FR2496169A1 - VISCOUS SHOCK ABSORBER WITH ROTOR CENTERING ELEMENT - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN AMORTISSEUR VISQUEUX AVEC ELEMENT DE CENTRAGE DE ROTOR. CET AMORTISSEUR EST REALISE EN SCELLANT LES EXTREMITES D'UNE BAGUE SUPPORT 56 AU MOYEN DE JOINTS D'ETANCHEITE ANNULAIRES 59 ET 60 RESSORTANT AU-DELA DE LA SURFACE EXTERIEURE DE CETTE BAGUE SUPPORT 56 ET PRENANT APPUI SUR LE DIAMETRE INTERIEUR D'UNE COURONNE ANNULAIRE 64. CET AMORTISSEUR EST ADAPTE A UN PALIER SUPPORTANT L'ARBRE 50 D'UN ROTOR DE TURBINE ET QUI EST LUI-MEME SUPPORTE PAR UN RESSORT EN PORTE A FAUX 70. L'INVENTION EST UTILISEE POUR EMPECHER UN ACCROISSEMENT DE L'ESPACE LIBRE MENAGE A PROXIMITE DES TETES DES AUBES D'UN ROTOR DE TURBINE SUITE A UN FLECHISSEMENT DU ROTOR LORS DE L'UTILISATION D'UN PALIER A AMORTISSEUR HYDRAULIQUE.THE INVENTION RELATES TO A VISCOUS DAMPER WITH A ROTOR CENTERING ELEMENT. THIS SHOCK ABSORBER IS MADE BY SEALING THE ENDS OF A SUPPORT RING 56 BY MEANS OF ANNULAR GASKETS 59 AND 60 EXTENDING BEYOND THE OUTSIDE SURFACE OF THIS SUPPORT RING 56 AND PRESSING ON THE INTERNAL DIAMETER OF AN ANNULAR CROWN 64. THIS SHOCK ABSORBER IS SUITABLE FOR A BEARING SUPPORTING THE SHAFT 50 OF A TURBINE ROTOR AND WHICH IS ITSELF SUPPORTED BY A SPRING OVERLAY 70. THE INVENTION IS USED TO PREVENT AN INCREASE OF FREE SPACE CLEANING CLOSE TO THE BLADE HEADS OF A TURBINE ROTOR FOLLOWING A BENDING OF THE ROTOR WHEN USING A HYDRAULIC SHOCK ABSORBER BEARING.
Description
La présente invention concerne une turbine àThe present invention relates to a turbine
deux rotors et, en particulier, des paliers à amortis- two rotors and, in particular, damping bearings
sement visqueux.viscous.
De façon bien connue, il est de pratique cou- As is well known, it is practically
rante de supporter l'arbre à grande vitesse d'une tur- bine à gaz à deux rotors à l'aide de paliers radiaux à to support the high-speed shaft of a two-rotor gas turbine with radial bearings
amortissement hydraulique. De même, on sait générale- hydraulic damping. Similarly, we generally know
ment que l'on peut modifier la fréquence naturelle du champ de pression tournant en sollicitant l'amortisseur that the natural frequency of the rotating pressure field can be modified by soliciting the damper
visqueux au moyen d'un ressort afin d'éviter l'instabi- viscous by means of a spring in order to avoid instability
lité se produisant par suite de vibrations incontrâla- occurring as a result of uncontrolled vibrations
bles. Dans la réédition de brevet No 30.210 accordé le 1] février 1980 aux noms de D.F. Buono, N.G. Carlson, D.H. Hlibner et D.C. Moringiello, on décrit un exemple ble. In patent reissue No. 30,210 issued February 1, 1980 to the names of D. F. Buono, N. G. Carlson, D. H. Hlibner and D. C. Moringiello, an example is described.
d'un système de ce type dans lequel un ressort est mon- of a system of this type in which a spring is
té parallèlement à l'amortisseur visqueux, ce qui a pour effet de modifier la fréquence naturelle du champ parallel to the viscous damper, which has the effect of modifying the natural frequency of the
de pression.pressure.
