EP4127416A1 - Bagues de paliers souple et raide fusionnees - Google Patents

Bagues de paliers souple et raide fusionnees

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EP4127416A1
EP4127416A1 EP21720804.0A EP21720804A EP4127416A1 EP 4127416 A1 EP4127416 A1 EP 4127416A1 EP 21720804 A EP21720804 A EP 21720804A EP 4127416 A1 EP4127416 A1 EP 4127416A1
Authority
EP
European Patent Office
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upstream
enclosure
downstream
outer ring
bearing
Prior art date
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Pending
Application number
EP21720804.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel Gilbert Roland Brault
Julien Fabien Patrick Becoulet
Olivier Formica
Patrice Jean-Marc Rosset
Alexandre Jean-Marie Tan-Kim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/668—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps damping or preventing mechanical vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F01D25/164—Flexible supports; Vibration damping means associated with the bearing
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    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/026—Multi-stage pumps with a plurality of shafts rotating at different speeds
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    • F04D29/64—Mounting; Assembling; Disassembling of axial pumps
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    • F16C27/04—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies
    • F16C27/045—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies with a fluid film, e.g. squeeze film damping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to the field of turbomachine bearing enclosures, in particular the outer rings of engine shaft bearings.
  • the invention falls within the general field of aircraft turbomachines.
  • a double-flow turbomachine 10 of an aircraft comprises a fan 12 optionally connected to a reduction gear 14 itself connected to a drive shaft 16 extending along an axis of rotation X
  • This drive shaft 16 in particular rotates a low pressure turbine 20.
  • the low pressure turbine 20 is located downstream of a high pressure turbine 18, it is said to be at the rear of the turbomachine 10.
  • the low turbine pressure 20 is conventionally rotated by the motor shaft 16 by means of rolling bearings 22, 24. These rolling bearings 22, 24 are located within an enclosure 26 called the rear enclosure of the turbomachine. This rear enclosure 26 is shown in FIG. 1 of the present application.
  • This rear enclosure 26 conventionally has an axial length of the order of 400 mm.
  • the rear enclosure 26 comprises two rolling bearings 22, 24, an upstream bearing 22 and a downstream bearing 24, each bearing 22, 24 comprising an internal ring 28a, 28b and a ring external 29a, 29b.
  • the inner rings 28a, 28b are carried by the drive shaft 16 of the turbomachine 10.
  • the upstream outer ring 29a is conventionally connected via a support ring 30 of a fluid damping film (known by the English term of squeeze). film) centered upstream to a first bearing support 32a (upstream bearing support) and the downstream outer ring 29b is connected via a support ring 30 of damping fluid film centered downstream to a second bearing support 32b (downstream bearing support), as can be seen in FIG. 2.
  • the first bearing support 32a comprises a first upstream flange 100a intended to cooperate in fixing with a first downstream flange 100b of the second bearing support 32b. This cooperation is carried out with conventional fixing means F known to anyone skilled in the art.
  • the first bearing support 32a comprises a second flange (not shown) intended to cooperate in fixing with a first flange 26a (upstream flange) of the enclosure 26 and a flange S of a fixed structure of the turbomachine 10 (see FIG. 1 ).
  • the first bearing support 32a finally comprises a third flange 101 intended to cooperate in fixing with a flange 33 of the outer ring 29a.
  • the second bearing support 32b for its part comprises a second support flange 102 intended to cooperate in fixing, by the fixing means F, with a second flange 26b (downstream flange) of the enclosure 26.
  • the device depending on the state of the technique therefore has a total of nine flanges S, 33, 100a, 100b, 101, 102, 26a, 26b (and the flange not shown) making it possible to connect the upstream and downstream bearing supports 32a, 32b to the fixed structure of the turbomachine 10.
  • the principle of a flexible bearing on a centered damping fluid film is to give the bearing radial damping, flexibility via the column section and centering generally associated with a flange for its axial locking.
  • the radial damping of the bearing by a fluid damping film per se will not be explained in the present application because this technique is known to anyone skilled in the art.
  • the dynamicists can in particular individually adjust the flexibility of each level by calculating the size of the column sections by adjusting both their size and their length.
  • the drawback of this rear enclosure 26 as it exists in the state of the art is its axial size.
  • the axial dimension of the rear enclosure 26 is mainly due to the constraints imposed by the overall dynamics. Indeed, the bearings 22, 24 are integrated into the enclosure 26 with flexibility (flexibility provided by a section of columns 34, see Figure 2) which requires an incompressible axial length for each bearing 22,24. Furthermore, again for reasons of overall dynamics, these bearings 22, 24 have a minimum distance to be observed between them.
