 sont inclinés de sorte à former un cône qui est ouvert vers l'intérieur de la paroi du carter. En coupe longitudinale, la couronne 106 présente une forme de triangle dont le sommet est dirigé vers l'extérieur du carter. 2 99503 8 6 Alternativement, dans le mode de réalisation de la figure 4, les plans 108', 110' de la couronne 106' sont inclinés de sorte à former un cône qui est ouvert vers l'extérieur de la paroi du carter. En coupe longitudinale, la couronne 106' présente ainsi une forme de triangle dont 5 le sommet est dirigé vers l'intérieur du carter. Par ailleurs, chaque bride 102, 104 d'une même ceinture de fixation 100 présente une jambe de contact, respectivement 102a, 104a, qui est en appui sur l'un des plans inclinés de la couronne 106, 106' et une jambe de serrage, respectivement 102b, 104b, qui est destinée à être 10 assemblée à la jambe de serrage de l'autre bride de la ceinture de fixation par des moyens de serrage décrits ultérieurement. De plus, compte tenu de la forme particulière de la couronne 106 du mode de réalisation des figures 2 et 3, pour chaque bride 102, 104 d'une même ceinture de fixation, les jambes de contact et de serrage 15 forment entre elles un angle a qui est supérieur à 900. De même, à cause de la forme particulière de la couronne 106' du mode de réalisation de la figure 4, les jambes de contact et de serrage des brides 102, 104 d'une même ceinture de fixation de ce mode de réalisation forment entre elles un angle 13 qui est inférieur à 900 . 20 Le carter comprend en outre des moyens de serrage pour assembler entre elles les jambes de serrage 102b, 104b des deux brides 102, 104 de la ceinture de fixation 100, 100'. Dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, ces moyens de serrage se présentent sous la forme de vis 112 sur lesquelles sont serrés 25 des écrous 114, les vis traversant les jambes de serrage 102b, 104b des deux brides 102, 104 selon une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal X-X du moteur. De la sorte, en serrant les écrous 114 contre les jambes de serrage 102, 104b des deux brides, celles-ci vont avoir tendance à se 30 rapprocher l'une de l'autre et à « remonter » sur les plans inclinés 108, 110 respectifs de la couronne 106 de façon à assurer un serrage de la ceinture de fixation 100 sur la paroi 12 du carter. Dans le mode de réalisation de la figure 4, les moyens de serrage se présentent également sous la forme de vis 112 sur lesquelles 35 sont serrés des écrous 114, les vis traversant les jambes de serrage 102b, 2 99503 8 7 104b des deux brides 102, 104 selon une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal X-X. Les moyens de serrage comprennent aussi des rondelles ressorts 116 qui sont intercalées entre les jambes de serrage 102b, 104b 5 des deux brides 102, 104. De la sorte, en serrant les écrous 114 contre les jambes de serrage 102, 104b des deux brides, celles-ci vont avoir tendance à s'écarter l'une de l'autre (sous l'effet des rondelles ressorts 116) et à « remonter » sur les plans inclinés 108', 110' respectifs de la couronne 106' de façon à assurer un serrage de la ceinture de fixation 100 10 sur la paroi 12 du carter. On notera que les vis 112 utilisés pour assurer un serrage de la ceinture de fixation sur la paroi du carter peuvent également servir à fixer des éléments 118 des équipements ou des servitudes du moteur. Le montage de la ceinture de fixation 100 du mode de 15 réalisation des figures 2 et 3 s'effectue de la façon suivante. Les brides de celle-ci sont amenées autour de la paroi de carter (la bride 102 par l'aval et la bride 104 par l'amont) et déplacées axialement l'une vers l'autre (cas de la figure 3). Les vis 112 sont alors introduites dans leurs jambes de serrages respectives et les écrous 114 sont serrés contre ces dernières 20 pour assurer un maintien de la ceinture de fixation sur le carter. Pour le montage de la ceinture de fixation 100' du mode de réalisation de la figure 4, il est nécessaire que les deux brides 102, 104 soient chacune réalisées en deux parties. Par exemple, il est possible d'envisager que les deux parties d'une même bride s'assemblent autour de 25 la paroi de carter avec un recouvrement angulaire partiel en forme de biseau. En liaison avec la figure 5, on décrira maintenant encore un autre mode de réalisation d'un carter de soufflante selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, il est prévu que le carter de 30 soufflante 10 porte trois ceintures de fixation 100 espacées axialennent les unes des autres et reliées entre elles par leurs vis 112 respectives. Plus précisément, les vis 112 servant à assurer un serrage des ceintures de fixation 100 sur la paroi 12 du carter sont les mêmes pour les trois ceintures. 35 Un tel assemblage de plusieurs ceintures de fixation entre elles permet de former un élément de fixation extrêmement puissant, celui-ci pouvant par exemple servir à assurer une fixation du moteur sur l'aile de l'aéronef. On décrira maintenant certaines caractéristiques communes à l'ensemble des modes de réalisation précédemment décrits.

