FR2779770A1 - Groupe turbopompe - Google Patents

Abstract

Le groupe turbopompe comporte un carter et un rotor, qui forment une pompe multiétagée, et une turbine avec des roues à ailettes (14, 15, 16) et des disques (17, 18) de la turbine, montés sur un arbre (13) du rotor, le rotor étant monté dans le carter de façon qu'il puisse se déplacer axialement sur des roulements (7, 8) par l'intermédiaire d'appuis d'amortissement élastiques et des surfaces d'appui (19, 22), des roues à ailettes (14, 16) des premier et dernier étages de la pompe venant en contact avec l'arbre (13).

Description

GROUPE TURBOPOMPE

La présente invention concerne les installations de

pompage et a notamment pour objet un groupe turbopompe.

Il est plus efficace d'utiliser la présente invention à la production de propulseurs-fusées à liquide ainsi que dans d'autres branches de l'industrie telles que: industrie des constructions aéronautiques, production de pétrole et de gaz et industrie chimique o l'on utilise les pompes

et les turbines fonctionnant sous de hautes charges.

Le potentiel de vie et la fiabilité du fonctionnement io des propulseurs-fusées à liquide dépendent dans une grande mesure d'un groupe turbopompeo Le potentiel de vie d'un groupe turbopompe dépend de la durée de vie des roulements qui dépend des charges axiales et radiales agissant sur un rotor La décharge des roulements de l'action des efforts axiaux et radiaux est l'une des solutions les plus importantes qui sont appliquées pour assurer un potentiel de vie élevée et une haute fiabilité de fonctionnement des propusleurs-fusées

à liquide.

La décharge axiale des roulements d'un rotor d'un groupe

tturbopompe est effectuée par des moyens de décharge axiale.

On choisit la capacité de décharge de ces moyens de manière à assurer sa valeur la plus élevée pour assurer la compensation efficace des efforts axiaux importants agissant sur les éléments du rotor lors du démarrage et pendant les régimes non stationnaires de fonctionnement d'un propulseuro 2 Les charges radiales dynamiques agissant sur un rotor dépendent de la qualité de l'équilibrage d'un rotor pendant sa fabrication, de la propriété particulière d'un rotor consistant en ce qué pendant - sa période de fonctionnement il ne provoque pas l'augmentation des charges dues aux déséquilibres initiaux et aussi de la capacité d'amortissement des appuis du rotoro

On connalt un groupe turbopompe (RU, A, 2083860) compor-

tant une pompe multiétagée et une turbine formées par un Carter

et un rotor.

Le rotor comprend deux appuis, constitués, chacun, de deux roulements. Le rotor est monté dans le carter par l' intermédiaire des appuis d'amortissement élastiques des roulements, qui comprennent, chacun, une douille avec un amortisseur monté sur celle-ci. L'amortisseur est réalisé en forme d'un paquet de lames métalliques. Les roues à ailettes de la pompe et les disques de la turbine sont montés entre les appuis du rotor sur un arbre. Les roues à ailettes sont pourvues

de surfaces d'appui qui viennent en contact avec l'arbre.

Le rotor peut se déplacer dans les sens axial et radial.

Les butées axiales des roulements disposées du côté des extrémités de l'arbre limitent le déplacement du rotor dans la direction axialeo Les appuis d'amortissement élastiques limitent

les déplacements radiaux du rotor.

Le groupe turbopompe est muni d'un moyen pour la décharge axiale automatique du rotor qui est constitué par deux enceintes formées par une roue à ailettes du dernier étage de la pompe -- 3" et le carter. Des canaux sont réalisés dans le rotor pour mettre en communication l'une desdites enceintes avec une enceinte de

basse pression. L'autre enceinte dudit moyen est mise en communi-

cqtion avec une enceinte située à la sortie de la roue à ailettes du dernier étage de la pompe, Une garniture d'étanchéité et de séparation annulaire de

l'arbre est montée entre la pompe et la turbine et est des-

tinée à séparer l'enceinte de la pompe de l'enceinte de la

turbine. La garniture d'étanchéité et de séparation est des-

tinée à empêcher un liquide moteur de fuire depuis l'enceinte de la pompe vers l'enceinte entre le carter et le disque de la turbine qui s'applique à ladite garniture d'étanchéité et de séparation. L'inconvénient important du groupe turbopompe connu réside en ce qu'un effort axial très élevé agit sur le rotor du groupe pendant le démarrage et le fonctionnement du propulseur-fusée

aux régimes de basses vitesses de rotation.