  • the object of the present invention is in particular to provide an enclosure having a reduced axial size without weakening the overall dynamics, that is to say without impacting the flexibility (therefore the length of the columns) and without impacting the distance between the two. bearings.
  • a turbomachine enclosure comprising a turbomachine engine shaft rotating about a longitudinal axis X by means of two rolling bearings, an upstream bearing and a downstream bearing each comprising an internal ring carried by the motor shaft.
  • the two bearings share a single one-piece outer ring, said single one-piece outer ring comprising an upstream end and a downstream end, the upstream end and the downstream end being connected to each other by a section. of columns, the single one-piece outer ring being further carried by an upstream sole and a downstream sole of a bearing support which is able to be fixed to a fixed structure of the turbomachine
  • this solution makes it possible to achieve the above-mentioned objective.
  • This makes it possible, on the one hand, to reduce the number of parts of the enclosure.
  • this has an impact on the production of rolling bearing supports because this outer ring allows the elimination of two out of three flanges.
  • This minimizes the thickness and length of the enclosure while obtaining a saving in time, cost and simplification of assembly by reducing the number of parts. And all this, while retaining the functions linked to the bearings.
  • the reduction in the number of flanges also gives more stiffness to the assembly.
  • the enclosure according to the invention can comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation from one another or in combination with one another:
  • the upstream end of the single one-piece outer ring has a radially outer surface shrunk onto a radially inner surface of the upstream sole
  • the upstream end of the single one-piece outer ring cooperates with the upstream flange of the bearing support, so as to ensure a centering function of the single outer ring
  • the single one-piece outer ring is axially blocked by a stop ring or by bolting the upstream end of the single one-piece outer ring with the upstream flange of the bearing support,
  • a support ring for a fluid damping film is disposed radially between the downstream end of the single one-piece outer ring and the downstream bearing support flange, the support ring and the downstream end forming a chamber intended for receive the damping fluid
  • the distance dP separating the upstream bearing from a downstream end of the enclosure is between 250 and 300 mm
  • the bearing support has an upstream wall carrying the upstream sole and a downstream wall carrying the downstream sole, the upstream and downstream wall being connected to a wall of the enclosure by an external flange cooperating with a first flange of the wall of the 'pregnant,
  • downstream end of the single one-piece outer ring is retained axially, downstream, by a retaining plate, and upstream by an upstream retention arranged on the downstream sole,
  • the enclosure is formed at least in part by an exhaust housing
  • the upstream level is a so-called steep level
  • the downstream bearing is a so-called flexible bearing.
  • the invention also relates to an aircraft turbomachine comprising at least one enclosure according to the invention.
  • Figure 1 is a longitudinal schematic section of an aircraft turbomachine to which the invention applies,
  • Figure 2 is a schematic longitudinal section of a turbomachine rear enclosure according to the state of the art
  • FIG. 3 is a longitudinal schematic section of a turbomachine enclosure according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 4a is an enlargement of the upstream bearing according to the previous figure
  • FIG. 4b is an enlargement of the downstream bearing according to FIG. 3
  • FIG. 5 is a longitudinal schematic section of a turbomachine enclosure according to a second embodiment of the invention
  • Figure 6 is a perspective view of a stop ring according to the second embodiment of the invention.
  • the enclosure 26 does indeed include the motor shaft 16 in rotation around the longitudinal axis X.
  • This motor shaft 16 can be a low pressure shaft of the turbomachine 10.
  • the two bearings at bearing 22, 24, (the upstream bearing 22 and the downstream bearing 24) are connected to the motor shaft 16.
  • the enclosure considered in FIG. 3 is the rear enclosure of the turbomachine 10, more particularly an exhaust casing of this turbomachine 10.
  • the two rolling bearings 22, 24 of the enclosure 26 share a single one-piece outer ring 35 (from matter). Indeed, the outer rings 29a, 29b of Figure 2 have been merged.
  • the single outer ring 35 has a generally cylindrical shape and extends along the X axis.
  • the single outer ring 35 comprises an upstream end 36a and a downstream end 36b connected to the center of the single outer ring 35 by a section of columns 34.
  • the single outer ring 35 is carried, at its ends 36a, 36b, by two respectively upstream and downstream bearing support flanges 38a, 38b, each fixed to the fixed structure of the turbomachine 10. It is therefore observed, whatever the mode of operation. embodiment, a reduction in the number of flanges of the bearing supports: in fact the present invention makes it possible to eliminate one or two flanges, which leads to a simplification of the manufacture of the bearing supports 22, 24 and to a simplification of the assembly of the the entire enclosure 26.
  • the supports for the bearings 22, 24 can be obtained directly by foundry or by additive manufacturing.
  • the elimination of various prior art flanges / pairs of flanges also brings greater stiffness to the supports of the bearings 22, 24 because in a mechanical element, a pair of flanges provides flexibility.