On a constaté que l'utilisation d'amortis- It has been found that the use of amortization
seurs visqueux dans une turbine à deux rotors à grande vitesse influençait par inhérence l'espace libre viscous materials in a high-speed twin rotor turbine inherently influenced the free space
circonférentiel du rotor et ce., par suite du flé- circumferential rotor and this, as a result of the
chissement de ce dernier dans l'espace libre défini par la pellicule d'huile. Evidemment, l'espace libre accru the latter in the free space defined by the film of oil. Obviously, the increased free space
permet l'échappement d'une quantité d'air excessive en- allows the escape of an excessive amount of air
tre la tête de l'aube du rotor et son joint d'étanchéité adjacent avec, pour conséquence, un accroissement de la consommation de carburant spécifique à la poussée. Afin d'éviter cet accroissement de consommation, on prévoit the head of the rotor blade and its adjacent seal with, consequently, an increase in fuel consumption specific to the thrust. In order to avoid this increase in consumption, it is
un ressort de centrage destiné à maintenir le jeu concen- a centering spring for keeping the game
trique du rotor, lequel permet d'éviter la majeure partie du fléchissement de ce dernier. La force du ressort de rotor, which avoids most of the deflection of the rotor. The strength of the spring
ce système est choisie de façon à offrir un support ma- this system is chosen so as to offer
ximum au poids du rotor, pour des charges gyroscopiques et une maximum rotor weight, for gyro loads and
force de gravitation données,tout en maintenant une flexibi- given gravitational force, while maintaining flexibility
lité suffisante pour permettre un amortissement par la pellicule d'huile dans des conditions de déséquilibre sufficient to allow damping by the film of oil under conditions of imbalance
important du rotor.important rotor.
Un objet de la présente invention est de four- An object of the present invention is to provide
nir un procédé en vue d'empêcher un fléchissement du rotor dans une turbine à deux rotors, en utilisant des a process to prevent rotor deflection in a two-rotor turbine, using
paliers à amortissement visqueux.bearings with viscous damping.
Selon une caractéristique de l'invention, on According to one characteristic of the invention,
utilise un ressort de centrage pour le palier à amortis- uses a centering spring for the damping bearing
-sement visqueux, de telle sorte que le rotor d'appui de l'arbre ne vienne pas buter contre le fond du réservoir de l'amortisseur visqueux au cours des manoeuvres de -sement viscous, so that the bearing rotor of the shaft does not abut against the bottom of the tank of the viscous damper during the maneuvers of
l'aéronef. -jla force du ressort de centrage est optina- the aircraft. the force of the centering spring is optically
lisée de façon à réduire au minimum le mouvement du ro- in such a way as to minimize the movement of
tor par rapport au carter, tout en maintenant la liberté tor in relation to the crankcase, while maintaining the freedom
l5 de mouvement requise à l'intérieur de l'amortisseur vis- 15 of movement required inside the screw damper
queux.chef.
D'autres caractéristiques et avantages apparaî- Other features and advantages appear
tront à la lecture de la description et des revendica- read the description and the claims
tions ci-après, en se référant aux dessins annexés qui 0 illustrent une forme de réalisation de l'invention; dans ces dessins: la figure 1 est une vue schématique partielle du rotor et d'un système support sans l'incorporation du dispositif de la présente invention; la figure 2 est une vue schématique partielle identique à la figure 1, mais illustrant le palier à amortissement suivant la présente invention; et la figure 3 est une vue partielle en partie schématique et en partie en coupe illustrant les détails Hereinafter, with reference to the accompanying drawings which illustrate an embodiment of the invention; in these drawings: FIG. 1 is a partial schematic view of the rotor and a support system without the incorporation of the device of the present invention; Figure 2 is a partial schematic view similar to Figure 1, but illustrating the damping bearing according to the present invention; and FIG. 3 is a partly schematic and partly sectional view illustrating the details.
de l'invention.of the invention.
Bien que la présente invention soit décrite en se référant à sa forme de réalisation préférée utilisée avec un assemblage rotor/arbre pour une turbine à gaz à deux rotors, supporté par trois paliers, il est entendu que le cadre de l'invention n'est pas limité à cette Although the present invention is described with reference to its preferred embodiment used with a rotor / shaft assembly for a two-rotor gas turbine, supported by three bearings, it is understood that the scope of the invention is not not limited to this
forme de réalisation.embodiment.
