FR3088680A1 - Module de turbomachine equipe d'un systeme de regulation de temperature d'un film fluide d'amortissement et procede de regulation active de temperature d'un film d'amortissement des vibrations de la turbomachine - Google Patents

Module de turbomachine equipe d'un systeme de regulation de temperature d'un film fluide d'amortissement et procede de regulation active de temperature d'un film d'amortissement des vibrations de la turbomachine Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un module de turbomachine d'axe longitudinal X, comprenant : - un arbre rotatif (2) suivant au moins une vitesse de rotation autour de l'axe longitudinal X par rapport à une partie fixe (12) de la turbomachine et apte à générer des vibrations de la turbomachine, - un palier de guidage (10, 11) en rotation de l'arbre rotatif dans une enceinte (40) et qui comprend un film fluide d'amortissement emprisonné dans une chambre d'amortissement (20), - un système de régulation comprenant un capteur de température (70) relié à un dispositif électronique de commande (69) et adapté pour mesurer une température du fluide d'alimentation du film d'amortissement, Selon l'invention, le module de turbomachine comprend un premier système de distribution d'un premier fluide configuré pour alimenter la chambre d'amortissement depuis un premier réservoir (41) et à réacheminer le premier fluide de la chambre d'amortissement vers le premier réservoir, et le système de régulation est configuré pour réguler la température d'alimentation du premier film fluide d'amortissement lorsque la température mesurée est supérieure ou inférieure à une valeur de température de consigne pour une vitesse de rotation donnée de l'arbre rotatif (2).

Description

MODULE DE TURBOMACHINE EQUIPE D’UN SYSTEME DE REGULATION DE
TEMPERATURE D’UN FILM FLUIDE D’AMORTISSEMENT ET PROCEDE DE
REGULATION ACTIVE DE TEMPERATURE D’UN FILM D’AMORTISSEMENT DES
VIBRATIONS DE LA TURBOMACHINE
1. Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine des paliers de guidage d’un arbre rotatif d’une turbomachine et, plus précisément, un module de turbomachine équipé d’un système de régulation de la température d’un film fluide d’amortissement d’un palier de guidage. Elle vise également un procédé de régulation active d’une température du film fluide d’amortissement des vibrations d’une turbomachine.
2. Etat de la technique
Les turbomachines comprennent généralement des paliers de guidage permettant de guider un arbre rotatif de turbomachine par rapport à une partie fixe de la turbomachine. Ces paliers de guidage comprennent une bague intérieure et une bague extérieure enserrant des organes roulants, par exemple des rouleaux ou des billes. Classiquement, la bague extérieure est montée de manière solidaire sur une partie fixe de la turbomachine et la bague intérieure est montée de manière solidaire sur l’arbre rotatif de la turbomachine.
Certains paliers de guidage peuvent comprendre un film fluide d’amortissement emprisonné entre la bague extérieure du palier de guidage qui est bloquée en rotation, et la partie fixe de la turbomachine. Le film fluide d’amortissement est connu sous la désignation anglaise « squeeze film >> et permet d’améliorer la réponse dynamique de la turbomachine à un régime de fonctionnement donné. En particulier, le film fluide d’amortissement permet d’amortir les mouvements des arbres rotatifs et les vibrations de ces derniers transmises aux parties fixes de la turbomachine et à l’aéronef. Le film fluide d’amortissement permet également de diminuer, par son effet d’amortissement, les jeux entre les parties rotatives et fixes des différents organes de la turbomachine tels que chaque étage de compresseur et de turbine, et par conséquent, d’améliorer les performances de la turbomachine.
Cependant, le film fluide d’amortissement est alimenté par un circuit d’alimentation avec un fluide d’alimentation à une température imposée. Il s’agit généralement de la température du fluide de lubrification des éléments à lubrifier de la turbomachine. Le film fluide d’amortissement est délivré par une pompe d’alimentation qui délivre un fluide à une température d’alimentation qui est fonction du régime de la turbomachine. La pression du fluide dans le circuit d’alimentation dépend également du régime de la turbomachine.
La température d’alimentation évolue naturellement en fonction du régime de la turbomachine lors de son fonctionnement, c’est-à-dire avec aucun moyen de régulation active de la température. Or, les caractéristiques d’un film fluide d’amortissement dépendent de la température. Le film fluide d’amortissement peut être représenté par une viscance qui est représentative des efforts d’amortissement apportés par le film fluide d’amortissement. Par exemple, la température d’alimentation du film fluide d’amortissement est plus importante à haut régime (phase de décollage de l’aéronef) alors que la température du film fluide d’amortissement est faible à bas régime. La température du film fluide d’amortissement influe sur la viscance de celui-ci de sorte qu’à une température basse (par exemple de l’ordre de 90°C), le film fluide d’amortissement est très visqueux (par exemple de 5.104 kg/s) et à une température plus importante (par exemple 140°C), le film fluide d’amortissement est moins visqueux (par exemple 2,5.104 kg/s). En pratique, les films fluides d’amortissement sont optimisés pour amortir un mode d’ensemble vibratoire bien défini à une température donnée. Toutefois, étant donné que les propriétés d’amortissement du film fluide d’amortissement évoluent en fonction de la température d’alimentation qui elle-même évolue en fonction de la vitesse de rotation de la turbomachine, l’amortissement n’est pas optimal pour réduire les amplitudes de vibrations de la turbomachine sur tous ses modes d’ensemble (y compris ceux pour lequel le film fluide d’amortissement n’a pas été optimisé).
Par ailleurs, lorsque les vibrations des turbomachines atteignent et dépassent une valeur seuil de vibration prédéterminée, il est connu qu’un message d’alerte soit envoyé au pilote de l’aéronef pour que celui-ci prévoit d’immobiliser la turbomachine au sol de sorte à y installer un ou plusieurs nouveaux balourds d’équilibrage. Ces balourds d’équilibrage sont obtenus par la fixation de vis d’équilibrage par exemple sur le cône d’entrée de la soufflante dans le cas d’une turbosoufflante, ou des épingles ou clips sur les aubes de la turbine basse pression de sorte à diminuer les amplitudes de vibrations pour qu’elles soient en-dessous de la valeur seuil de vibration prédéterminée. Cette opération, qui nécessite l’intervention d’un opérateur, est longue et fastidieuse, ce qui implique un coût économique et une perte de temps.
3. Objectif de l’invention
La présente invention a comme objectif de fournir un système de régulation de la température d’alimentation d’un film fluide d’amortissement permettant de contrôler activement les vibrations de la turbomachine en fonctionnement, notamment en phase de vol, limitant ainsi un risque d’immobilisation de ce dernier au sol pour rééquilibrage en cas de vibrations trop élevées.
4. Exposé de l’invention
On parvient à cet objectif conformément à l’invention grâce à un module de turbomachine d’axe longitudinal X, comprenant :
- une enceinte de lubrification,
- un arbre rotatif suivant au moins une vitesse de rotation autour de l’axe longitudinal X par rapport à une partie fixe de la turbomachine et apte à générer des vibrations de la turbomachine,
- un palier de guidage en rotation de l’arbre rotatif monté dans l’enceinte de lubrification, le palier de guidage comprenant un film fluide d’amortissement emprisonné dans une chambre d’amortissement, la chambre d’amortissement étant délimitée radialement entre une bague extérieure du palier de guidage et un support de palier annulaire solidaire de la partie fixe de la turbomachine et axialement par des éléments d’étanchéité destinés à isoler la chambre d’amortissement de l’enceinte,
- un dispositif électronique de commande,
- un système de régulation comprenant un capteur de température qui est relié au dispositif électronique de commande et qui est adapté pour mesurer une température du fluide d’alimentation du film fluide d’amortissement, le module de turbomachine comprenant en outre un premier système de distribution d’un premier fluide configuré de manière à alimenter la chambre d’amortissement depuis un premier réservoir et à réacheminer le premier fluide de la chambre d’amortissement vers le premier réservoir, et en ce que le système de régulation est configuré de manière à réguler la température d’alimentation du premier fluide lorsque la température mesurée est supérieure ou inférieure à une valeur de température de consigne pour une vitesse de rotation donnée de l’arbre rotatif.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, l’amortissement est maîtrisé sur l’ensemble des modes vibratoires situés dans une plage de fonctionnement de manière à optimiser la réponse dynamique de la turbomachine. En ajustant la température du fluide destiné à alimenter le film fluide d’amortissement, il est possible de définir l’amortissement nécessaire et optimal pour amortir correctement les différents modes vibratoires et en fonction de la vitesse de rotation de l’arbre rotatif. Une telle configuration permet de réguler la viscance du film fluide d’amortissement avec un facteur supérieur à trois sur la viscosité dynamique et sur une plage de température comprise par exemple entre 70°C et 150°C. De même, en proposant un circuit complètement dédié à la circulation du fluide film d’amortissement et des éléments d’étanchéité par rapport à l’enceinte, la montée en température de celui-ci est limitée et le film fluide d’amortissement « perdu » est récupéré pour régulation de sa température.
Enfin, nous obtenons un gain sur la durée de vie des organes de la turbomachine.
Suivant une caractéristique, le système de régulation de la température est à l’extérieur de l’enceinte. De la sorte, l’enceinte n’est pas encombrée et il n’est pas nécessaire non plus d’apporter de nombreuses modifications au sein même de l’enceinte.
Selon une caractéristique de l’invention, le module comprend un deuxième système de distribution d’un deuxième fluide configuré de manière à alimenter l’enceinte depuis un deuxième réservoir et à réacheminer le deuxième fluide de l’enceinte vers le deuxième réservoir, le deuxième système de distribution étant indépendant du premier système de distribution de fluide. Une telle configuration permet de mieux maîtriser la température du fluide destiné à alimenter le film fluide d’amortissement et de celle du deuxième fluide destiné à lubrifier d’autres organes de la turbomachine.
Suivant une autre caractéristique, le système de régulation comprend un circuit de régulation relié, d’une part au deuxième réservoir dans lequel est stocké le deuxième fluide à une première température, et d’autre part au premier système de distribution alimenté par le premier réservoir dans lequel le premier fluide est stocké à une deuxième température, la deuxième température étant supérieure à la première température et le dispositif électronique de commande autorisant ou interdisant la circulation du deuxième fluide dans le circuit de régulation vers le premier système de distribution en fonction de la température mesurée. De la sorte, la modulation thermique du film fluide d’amortissement est réalisée par une commande du deuxième fluide stocké dans un réservoir destiné à alimenter d’autres organes de la turbomachine qui est à une température supérieure à celle du premier fluide pour le film fluide d’amortissement.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier système de distribution comprend un premier circuit d’alimentation en fluide sous pression du film fluide d’amortissement dans la chambre d’amortissement qui est relié au premier réservoir, et un premier circuit de récupération du fluide emprisonné dans la chambre d’amortissement qui est relié au premier réservoir, une première pompe d’alimentation étant montée sur le premier circuit d’alimentation.
Suivant une autre caractéristique de l’invention, le deuxième système de distribution comprend un deuxième circuit d’alimentation en fluide sous pression de l’enceinte de lubrification relié au deuxième réservoir et un deuxième circuit de récupération du fluide de l’enceinte relié au deuxième réservoir, une deuxième pompe d’alimentation étant montée sur le deuxième circuit d’alimentation.
Suivant un mode de réalisation, les éléments d’étanchéité comprennent un premier et un deuxième segment annulaire amont, et au moins un segment annulaire aval délimitant axialement la chambre d’amortissement, le deuxième segment amont étant placés axialement à l’extérieur du premier segment amont. L’agencement de ces éléments d’étanchéité permet d’optimiser l’étanchéité et un gain axial de la chambre d’amortissement. Dans ce mode de réalisation, le segment annulaire aval et le deuxième segment annulaire amont sont parfaitement étanches, alors que le premier segment annulaire amont permet d’assurer une fuite minimale via une ou plusieurs encoches par exemple, afin d’évacuer les calories et de limiter l’élévation de température au sein du film fluide d’amortissement, cette élévation étant générée par les efforts d’amortissement du film fluide d’amortissement.