  • the upstream end 36a cooperates, via a bearing, with the inner ring 28a of the upstream bearing 22.
  • the inner ring 28a is, as before, carried by the motor shaft 16.
  • the upstream end 36a of the single outer ring 35 is connected to an upstream end of a main bearing support 40 forming a base 38a for an upstream bearing support and the downstream end 36b of the single outer ring 35 cooperates, via a bearing, with the inner ring 28b of the downstream bearing 24.
  • the downstream inner ring 28b is, as before, carried by the motor shaft 16.
  • the downstream end 36b of the single outer ring 35 is connected to a downstream end of the main bearing support 40 forming the downstream bearing support base 38b.
  • the two soles 38a, 38b are thus connected to a wall of the enclosure 26 by the main bearing support 40, unique in this embodiment.
  • the prior art flanges 100a, 100b no longer exist.
  • the main bearing bracket 40 now has only two mounting brackets:
  • the bearing support 40 has an upstream wall 40a carrying the upstream flange 38a and a downstream wall 40b carrying the downstream flange 38b.
  • the upstream 40a and downstream 40b walls are connected to the wall of the enclosure 26 by the external flange cooperating with the first flange 26a of the wall of the enclosure 26.
  • the upstream 40a and downstream 40b walls form a single piece with the support. bearing 40.
  • the upstream wall 40a is distant from the downstream wall 40b.
  • the merger of the two outer rings into a single outer ring 35 indeed makes it possible to reduce the axial bulk of the enclosure 26.
  • the axial distance dP taken along the X axis (in considering the central axis of the bearing) separating the upstream bearing 22 from the downstream end of the enclosure 26 (defined by a radial wall 43) passes by a length of around 400 mm at a length of between 250 and 300 mm (see Figure 3).
  • upstream bearing 22 is a stiff bearing and the downstream bearing 24 is a flexible bearing.
  • the overall dynamics are improved by the fact that the upstream bearing is now "stiff" (instead of flexible in the prior art), which also helps to simplify assembly.
  • the downstream bearing 24 is a bearing on a support ring 30 of fluid damping film centered by means of the section of central columns 34, which makes it possible to adjust the position of the downstream bearing 24 relative to the upstream bearing 22 of which the position is fixed by clamping to the upstream bearing support sole 38a.
  • the fluid damping film support ring 30 is disposed radially between the downstream end 36b of the single outer ring and the downstream bearing support flange 38b. There is thus a flexible downstream bearing 24.
  • the support ring 30 and the downstream end 36b form a chamber for receiving the damping fluid. More specifically, the downstream end 36b of the single outer ring 35 comprises two annular grooves g respectively receiving a seal making it possible to axially delimit the chamber.
  • the damping fluid is, for example, an oil.
  • the centering of the single outer ring 35 is achieved by the cooperation between the upstream end 36a and the upstream bearing support flange 38a.
  • the upstream end 36a of the single outer ring 35 is bolted, by means of a bolt B, to the upstream bearing support flange 38a.
  • the upstream end 36a of the single outer ring 35 is provided with a flange C.
  • This centering flange C extends radially from the outer surface of the 'upstream end 36a, towards the outside of the turbomachine 10. This centering flange C is held in tightening cooperation with the upstream bearing support flange 38a by means of the bolt B.
  • the upstream bearing 22 is therefore fixed to the support of main bearing 40 and therefore to the static structure of the turbomachine 10.
  • the downstream bearing 24, for its part, remains flexible to meet the need for overall dynamics. The required flexibility is achieved by the section of columns 34 and the support ring 30 of fluid damping film of the downstream bearing 24.
  • downstream end 36b of the single outer ring 35 downstream is retained axially, downstream, by a retaining plate 42, and upstream by an upstream retention 44 disposed on the downstream flange. 38b (see figure 4b).
  • the retaining plate 42 bears on the downstream bearing support sole 38b.
  • the retaining plate 42 comprises an orifice for passing a bolt B making it possible to secure the retaining plate 42 with the bearing support sole 38b 40.
  • the retaining plate 42 extends radially to the downstream end 36b. of the single outer ring 35 forming an axial stop.
  • the upstream retention 44 is for example formed by an appendage of the downstream sole 38b. The appendage extends upstream of the downstream flange 38b.
  • the downstream end 36b of the single outer ring 35 has an outer groove 46 forming a mortise intended to cooperate, by recessing with the retaining plate 42 forming a tenon.
  • the single outer ring 35 is held axially in place by the outer groove 46.
  • a rotation stop (not shown) can optionally be integrated into one or the other of the modes of operation. production.
  • the upstream end 36a of the single outer ring 35 is retained axially against the upstream sole 38a by a stop ring 48.