Afin de mieux comprendre la présente inven- In order to better understand this invention,
tion, on se référera à la figure 1 qui illustre le ro- tion, reference is made to Figure 1 which illustrates the
tor (désigné d'une miianière générale par le chiffre de tor (designated by a general
référence 10) supporté par trois paliers 12, 14 et 16. reference 10) supported by three bearings 12, 14 and 16.
Les paliers 12 et 14 supportent la charge radiale et The bearings 12 and 14 support the radial load and
le palier 16 supporte la charge de poussée. Les pa- the bearing 16 supports the thrust load. The
liers particuliers sont bien connus et, pour de plus amples détails, on se référera aux modèles "JT9D" et "JTIOD" fabriqués par le "Pratt & Whitney Aircraft Particulars are well known and, for further details, reference is made to the "JT9D" and "JTIOD" models manufactured by the Pratt & Whitney Aircraft.
Group" de la "United Technologies Corporation". Group "of the" United Technologies Corporation ".
Comme on peut le constater en figure 1, le fléchissement du rotor d à son poids l'amène à venir As can be seen in Figure 1, the deflection of the rotor d to its weight brings it to come
appuyer sur le fond de la paroi de l'amortisseur vis- press on the bottom of the wall of the screw damper
queux. L'importance de ce fléchissement est fonçtion du déplacement qu'effectue le palier par rapport à l'espace libre de l'amortisseur hydraulique lorsque le rotor est soumis à une force de gravitation ou à une charge gyroscopique. Dans ce cas, le poids et l'inertie du rotor (c'est-à-dire l'arbre 18, les étages d'aubes de compresseur 20 et les étages d'aubes de turbine 22) provoquent une déformation de l'arbre comme le montre chef. The importance of this deflection is based on the displacement of the bearing relative to the free space of the hydraulic damper when the rotor is subjected to a gravitational force or to a gyroscopic load. In this case, the weight and inertia of the rotor (i.e. shaft 18, compressor vane stages 20 and turbine blade stages 22) cause deformation of the shaft. as shown
la courbe de la ligne centrale 24.the curve of the central line 24.
La figure 2 représente le même système de rotor Figure 2 shows the same rotor system
lorsqu'oil y utilise le dispositif de la présente inven- where he uses the device of the present invention
tion. Le ressort de centrage 30 supporte convenable- tion. The centering spring 30 supports
ment le palier, de sorte que l'espace libre de l'amortis- the landing, so that the free space of the damping
seur hydraulique 32 reste pratiquement inchangé lorsque le rotor subit les charges imposées par les manoeuvres Hydraulic system 32 remains virtually unchanged when the rotor is subjected to the loads imposed by the maneuvers
de l'aéronef.of the aircraft.
Ainsi qu'il apparaît dans la description ci- As it appears in the description below,
dessus, le palier à amortissement visqueux est localisé entre le compresseur et la turbine. Toutefois, il ne s'agit pas là d'un aspect indispensable de la présente invention et l'homme de métier comprendra que le palier à amortissement peut être disposé à d'autres endroits, above, the viscous damping bearing is located between the compressor and the turbine. However, this is not an indispensable aspect of the present invention and it will be appreciated by those skilled in the art that the damping bearing may be disposed at other locations.
tandis que l'on peut prévoir plusieurs paliers à amortis- while several damping bearings can be provided
sement.ment.
24961'6924961'69
Dès lors, en utilisant le ressort de centrage , l'espace libre annulaire défini par le réservoir Therefore, using the centering spring, the annular free space defined by the reservoir
d'huile 32 garantit que l'espace libre "A" reste prati- 32 ensures that free space "A" remains practically
quement le même lorsque la turbine est à l'état stati- the same when the turbine is in the static state
que. Lors d'un essai réel, on a constaté que le jeu than. In a real test, it was found that the game
pouvait être réduit de 0,127 à 0,0254 mm, ce qui repré- could be reduced from 0.127 to 0.0254 mm, which represents
sente un avantage considérable en ce qui concerne la a considerable advantage with regard to the
consommation de carburant spécifique à la poussée. fuel consumption specific to the thrust.