Le démarrage d'un propulseur-fusée à liquide est réalisé à un excédent de la puissance de la turbine par rapport à la puissance de la pompe. En résultat, le rapport de la différente des pressions constatée à la turbine à la différence des

pressions créée par la pompe cro!t ce qui aboutit à un déséqui-

librage notable des eforts axiaux agissant sur les disques de

la turbine et les roues à ailettes de la pompe.

Pendant le démarrage et le fonctionnement d'un propulseur-

fusée à combustible liquide en régimes de basses vitesses de rotation, un jeu radial très important se forme dans la garniture d'étanchéité annulaire qui relie l'enceinte du moyen de décharge axiale automatique du rotor à l'enceinte située -4- à la sortie de la roue à ailette du dernier étage pazr comparaison

avec les régimes principaux de fonctionnement dtun propulseur-

fusée à liquide. Ce Jeu radial important formé dans la garniture d'étanchéité annulaire baisse la capacité de décharge du moyen

de décharge axiale automatique.

Il s'ensuit que l'efficacité du moyen de décharge axiale

automatique du rotor décroît pendant le démarrage et le fonction-

nement d'un propulseur-fusée à liquide aux régimes de basses vitesses de rotation lorsque des efforts axiaux notables agissent

sur le rotor.

Dans une construction classique du groupe turbopompe, l' enceinte d'entrée d'ute roue a ailettes du dernier troisième étage de la pompe sert de l'enceinte de basse pression. DEns ce cas, la différence des pressions créée par un étage de la pompe est utilisée pour régler l'effort axial. le moyen de

décharge axiale automatique du rotor réalisé selon cette con-

ception classique est caractérisé par une faible capacité de décharge. L'augmentation de la capacité de décharge du moyen de décharge exiale automatique du rotor est limitée par la valeur de la surface du disque de la roue à ailettes de la pompe. Une basse capacité de décharge du moyen de décharge axiale automatique du rotor, la diminution de l'efficacité de la décharge lors du démarrage et pendant le fonctionnement d'un propulsieur-fusée à combustible liquide aux régimes de basses vitesses de rotation et l'action des efforts axiaux élevés lors du démarrage du propulseur sur le rotor du groupe turbopompe provoque la formation de hauts efforts axiaux qui agissent -5- sur les roulements et, de ce fait, leur durée de vie requise ne peut pas être assurée. Pour assurer un bonne fonctionnement

des roulements il est nécessaire soit de faire appel aux limi-

tations des régimes de démarrage et des régimes de fonctionne-

ment d'un propulseur, soit d'utiliser un dispositif auxilaire

par exemple, une butée mécanique qui absorberait lors du démar-

rage d'un propulseur un effort axial qui n'a pas été compensé par ledit moyen de décharge axiale automatique du rotoro La suppression de ces inconvénients aboutit à une complication de la construction du moyen et à l'élévation du prix de revient d'un propulseuro De plus, un inconvénient essentiel du groupe turbopompe connu réside aussi en ce que les roulements sont soumis aux charges radiales dynamiques considérables. Ces charges radiales non seulement baisse la durée de vie des roulement mais diminuent aussi les performances économiques de la pompe et de la turbine Plus la charge radiale est élevée plus grand est le fléchissement du rotor. Le fléchissement trop élevé du rotor aboutit à 1' usure des éléments des garnitures d'étanchéité et contribue à l'augmentation des jeux dans les garnitures d'étanchéité et

baisse le rendement de la pompe et de la turbine.

Les charges radiales dynamiques importantes sont engendrées à la suite drun déséquilibrage du rotor pendant le passage par les vitesses critiques de rotation. Les rotors des pompes à hydrogène sont flexibles, c'est-à-dire, leurs vitesses de rotation lors du fonctionnement sont supérieures aux valeurs des vitesses critiques. La passage par les vitesses de rotation critiques est suivi de hautes charges dynamiques agissant 6 - sur le rotor. Sous l'action de ces charges,.l'arbre du rotor fléchit. A ce moment, la valeur du fléchissement varie suivant l'axe du rotor. La valeur maximale du fléchissement se trouve au voisinage de la surface d'assemblage de la roue à ailettes de l'étage intermédiaire de la pompe. Du fait que les roues à ailettes s'appuient sur l'arbre aux différents endroits suivant l'axe dudit arbre et que les moyeux des roues à ailettes sont rigides et n'ont pas pratiquement de fléchissement, les surfaces d'assemblage des roues à ailettes se déplacent réciproquemento

l oce qui aboutit à un déséquilibrage du rotor.