  • the main bearing support 40 is fitted into the flange C of the single outer ring 35.
  • the upstream flange 38a comprises a groove receiving the flange C.
  • the stop ring 48 ensures the axial locking of the single outer ring 35.
  • the stop ring 48 is a ring Spirolox ⁇ type capable of supporting high axial loads.
  • the stop ring 48 can have a spiral shape and include, as illustrated in Figure 6, two superimposed layers of a wound metal strip. This double winding makes it possible to increase the resistance of the stop ring 48 with respect to axial loads.
  • the stop ring 48 is formed in particular of carbon steel.
  • the stop ring 48 has a thickness e measured along the axis of the stop ring 48 of between 2.5 mm and 4.5 mm and preferably between 3.5 mm and 4 mm.
  • the stop ring 48 is for example housed in a groove made in the upstream sole 38a.
  • the stop ring 48 bears on the flange C of the single outer ring 35.
  • the groove preferably has a width greater than the thickness of the stop ring 48.
  • Such a thickness of the ring d ' stop 48 gives it a high axial load compared to the rings of the prior art.
  • the stop ring 48 preferably has an outer diameter D of between 150 mm and 190 mm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
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Abstract

L'invention concerne une enceinte (26) de turbomachine (10) comprenant un arbre moteur (16) de turbomachine en rotation autour d'un axe (X) longitudinal au moyen de deux paliers à roulements (22, 24), un palier amont (22) et un palier aval (24) comprenant chacun une bague interne (28a, 28b) portée par l'arbre moteur (16), l'enceinte (26) étant caractérisée en ce que les deux paliers (22, 24) partagent une bague externe unique monobloc (35), ladite bague externe unique (35) comportant une extrémité amont (36a) et une extrémité aval (36b), l'extrémité amont (36a) et l'extrémité aval (36b) étant reliées l'une à l'autre par un tronçon de colonnettes (34), la bague externe unique (35) étant en outre portée par une semelle amont (38a) et une semelle aval (38b) d'un support de palier (40) qui est apte à être fixé à une structure fixe de la turbomachine (10).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Bagues de paliers souple et raide fusionnées Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des enceintes de paliers de turbomachine, en particulier les bagues externes de paliers d’arbre moteur. L’invention s’inscrit dans le domaine général des turbomachines d’aéronef.
Etat de la technique
L’état de la technique est illustré par le document US-A1-2013 089 284.
De façon classique et bien connue en soi (voir figure 1), une turbomachine double flux 10 d’aéronef comporte une soufflante 12 éventuellement reliée à un réducteur 14 lui-même relié à un arbre moteur 16 s’étendant selon un axe de rotation X. Cet arbre moteur 16 met notamment en rotation une turbine basse pression 20. La turbine basse pression 20 se situe en aval d’une turbine haute pression 18, on dit qu’elle est à l’arrière de la turbomachine 10. La turbine basse pression 20 est classiquement mise en rotation par l’arbre moteur 16 au moyen de paliers à roulement 22, 24. Ces paliers à roulement 22, 24 se situent au sein d’une enceinte 26 appelée enceinte arrière de la turbomachine. Cette enceinte 26 arrière est mise en évidence sur la figure 1 de la présente demande.
Cette enceinte 26 arrière présente classiquement une longueur axiale de l’ordre de 400 mm.
Classiquement et tel qu’illustré sur la figure 2, l’enceinte 26 arrière comporte deux paliers à roulements 22, 24, un palier amont 22 et un palier aval 24, chaque palier 22, 24 comportant une bague interne 28a, 28b et une bague externe 29a, 29b. Les bagues interne 28a, 28b sont portées par l’arbre moteur 16 de la turbomachine 10. La bague externe amont 29a est classiquement reliée via une bague de support 30 d’un film fluide d’amortissement (connu sous le terme anglais de squeeze-film) centré amont à un premier support de palier 32a (support de palier amont) et la bague externe aval 29b est reliée via une bague de support 30 de film fluide d’amortissement centré aval à un deuxième support de palier 32b (support de palier aval), comme visible sur la figure 2. Le premier support de palier 32a comporte une première bride amont 100a destinée à coopérer en fixation avec une première bride aval 100b du deuxième support de palier 32b. Cette coopération est réalisée avec des moyens de fixation F classiques connus de toute personne du métier. Le premier support de palier 32a comporte une deuxième bride (non représentée) destinée à coopérer en fixation avec une première bride 26a (bride amont) de l’enceinte 26 et une bride S d’une structure fixe de la turbomachine 10 (voir figure 1). Le premier support de palier 32a comporte finalement une troisième bride 101 destinée à coopérer en fixation avec une bride 33 de la bague externe 29a. Le deuxième support de palier 32b comporte quant à lui une deuxième bride de support 102 destinée à coopérer en fixation, par les moyens de fixation F, avec une deuxième bride 26b (bride aval) de l’enceinte 26. Le dispositif selon l’état de la technique compte donc un total de neuf brides S, 33, 100a, 100b, 101 , 102, 26a, 26b (et la bride non représentée) permettant de relier les supports de paliers amont et aval 32a, 32b à la structure fixe de la turbomachine 10.