Suivant une autre caractéristique, la chambre d’amortissement est complètement fermée de sorte qu’il n’y ait pas de perte ou fuite du film fluide d’amortissement dans l’enceinte.
Suivant un autre mode de réalisation, les éléments d’étanchéité comprennent un premier et un deuxième segments annulaires amont, et un premier et un deuxième segments annulaires aval délimitant axialement la chambre d’amortissement, les deuxièmes segments amont et aval étant placé axialement à l’extérieur des premiers segments amont et aval. Une telle configuration permet d’empêcher au fluide film d’amortissement de se mélanger au reste du fluide circulant dans l’enceinte dans laquelle sont logés des paliers de guidage en rotation et d’autres organes à lubrifier. La chambre d’amortissement est complètement fermée et il n’y a donc pas de perte ou fuite du film fluide d’amortissement dans l’enceinte. Dans ce mode de réalisation, le deuxième segment annulaire aval et le deuxième segment annulaire amont sont parfaitement étanches, alors que le premier segment annulaire amont et le premier segment annulaire aval permettent d’assurer une fuite minimale via une ou plusieurs encoches par exemple, afin d’évacuer les calories et de limiter l’élévation de température au sein du film fluide d’amortissement, cette élévation de température étant générée par les efforts d’amortissement du film fluide d’amortissement.
Suivant un autre mode de réalisation, le support de palier comprend au moins un orifice d’évacuation en communication fluidique avec le premier circuit de récupération et débouchant dans la chambre d’amortissement, les premier et deuxième segments amont étant respectivement agencés de part et d’autre de l’orifice d’évacuation. De la sorte, l’évacuation du film fluide d’amortissement est possible après le passage d’un segment mais est bloqué au niveau du segment placé à l’extérieur du premier segment et l’évacuation à travers le palier de support est facilitée par l’effet centrifuge.
Suivant un autre mode de réalisation, le support de palier comprend deux orifices d’évacuation en communication fluidique chacun avec le premier circuit de récupération et débouchant dans la chambre d’amortissement, chaque premier et deuxième segments amont et chaque premier et deuxième segments aval étant respectivement agencés de part et d’autre d’un des deux orifices d’évacuation. L’évacuation du film fluide d’amortissement bénéficie des effets centrifuges et est plus rapide.
Suivant une autre caractéristique, le support de palier comprend un orifice d’alimentation en communication fluidique avec le premier circuit d’alimentation de fluide et débouchant dans la chambre d’amortissement.
Suivant une autre caractéristique, la partie fixe comprend un conduit d’alimentation relié au premier circuit d’alimentation et débouchant dans l’orifice d’alimentation.
Suivant une autre caractéristique, le module de turbomachine comprend un premier échangeur de chaleur monté sur le premier circuit de récupération de fluide, le premier échangeur de chaleur étant agencé entre la chambre d’amortissement et le premier réservoir. Cela permet de ramener le fluide du film fluide d’amortissement à une température de stockage adéquate.
Suivant une autre caractéristique de l’invention, le système de régulation comprend une troisième pompe d’alimentation montée sur le circuit de régulation et un conduit de dérivation qui est relié en amont et en aval de la troisième pompe d’alimentation, le conduit de dérivation étant équipé d’un premier organe de régulation relié au dispositif électronique de commande. Avec cet agencement, nous parvenons à un mélange optimal de fluides ayant différentes températures pour parvenir à la température de consigne. La modulation thermique est ainsi réalisée en utilisant le fluide du deuxième réservoir destiné à alimenter d’autres organes de la turbomachine.
Suivant encore une autre caractéristique, le module de turbomachine comprend un conduit reliant le premier réservoir et le deuxième réservoir, un deuxième organe de régulation étant monté sur ledit conduit.
De manière avantageuse, mais non limitativement, le premier échangeur de chaleur est un échangeur huile/air, un échangeur huile/carburant ou une combinaison des deux.
Suivant une autre caractéristique de l’invention, le premier circuit d’alimentation et le premier circuit de récupération forment un circuit fermé.
Suivant encore une autre caractéristique, une pompe d’alimentation est montée sur le deuxième circuit de récupération.
L’invention concerne également une turbomachine comprenant un module de turbomachine présentant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
L’invention concerne également un procédé de régulation active de température d’un film fluide d’amortissement des vibrations d’une turbomachine d’axe longitudinal X lors de la rotation d’un arbre rotatif de turbomachine, l’arbre rotatif étant guidé en rotation autour de l’axe longitudinal X par au moins un palier de guidage et par rapport à une partie fixe de la turbomachine, le palier de guidage comprenant un film fluide d’amortissement emprisonné dans une chambre d’amortissement annulaire située entre une bague extérieure du palier de guidage et la partie fixe de la turbomachine et axialement par des éléments d’étanchéité destinés à isoler la chambre d’amortissement de l’enceinte, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- une circulation d’un premier fluide destiné à être emprisonné dans une chambre d’amortissement dans un premier système de distribution du premier fluide entre la chambre d’amortissement et un premier réservoir,
- une mesure d’une vitesse de rotation de l’arbre rotatif,
- une mesure d’une température du premier fluide d’alimentation du film d’amortissement,
- une régulation active de la température du premier fluide d’alimentation du film fluide d’amortissement du palier de guidage lorsque la température du premier fluide mesurée est supérieure ou inférieure à une valeur de température de consigne pour une vitesse de rotation de l’arbre rotatif.