Les couronnes 106, 106' sur lesquels sont montées les brides des ceintures de fixation 100, 100' peuvent être obtenues en faisant varier localement l'épaisseur de la paroi 12 du carter lors de la fabrication de celui-ci. Ainsi, cette surépaisseur peut être obtenue soit en utilisant des fils de plus gros titre au niveau de la surépaisseur à créer au cours du tissage de la texture fibreuse enroulée sur le mandrin, soit en introduisant un insert entre les différentes couches de texture fibreuse enroulées sur le mandrin. En cas de fabrication de la paroi du carter par stratification, la surépaisseur nécessaire sera obtenue en réalisant des enroulements différents.

Il est possible de diminuer localement la hauteur des brides 102, 104 (et plus précisément de leurs jambes de serrage respectives 102b, 104b) dans les zones dans lesquelles aucune attache d'équipement ou de servitude du moteur n'est prévue. Un gain de masse peut ainsi être attendu.

La dimension de contact entre les jambes de contact 102a, 104a des brides 102, 104 des ceintures de fixation et les plans inclinés des couronnes 106, 106' de la paroi de carter peut varier entre 1mm et plusieurs centimètres. Toutefois, dans le cas où les brides sont réalisées dans un matériau différent de celui de la paroi de carter, il sera nécessaire de veiller à tenir compte des différences de dilatation entre ces matériaux pour éviter notamment qu'une augmentation du diamètre par dilation des brides n'entraîne un glissement sur la couronne.

Claims

REVENDICATIONS1. Carter (10) de soufflante de turbine à gaz, comprenant une paroi annulaire de carter (12) centrée sur un axe longitudinal (X-X) du carter et au moins une ceinture de fixation (100 ; 100') montée sur la périphérie de la paroi de carter pour la fixation d'équipements sur le carter, caractérisé en ce que chaque ceinture de fixation comprend deux brides annulaires distinctes (102, 104) ayant chacune une section droite en forme de L, lesdites brides étant fixées l'une à l'autre et maintenues sur la paroi du carter par un serrage du type par cônes inversés.
2. Carter selon la revendication 1, dans lequel les deux brides d'une même ceinture de fixation sont maintenues par serrage sur une couronne (106 ; 106') de la paroi du carter présentant deux plans opposés (108, 110 ; 108', 110') qui sont inclinés par rapport à l'axe longitudinal du carter.
3. Carter selon la revendication 2, dans lequel chaque bride d'une même ceinture de fixation présente une jambe de contact (102a, 104a) en appui sur l'un des plans inclinés de la couronne et une jambe de serrage (102b, 104b) destinée à être assemblée à la jambe de serrage de l'autre bride de ladite ceinture.
4. Carter selon la revendication 3, dans lequel les plans (108, 110) de la couronne (106) sont inclinés en cône ouvert vers l'intérieur de la paroi du carter, le carter comprenant en outre des moyens de serrage pour assembler entre elles les jambes de serrage des deux brides de la ceinture de fixation en les rapprochant l'une de l'autre de façon à assurer un serrage de celle-ci sur la paroi du carter.
5. Carter selon la revendication 3, dans lequel les plans (108', 110') de la couronne (106') sont inclinés en cône ouvert vers l'extérieur de la paroi du carter, le carter comprenant en outre des moyens de serrage pour assembler entre elles les jambes de serrage des deux brides de la ceinture de fixation en les écartant l'une de l'autre de façon à assurer un serrage de celle-ci sur la paroi du carter.
6. Carter selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel les moyens de serrage comprennent des systèmes à vis/écrou (112, 114).
7. Carter selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une pluralité de ceintures de fixation (100 ; 100') espacées axialement les unes des autres.
8. Carter selon la revendication 7, dans lequel certaines au moins des ceintures de fixation sont assemblées entre elles.
9. Carter selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la paroi de carter (12) est réalisée en matériau composite avec un renfort fibreux densifié par une matrice.
10. Moteur aéronautique à turbine à gaz ayant un carter de soufflante (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.