Le principe d’un palier souple sur film fluide d’amortissement centré est de donner au palier un amortissement radial, une souplesse par l’intermédiaire du tronçon colonnettes et un centrage généralement associé à une bride pour son blocage axial. L’amortissement radial du palier par un film fluide d’amortissement en soi ne sera pas explicité dans la présente demande car cette technique est connue de toute personne du métier. Les dynamiciens peuvent notamment régler individuellement la souplesse de chaque palier par le calcul de la taille des tronçons de colonnettes en jouant à la fois sur leur taille et leur longueur.
L’inconvénient de cette enceinte 26 arrière telle qu’existante dans l’état de la technique est son encombrement axial. La dimension axiale de l’enceinte 26 arrière est due principalement aux contraintes imposées par la dynamique d’ensemble. En effet, les paliers 22, 24 sont intégrés dans l’enceinte 26 avec de la souplesse (souplesse fournie par un tronçon de colonnettes 34, voir figure 2) qui demande une longueur axiale incompressible pour chaque palier 22,24. Par ailleurs, toujours pour des raisons de dynamique d’ensemble, ces paliers 22, 24 ont une distance minimale à respecter entre eux.
La présente invention a notamment pour objectif de proposer une enceinte présentant un encombrement axial réduit sans fragiliser la dynamique d’ensemble, c’est-à-dire sans impacter la souplesse (donc la longueur des colonnettes) et sans impacter la distance entre les deux paliers.
Exposé de l’invention
On parvient à réaliser cet objectif, conformément à l’invention grâce à une enceinte de turbomachine comprenant un arbre moteur de turbomachine en rotation autour d’un axe X longitudinal au moyen de deux paliers à roulements, un palier amont et un palier aval comprenant chacun une bague interne portée par l’arbre moteur. Selon l’invention, les deux paliers partagent une bague externe unique monobloc, ladite bague externe unique monobloc comportant une extrémité amont et une extrémité aval, l’extrémité amont et l’extrémité aval étant reliées l’une à l’autre par un tronçon de colonnettes, la bague externe unique monobloc étant en outre portée par une semelle amont et une semelle aval d’un support de palier qui est apte à être fixé à une structure fixe de la turbomachine
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, on se retrouve avec une unique bague externe pour les deux paliers. Ceci permet d’une part, de diminuer le nombre de pièces de l’enceinte. Cela a d’autre part, un impact sur la réalisation des supports de paliers à roulement car cette bague externe permet la suppression de deux brides sur trois. On minimise ainsi l’encombrement en épaisseur et en longueur de l’enceinte tout en obtenant un gain de temps, de coût et une simplification de montage par la réduction du nombre de pièces. Et tout ceci, en conservant les fonctions liées aux paliers. La diminution du nombre de brides confère également plus de raideur à l’ensemble. L’enceinte selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- l’extrémité amont de la bague externe unique monobloc présente une surface radialement externe frettée sur une surface radialement interne de la semelle amont,
- l’extrémité amont de la bague externe unique monobloc coopère avec la semelle amont du support de palier, de manière à assurer une fonction de centrage de la bague externe unique,
- la bague externe unique monobloc est bloquée axialement par un anneau d’arrêt ou par boulonnage de l’extrémité amont de la bague externe unique monobloc avec la semelle amont du support de palier,
- une bague de support d’un film fluide d’amortissement est disposée radialement entre l’extrémité aval de la bague externe unique monobloc et la semelle de support de palier aval, la bague de support et l’extrémité aval formant une chambre destinée à recevoir le fluide d’amortissement,
- la distance dP séparant le palier amont d’une extrémité aval de l’enceinte est comprise entre 250 et 300 mm,
- le support de palier présente une paroi amont portant la semelle amont et une paroi aval portant la semelle aval, la paroi amont et aval étant reliées à une paroi de l’enceinte par une bride externe coopérant avec une première bride de la paroi de l’enceinte,
- l’extrémité aval de la bague externe unique monobloc est retenue axialement, en aval, par une plaquette de retenue, et en amont par une rétention amont disposée sur la semelle aval,
- l’enceinte est formée au moins en partie par un carter d’échappement,
- le palier amont est un palier dit raide,
- le palier aval est un palier dit souple.