Suivant ce procédé, l’étape de régulation de la température d’alimentation du film fluide d’amortissement comprend une commande d’un organe de régulation d’un débit d’un deuxième fluide circulant d’un deuxième réservoir dans lequel est stocké le deuxième fluide à une première température vers le premier système de distribution alimenté par le premier réservoir dans lequel le premier fluide est stocké à une deuxième température, la deuxième température étant supérieure à la première température et la commande de régulation étant fonction de la température mesurée et de la vitesse de rotation mesurée.
Suivant encore ce procédé, la turbomachine comprend au moins un palier de guidage en amont, au moins un palier de guidage en aval de l’arbre rotatif, et au moins capteur de température mesurant respectivement la température du premier fluide destiné à alimenter la chambre d’amortissement du palier de guidage amont et du palier de guidage aval, et l’étape de régulation de la température d’alimentation du palier de guidage en amont étant indépendante de l’étape de régulation de la température du palier de guidage en aval.
5. Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
La figure 1 représente schématiquement en coupe axiale et partielle, un exemple de turbomachine double flux à laquelle s’applique l’invention ;
La figure 2 illustre de manière schématique un exemple de palier de guidage en rotation monté sur un arbre rotatif de la turbomachine ;
La figure 3 est une vue en coupe radiale et partielle d’un palier de guidage avec un film fluide d’amortissement dans une chambre d’amortissement délimitée axialement par des éléments d’étanchéités à double segments annulaires selon l’invention ;
La figure 4 est une vue en coupe radiale et partielle d’un autre mode de réalisation d’un palier de guidage avec un film fluide d’amortissement dans une chambre d’amortissement délimitée axialement par des éléments d’étanchéité à trois segments d’étanchéité annulaires selon l’invention ;
Les figures 5a et 5b illustrent en perspective des exemples de réalisation de segments annulaires d’étanchéité destinés à être agencés dans la chambre d’amortissement d’un palier de guidage en rotation selon l’invention ;
La figure 6 représente schématiquement des systèmes de distribution de fluide dans une turbomachine et un système de régulation de la température alimentant le système de distribution dédié à alimentation d’un film fluide d’amortissement d’un ou de plusieurs paliers de guidage d’un arbre rotatif selon l’invention ; et
La figure 7 illustre un diagramme qui montre une régulation des niveaux vibratoires en fonction de la température d’alimentation du fluide film d’amortissement.
6. Description de modes de réalisation de l’invention
Une turbomachine comprend de manière classique un arbre rotatif qui est guidé en rotation via un ou plusieurs paliers de guidage par rapport à une partie fixe de la turbomachine.
L’arbre rotatif peut être un arbre basse pression d’une turbomachine double flux d’axe longitudinal X telle que représentée sur la figure 1. L’arbre rotatif peut être également un arbre haute pression ou encore tout arbre entraîné en rotation à l’aide d’un palier de guidage au sein de la turbomachine. Il est entendu que l’invention n’est pas limitée à une turbomachine double flux. Cette dernière est destinée à être montée sur un aéronef. En référence à la figure 1, l’arbre basse pression 2 entraîne par exemple une soufflante 3 disposée en amont de la turbomachine. La turbomachine 1 comprend en aval de la soufflante et successivement, un ensemble de compresseur 4, une chambre de combustion 5 et un ensemble de turbine 6 qui forment un générateur de gaz. Dans la présente invention, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation des gaz dans la turbomachine et ici suivant l’axe longitudinal X. L'arbre basse pression 2 relie un compresseur basse pression de l’ensemble de compresseur et une turbine basse pression de l’ensemble de turbine pour former un corps basse pression. La turbomachine 1 peut comprendre également un corps haute pression qui comprend un compresseur haute pression de l’ensemble de compresseur reliant une turbine haute pression de l’ensemble de turbine via un arbre haute pression.
L’arbre rotatif, ici l’arbre basse pression 2, est centré sur l’axe longitudinal X. L’arbre basse pression 2 est guidé à son extrémité amont par un palier de guidage 10 amont et à son extrémité aval par un palier de guidage 11 aval. Les paliers de guidage 10, 11 sont chacun logés dans une enceinte d’un carter fixe 12 par rapport auquel l’arbre basse pression 2 tourne.
Chaque palier 10, 11, tel que représenté sur la figure 2, comprend une bague intérieure 13 annulaire montée sur l’arbre rotatif (arbre basse pression 2) et une bague extérieure 14 annulaire montée sur leur carter fixe 12 respectif. Dans cet exemple, la bague extérieure 14 est fixée sur le carter fixe 12 à l’aide d’un dispositif anti-rotation 15 pour la bloquer en rotation par rapport au carter fixe 12. Le dispositif anti-rotation 15 est formé d’une entretoise radiale qui vient se loger, d’une part dans une encoche de la bague extérieure 14 qui s’ouvre sur l’extérieur, et d’autre part dans un trou (non représenté) du carter fixe 12. Dans la présente invention, le terme « radial » est défini par rapport à un axe radial R perpendiculaire à l’axe longitudinal X. De même, la bague intérieure 13 des paliers est frettée sur l'arbre basse pression 2 de manière à empêcher toute translation et toute rotation de la bague intérieure 13 du palier par rapport à l'arbre basse pression. Entre les bagues intérieure et extérieure 13, 14 sont agencés des éléments roulants 16 tels que des rouleaux ou des billes. Les bagues intérieure et extérieure 13, 14 comprennent des surfaces internes 17, 18 qui forment des pistes internes aux éléments roulants 16.
En référence à la figure 2, les paliers 10, 11 sont équipés chacun d’un film fluide d’amortissement 19 qui est emprisonné entre la bague extérieure 14 et le carter fixe 12. Ce film fluide d’amortissement 19 permet de limiter ou réguler les vibrations de la turbomachine 1 en fonctionnement. En effet, la turbomachine est connue pour vibrer selon au moins un mode vibratoire donné lors de la rotation d’un ou de plusieur(s) arbre(s) rotatif(s). Ces vibrations sont dues aux défauts d’équilibrage dans la turbomachine et des balourds générés en conséquence de ces défauts d’équilibrage. L’amplitude des vibrations de chaque mode vibratoire varie en fonction du régime de la turbomachine, ici de la vitesse de rotation de l’arbre rotatif. Le film fluide d’amortissement 19 est prévu pour occuper une chambre d’amortissement 20 annulaire. Cette dernière est située radialement entre la bague extérieure 14 du palier de guidage et la partie fixe (carter fixe 12) de la turbomachine.
En particulier, comme cela est visible plus précisément sur la figure 3, chaque palier 10, 11 comprend un support de palier 23 annulaire qui est solidarisé au carter fixe 12. Le support de palier 23 forme une bague radialement externe de film fluide d’amortissement alors que la bague intérieure 13 forme une bague radialement interne de film fluide d’amortissement.
Chaque chambre d’amortissement 20 annulaire est délimitée radialement par la bague radialement externe et la bague radialement interne. En particulier, la chambre d’amortissement 20 est formée d’une surface radialement interne 21 et d’une surface radialement externe 22 qui sont espacées radialement l’une de l’autre. La surface radialement interne 21 est portée par la bague extérieure 14 (bague radialement interne) tandis que la surface radialement externe 22 est portée par le support de palier 23 (bague radialement externe) solidarisé au carter fixe 12.
Chaque chambre d’amortissement 20 est également délimitée axialement par des éléments d’étanchéité 24 qui empêchent les fuites de fluide film d’amortissement vers l’extérieur du palier de guidage. Dans la présente invention, les termes « axial » et « axialement » sont définis par rapport à l’axe longitudinal X.
Dans le présent exemple, la chambre d’amortissement 20 est continue. Autrement dit, la chambre d’amortissement 20 ne comprend pas de moyen de séparation formant des secteurs de chambre d’amortissement indépendants.
Sur la figure 3 est représenté un premier mode de réalisation de la bague extérieure et du support de palier 23 solidaire du carter fixe 12 en relation avec les éléments d’étanchéité 24. Dans cet exemple, les éléments d’étanchéités 24 comprennent un premier segment 25a amont annulaire et un premier segment 25b aval annulaire qui s’étendent radialement dans la chambre d’amortissement 20. Les segments s’étendent radialement entre la bague extérieure 14 et le support de palier 23. La bague extérieure 14 comprend des premières gorges 26 annulaires destinées à loger au moins en partie chacune un premier segment 25a, 25b. Chaque première gorge 26 est formée au niveau de la surface radialement interne 21 de la bague extérieure 14 du palier de guidage 10, 11. Les premières gorges 26 sont disposées à distance l’une de l’autre.
En référence à la figure 5a, chaque premier segment 25a et 25b amont et aval est fendu. Ceux-ci comprennent chacun une ouverture 27 qui forment des extrémités 28 en regard l’une de l’autre. Chaque extrémité 28 est définie dans un plan qui est parallèle à un plan RX. Le plan RX est formé des axes longitudinal X et radial R. Suivant une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 5b, chaque premier segment 25a, 25b est fendu et est du type à baïonnette. En particulier, chaque extrémité 28 comprend dans cet exemple une langue 30 s’étendant suivant une direction circonférentielle (axe transversal T). L’axe transversal T est perpendiculaire aux axes longitudinal X et radial R. Les deux langues 30 présentent chacune une surface destinée à être en appui l’une contre l’autre et une surface opposée axialement qui est affleurante avec un côté 31 du segment. Dans cet exemple également, chaque premier segment 25a, 25b comprend une surface radiale externe 32 qui est pourvue d’encoches 33. Ces dernières sont régulièrement réparties autour de l’axe du segment (parallèle à l’axe longitudinal X en situation d’installation).
Dans cet exemple de réalisation, les encoches 33 permettent d’évacuer la puissance dissipée par amortissement dans le film fluide d’amortissement.
Les éléments d’étanchéité 24 comprennent également un deuxième segment 34a amont annulaire et un deuxième segment 34b aval annulaire qui s’étendent chacun radialement dans la chambre d’amortissement 20. Les deuxièmes segments s’étendant également radialement entre la bague extérieure 14 et le support de palier 23. Ces deuxièmes segments 34a, 34b ne sont pas fendus comme les premier segments. La bague extérieure 14 comprend également des deuxièmes gorges 35 annulaires destinées à loger au moins en partie les deuxièmes segments amont et aval 34a, 34b. Les deuxièmes gorges 35 sont également formées dans la surface radialement interne 21. Comme cela et illustré sur la figure 3, les deuxièmes segments 34a, 34b sont placés axialement à l’extérieur des premier segments amont et aval 25a, 25b. En d’autres termes, les deuxièmes gorges 36 sont agencées axialement à l’extérieur des premières gorges 26. De la sorte, la chambre d’amortissement 20 est complètement étanche et empêche les fuites du film fluide d’amortissement dans l’enceinte 40.
La figure 4 illustre un autre mode de réalisation des paliers de guidages, et notamment de la bague extérieure et du support de palier 23 solidaire du carter fixe 12. Ceux-ci comprennent également des éléments d’étanchéité 24 destinés à délimiter axialement la chambre d’amortissement 20 destinée à recueillir un film fluide d’amortissement 19. Les éléments décrits précédemment pour l’exemple de palier illustré sur la figure 3 sont désignés dans la suite de cette description par les mêmes références numériques. En particulier, dans cet exemple de réalisation, les éléments d’étanchéité 24 comprennent trois segments annulaires. L’exemple de palier représenté comprend un seul premier segment 25 amont logé dans une première gorge 26 annulaire et deux deuxièmes segments 34a, 34b annulaires logés chacun dans une deuxième gorge 35 annulaire. Les deuxièmes segments 34a, 34b sont placés de part et d’autre du premier segment 25 (suivant l’axe X). Le deuxième segment 34a amont est axialement à l’extérieur du premier segment 25. Le premier segment 25, bien que placé à distance des deuxièmes segments, est plus proche du deuxième segment 34a amont.
