FR3075897A1 - Dispositif de suspension de palier a raideur variable - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne le domaine des dispositifs de suspension de palier, et en particulier un dispositif de suspension (20) de palier avec une raideur radiale variable. Ce dispositif (20) de suspension de palier comprend un premier organe (21) élastiquement flexible s'étendant en direction axiale, et un premier point d'appui (28), mobile en direction axiale, en contact radial avec le premier organe (21) élastiquement flexible. Le dispositif de suspension de palier (20) étant configuré pour transmettre un effort radial (F) par flexion du premier organe (21) élastiquement flexible, entre le premier point d'appui (28) et une première extrémité (22) du premier organe (23) élastiquement flexible, sa raideur par rapport à cet effort radial peut être faite varier en déplaçant le premier point d'appui (28) en direction axiale, de manière à modifier la longueur du porte-à-faux axial sur lequel cet effort radial (F) est transmis par flexion du premier organe (21) élastiquement flexible.

Description

Arrière-plan de l'invention
La présente divulgation concerne un dispositif de suspension de palier, et plus particulièrement un dispositif de suspension de palier à raideur radiale variable.
Dans une machine tournante, un arbre rotatif est typiquement soutenu par un ou plusieurs paliers, qui peuvent être, par exemple mais pas exclusivement, des paliers à roulement, à huile ou à gaz. La durée de vie de ces paliers est fortement conditionnée par les caractéristiques vibratoires de la machine tournante. Des imperfections de réalisation et autres effets parasites peuvent en effet générer des balourds et donc des vibrations radiales agissant sur les paliers. Il est donc courant d'utiliser des dispositifs pour au moins partiellement absorber ces vibrations. Ainsi, dans le fascicule de demande de brevet français avec le numéro de publication FR 3 013 760 Al, un dispositif a été divulgué comprenant une cage souple disposée entre une bague externe du palier et un support du palier.
Toutefois, dans une telle machine tournante, et notamment dans une machine tournante avec un arbre rotatif présentant un certain allongement, comme par exemple certaines turbomachines, on peut rencontrer des phénomènes de résonance en flexion et notamment les modes de résonance en flexion dits en rotation directe et en rotation inverse. Afin de permettre de traverser ces modes de résonance sans mettre en danger l'intégrité physique de la machine tournante, des dispositifs de suspension de palier à caractéristiques variables ont aussi déjà été proposés. Ainsi, par exemple, dans FR 2 864 995 et FR 2 955 615, deux dispositifs de suspension ont été divulgués avec des raideurs radiales variables. Un changement ponctuel de raideur radiale du dispositif de suspension d'un palier peut donc permettre de modifier transitoirement la réponse dynamique de la machine tournante pour éviter un mode de résonance. Néanmoins, ces dispositifs divulgués sont limités à uniquement deux raideurs radiales alternatives.
Objet et résumé de l'invention
La présente divulgation concerne un dispositif de suspension de palier avec une raideur variable de manière continue sur une grande plage de valeurs, dans le sens d'une augmentation de la raideur comme dans celui d'une diminution de celle-ci. Pour cela, suivant au moins un premier aspect, ce dispositif de suspension de palier peut comprendre un premier organe élastiquement flexible s'étendant en direction axiale, et un premier point d'appui, mobile en direction axiale, en contact radial avec le premier organe élastiquement flexible. Le dispositif de suspension de palier peut alors être configuré pour transmettre un effort radial par flexion du premier organe élastiquement flexible, entre le premier point d'appui et une première extrémité du premier organe élastiquement flexible.
Ainsi, dans ce dispositif de suspension de palier, le déplacement en direction axiale du point d'appui peut permettre d'augmenter ou diminuer graduellement le porte-à-faux axial entre le premier point d'appui et la première extrémité de ce premier organe élastiquement flexible, faisant ainsi varier sa raideur en réponse à l'effort radial transmis entre ceux-ci.
Suivant un deuxième aspect, afin de faciliter cet ajustement de la raideur radiale, même et surtout pendant la rotation d'un arbre rotatif suspendu dans un palier associé à ce dispositif de suspension de palier, celui-ci peut comprendre en outre un actionneur pour déplacer le premier point d'appui en direction axiale. Cet actionneur peut notamment être un vérin hydraulique, mais d'autres types d'actionneurs, notamment électriques ou pneumatiques, sont également envisageables.
Suivant un troisième aspect, le dispositif de suspension de palier peut comprendre en outre un deuxième organe élastiquement flexible s'étendant en direction axiale, et un deuxième point d'appui, mobile en direction axiale, en contact radial avec le deuxième organe élastiquement flexible. Le dispositif de suspension de palier peut alors être configuré pour transmettre l'effort radial aussi par flexion du deuxième organe élastiquement flexible, entre le deuxième point d'appui et une première extrémité du deuxième organe élastiquement flexible, et les premier et deuxième organes élastiquement flexibles être reliés par des deuxièmes extrémités respectives. Il est ainsi possible d'augmenter sensiblement la plage de valeurs sur laquelle la raideur radiale du dispositif de suspension de palier peut être faite varier, tout en gardant un encombrement limité, surtout en direction axiale. Les premier et deuxième points d'appui peuvent être formés sur un même élément mobile, qui peut notamment être annulaire afin de permettre un contact radial sur tout son périmètre.
Suivant un quatrième aspect, afin aussi de répartir sa charge sur son entier périmètre, le premier organe élastiquement flexible peut être tubulaire. Si le dispositif de suspension de palier comporte aussi un deuxième organe élastiquement flexible s'étendant en direction axiale, celui-ci peut également être tubulaire et coaxial.
Toutefois, alternativement, suivant un cinquième aspect, le premier organe élastiquement flexible peut comprendre une pluralité de languettes axiales, arrangées suivant une circonférence autour d'un axe central. Si le dispositif de suspension de palier comporte aussi un deuxième organe élastiquement flexible s'étendant en direction axiale, celui-ci peut également être comprendre une pluralité de languettes axiales, arrangées suivant une circonférence coaxiale. Il est également envisageable que l'un des premier et deuxième organes élastiquement flexibles soit tubulaire, et que l'autre comprenne une pluralité de languettes axiales, arrangées suivant une circonférence coaxiale.
La présente divulgation concerne également une machine tournante, notamment mais pas exclusivement une turbomachine, pouvant comporter un axe rotatif, un palier soutenant l'axe rotatif, un support de palier, et le dispositif de suspension de palier susmentionné, interposé entre le palier et le support de palier. Il est toutefois également envisageable d'interposer le dispositif de suspension de palier entre le palier et l'arbre rotatif.
La présente divulgation concerne aussi un procédé de variation de raideur radiale d'un dispositif de suspension de palier dans lequel un effort radial puisse être transmis par un moment de flexion à travers un premier organe élastiquement flexible, entre un premier point d'appui et une première extrémité du premier organe élastiquement flexible. Ce procédé peut notamment comprendre une étape de déplacement du premier point d'appui en direction axiale, afin de faire varier le porte-à-faux axial entre le premier point d'appui et la première extrémité du premier organe élastiquement flexible, et donc la raideur du dispositif de suspension de palier en réponse à une charge radiale.
Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une machine tournante pouvant incorporer un dispositif de suspension de palier, - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de suspension de palier suivant un premier mode de réalisation, interposé entre un palier et un support de palier, - la figure 3 est une vue en perspective du dispositif de suspension de palier de la figure 2, - la figure 4 est une vue en perspective d'un dispositif de suspension de palier suivant un mode de réalisation alternatif, et - les figures 5A et 5B illustrent schématiquement comment la raideur radiale des dispositifs de suspension de palier des figures 2 ou 4 peut être faite varier.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 illustre schématiquement une turbomachine 10 pouvant comprendre un dispositif de suspension de palier suivant la présente divulgation. On entend par « turbomachine », dans ce contexte, toute machine dans laquelle peut s'opérer un transfert d'énergie entre un écoulement de fluide et au moins un aubage, comme, par exemple, un compresseur, une pompe, une turbine, une hélice, ou bien une combinaison d'au moins deux de ceux-ci, et notamment un moteur à turbine à gaz. Dans l'exemple illustré, la turbomachine 10 est un tel moteur à turbine à gaz, plus spécifiquement un turboréacteur à double flux («turbofan» en anglais) comprenant une soufflante 11, un compresseur 12, une chambre de combustion 13, une première turbine 14, et une deuxième turbine 15, arrangés successivement dans le sens d'écoulement M de l'air et des gaz de combustion à travers celui-ci. Le dispositif de suspension de palier suivant la présente invention est toutefois aussi applicable sur d'autres types de moteurs à turbine à gaz, tels que les turboréacteurs à simple flux (« turbojets » en anglais), les turbopropulseurs, ou les turbomoteurs, ainsi que sur d'autres types de turbomachines et machines tournantes.
Dans la turbomachine 10, la soufflante 11 est couplée en rotation à la deuxième turbine 15, et le compresseur 12 à la première turbine 14 par, respectivement, des premier et deuxième arbres rotatifs coaxiaux 16, 17. Ces arbres rotatifs coaxiaux 16, 17 sont soutenus dans un carter 19 de la turbomachine 10 par des paliers 18 correspondants. Pour des raisons de rendement et de poids, l'allongement des arbres rotatifs 16, 17 entre paliers 18 peut être tel que, pendant le fonctionnement de la turbomachine 10, et avant qu'elle atteigne un régime maximal, l'un et/ou l'autre des premier et deuxième arbres rotatifs coaxiaux 16,17 atteigne au moins un premier mode de résonance en flexion en rotation directe et/ou en rotation inverse.
Afin de permettre au moins un passage transitoire à travers un régime correspondant à un tel mode de résonance de l'un ou l'autre des arbres rotatifs 16, 17, un dispositif de suspension 20 à raideur variable peut être interposé entre au moins un palier 18 et un support de palier 30, ou entre le palier 18 et l'arbre rotatif 16, 17. La variation de ia raideur du dispositif de suspension 20 peut alors permettre de modifier au moins transitoirement les modes de résonance de l'arbre rotatif 16, 17 de manière à empêcher leur coïncidence avec le régime momentané de ia turbomachine 10.
La figure 2 illustre schématiquement un mode de réalisation d'un tel dispositif de suspension 20 d'un palier 18 dans un support de palier 30. Ce dispositif de suspension 20 prend une forme annulaire, intercalée radialement entre une bague externe 18a du palier 18, qui peut être un palier à roulement, et le support de palier 30, qui peut être solidaire du carter 19 de la turbomachine 10.
Plus spécifiquement, le dispositif de suspension 20 peut être configuré comme une cage souple, avec un premier organe 21 élastiquement flexible s'étendant en direction axiale, c'est-à-dire, parallèlement à un axe central X du palier 18, d'une première extrémité 22 en contact radial avec le palier 18, et plus spécifiquement avec la bague externe 18a du palier 18, vers une deuxième extrémité 23, et un deuxième organe 24 élastiquement flexible s'étendant, aussi en direction axiale, d'une première extrémité 25 en contact radial avec le support de palier 30 vers une deuxième extrémité 26 connectée à la deuxième extrémité 23 du premier organe 21 élastiquement flexible. Ainsi, un effort radial F peut être transmis entre le palier 18 et le support de palier 30 par flexion des premier et deuxième organes 21, 24 élastiquement flexibles.
Afin de permettre une variation de la raideur radiale du dispositif de suspension 20, celui-ci peut comprendre un élément mobile 27 avec des points d'appui 28, 29 en contact radial avec, respectivement, les premier et deuxième organes 21, 24 élastiquement flexibles. Ainsi, l'effort radial F peut être transmis entre les premier et deuxième organes 21, 24 à travers cet élément mobile 27, déchargeant les premier et deuxième organes 21, 24 entre les points d'appui 28, 29 et leurs deuxièmes extrémités 23, 26 respectives. Le déplacement de l'élément mobile 27 en direction axiale permet ainsi de faire varier la raideur radiale du dispositif de suspension 20 en augmentant ou en diminuant les porte-à-faux sur lesquels l'effort radial F est transmis par flexion des premier et deuxième organes 21, entre leurs premières extrémités 22, 25 et les points d'appui 28, 29 respectifs.
Etant donnée la forme annulaire du dispositif de suspension 20, cet élément mobile 27 peut également être annulaire, comme illustré sur la figure 3. Pour actionner son déplacement en direction axiale, il peut être connecté à un actionneur 40, voire à une pluralité d'actionneurs 40 distribués sur une circonférence autour de l'axe central X du palier 18, comme illustré sur la figure 3. Chacun de ces actionneurs 40 peut notamment être un vérin hydraulique, pouvant être alimenté en liquide hydraulique à pression à travers un circuit hydraulique de la turbomachine 10, par exemple. Toutefois, d'autres types d'actionneurs, par exemple électriques ou pneumatiques, sont également envisageables. Quand une pluralité d'actionneurs 40 est connectée à l'élément mobile 27 pour assurer son déplacement en direction axiale, ils peuvent être couplés, par exemple par des moyens mécaniques, pour éviter un déplacement inégal de l'élément mobile 27.
En outre, chaque actionneur 40 peut être soutenu par le support de palier 30 à travers une connexion 50 apte à transmettre une force axiale, mais permettant un déplacement radial relatif, afin d'accommoder les pulsations radiales du palier 18. Comme dans l'exemple illustré, cette connexion peut prendre la forme d'une rotule, mais des formes alternatives sont également envisageables.
Comme illustré aussi sur la figure 2, chaque actionneur 40 peut être connecté à une unité de commande 60, connectée également à un capteur 70 pour capter une vitesse de rotation de l'arbre rotatif porté par ce palier 18. L'unité de commande 60, qui peut notamment être un calculateur électronique, peut être configurée ou programmée pour commander chaque actionneur 40 afin de déplacer l'élément mobile 27 en direction axiale, et faire varier ainsi la raideur radiale du dispositif de suspension 20, en particulier à l'approche d'une vitesse de rotation de l'arbre rotatif porté par le palier 18 ayant été identifiée, par des calculs et/ou des essais préalables, comme correspondant à un mode de résonance de l'arbre rotatif 16, 17, et éventuellement stockée dans une mémoire de l'unité de commande 60.
Comme illustré sur la figure 3, les premier et deuxième organes 21, 24 élastiquement flexibles peuvent être tubulaires. Dans ce cas, les points d'appui 28, 29 peuvent former des circonférences coaxiales autour de l'axe central X. Il est toutefois également envisageable qu'au moins un des premier et deuxième organes 21, 24 élastiquement flexibles, ou bien les deux, comme illustré sur la figure 4, comprenne une pluralité de languettes axiales 21L, 24L, arrangées suivant une circonférence autour de l'axe central X, avec des ouvertures radiales entre elles. Dans ce cas, l'élément mobile 27 peut contacter les premier et deuxième organes 21, 24 sur au moins un point d'appui 28, 29 par languette axiale 21L, 24L.
Après avoir identifié, par des calculs et/ou des essais, les vitesses de rotation correspondant à des modes de résonance de l'arbre rotatif porté par le palier 18, ces vitesses de rotation peuvent être enregistrées dans une mémoire de l'unité de commande 60. Ainsi, en fonctionnement, lorsque la vitesse captée par le capteur 50 approche une telle vitesse de rotation stockée dans la mémoire de l'unité de commande 60 comme correspondant à un mode de résonance de l'arbre rotatif porté par le palier 18, l'unité de commande 60 peut commander une variation de la raideur radiale du dispositif de suspension 20 suivant l'un quelconque des modes de réalisation illustrés par l'actionnement, avec le ou les actionneurs 40, d'un déplacement de l'élément mobile TJ en direction axiale. Les points d'appui 28, 29 en contact radial avec les premier et deuxième organes 21, 24 se déplaçant alors en direction radiale avec l'élément mobile 27, comme illustré sur les figures 5A et 5B, les porte-à-faux sur lesquels l'effort radial F est transmis par flexion des premier et deuxième organes 21, entre leurs premières extrémités 22, 25 et les points d'appui 28, 29 respectifs, vont donc s'allonger ou raccourcir pour une raideur radiale, respectivement, inférieure ou supérieure. En faisant varier ainsi cette raideur, il est alors possible de modifier, au moins de manière transitoire, la réponse dynamique de l'arbre rotatif porté par le palier 18 pour éviter et/ou traverser le mode de résonance.
Bien que, dans chacun des modes de réalisation illustrés, le dispositif de suspension de palier comporte deux organes élastiquement flexibles coaxiaux, avec des points d'appuis mobiles correspondants, il est également envisageable de n'avoir qu'un seul organe élastiquement flexible s'étendant en direction axiale, avec un point d'appui mobile en direction axiale pour en ajuster la raideur radiale.
Par ailleurs, ces dispositifs de suspension de palier peuvent aussi être combinés avec un dispositif amortisseur, par exemple un amortisseur à couche mince d'huile interposé entre le dispositif de suspension de palier et le palier et/ou entre le dispositif de suspension de palier et le support de palier. Bien sûr, si le dispositif de suspension de palier était plutôt interposé entre le palier et l'arbre rotatif, le dispositif amortisseur pourrait être interposé entre le palier et le dispositif de suspension de palier et/ou entre le dispositif de suspension de palier et l'arbre rotatif. Alternativement, par exemple, le dispositif amortisseur pourrait être intégré dans le dispositif de suspension de palier, par exemple à l'intérieur de l'élément mobile présentant au moins un point d'appui en contact radial avec un organe élastiquement flexible.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif (20) de suspension de palier, comprenant : un premier organe (21) élastiquement flexible s'étendant en direction axiale ; et un premier point d'appui (28), mobile en direction axiale, en contact radial avec le premier organe (21) élastiquement flexible ; le dispositif de suspension de palier (20) étant configuré pour transmettre un effort radial (F) par flexion du premier organe (21) élastiquement flexible, entre le premier point d'appui (28) et une première extrémité (22) du premier organe (21) élastiquement flexible.
  2. 2. Dispositif (20) de suspension de palier suivant la revendication 1, comprenant en outre un actionneur (40) pour déplacer le premier point d'appui (28) en direction axiale.
  3. 3. Dispositif (20) de suspension de palier suivant la revendication 2, dans laquelle ledit actionneur (40) est un vérin hydraulique.
  4. 4. Dispositif (20) de suspension de palier suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre : un deuxième organe (24) élastiquement flexible s'étendant en direction axiale ; et un deuxième point d'appui (29), mobile en direction axiale, en contact radial avec le deuxième organe (24) élastiquement flexible ; le dispositif de suspension de palier étant configuré pour transmettre l'effort radial (F) aussi par flexion du deuxième organe (24) élastiquement flexible, entre le deuxième point d'appui (29) et une première extrémité (25) du deuxième organe (24) élastiquement flexible, et les premier et deuxième organes (21,24) élastiquement flexibles étant reliés par des deuxièmes extrémités (23,26) respectives.
  5. 5. Dispositif (20) de suspension de palier suivant la revendication 4, dans laquelle les premier et deuxième points d'appui (28,29) sont formés sur un même élément mobile (27).
  6. 6. Dispositif (20) de suspension de palier suivant la revendication 5, dans laquelle l'élément mobile (27) est annulaire.
  7. 7. Dispositif (20) de suspension de palier suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier organe (21) élastiquement flexible est tubulaire.
  8. 8. Dispositif (20) de suspension de palier suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le premier organe élastiquement flexible comprend une pluralité de languettes axiales (21L), arrangées suivant une circonférence autour d'un axe central (X).
  9. 9. Turbomachine (10) comportant : un arbre rotatif (16,17) ; un palier (18) soutenant l'axe rotatif (16,17) ; un support (30) de palier ; et le dispositif (20) de suspension de palier suivant l'une quelconque des revendications précédentes, interposé entre le palier (18) et le support (30) de palier.
  10. 10. Procédé de variation de raideur radiale d'un dispositif (20) de suspension de palier dans lequel un effort radial (F) est transmis par un moment de flexion à travers un premier organe (21) élastiquement flexible, entre un premier point d'appui (28) et une première extrémité (22) du premier organe (21) élastiquement flexible, le procédé comprenant une étape de déplacement du premier point d'appui (28) en direction axiale.
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