L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef comprenant au moins une enceinte selon l’invention. Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :
[Fig. 1 ] la figure 1 est une coupe schématique longitudinale d’une turbomachine d’aéronef à laquelle s’applique l’invention,
[Fig. 2] la figure 2 est une coupe schématique longitudinale d’une enceinte arrière de turbomachine selon l’état de la technique,
[Fig. 3] la figure 3 est une coupe schématique longitudinale d’une enceinte de turbomachine selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 4a] la figure 4a est un agrandissement du palier amont selon la figure précédente,
[Fig. 4b] la figure 4b est un agrandissement du palier aval selon la figure 3, [Fig. 5] la figure 5 est une coupe schématique longitudinale d’une enceinte de turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 6] la figure 6 est une vue en perspective d’un anneau d’arrêt selon le deuxième mode de réalisation de l’invention.
Description de modes de réalisation
Les organes et pièces présentant les mêmes fonctions que dans l’état de la technique conserveront, dans la présente description détaillée, les mêmes références numériques afin de simplifier la lecture et la compréhension de la présente invention.
Sur la figure 3 on peut ainsi voir que l’enceinte 26 comporte bien l’arbre de moteur 16 en rotation autour de l’axe longitudinal X. Cet arbre moteur 16 peut être un arbre basse pression de la turbomachine 10. Les deux paliers à roulement 22, 24, (le palier amont 22 et le palier aval 24) sont reliés à l’arbre moteur 16. L’enceinte considérée sur la figure 3 est l’enceinte arrière de la turbomachine 10, plus particulièrement un carter d’échappement de cette turbomachine 10. Toutefois, contrairement à l’état de la technique, les deux paliers à roulement 22, 24 de l’enceinte 26 se partagent une bague externe unique 35 monobloc (venue de matière). En effet, les bagues externes 29a, 29b de la figure 2 ont été fusionnées.
La bague externe unique 35 présente une forme générale cylindrique et s’étend le long de l’axe X. La bague externe unique 35 comprend une extrémité amont 36a et une extrémité aval 36b reliées au centre de la bague externe unique 35 par un tronçon de colonnettes 34.
La bague externe unique 35 est portée, à ses extrémités 36a, 36b, par deux semelles de supports de paliers respectivement amont et aval 38a, 38b, chacune fixée la structure fixe de la turbomachine 10. On constate donc, quel que soit le mode de réalisation, une diminution du nombre de brides des supports paliers : en effet la présente invention permet de supprimer une à deux brides, ce qui mène à une simplification de la fabrication des supports de paliers 22, 24 et à une simplification du montage de l’ensemble de l’enceinte 26. Les supports des paliers 22, 24 peuvent être obtenus directement par fonderie ou par fabrication additive. La suppression de diverses brides/paires de brides de l’état de la technique apporte également une plus grande raideur aux supports des paliers 22, 24 car dans un élément mécanique, une paire de brides apporte de la souplesse.
L’extrémité amont 36a coopère, via un roulement, avec la bague interne 28a du palier amont 22. La bague interne 28a est, comme précédemment, portée par l’arbre moteur 16. L’extrémité amont 36a de la bague externe unique 35 est reliée à une extrémité amont d’un support de palier principal 40 formant semelle 38a de support de palier amont et l’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 coopère, via un roulement, avec la bague interne 28b du palier aval 24. La bague interne aval 28b est, comme précédemment, portée par l’arbre moteur 16. L’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 est reliée à une extrémité aval du support de palier principal 40 formant semelle de support de palier aval 38b. Les deux semelles 38a, 38b sont ainsi reliées à une paroi de l’enceinte 26 par le support de palier principal 40, unique dans ce mode de réalisation.
Les brides 100a, 100b de l’état de la technique n’existent plus. Le support de palier principal 40 ne présente plus que deux brides de fixation :
- une bride externe (non représentée) destinée à coopérer en fixation avec la première bride 26a (bride amont) de la paroi d’enceinte 26 et la bride S de la structure fixe de la turbomachine 10 (représentées en figure 1),
- une bride interne 400 destinée à coopérer en fixation avec la deuxième bride 26b (bride aval) de l’enceinte 26 (voir figure 3).
En particulier, le support de palier 40 présente une paroi amont 40a portant la semelle amont 38a et une paroi aval 40b portant la semelle aval 38b. Les parois amont 40a et aval 40b sont reliées à la paroi de l’enceinte 26 par la bride externe coopérant avec la première bride 26a de la paroi de l’enceinte 26. Les parois amont 40a et aval 40b forment une seule pièce avec le support de palier 40. La paroi amont 40a est distante de la paroi aval 40b. Une telle configuration du support de palier 40 permet de diminuer le nombre de pièces et simplifier la turbomachine 10.