En référence à la figure 6, la turbomachine 1 est équipée de systèmes de distribution de fluide et d’un système de régulation d’au moins de la température de ce fluide. En particulier, la turbomachine 1 comprend un premier système de distribution 36 de fluide dédié uniquement à la circulation d’un premier fluide destiné à alimenter le film fluide d’amortissement du palier de guidage et un deuxième système de distribution 37 dédié à la circulation d’un deuxième fluide pour l’enceinte 40 dans lequel est logé au moins un palier 10, 11. De manière avantageuse, mais non limitativement, le premier fluide, ainsi que le deuxième fluide sont une huile.
Le premier système de distribution 36 est configuré de manière à alimenter la chambre d’amortissement 20 depuis un premier réservoir 41 dans lequel est stocké le premier fluide, ici de l’huile, et à réacheminer ce premier fluide de la chambre d’amortissement 20 vers le premier réservoir 41.
Le deuxième système de distribution 37 est configuré de manière à alimenter l’enceinte 40 depuis un deuxième réservoir 42 dans lequel est stocké le deuxième fluide et à réacheminer le deuxième fluide de l’enceinte 40 vers le deuxième réservoir 42. Les premier et deuxième systèmes de distribution sont indépendants.
Le premier système de distribution 36 comprend un premier circuit d’alimentation 43 destiné à alimenter le film fluide d’amortissement sous pression dans les paliers de guidage de la turbomachine. La turbomachine comprend plusieurs paliers de guidage qui sont placés par exemple en amont et/ou en aval de l’arbre rotatif. Pour cela, le premier circuit d’alimentation 43 est relié, d’une part au premier réservoir 41 monté dans la turbomachine 1, et d’autre part à au moins un palier de guidage 10, 11. Une première extrémité 44 du premier circuit 43 est connectée au fond du réservoir 41. Ce dernier est fermé. Le premier réservoir 41 comprend également un volume d’air qui est stocké audessus du volume d’huile. Le premier circuit comprend une deuxième extrémité 45 qui est reliée à la chambre d’amortissement 20.
En référence aux figures 3, 4 et 6, le carter fixe 12 comprend une patte 46 dans laquelle est formé un conduit d’alimentation 47 qui est couplé à la chambre d’amortissement 20 destinée à contenir le film fluide d’amortissement. La patte 46 est solidaire du support de palier 23. La patte 46 présente une surface radiale interne 48 qui est tournée vers le support de palier 23. Comme cela est illustré sur les figures 3 et 4 en particulier, la patte 46 comprend une première gorge 49 annulaire qui est formée dans la surface radiale interne 48. Le conduit d’alimentation 47 débouche dans cette première gorge 49. Cette dernière est agencée en regard d’un orifice d’alimentation 50 formé dans le support de palier 23. L’orifice d’alimentation 50 s’étend radialement et traverse la paroi du support de palier 23 de part et d’autre. L’orifice d’alimentation 50 débouche également dans la chambre d’amortissement 20. Dans cet exemple de réalisation, la bague externe 14 (bague radialement interne de film fluide d’amortissement) comprend une rainure 51 formée dans la surface radialement interne 21 et qui présente une ouverture débouchant dans la surface radialement interne 21. La rainure 51 s’étend suivant l’axe radial et est disposée en regard de l’orifice d’alimentation 50. Cette rainure 51 peut être disposée au milieu de la longueur axiale de la chambre d’amortissement ou décentrée par rapport à celle-ci.
Le premier système de distribution 36 comprend également une première pompe d’alimentation 52 qui est montée sur le premier circuit d’alimentation 43 de manière à délivrer le fluide du film fluide d’amortissement sous pression. La première pompe d’alimentation 52 pompe le fluide depuis le premier réservoir 41 jusqu’au conduit d’alimentation 47 du film fluide d’amortissement. La pompe d’alimentation 52 est dans cet exemple une pompe volumétrique. Cette pompe 52 est dédiée uniquement à l’alimentation des paliers 10, 11. La turbomachine comprend alors dans ce cas une ou d’autres pompe(s) destinée(s) à l’alimentation d’autres éléments à lubrifier de la turbomachine.
Le premier système de distribution 36 est complété en outre par un premier circuit de récupération 53 du fluide film d’amortissement emprisonné dans la chambre d’amortissement 20. Ce premier circuit de récupération 53 est relié d’une part, au premier réservoir 41 et d’autre part, à la chambre d’amortissement 20. En d’autres termes, le premier circuit de récupération 53 et le premier circuit d’alimentation 43 forment un circuit fermé. Sur les figures 3 et 4, la patte 46 comprend au moins un conduit d’évacuation 54 qui débouche dans une deuxième gorge 55 formée dans la surface radiale interne 48. La deuxième gorge 55 est ouverte et son ouverture est orientée vers le support de palier 23.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, il y a deux conduits d’évacuation 54 qui débouchent chacun dans une deuxième gorge 55. Le palier de support 23 comprend des orifices d’évacuation 56 qui s’étendent radialement et de part et d’autre de la paroi du support de palier 23. Les orifices d’évacuation 46 représentés ici sont au nombre de deux, soit un orifice d’évacuation 56a amont et un orifice d’évacuation 56b aval. Les deuxièmes gorges 55 débouchent chacun dans un orifice d’évacuation 56a, 56b. Chaque orifice d’évacuation 56a, 56b débouche également dans la chambre d’amortissement 20. Dans cet exemple de réalisation, les premier et deuxième segments 25a, 34a, amont sont respectivement agencés axialement de part et d’autre d’un orifice d’évacuation (en l’occurrence l’orifice d’évacuation 56a amont). De même, les premier et deuxième segments 25b, 34b aval sont respectivement agencés de part et d’autre d’un orifice d’évacuation (en l’occurrence l’orifice d’évacuation 56b aval). De la sorte, le film fluide d’amortissement dans la