Ce phénomène du déséquilibrage du rotor pendant le passage par les vitesses de rotation critiques a lieu lors des essais du rotor réalisés plusieurs fois pendant son équilibrage à la rotation aux hautes vitesses. De ce fait, il est impossible d'obtenir une bonne qualité de l'équilibrage de ce rotor avant l'assemblage du groupe turbopompe et pendant le fonctionnement du propulseur ce rotor est caractérisé par de hautes charges

dynamiques agissant sur les roulements.Un déséquilibrage supplé-

mentaire du rotor a lieu pendant le fonctionnement du propul-

seur. Dans ce cas, à chaque démarrage du propulseur, le valeurs du déséquilibrage peuvent être différentes du fait que las valeurs des déplacements résiduels des surfaces d'assemblage

après l'arrêt du propulseur sont différentes.

Un déséquilibre élevé du rotor résultait de l'assemblage et un déséquilibrage supplémentaire du rotor formé au cours du fonctionnement créent de hautes charges radiales dynamiques agissant sur les roulements auxquelles il est impossible d' assurer leur durée de vie requise. Dans ce cas, les différents - 7 - exemplaires du groupe trubopompe peuvent différer sensiblement

l'un de l'autre par les valeurs des charges dynamiques agis-

sant sur le rotor et, par conséquent, par leurs potentiels de vie. Les charges radiales dynamiques agissant sur le rotor

pendant le fonctionnement du propulseur dépendent des caracté-

ristiques de l'amortissement des appuis du rotor. L'amortisse-

ment assuré dans les appuis diminue notablement les charges dynamiques agissant sur le rotor. L'amortissement assuré dans les appuis est particulièrement efficace dans le cas des arbres flexibles pendant le fonctionnement d'un rotor aux

vitesses voisines des valeurs critiques.

Les appuis d'amortissement élastiques utilisés dans le

groupe connu sont caractérisés par les inconvénients suivants.

La valeur des déplacements radiaux du rotor est établi à l'aide des jeux radiaux dans l'appui du paquet de lames de l'amortisseur avec une douille et un carter. La ve.leur des jeux dans un appui est choisie habituellement compte tenu de la condition qui impose d'assurer un déplacement admissible du rotor qui supprime l'usure des garnitures d'étanchéité-de

la pompe et de la turbine. La valeur de ces jeux est infé-

rieure à la valeur des jeux nécessaires pour assurer l'appli-

cation de l'amortisseur à lames dans le sens radial pour obtenir les caractéristiques optimales de l'amortissement d'un appuio De ce fait, cette valeur réduite imposée des jeux dans l'appui nécessaires aux conditions du fonctionnement normal des garnitures d'étanchéité de la pompe et de la turbine

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ne permet pas d'assurer les caractéristiques optimales de

l'amortissement d'un amortisseur à lames.

La douille peut pivoter elle aussi pendant la rotation du rotor à la suite du frottement dans les roulements conjointement avec la bague extérieure du roulement et les lames de l'amortisseur peuvent se déplacer réciproquement l'une par rapport à l'autre suivant la circonférence. Pour supprimer le pivotement de la douille et les déplacements des lames de l'amortisseur de l'appui, on prévoit i0 habituellement un arrêtoir qui coopère avec la douille et les lames de l'amortisseur et avec un couvercle. L'arrêtoir est soumis à l'action d'un effort circonférentiel transmis de la douille à la suite du moment de frottement dans le roulement. La présence d'un arrêtoir sur le couvercle aboutit à ce qu'une force radiale agit sur la douille et, par conséquent, sur l'amortisseur. Cette force radiale nuit à la mobilité de l'appui, aboutit à un serrage de l'amortisseur dans une direction et crée les conditions pour la formation des valeurs différentes des caractéristiques de l'élasticité et de l'amortissement suivant la circonférence. On s'est donc proposé de réaliser un groupe turbopompe, dont la conception permettrait de réduire les efforts axiaux et radiaux

dynamiques agissant sur les roulements.

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Le problème posé est résolu du fait que le groupe turbopompe comportant un carter et un rotor, qui forment une pompe multiétagée et une turbine avec des roues à ailettes et des disques, montés sur un arbre du rotor, un moyen de décharge axiale automatique du rotor, constitué par deux encemintes formées par la roue à ailettes du dernier étage de la pompe et par le carter, et par des canaux réalisés dans le rotor et mettant en communication l'une desdites enceintes avec une enceinte de basse pression, l'autre enceinte dudit moyen étant reliée à une enceinte située à la sortie de la roue à ailettes du dernier étage de la pompe, et une garniture d'étanchéité et de séparation annulaire étant disposée entre la pompe et la turbine, dans ce cas, les roues à ailettes étant munies de surfaces d'appui et le rotor étant monté dans le carter de façon qu'il puisse se déplacer axialement sur des roulements par l'intermédiaire d'appuis d'amortissement élastiques, qui comportent, chacun, une douille avec un amortisseur monté sur celle-ci, est caractérisé, suivant l'invention, par le fait que les surfaces d'appui des roues à ailettes des premier et dernier étages de la pompe viennent en contact avec l'arbre. Selon le mode de réalisation proposé de l'invention, les roues à ailettes viennent en contact avec l'arbre seulement suivant deux surfaces d'appui des roues à ailettes ce qui assure une parfaite stabilité des positions réciproques des roues à ailettes lors de l'assemblage du rotor. Grâce à ce mode de réalisation, on obtient une variation minimale de déséquilibre du rotor à la suite du désassemblage ultérieur du rotor réalisé après l'équilibrage et de son

réassemblage lors de l'assemblage du groupe turbopompe.

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Il est avantageux que les surfaces d'appui des roues à ailettes soient réalisées sur la roue à ailettes du premier étage de la pompe du côté de l'entrée et sur la roue à ailettes du dernier étage de la pompe du côté opposé

à l'entrée dans ladite roue à ailettes.

Grâce à ce mode de réalisation de l'invention, les surfaces d'appui des roues à ailettes sont rapprochées au maximum des roulements. En disposant les surfaces d'appui au voisinage des roulements, on assure le fléchissement minimal de l'arbre ce qui contribue à l'élévation des performances io économiques de la pompe et de la turbine grâce à la diminution des jeux

dans les garnitures d'étanchéité.

Selon le mode préférentiel de réalisation de l'invention, le diamètre intérieur des moyeux des roues à ailettes est réalisé sur la partie comprise entre les surfaces d'appui des roues à ailettes de façon qu'il soit supérieur au diamètre extérieur de l'arbre d'une valeur supérieure à la valeur maximale du

fléchissement de l'arbre.

Dans le cas de l'application de l'invention dans une pompe à trois étages, les roues à ailettes s'appuient sur l'arbre du côté de l'entrée dans la roue à ailettes du premier étage et du côté de la sortie de la roue à ailettes du troisième étage. La roue à ailettes intermédiaire du deuxième étage s'appuie du côté de l'entrée sur la surface d'appui de la roue à ailettes du premier étage et du côté de la sortie sur la surface d'appui de la roue à ailettes du troisième étage. Ainsi, on a supprimé le contact des roues à ailettes avec l'arbre sur la partie entre les surfaces d'appui des roues à ailettes pendant le fonctionnement du propulseur. Grâce à ce mode de réalisation, on conserve Il 2779770 pendant le fonctionnement du propulseur le positionnement réciproque des roues a ailettes et de l'arbre, on supprime le déséquilibrage du rotor et on assure les charges radiales minimales agissant sur les roulements et le

fléchissement minimal de l'arbre.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de

celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va

suivre d'un I

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d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un groupe turbopompe, conforme à l'invention, en coupe longitudinale; - la figure 2 représente un rotor du groupe turbopompe conforme à l'invention, en coupe longitudinale;

- la figure 3 représente un appui d'amortissement élas-

tique de la pompe en coupe longitudinale; - la figure 4 est une coupe suivant IV-IV sur la figure 3; - la figure 5 représente un moyen de décharge axiale automatique du rotor; - la figure 6 représente un moyen auxiliaire pour la

décharge axiale automatique du rotor.

Le groupe turbopompe comporte un carter I ( figure 1) et un rotor 2, qui forment une pompe 3 à trois etages et une turbine 4 à deux étages, un moyen 5 de décharge axiale

automatique du rotor 2 et/un moyen 6 auxilaire pour la dé-

charge axiale automatique. Le rotor 2 s'appuie sur des roulements jumelés à billes 7, 8 et est monté dans un carter

1 par l'intermédiaire des appuis 9, 10 d'amortissement élas-

tique. Le rotor 2 est monté de façon qu'il puisse se déplacer xialement. Le déplacement axial du rotor 2 est limité par des butées axiales 11, 12 du carter 1o

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Le rotor 2 comprend un arbre 13.( figure 2), sur lequel sont montées des roues à ailettes 14, 15, 16 de la pompe 3o Les disques 17, 18 de la turbine 4 sont associés à.l'arbre 13

par un assemblage non démontable. Les à ailettes 14, 16, des.

premier et du dernier étages de la pompe 3 comprenant, chacun, deux surfaces d'appui 19, 20 et 21, 22 respectivement. La

roue à r:ilettes 14 s'appuie par sa surfaces d'appui 19, réa-

lisée du cCté de son entrée, contre une surface d'appui 23 de l'arbre 13o La roue à ailettes 16 s'appuie par sa surface d' appui 22 réalisée du c8té opposée à son entrée contre une surface d'appui 24 de l'arbre 13. La roue à ailettes 15 de 1' étage intermédiaire de la pompe 3 s'appuie du c8té de l'entrée contre la surface d'appui 20 de la roue à ailettes 14 et du c8té opposé à l'entrée contre la surface d'appui 21 de la roue à ailettes 16o Sur une partie comprise entre les surfaces d'appui 19 et 22, les roues à ailettes 14, 15, 16 sont montées par rapport à l'arbre 13 avec un jeu annulaire "A"o La valeur

du jeu "A", c'est-à-dire, la différence entre le rayon inté-

rieur des moyeux des roues à ailettes 14, 15, 16 et le rayon

extérieur de l'arbre 13 doit être choisie supérieure au flé-

2o chissement maximal de l'arbre 13 et être comprise dans les limites de 0,05 mm à 3 mmo Le couple moteur est transmis de

l'arbre 13 aux roues à ailettes 14, 15, 16 par l.'intermé&.

diaire d'un assemblage à cannelures 25, 26, 27 Une douille 30 sur la surface extérieure de laquelle est monté un amortisseur 31 à lames est montée dans chaque appui d' amortissement élastique 9, 10 de la pompe 3 suivant.les bagues

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extérieures 28, 29 ( figure 3) des roulements 7, 8. Des brides 32, 33 sont réalisées du côté des faces extremes sur la douille de deux c8tés de l'amortisseur 31. La surface extérieure de la bride 32 et la surface intérieure du corps 34 de chacun des appuis 9, 10 forment un Jeu "B" qui limite, lors du fonctionne- mentla valeur du déplacement radial de la douille 30 et, par conséquent, du rotor 2. La valeur du Jeu "B"' est choisie compte

tenu des déplacements radiaux du rotor 2 par rapport aux gar-

nitures d'étanchéité de la pompe 3 et de la turbine 4 et est égal à 0,3 min. Un arrêtoir 35 prévu dans la bride 32 du c6té de l'amortisseur 32 supprime le déplacement réciproque des lames de l'amortisseur 31 dans le sens circulaire. Trois arrOtoirs 36 de la douille 30 sont disposeés régulièrement sur la bride 33 suivant sa circonférence et coopèrent avec des rainures ( non représentées sur la fiure), réalisées dans le corps 34. Les arrêtoirs 36 et le 'couvercle 37 empochent la douille 30 de se déplacer axialemento L'amortisseur 31 à lames est monté suivant les su. rfaces de contact 38, 39 ( figure 4) avec un serrage avec la douille

30 et le corps 34. La valeur du serrage suivant les surfaces de -

contact 389 39 de l'amortisseur 31 doit 8tre choisie de façon à assurer les carasctéristiques requises de l'élasticité et de l'

amortissement des appuis 9, 10.

Le moyen 6 pour la décharge axiale automatique du rotor 2 comporte. deux enceintes 40, 41 ( figure 5) formées par la rouets ailettes 16 et le carter 1. Des canaux 42, 43, 44 sont réalisés dans les moyeux des roues à ailettes 15, 16. L'enceinte se trouvant derrière le disque de la roue à ailettes 15 est _15 séparée des ecenintes adjacentes par des garnitures d'étanchéité 46, 47. L'enceinte 48 se trouvant à la sortie de la roue à ailettes 16 est séparée de l'enceinte 40 par Une garnitures d' étanchéité 49. L'enceinte 41 est séparée des enceintes adjacentes par une garniture d'étanchéité 50 et par une saillie annulaire 51 de la roue à ailettes 16, qui est montée par rapport au carter

1 avec un jeu axial "C".

Les canaux 42 mettent en communication l!enceinte 41 avec le Jeu "A". Par l'intermédiaire des canaux 44, le Jeu "A" est relié à une enceinte d'entrée 52 de la roue à ailettes 15. Les i0

canaux 43 mettent en communication l'enceinte 45 avec le Jeu "A".

Une saillie annulaire 53 ( figure 6) est prévue sur le carter 1 et est placé par rapport à la face extreme du disque 17 se joignant à celui-ci avec un Jeu "D"o Une garniture d' étanchéité et de séparation san.ulaire 54 installée entre la pompe 3 et la turbine 4 formeconJointement avec la saillie une enceinte 55,du moyen auxiliaire 6. Le rayon de la saillie

53 est supérieur au rayon de la garniture d'étanchéité 54.

Une enceinte de séparation 56 est prévue entre la roue à ailettes 16 et le disque 17 de la turbine 4 et est reliée par des canaux

57 à l'enceinte 48 située à la sortie de la roue à ailettes 16.

L'enceinte de séparation 56 est séparée de la pompe 3 par une garniture d'étanchéité 50 et de la turbine 4 par la garniture

d'étanchéité et de séparation annulaire 54.

Avant de procéder à l'assemblage du groupe turbopompe, il est nécessaire d'assemble le rotor 2 ( figure 1 pou réaliser est nécessaire d'assembler le rotor 2 ( figure 1) pour réaliser

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son équilibrage. A cet effet, on monte les roues à ailettes 14,

, 16 et les roulements 7, 8 sur l'arbre 13 ( figure 2).

Ensuite, le rotor 2 est soumis à l'équilibrage dans une plage requise de la vitesse de rotation lors du fonctionnementoAprès l'équilibrage, le rotor 2 est désassemblé.. E4suite, on procède à l'assemblage successif du carter 1 en montant simultanément,

dans celle-ci le rotor 2.

Avant le montage, les appuis axiaux 11, 12 possèdent des surépaisseurs pour l'usinage. Lors du montage, on assure les valeurs minimale et maximale respectivement du jeu "C'C" dans

le moyen 5 ( figure 5) en utilisant les appuis axiaux 11 et 12.

On assure les valeurs minimale et maximale du jeu "C" en dépla-

çant le rotor 2 respectivement jusqu'aux appuis axiaux 11 et 12. La différence entre les valeurs maximale et minimale du

jue "C" détermine la valeur du déplacement axial du rotor 2.

Pour assurer, dans le moyen auxiliaire 6, la valeur mini-

male du jeu "D" ( figure 6) entre la saillie annulaire 53 et le carter 1, on effectue l'usinage de cette saillie 53 en déplaçant le rotor 2 jusqu'à l'appui axial 12. Pour assurer la possibilité de l'usinage au cours de l'assemblage, la saillie annulaire 53 est réalisée avant son assemblage avec une surépaisseur sur sa face extrême. La valeur du jeu "D" est égale à la somme de la valeur minimale de ce jeu et de la valeur du déplacement

axial du rotor 2.

Pour obtenir, lors de l'assemblage, une valeur requise du serrage suivant les surfaces de contact 38, 39 de l'amortisseur

31 (figure 4), on effectue l'usinage de la surface extérieure 30.

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Avant son montage, la douille 30 possède une surépaisseur sur la surface extérieure nécessaire à l'usinage réalisé pendant

son montage. -

Avant de mettre le propulseur-fusée à combustible liquide on remplit les enceintes de la pompe 3 ( figure 1) de l'hydro- gène. Actionné par la pression d'hydrogène reignant dans l' enceinte de la pompe 3, le rotor 2 se déplace Jusqu'à l'appui

axial 11. En conséquence, la valeur minimale du jeu "C"' ( fi-

gure 5) est assurée dans la moyen 5 et la valeur maximale du

jeu "D" s'étabilit dans le moyen 6 ( figure 6).

Pendant le fonctionnement du propulseur, l'hydrogène arrive à l'entrée de la pompe 3 et passe ensuite à travers les roues à ailettes 14, 15, 16. Une portion d'hydrogène arrive depuis l' enceinte 48 ( figure 5) située à la sortie de la roue à ailettes 16 à l'enceinte 40 en passant à travers la garniture d'étachéité

49 et parvient ensuite à travers le jeu "C" dans l'enceinte 41.

Pendant le fonctionnement du propulseur, la valeur du Jeu "C" varie en fonction de la position axiale du rotor 2. La pression dans l'enceinte 40 varie en fonction de la valeur du jeu "C" et, par conséquent, la valeur de l'effort axial agissant sur la roue à ailettes 16 du côté de l'enceinte 40 varie elle aussi. A trBvers les canaux 42, le jeu "A" et les canaux 44, l'hydrogène est évacué depuis l'enceinte 41 dans l'enceinte d'entrée 52 de la roue à ailettes 15. Les fuites d'hydrogène arrivant dans l' enceinte 45 à travers les garintures d'étanchéité 46, 47 de la roue à ailettes sont évacuées elles aussi dans l'enceinte d' entrée 52 à travers les canaux 43, 44 et le jeu "A"0 Une portion d'hydrogène est évacuée depuis l'enceinte _ 18_ 48 ( figure 6) située à la sortie de la roue à ailettes 16 à travers les canaux 57 vers l'enceinte de séparation 56. Les faites d'hyrogène depuis l'enceinte de séparation 56 sont évacuées à travers la garniture d'étanchéité 50 vers l'enceinte 41 et à travers la garniture d'étanchéité et de séparation annulaire 54 vers l'enceinte 55 du moyen auxiliaire 6. Depuis l'enceinte 55, l'hydrogène parvient à travers le jeu "D" dans le jeu "D" dans l'enceinte située en aval du disque 17 de la

turbine 4.

A la sise en marche et pendant le fonctionnement du propul-

seur aux régimes principaux, les efforts axiaux qui agissent sur les disques 17, 18 de la turbine 4 dans la direction de la pompe 3 sont équilibrés par les efforts axiaux qui agissent sur les roues à ailettes 14, 15, 16 dans la direction de la turbine 4. Au moment du démarrage et lors d'aute variation du

régime de fonctionnement du propulseur, les efforts axiaux agis-

sant sur les disques 17, 18 et sur les roues à ailettes 14, 15, 16 sedéséquilibrent et, en conséquence, le rotor 2 commence à se déplacer dans la direction axiale. Le déplacement du rotor 2 provoque la variation du jeu "C" ce qui aboutit à la variation de la pression dans l'enceinte 40 et de l'effort axial, agissant du côté de ladite enceinte 40 sur la roue à ailettes 16. Le déplacement du rotor s'interrompt après que l'augmentation de l'effort agissant sur la roue à ailettes 16 a équilibré l'effort axial qui a provoqué le déplacement du rotor 2. Pour actionner le moyen 5, on utilise la différence des pressions créée par deux étages de la pompe 3 du fait que l'enceinte d'entrée

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52 de la roue à ailettes 15 dela pompe sert de l'enceinte de basse pression. En conséquçace, le moyen 5 équilibre de grands

efforts axiaux agissant sur le rotor 2.

Le démarrage du propulseur est réalisé à un excédent de puissance de la turbine 4 par rapport à la puissance de la pompe 3. En résultat, le rapport de la différence des pressions à la turbine 4 à la différence des pressions créée par la pompe augmente ce qui aboutit à un déséquilibrage notable des efforts

axiaux agissant sur les disques 17, 18 et sur les roues à ail-

lettes 14, 15, 16o En conséquence, un effort axial que le moyen ne peut pas équilibrer agit sur le rotor 2. C'est pourquoi,

lors du démarrage du propulseur, le rotor 2 continue à se dép-

lacer vers la pompe 3 après que la capacité de décharge du moyen 5 a été totalement utilisée. A la suite du déplacement du

rotor 2 dans la direction de la pompe 3, le jeu '"D" diminue.

Lorsque le rotor 2 se trouve dans les positions dans lesquelles le jeu "D" est supérieur sensiblement au jeu dans la garinture

d'étanchéité 54, la pression dans l'enceinte 55 du moyen auxi-

liaire 6 ne varie pas lors du déplacement du rotor 2. Après que le jeu "D" a diminué jusqu'à la valeur inférieure à 0,3 mm, la pression dans l'enceinte 55 commence à crottre ce qui aboutit à une augmentation de l'effort sur le disque 17 agissant dans

la direction inverse à la direction du déplacement du rotor 2.

Le déplacement du rotor 2 s'interrompt après que l'augmentation de la pression dans l'enceinte 55 a équilibré l'effort axial

qui n'a pas été compensé par le moyen 5.

Pendant le fonctionnement du propulseur aux régimes d'utili-

sation, l'effort axial à la turbine 4 décrott, le rotor 2 se w. 20 déplace dans la direction de la turbine 4 jusqu'à 'une posiiton équilibrée. En conséquence, le jeu 'I1" croit jusqu'à la valeur supérieure à 0,3 mm et la pression dans l'enceinte 55 ne dépend plus de la position du rotor 2. Après cela, dans le cas d'une variation du régime de fonctionnement du propulseur le déséquilibrageirésultant de cette variation des efforts axiaux dans la pompe 3 et dans la turbine 4 sera éliminé par le moyen 5o Il s'ensuit que lemoyen auxiliaire 6 assure une décharge supplémentaire des efforts axiaux agissant au moment du démarrage du propulseur. Pour le fonctionnement du dispositif on utilise les fuites de liquides qui arrivent depuis l'enceinte de eéparation 56 et passant à travers la garniture d'étachéité de séparation 54. De ce fait, le moyen auxilaire 6 ne nécessite aucunes pertes supplémentaires de la puissance nécessaires à

son fonctionnement.

Des charges radiales dynaminques sont engendrées à la suite d'un déséquilibre du rotor 2. Des charges radiales dynamiques élevées agissent sur le rotor 2 pendant le fonctionnement aux vitesses de rotation du rotor voisines des vitesses critiques 2o de rotation. La valeur de ces charges dépend des propriétés d' amortissement des appuis d'amortissement élastiques9, 10. Sous

l'action des charges radiales, l'arbre 13 se déplace conjointe-

ment avec les roulements 7, 8 et avec la douille 30 ( figure 4) dans la direction radiale. En conséquence, l'amortisseur 31 à 25. lames est serré dans la direction du déplacement en augmentant le serrage suivant les surfaces de contact 38, 39 dans la _21 _ direction du déplacement et.en diminuant le serrage dans la direction inverse. Ainsi, l'amortissement efficace des charges

dynamiques est réalisé dans ce cas grace aux forces de frotte-

ment entre ses lames.

Sous l'action d'une charge dynamique engendrée par un déséquilibre, le rotor 2 roule sur l'amortisseur 31 dans le sens circonférentiel alors que l'arr9toir 35 supprime le déplacement

des lames dans le sens circonférentiel de l'amortisseur. 31.

La charge dynamique et le moment de frottement dans les roulements

à billes 7, 8 créent>dans la douille 30, un couple qui contri-

buent à sa rotation. Les arrêtoirs 36 empêchent la douille 30

de tourner. Grâce à ce que les arrêtoirs 36 sont disposés régu-

lièrement sur la bride 33, les efforts agissant sur ceux-ci sont indentiques ce qui supprime le déplacement de la douille sous l'action des efforts agissant sur les arrêtoirs 36 Lt permet de conserver de hautes propriétés d'amortissement de l'

amortisseur 31.

Pendant le fonctionnement du propulseur, les efforts'radiaux

peuvent agir sur les appuie 9, 10 pendant une brève durée et.

provoquer un déplacement radial du rotor 2 qui est supérieur aux jeux dans les garnitures d'étanchéité de la pompe 3 et de la turbine 4. Dans ce cas, le risque de l'usure des garnitures d' étanchéité et, par conséquent, la baisse des caractéristiques de la pompe 3 et de la turbine 4 sont supprimés du fait que les déplacements radiaux du rotor 2 sont limités par le jeu

"B" entre la bride 32 de la douille 30 et le corps 34.

La faible rigidité des lames de l'amortisseur 31 assure

pendant l'assemblage et pendant le fonctionnement, la compensa-

_22 _ tion des déplacements mutuels des appuis 9, 10.sous l'action de petite efforts agissant sur les roulements 7, 8o Grace à la réduction des déplacements de l'arbre 13 dans les appuis 9, 10 qu'on a obtenue à l'aide d'une haute capacité d'amortissement de l'aminortisseur 31 et par le jeu qui limite les déplacements radiaux des appuis 9, 10, les valeurs des jeux dans les garnitures d'étanchéité de la pompe 3 et de la turbine 4 sont réduites ce qui assure de hautes performances économiques de la pompe 3 et de la turbine 4o

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Claims (3)

REVENDICATIONS

1.- Groupe turbopompe, comportant un carter (1) et un rotor (2), qui forment une pompe multiétagée (3), et une turbine (4) avec des roues à ailettes (14, 15, 16) et des disques (17, 18) de la turbine, montés sur un arbre (13) du rotor (2), un moyen (5) de décharge axiale automatique du rotor (2), constitué par deux enceintes (40, 41) formées par la roue à ailettes (16) du dernier étage de la pompe (3) et le carter (1), et par des canaux (42, 44) réalisés dans le rotor (2) et mettant en communication l'une desdites encemintes (41) avec une enceinte de basse pression, l'autre enceinte (40) dudit moyen (5) étant reliée à une enceinte (48) située à la sortie de la roue à ailettes (16) du dernier étage de la pompe (3) et une garniture d'étanchéité et de séparation (54) disposée entre la pompe (3) et la turbine (4), dans ce cas, les roues à ailettes (14, 15, 16) étant munies de surfaces d'appui et le rotor (2) étant monté dans le carter (1) de façon qu'il puisse se déplacer axialement sur des roulements (7, 8) par l'intermédiaire d'appuis d'amortissement élastiques (9, 10), qui comportent, chacun, une douille (30) avec un amortisseur (31) monté sur celle-ci, caractérisé par le fait que les surfaces d'appui (19, 22) des roues à ailettes (14, 16) des premier et dernier

étages de la pompe (3) viennent en contact avec l'arbre (13).

2.- Groupe turbopompe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les surfaces d'appui (19, 22) des roues à ailettes (14, 16) sont réalisées sur la roue à ailettes (14) du premier étage de la pompe (3) du côté de son entrée et sur la roue à ailettes (16) du dernier étage de la pompe (3) du côté opposé

à l'entrée dans cette roue à ailettes (16).

3.- Groupe turbopompe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par

le fait que, sur la partie comprise entre les surfaces d'appui (19, 22) des roues à ailettes (14, 16), le diamètre intérieur des moyeux des roues à ailettes (14, 16) est supérieur au diamètre extérieur de l'arbre (13) d'une valeur supérieure à la valeur maximale du fléchissement de l'arbre (13).