Les trois brides S, 400, 26a sont fixées ensembles par les moyens de fixations F classiques, connus de toute personne du métier.
On constate une importante réduction du nombre de brides de fixation. Ceci implique un gain de place important. En effet, dans la présente invention, on compte deux brides interne et externe 400 de support de palier 40, deux brides 26a, 26b d’enceinte 26 et une bride S du support fixe de la turbomachine 10. On a donc cinq brides. Comparé à l’état de la technique qui présentait neuf brides, on réduit le nombre de brides utilisées.
On constate également un fort gain axial : la fusion des deux bagues externes en une bague externe unique 35 permet en effet de réduire l’encombrement axial de l’enceinte 26. En effet, la distance axiale dP prise selon l’axe X (en considérant l’axe central du palier) séparant le palier amont 22 de l’extrémité aval de l’enceinte 26 (définie par une paroi radiale 43) passe d’une longueur de l’ordre de 400 mm à une longueur comprise entre 250 et 300 mm (voir figure 3).
Par ailleurs, le palier amont 22 est un palier raide et le palier aval 24 est un palier souple. La dynamique d’ensemble est améliorée par le fait que désormais le palier amont soit « raide » (au lieu de souple dans l’état de la technique), ce qui participe également à la simplification du montage.
Plus précisément, le palier aval 24 est un palier sur une bague de support 30 de film fluide d’amortissement centré au moyen du tronçon de colonnettes 34 central, qui permet d’ajuster la position du palier aval 24 par rapport au palier amont 22 dont la position est fixée par serrage à la semelle 38a de support de palier amont. La bague de support 30 de film fluide d’amortissement est disposée radialement entre l’extrémité aval 36b de la bague externe unique et la semelle 38b de support de palier aval. On a ainsi un palier aval 24 souple. La bague de support 30 et l’extrémité aval 36b forme une chambre destinée à recevoir le fluide d’amortissement. Plus précisément, l’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 comprend deux gorges g annulaires recevant respectivement un joint d’étanchéité permettant de délimiter axialement la chambre. Le fluide d’amortissement est par exemple une huile.
Le centrage de la bague externe unique 35 est réalisé par la coopération entre l’extrémité amont 36a et la semelle 38a de support de palier amont. En effet, dans le mode de réalisation de la figure 3 de la présente invention, l’extrémité amont 36a de la bague externe unique 35 est boulonnée, au moyen d’un boulon B, à la semelle de support de palier amont 38a. En effet, comme visible sur les figures 3 et 4a, on voit que l’extrémité amont 36a de la bague externe unique 35 est munie d’une bride C. Cette bride de centrage C s’étend radialement, de la surface externe de l’extrémité amont 36a, vers l’extérieur de la turbomachine 10. Cette bride de centrage C est maintenue en coopération de serrage avec la semelle de support de palier amont 38a au moyen du boulon B. Le palier amont 22 est donc fixé au support de palier principal 40 et donc à la structure statique de la turbomachine 10. Le palier aval 24, quant à lui, reste souple pour satisfaire le besoin de dynamique d’ensemble. La souplesse requise est réalisée par le tronçon de colonnettes 34 et la bague de support 30 de film fluide d’amortissement du palier aval 24.
Dans le cas de rupture des colonnettes du tronçon 34, l’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 aval est retenue axialement, en aval, par une plaquette de retenue 42, et en amont par une rétention amont 44 disposée sur la semelle aval 38b (voir figure 4b). La plaquette de retenue 42 prend appui sur la semelle 38b de support de palier aval. La plaquette de retenue 42 comprend un orifice de passage d’un boulon B permettant de solidariser la plaquette de retenue 42 avec la semelle 38b de support de palier 40. La plaquette de retenue 42 s’étend radialement jusqu’à l’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 formant butée axiale. La rétention amont 44 est par exemple formée par un appendice de la semelle aval 38b. L’appendice s’étend en amont de la semelle aval 38b.
Dans le mode de réalisation illustré en figure 5, l’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 présente une gorge externe 46 formant mortaise destinée à coopérer, par embrèvement avec la plaquette de retenue 42 formant tenon. En cas de rupture des colonnettes du tronçon 34, la bague unique externe 35 est maintenue axialement en place grâce à la gorge externe 46. Un arrêt en rotation (non représenté) peut éventuellement être intégré à l’un ou l’autre des modes de réalisation.
Dans ce même mode de réalisation illustré en figure 5, l’extrémité amont 36a de la bague externe unique 35 est retenue axialement contre la semelle amont 38a par un anneau d’arrêt 48. Le support de palier principal 40 est emboité dans la bride C de la bague externe unique 35. Par exemple, la semelle amont 38a comprend une gorge recevant la bride C. L’anneau d’arrêt 48 assure le blocage axial de la bague externe unique 35. L’anneau d’arrêt 48 est un anneau de type Spirolox© capable de supporter de fortes charges axiales.
En effet, la très grande raideur de ce type d’anneaux répond à un fort besoin de tenue mécanique de la bague externe unique 35. L’anneau d’arrêt 48 peut présenter une forme de spirale et comporter, comme illustré en figure 6, deux couches superposées d’une bande métallique enroulée. Ce double enroulement permet d’augmenter la résistance de l’anneau d’arrêt 48 vis-à-vis des charges axiales.
L’anneau d’arrêt 48, comme illustré en figure 6, est formé notamment d’acier carboné. L’anneau d’arrêt 48 présente une épaisseur e mesurée selon l’axe de l’anneau d’arrêt 48 comprise entre 2,5 mm et 4,5 mm et préférentiellement comprise entre 3.5 mm et 4 mm. L’anneau d’arrêt 48 est par exemple logé dans une rainure ménagée dans la semelle amont 38a. L’anneau d’arrêt 48 prend appui sur la bride C de la bague externe unique 35. La rainure présente de préférence une largeur supérieure à l’épaisseur de l’anneau d’arrêt 48. Une telle épaisseur de l’anneau d’arrêt 48 lui confère une forte charge axiale comparée aux anneaux de l’art antérieur. L’anneau d’arrêt 48 présente de préférence un diamètre externe D compris entre 150 mm et 190 mm.
On constate donc que quel que soit le mode de réalisation considéré, la présente invention offre les avantages suivants :
- une diminution du nombre de pièces, entraînant à la fois gain de temps au montage et un gain de coût lors de la production,
- une diminution du nombre de brides de support entraînant gain de raideur dans le support des paliers (ainsi qu’un gain masse associé à cette diminution),
- un compactage de l’enceinte entraînant une réduction de l’encombrement axial de l’enceinte (ainsi qu’un gain masse associé à cette réduction de l’encombrement),
- une adaptation à la dynamique d’ensemble recherchée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Enceinte (26) de turbomachine (10) comprenant un arbre moteur (16) de turbomachine en rotation autour d’un axe (X) longitudinal au moyen de deux paliers à roulements (22, 24), un palier amont (22) et un palier aval (24) comprenant chacun une bague interne (28a, 28b) portée par l’arbre moteur (16), l’enceinte (26) étant caractérisée en ce que les deux paliers (22, 24) partagent une bague externe unique monobloc (35), ladite bague externe unique monobloc (35) comportant une extrémité amont (36a) et une extrémité aval (36b), l’extrémité amont (36a) et l’extrémité aval (36b) étant reliées l’une à l’autre par un tronçon de colonnettes (34), la bague externe unique monobloc (35) étant en outre portée par une semelle amont (38a) et une semelle aval (38b) d’un support de palier (40) qui est apte à être fixé à une structure fixe de la turbomachine (10).
2. Enceinte (26) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’extrémité amont (36a) de la bague externe unique monobloc (35) présente une surface radialement externe frettée sur une surface radialement interne de la semelle amont (38a).
3. Enceinte (26) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l’extrémité amont (36a) de la bague externe unique monobloc (35) coopère avec la semelle amont (38a) du support de palier (40), de manière à assurer une fonction de centrage de la bague externe unique (35).
4. Enceinte (26) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la bague externe unique monobloc (35) est bloquée axialement par un anneau d’arrêt ou par boulonnage de l’extrémité amont (36a) de la bague externe unique monobloc (35) avec la semelle amont (38a) du support de palier (40).
5. Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’une bague de support (30) d’un film fluide d’amortissement est disposée radialement entre l’extrémité aval (36b) de la bague externe unique monobloc (35) et la semelle (38b) de support de palier aval (40), la bague de support (30) et l’extrémité aval (36b) formant une chambre destinée à recevoir le fluide d’amortissement.
6. Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance (dP) séparant le palier amont (22) d’une extrémité aval (43) de l’enceinte (26) est comprise entre 250 et 300 mm.
7. Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le support de palier (40) présente une paroi amont (40a) portant la semelle amont (38a) et une paroi aval (40b) portant la semelle aval (38b), les parois amont (40a) et aval (40b) étant reliées à une paroi de l’enceinte (26) par une bride externe coopérant avec une première bride (26a) de la paroi de l’enceinte (26).
8. Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l’extrémité aval (36b) de la bague externe unique monobloc (35) est retenue axialement, en aval, par une plaquette de retenue (42), et en amont par une rétention amont (44) disposée sur la semelle aval (38b).
9. Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’enceinte (26) est formée au moins en partie par un carter d’échappement.
10. Turbomachine (10) d’aéronef comprenant au moins une enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
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