chambre d’amortissement 20 peut passer les premiers segments 25a, 25b pour être évacué via les orifices d’évacuation 56a, 56b mais ne peut pas s’échapper de la chambre d’amortissement 20 vers l’enceinte 40 grâce aux deuxièmes segments d’étanchéité 34a, 34b. Nous comprenons que les premiers segments 25a, 25b ne sont pas « étanches >>. Plus précisément encore, les deuxième segments 34a, 34b sont parfaitement étanches, alors que les premiers segments 25a, 25b permettent d’assurer une fuite minimale (via la ou plusieurs encoches 33 telle(s) qu’illustrée(s) sur la 5b) afin d’évacuer les calories et de limiter l’élévation de température au sein du film fluide d’amortissement. L’élévation de température est générée par les efforts d’amortissement du film fluide d’amortissement. De même, l’huile qui est habituellement « perdue » dans l’enceinte à la sortie de la chambre d’amortissement 20, et qui est plus « froide » que celle dans l’enceinte, est récupérée afin d’optimiser le fonctionnement du film fluide d’amortissement et d’amortir les modes vibratoires de manière optimale.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, le support de palier 23 ne comprend qu’un unique orifice d’évacuation 56 qui débouche d’une part, dans la chambre d’amortissement 20 et d’autre part, dans une deuxième gorge 55 laquelle s’ouvre dans un conduit d’évacuation 54. Il n’y a également qu’un seul conduit d’évacuation 54. Le premier segment 25 et le deuxième segment 34a amont sont respectivement agencés axialement de part et d’autre de l’orifice d’évacuation 56. Le deuxième segment 34b aval est quant à lui disposé axialement en aval de l’orifice d’alimentation 50. Le deuxième segment 34b est à proximité de l’orifice d’alimentation 50. Ceci permet que le fluide soit dirigé vers le segment d’étanchéité 25 amont qui n’est pas étanche et d’être évacué via l’orifice d’évacuation 56. Avoir un seul premier segment d’étanchéité amont (soit trois segments), permet un gain en encombrement axial et simplifie l’évacuation qui est alors mieux maîtrisée. L’évacuation est réalisée d’un seul côté de la chambre d’amortissement 20. L’évacuation est par ailleurs facilitée par l’effet centrifuge s’appliquant sur le support de palier 23.
En référence à la figure 6, un premier échangeur de chaleur 60 est disposé sur le premier circuit de récupération 53. Le premier échangeur de chaleur 60 est dans le présent exemple agencé entre le palier de guidage 10, 11 et le premier réservoir 41. Avantageusement, le premier échangeur 60 est installé à l’extérieur de l’enceinte 40 de manière à ne pas l’encombrer. L’échangeur de chaleur 60 permet de refroidir le film fluide d’amortissement évacué de la chambre d’amortissement 20 avant d’être à nouveau stocké dans le premier réservoir 41. L’huile qui est stockée dans le premier réservoir 41 est maintenue à une température qui est comprise entre 70°C et 145°C. En sortie de la chambre d’amortissement la température du fluide augmente, mais très peu, car le film fluide d’amortissement ne génère pas beaucoup de chaleur. La température de l’huile peut être augmentée d’environ 10°C et l’échangeur de chaleur 60 permet de refroidir l’huile le traversant au maximum.
Le deuxième système de distribution 37 comprend un deuxième circuit d’alimentation 61 en fluide sous pression de l’enceinte 40. Ce deuxième circuit 61 permet également d’acheminer et d’alimenter en fluide les autres éléments de la turbomachine qui ont besoin d’être lubrifier afin d’assurer leurs bons fonctionnements et celui de la turbomachine. Le deuxième circuit d’alimentation 61 est relié d’une part, à l’enceinte 40 et d’autre part, au deuxième réservoir 42 (réservoir principal de fluide de la turbomachine).
Comme pour le premier réservoir 41, le deuxième réservoir 42 est fermé. Celui-ci comprend un volume d’air qui est stocké au-dessus du volume d’huile. Le deuxième système de distribution comprend une deuxième pompe d’alimentation 62 qui est agencée sur le deuxième circuit de distribution 61. Cette pompe d’alimentation 62 (qui est une pompe principale) est destinée à faciliter l’acheminement de l’huile vers les autres éléments à lubrifier (non représentés) de la turbomachine 1. Ces éléments à lubrifier ainsi que les paliers sont logés dans des enceintes de lubrification, telles que l’enceinte 40, formées dans le carter fixe 12. La pompe d’alimentation 62 comprend une pompe volumétrique dont la pression est fonction de la vitesse de rotation de l’arbre rotatif. Plus la pompe volumétrique tourne vite plus celle-ci envoie un débit d’huile et augmente la pression de refoulement.
Le deuxième système 37 comprend en outre un deuxième circuit de récupération 63 du fluide de l’enceinte 40. Le deuxième circuit 63 est relié d’une part, à l’enceinte 40 et d’autre part, au deuxième réservoir 42. Pour favoriser la récupération du fluide, une pompe de récupération 64 est disposée sur le deuxième circuit de récupération 63 et aspire l’huile de l’enceinte 40 pour la transférer vers le deuxième réservoir 42. L’huile qui est stockée dans le deuxième réservoir 42 présente une température qui est comprise entre 150°C et 180°C. Le deuxième réservoir 42 est ainsi un réservoir d’huile chaude. Bien entendu, il s’agit là d’exemples de températures. Il est entendu que la température du deuxième fluide dans le deuxième réservoir 42 est supérieure à la température du premier fluide stocké dans le premier réservoir 41. Afin de diminuer la température de l’huile destinée à être distribuée dans l’enceinte 40, un deuxième échangeur de chaleur 65 est monté sur le circuit d’alimentation 61. En effet, en sortie de l’enceinte, l’huile est chauffée notamment par la puissance dissipée par les organes de roulement. Le deuxième échangeur de chaleur 65 est agencé entre l’enceinte 40 et la pompe d’alimentation. Le deuxième échangeur est avantageusement installé à l’extérieur de l’enceinte 40.