La figure 3 illustre les détails d'une fçrme de réalisation préférée d'un palier à amortissement visqueux centré par un ressort. Comme on peut le constater, le palier à rouleaux désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 40 comprend une voie de roulement intérieure 42 et une voie de roulement extérieure 44 1S entre lesquelles sont emprisonnés plusieurs rouleaux 46 Figure 3 illustrates the details of a preferred embodiment of a viscous damping bearing centered by a spring. As can be seen, the roller bearing generally designated by the reference numeral 40 comprises an inner race 42 and an outer race 44 1S between which are trapped several rollers 46
(dont un seul est représenté) retenus dans leurs posi- (only one of whom is represented) retained in their posi-
tions relatives par une cage 48. La voie de roulement relating to a cage 48. The track
intérieure 42 est supportée par un arbre 50 à l'interven- 42 is supported by a shaft 50 at the
tion d'organes de blocage en bout 52 et 54. La voie de roulement extérieure 44 est fixée en place et supportée 52 and 54. The outer race 44 is fixed in place and supported.
par un élément annulaire 56 à l'intervention d'un assem- by an annular element 56 at the intervention of an assembly
blage à rivet et écrou de blocage 58. L'amortisseur vis- rivet and locknut 58. The screw damper
queux est obtenu en scellant les extrémités de la-bague support 56 au moyen de joints d'étanchéité annulaires 59 et 60 qui ressortent au-delà de la surface extérieure 62 de la bague support 56 et prennent appui sur le diamètre intérieur d'une couronne annulaire 64. Il est à noter que l'assemblage de palier n'est pas supporté par les joints d'étanchéité, mais plutôt par un ressort en porte It is obtained by sealing the ends of the support ring 56 by means of annular seals 59 and 60 which protrude beyond the outer surface 62 of the support ring 56 and bear on the inside diameter of a crown. 64. It should be noted that the bearing assembly is not supported by the seals, but rather by a door spring
à faux 70. Dès lors, le palier est centré par le res- 70. Therefore, the landing is centered on the
sort de centrage qui est constitué de plusieurs ressorts en porte à faux 70 (dont un est représenté). Comme on peut le constater, une extrémité du ressort 70 est fixée à une cloison ou un organe support de carter 72 par un assemblage à écrou 74, tandis que son autre extrémité est fixée à un prolongement 76 de l'élément annulaire 56 au centering spool which consists of several cantilevered springs 70 (one of which is shown). As can be seen, one end of the spring 70 is attached to a bulkhead or housing support member 72 by a nut assembly 74, while its other end is attached to an extension 76 of the annular member 56 at
moyen d'un assemblage à écrou 78.by means of a nut assembly 78.
D'après la description ci-dessus, il apparaît From the description above, it appears
que le ressort de centrage 70 sert à maintenir l'espace that the centering spring 70 serves to maintain the space
libre "B" dans l'amortisseur hydraulique. Il est évi- free "B" in the hydraulic damper. It is obvious
dent que le ressort de centrage peut être rendu plus ef- that the centering spring can be made more ef-
ficace en ce qui concerne son aptitude à supporter le with regard to his ability to bear the
rotor et ce, en lui conférant une rigidité accrue. Tou- rotor, giving it increased rigidity. always
tefois, il pourrait en résulter un mouvement réduit à l'intérieur de l'amortisseur visqueux dans des conditions However, this could result in reduced movement inside the viscous damper under
dans lesquelles le rotor est soumis à des charges de dé- in which the rotor is subjected to loading loads
séquilibre (tourbillon). En conséquence, la force du ressort support doit être optimalisée en fonction de ces sequilibre (swirl). Consequently, the strength of the support spring must be optimized according to these
deux conditions contradictoires.two contradictory conditions.
Il est entendu que l'invention n'est pas limitée It is understood that the invention is not limited
aux formes de réalisation particulières illustrées et dé- to the particular embodiments illustrated and de-
crites ici, mais que diverses modifications peuvent y être apportées sans se départir de l'esprit et du cadre written here, but that various modifications can be made without departing from the spirit and the framework
de son nouveau concept tel qu'il est défini par les reven- of its new concept as defined by the
dications ci-après.hereinafter.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |