FR3042215A1 - Structure pour turbomachine comportant des moyens de retention axiale de bague exterieure de palier de roulement - Google Patents

Structure pour turbomachine comportant des moyens de retention axiale de bague exterieure de palier de roulement Download PDF

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Abstract

L'objet principal de l'invention est une structure (1) pour turbomachine, comportant : un palier de roulement (2) comprenant une bague extérieure (3) ; un support de palier (4) entourant la bague extérieure ; une frette (5) interposée entre la bague extérieure et le support de palier; des moyens de raccordement de la bague extérieure sur le support de palier, comportant une bride de fixation (6) et des moyens souples de raccordement (7); des moyens de rétention axiale de la bague extérieure, comprenant des premiers moyens de butée (8). La structure se caractérise en ce que lesdits moyens de rétention axiale comportent des seconds moyens de butée (9) capables de retenir axialement la bague extérieure par rapport à la frette, et en ce que la structure comporte des éléments de déplacement radial (10) s'étendant circonférentiellement et axialement entre les premiers (8) et seconds (9) moyens de butée.

Description

STRUCTURE POURTURBOMACHINE COMPORTANT DES MOYENS DE RÉTENTION AXIALE DE BAGUE EXTÉRIEURE DE PALIER DE ROULEMENT
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines, et plus particulièrement au domaine des paliers de roulement pour turbomachine équipés de moyens de rétention axiale de leur bague extérieure. En particulier, l'invention est concernée par les paliers de roulement du type appelé couramment « paliers souples ». Dans un palier de ce type, les moyens de raccordement de la bague extérieure du palier au support de palier comprennent une bride de fixation montée sur le support de palier et des moyens élastiquement déformables reliant la bague extérieure du palier à la bride de fixation. L'invention peut s'appliquer à tout type de turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef, telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. Plus préférentiellement, l'invention peut s'appliquer à un turboréacteur double corps et double flux. Elle est notamment applicable aux paliers amortis au moyen d'un film d'huile, également dénommé « damper » en anglais.
Elle concerne ainsi plus précisément une structure pour turbomachine comportant des moyens de rétention axiale de la bague extérieure d'un palier de roulement, comprenant des premiers et seconds moyens de butée, entre lesquels sont situés des éléments de déplacement radial, ainsi qu'une turbomachine comportant une telle structure.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Dans le cadre par exemple de la conception de systèmes de découplage mécanique dans une turbomachine pour se prémunir du phénomène de balourd généré par la perte d'une aube de soufflante, il est déjà connu de concevoir des moyens de rétention axiale de la bague extérieure d'un palier de roulement, tels que ceux décrits notamment dans la demande internationale WO 2011/151592 Al.
Ce document divulgue en effet un palier de roulement monté sur une cage souple à double branche pour lequel sont prévus des moyens de rétention axial comprenant des pions logés dans des orifices pratiqués dans la frette associée au palier.
La raideur radiale d'une telle cage est définie de sorte que les modes de suspension répondent à des régimes moteurs convenables. De plus, du fait de son architecture à double branche, cette cage possède une certaine souplesse axiale pouvant avoir des conséquences néfastes en termes de rendement et d'usure de la turbomachine.
Afin de prévoir une dissociation des raideurs axiale et radiale, les solutions proposées par l'art antérieur ne sont pas entièrement satisfaisantes. En effet, il subsiste un besoin pour proposer une architecture de cage souple à double branche permettant d'obtenir à la fois une raideur radiale satisfaisant aux exigences relatives à la situation modale du moteur, et une raideur axiale aussi importante que possible, pour limiter les déplacements axiaux, et notamment ceux du rouet dans le cas d'une turbomachine comprenant un compresseur haute pression pourvu d'un étage centrifuge.
En particulier, il existe un besoin pour prévoir un dispositif d'arrêt axial qui ne perturbe pas les déplacements radiaux de la cage, notamment par des frottements.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une structure pour turbomachine, comportant : - un palier de roulement comprenant une bague extérieure, - un support de palier entourant la bague extérieure, - une frette interposée entre la bague extérieure et le support de palier, - des moyens de raccordement de la bague extérieure sur le support de palier, comportant : - une bride de fixation montée sur le support de palier, et - des moyens souples de raccordement fixés d'une part à la bague extérieure et d'autre part à la bride de fixation, - des moyens de rétention axiale de la bague extérieure, comprenant des premiers moyens de butée solidaires de la frette et capables de retenir axialement la frette par rapport au support de palier, caractérisée en ce que lesdits moyens de rétention axiale comportent en outre des seconds moyens de butée solidaires des moyens souples de raccordement et/ou de la bague extérieure et capables de retenir axialement la bague extérieure par rapport à la frette, et en ce que la structure comporte de plus des éléments de déplacement radial s'étendant circonférentiellement et axialement entre les premiers moyens de butée et les seconds moyens de butée.
Grâce à l'invention, il est possible de prévoir une dissociation des raideurs axiale et radiale au niveau de la bague extérieure du palier de roulement, permettant un blocage des déplacements axiaux sans pour autant perturber la capacité de la structure à permettre le déplacement radial. Avantageusement, l'invention permet le mouvement radial sans engendrer de frottements et conduit à une baisse significative de l'encombrement et de la masse de la structure. De plus, les diverses cotes de la structure peuvent être ajustées de façon à ce que les éléments de blocage du déplacement axial soient soumis en permanence à une précontrainte suffisante assurant que, même si les efforts du palier de roulement sont orientés vers l'amont, ces éléments de blocage restent coincés entre les deux moyens de butée. Cette précontrainte peut être ajustée par une cale de réglage, située au niveau de la bride.
La structure pour turbomachine selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
Les éléments de déplacement radial peuvent avantageusement comporter des billes mobiles radialement.
Les éléments de déplacement radial peuvent encore comporter des rouleaux mobiles radialement, ou encore des tonneaux à bout rond mobiles radialement.
Les éléments de déplacement radial peuvent aussi comporter des languettes souples mobiles radialement.
Par ailleurs, les seconds moyens de butée peuvent être solidarisés aux moyens souples de raccordement et/ou à la bague extérieure par le biais d'un frettage, d'un épaulement et/ou d'un vissage, entre autres.
Lorsque les seconds moyens de butée sont solidarisés aux moyens souples de raccordement, les seconds moyens de butée peuvent être d'un seul tenant avec les moyens souples de raccordement.
Par ailleurs, selon une autre variante de réalisation, les seconds moyens de butée peuvent comporter un orifice de logement, logeant au moins partiellement des seconds éléments de déplacement radial, distincts des premiers éléments de déplacement radial situés entre les premiers moyens de butée et les seconds moyens de butée.
La bague extérieure, notamment l'extrémité amont de la bague extérieure, peut en outre comporter un orifice de logement, logeant au moins partiellement les seconds éléments de déplacement radial. L'orifice de logement des seconds moyens de butée et l'orifice de logement de la bague extérieure peuvent être alignés selon une même direction radiale.
En outre, les moyens souples de raccordement prennent avantageusement la forme d'une pluralité de colonnettes espacées circonférentiellement les unes des autres, chacune présentant une forme de U agencé dans un plan radial.
De plus, l'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une structure telle que définie précédemment.
De façon particulière, la turbomachine peut comporter un compresseur haute pression pourvu d'un étage centrifuge.
La structure pour turbomachine et la turbomachine selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, en coupe partielle, un exemple de réalisation d'une structure pour turbomachine conforme à l'invention, et - les figures 2 à 6 représentent, en coupe partielle, des variantes de réalisation de structures pour turbomachine conformes à l'invention.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Dans toute la description, il est noté que les termes amont et aval sont à considérer par rapport à une direction principale F d'écoulement normal des gaz (de l'amont vers l'aval) pour la structure 1 (voir figure 1). Par ailleurs, on appelle axe T de la structure 1 pour turbomachine, l'axe de symétrie radiale de la structure 1 (voir figure 1). La direction axiale de la structure 1 correspond à l'axe de rotation de la structure 1, qui est la direction de l'axe T de la structure 1. Une direction radiale de la structure 1 est une direction perpendiculaire à l'axe T de la structure 1. En outre, sauf précision contraire, les adjectifs et adverbes axial, radial, axialement et radialement sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale précitées, et les termes intérieur (ou interne) et extérieur (ou externe) sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est plus proche de l'axe T de la structure 1 que la partie extérieure du même élément.
En référence à la figure 1, on a représenté, en coupe partielle, un premier exemple de réalisation d'une structure 1 pour turbomachine, d'axe de rotation T. Par ailleurs, les figures 2 à 6 représentent, en coupe partielle, des variantes de réalisation de structures pour turbomachine conformes à l'invention.
La structure 1 comporte un palier de roulement 2 formé d'une bague intérieure 19, d'un roulement 20, et d'une bague extérieure 3. La structure 1 comporte également un support de palier 4 entourant la bague extérieure 3, et définissant un alésage 16 centré sur l'axe T. Cet alésage 16 loge de manière serrée une frette 5 en forme de manchon ou de bague métallique centrée sur l'axe T, qui définit elle-même un alésage 17 dans lequel est logée la bague extérieure 3 du palier de roulement 2. La frette 5 est donc interposée radialement entre l'alésage 16 du support de palier 4 et la bague extérieure 3 qui intérieurement supporte les rouleaux du palier 2.
Un jeu annulaire est prévu entre la surface extérieure de la bague extérieure 3 et l'alésage 17, ce jeu étant rempli d'huile afin de former un film d'huile annulaire 18 constituant un système d'amortissement. Ce système, également dénommé « Squeeze Film », permet en effet d'amortir les vibrations de la bague 3, essentiellement dans la direction radiale.
Des moyens de raccordement sont également prévus entre la bague extérieure 3 et le support de palier 4. Ces moyens comprennent tout d'abord une bride de fixation 6 centrée sur l'axe T, et montée de façon boulonnée sur le support 4. Pour le raccordement de la bride de fixation 6 et de la bague extérieure 3, il est prévu des moyens souples, prenant la forme d'une pluralité de colonnettes 7 espacées circonférentiellement les unes des autres. Chacune de ces colonnettes 7, en forme de U et agencée dans un plan radial, présente deux branches latérales reliées par une base au niveau de leur extrémité avant, et dont les deux extrémités arrière sont respectivement fixées sur la bride 6 et sur l'extrémité avant de la bague 3, par exemple par soudage. Alternativement, la pluralité de colonnettes 7 peut être formée d'un seul bloc avec la bride de fixation 6 et la bague extérieure 3, puis être usinée. Ces colonnettes 7 permettent des débattements radiaux de la bague 3 dans l'alésage 17, assurant l'amortissement du palier 2 par le film d'huile 18. Ces colonnettes 7 peuvent, le cas échéant, être reliées par leurs extrémités aval par un anneau de renfort.
Dans l'exemple illustré, la bague extérieure 3 est formée de deux parties coaxiales, à savoir un support annulaire 3a raccordé à l'extrémité amont inférieure 21 des colonnettes 7, et une piste de roulement 3b montée serrée dans le support annulaire 3a, notamment montée frettée dans l'alésage du support annulaire 3a, par exemple par dilatation/contraction thermique
En variante, la bague extérieure 3 peut être formée d'une seule pièce présentant une surface annulaire radialement externe semblable à la surface annulaire radialement externe du support annulaire 3a de la figure 1, et une surface annulaire radialement interne formant piste de roulement.
Par ailleurs, conformément à l'invention, la structure 1 comporte également des moyens de rétention axiale de la bague extérieure 3. Ces moyens de rétention axiale comportent des premiers moyens de butée 8 solidaires de la frette 5 et capables de retenir axialement la frette 5 par rapport au support de palier 4. En outre, ces moyens de rétention axiale comportent également des seconds moyens de butée 9, distincts de la frette 5, solidaires des moyens souples de raccordement 7 et/ou de la bague extérieure 3 et capables de retenir axialement la bague extérieure 3 par rapport à la frette 5.
De plus, la structure 1 comporte des éléments de déplacement radial 10 s'étendant circonférentiellement et axialement entre les premiers moyens de butée 8 et les seconds moyens de butée 9.
Dans l'ensemble des exemples de réalisation représentés sur les figures 1 à 6, les premiers moyens de butée 8 sont formés par une collerette de la frette 5 s'étendant radialement vers l'extérieur.
Dans l'exemple de la figure 1, les seconds moyens de butée 9 se présentent sous la forme d'une cale de réglage 9 solidarisée à la bague extérieure 3 à distance des premiers moyens de butée 8 de sorte un définir un espace E entre les premiers 8 et seconds 9 moyens de butée permettant d'y loger les éléments de déplacement radial 10.
De plus, cette cale de réglage 9 est solidarisée aux moyens souples de raccordement 7 par le biais d'un épaulement 12 réalisé au niveau des moyens souples de raccordement 7. L'épaulement 12 permet d'assurer un bon positionnement de la cale de réglage 9.
Dans cet exemple également, la cale de réglage 9 est fixée à la bague extérieure 3 par frettage 11. Bien entendu, d'autres modes de solidarisation sont envisageables, tels que par exemple la soudure.
Ici, les éléments de déplacement radial 10 se présentent sous la forme d'une couronne de billes 10 mobiles radialement. La mobilité radiale de ces billes 10 ne perturbe pas les vibrations subies par la structure 1. De plus, la rigidité de ces billes 10 permet de reprendre l'intégralité des efforts axiaux et d'empêcher tout déplacement du rotor vers l'aval, et notamment toute ouverture des jeux du rouet dans le cas d'une turbomachine comprenant un compresseur haute pression pourvu d'un étage centrifuge.
La présence de la cale de réglage 9 permet d'assurer une précontrainte sur les billes 10, en particulier supérieure aux efforts axiaux susceptibles de s'exercer vers l'amont. De cette façon, aucun déplacement vers l'amont ne peut avoir lieu de sorte à préserver les jeux du rouet dans le cas d'une turbomachine comprenant un compresseur haute pression pourvu d'un étage centrifuge.
Par ailleurs, dans l'exemple de la figure 2, la cale de réglage 9 est solidarisée à la bague extérieure 3 uniquement, par frettage 11, sans contact avec les moyens souples de raccordement 7. En outre, les billes sont remplacées par des rouleaux 10 ou tonneaux à bout rond, toujours mobiles radialement.
Dans l'exemple de la figure 3, les billes sont remplacées par des languettes souples 10 s'étendant entre les premiers 8 et seconds 9 moyens de butée, et ces premiers moyens de butée 8, sous forme de cale de réglage, sont solidarisés aux moyens souples de raccordement 7 par le biais d'un pas de vis 13 muni d'un arrêt en rotation, et à la bague extérieure 3 par le biais d'un frettage 11.
Dans l'exemple de la figure 4, les éléments de déplacement radial 10 se présentent sous la forme de languettes souples 10 réalisées d'un seul tenant avec les moyens souples de raccordement 7. Ainsi, les seconds moyens de butée 9 sont confondus avec les extrémités amont 9 des languettes souples 10 raccordées aux moyens souples de raccordement 7.
Dans l'exemple de la figure 5, les moyens souples de raccordement 7 comportent un épaulement 14 permettant le positionnement des seconds moyens de butée 9, uniquement solidarisés aux moyens souples de raccordement 7. Les éléments de déplacement radial 10 sont alors constitués par des languettes souples 10 s'étendant entre les premiers 8 et seconds 9 moyens de butée réalisés d'un seul tenant avec la frette 5.
Enfin, dans l'exemple de la figure 6, les premiers moyens de butée 8 sont formés par une collerette de la frette 5 s'étendant radialement vers l'extérieur, et les éléments de déplacement radial 10 se présentent sous la forme de premiers éléments de déplacement radial 10 sous la forme d'une couronne de billes 10 mobiles radialement, de façon semblable à ce qui a été décrit précédemment pour l'exemple de réalisation de la figure 1.
De même, les seconds moyens de butée 9 se présentent sous la forme d'une cale de réglage 9 solidarisée à la bague extérieure 3 à distance des premiers moyens de butée 8 de sorte à définir un espace E entre les premiers 8 et seconds 9 moyens de butée permettant d'y loger les premiers éléments de déplacement radial 10. Cette cale de réglage 9 est uniquement fixée à la bague extérieure 3, par exemple par frettage 11.
Toutefois, dans cet exemple de la figure 6, la cale de réglage 9 comporte un orifice de logement 22 logeant partiellement des seconds éléments de déplacement radial 23, ici formés par des rouleaux 23 ou tonneaux à bout rond, s'étendant radialement selon leur plus grande dimension.
Ces seconds éléments de déplacement radial 23 sont également logés en partie dans un orifice de logement 24 pratiqué dans l'extrémité amont du support annulaire 3a de la bague extérieure 3, au niveau de laquelle les moyens souples de raccordement 7 sont fixés.
Pour ce faire, l'orifice de logement 22 de la cale de réglage 9 et l'orifice de logement 24 de l'extrémité amont du support annulaire 3a sont formés en vis-à-vis, de sorte à s'étendre selon une même direction radiale pour pouvoir loger les seconds éléments de déplacement radial 23.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.
En particulier, les modes de solidarisation pour les seconds moyens de butée 9 et/ou les éléments de déplacement radial 10 peuvent être intervertis entre les différents exemples de réalisation décrits, et/ou combinés entre eux.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Structure (1) pour turbomachine, comportant : - un palier de roulement (2) comprenant une bague extérieure (3), - un support de palier (4) entourant la bague extérieure (3), - une frette (5) interposée entre la bague extérieure (3) et le support de palier (4), - des moyens de raccordement de la bague extérieure (3) sur le support de palier (4), comportant : - une bride de fixation (6) montée sur le support de palier (4), et - des moyens souples de raccordement (7) fixés d'une part à la bague extérieure (3) et d'autre part à la bride de fixation (6), - des moyens de rétention axiale de la bague extérieure (3), comprenant des premiers moyens de butée (8) solidaires de la frette (5) et capables de retenir axialement la frette (5) par rapport au support de palier (4), caractérisée en ce que lesdits moyens de rétention axiale comportent en outre des seconds moyens de butée (9) solidaires des moyens souples de raccordement (7) et/ou de la bague extérieure (3) et capables de retenir axialement la bague extérieure (3) par rapport à la frette (5), et en ce que la structure (1) comporte de plus des éléments de déplacement radial (10) s'étendant circonférentiellement et axialement entre les premiers moyens de butée (8) et les seconds moyens de butée (9).
  2. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de déplacement radial (10) comportent des billes mobiles radialement.
  3. 3. Structure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les éléments de déplacement radial (10) comportent des rouleaux mobiles radialement.
  4. 4. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments de déplacement radial (10) comportent des languettes souples mobiles radialement.
  5. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les seconds moyens de butée (9) sont solidarisés aux moyens souples de raccordement (7) et/ou à la bague extérieure (3) par le biais d'un frettage (11), d'un épaulement (12,14) et/ou d'un vissage (13).
  6. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les seconds moyens de butée (9) sont solidarisés aux moyens souples de raccordement (7).
  7. 7. Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce que les seconds moyens de butée (9) sont d'un seul tenant avec les moyens souples de raccordement (7).
  8. 8. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les seconds moyens de butée (9) comportent un orifice de logement (22), logeant au moins partiellement des seconds éléments de déplacement radial (23), distincts des premiers éléments de déplacement radial (10) situés entre les premiers moyens de butée (8) et les seconds moyens de butée (9).
  9. 9. Structure selon la revendication 8, caractérisée en ce que la bague extérieure (3), notamment l'extrémité amont de la bague extérieure (3), comporte un orifice de logement (24), logeant au moins partiellement les seconds éléments de déplacement radial (23), l'orifice de logement (22) des seconds moyens de butée (9) et l'orifice de logement (24) de la bague extérieure (3) étant alignés selon une même direction radiale.
  10. 10. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens souples de raccordement (7) prennent la forme d'une pluralité de colonnettes (7) espacées circonférentiellement les unes des autres, chacune présentant une forme de U agencé dans un plan radial.
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