Dans le cadre de la présente invention, le premier et le deuxième échangeurs 60, 65 de chaleur comprennent des échangeurs de chaleur huile/carburant ou échangeur de chaleur huile/air, ou une combinaison des deux. Dans le cas d’une combinaison d’échangeurs de chaleur huile/air et huile/carburant, ces derniers sont montés en série.
La turbomachine est également équipée d’un système de régulation de la température du film fluide d’amortissement pour le palier de guidage. Le système de régulation comprend un circuit de régulation 67 permettant de réguler la température du fluide (l’huile) devant alimenter le film fluide d’amortissement. Le circuit de régulation 67 est relié, d’une part au deuxième réservoir 42, et d’autre part au premier système de distribution 36 de fluide. En particulier, le circuit de régulation 67 est couplé au premier circuit d’alimentation 43. Le système de régulation est agencé à l’extérieur de l’enceinte, ceci afin de ne pas l’encombrer. Une troisième pompe d’alimentation 68 est également montée sur le circuit de régulation 67 de manière à permettre la circulation du deuxième fluide dans celui-ci. La pompe 68 est prévue à la sortie du deuxième réservoir 42. Dans le circuit de régulation 67 circule de l’huile chaude vers le premier circuit de distribution 43 de manière à réguler la température de l’huile qui y circule déjà (en provenance du premier réservoir 41). L’huile «chaude» (provenant de l’enceinte où une forte température règne à cause de la chaleur dégagée par les organes de la turbomachine qui y sont installés) se mélange à l’huile « froide » prévue pour fournir le film fluide d’amortissement. A cet effet, le circuit de régulation 67 est relié à un dispositif de commande électronique de commande 69.
Le dispositif électronique de commande est installé dans la turbomachine 1. Celuici comprend un calculateur qui est de manière avantageuse, mais non limitativement un régulateur numérique de pleine autorité connu sous l’acronyme anglais FADEC pour « Full Authority Digital Engine Control ». Le calculateur permet de contrôler plusieurs modes de fonctionnement de la turbomachine et en particulier différents organes de la turbomachine. En particulier, le calculateur commande l’ouverture et la fermeture du circuit de régulation 67 en fonction de la température du fluide destiné à alimenter le film fluide d’amortissement. Ceci permet de respecter la consigne de température spécifiée pour chaque plage de régime. Un capteur de température 70 est agencé pour cela sur le premier circuit de distribution 43 de manière à vérifier que l’huile qui est destinée à alimenter le film fluide d’amortissement est à la température adéquate pour amortir les vibrations. Ce capteur de température 70 avantageusement monté à l’extérieur de l’enceinte 40. Le capteur de température 70 est relié au calculateur. Le débit d’huile chaude régulé par le calculateur 69 permet d’obtenir une température de mélange correspondant à la température de consigne fonction de la vitesse de rotation (V) de l’arbre rotatif 2.
Dans un mode de réalisation, le système de régulation comprend également un conduit de dérivation 71 du fluide sous pression qui permet de réguler la température du fluide dans le circuit de régulation 67. Le conduit de dérivation 71 est relié au calculateur qui pilote son ouverture et sa fermeture en fonction de la température mesurée. Le conduit de dérivation 71 comprend une entrée qui est connectée au circuit de régulation 67 en aval de la pompe d’alimentation 68 et une sortie qui est connectée en amont de la pompe d’alimentation suivant le sens de circulation du fluide dans le circuit de régulation (du deuxième réservoir 41 vers le premier circuit de distribution 43). Le conduit de dérivation 71 est également placé en amont du palier de guidage à alimenter pour fournir un film fluide d’amortissement, suivant le sens de circulation du fluide dans le premier circuit.
Le système de régulation est complété par un premier organe de régulation 72 qui gère la circulation du deuxième fluide vers le première système de distribution. Sur la figure 6, le premier organe de régulation 72 est monté sur le circuit de dérivation 71. L’organe de régulation 72 est piloté par le calculateur auquel celui-ci est relié. Dans le présent exemple, la pompe d’alimentation 68 est distincte de l’organe de régulation 72. L’organe de régulation est par exemple une vanne de régulation. De manière alternative, l’organe de régulation est un mitigeur.
Le contrôle du circuit de régulation 67 est opéré par un algorithme embarqué dans le dispositif électronique de contrôle 69, ici le calculateur. Dans l’exemple de réalisation, le calculateur ouvre plus ou moins la vanne de régulation en fonction de la température du premier fluide. Pour cela, la turbomachine 1 est équipée d’une pluralité de moyens de détections tels que des capteurs qui sont installés à divers endroits pour mesurer ou relever un ou plusieurs paramètres physiques, physico-chimiques et aérodynamiques liés au fonctionnement de la turbomachine. Typiquement, ces capteurs sont des capteurs de position, de vibration, de vitesse, de température, de pression, etc. Tous ces capteurs sont chacun reliés au calculateur.
Le capteur de vibration (non représenté) permet donc de mesurer les amplitudes de vibration de la turbomachine. Dans le présent exemple, le capteur de vibration est un accéléromètre. Un tel accéléromètre permet de fournir un signal représentatif des vibrations à un instant prédéterminé en fonction de la vitesse de rotation de l’arbre rotatif. Le capteur de vibration est déjà monté dans la turbomachine et il peut y en avoir plusieurs (il n’est pas prévu de rajouter des capteurs de vibrations autres que ceux déjà installés). Ceux-ci surveillent par exemple les vibrations mécaniques générées par les balourds provenant du rotor de soufflante, du compresseur (ou des compresseurs haute pression et basse pression dans le cas d’une turbomachine double flux), ou de la turbine (ou des turbines haute pression et basse pression dans le cas d’une turbomachine double flux). Des capteurs de vibration, sont montés, par exemple, au niveau d’un palier de guidage 10 amont de l’arbre basse pression et/ou à proximité du carter fixe 12 du palier de guidage 11 aval au niveau du carter de turbine 12. Dans certaines architectures de la turbomachine (non représentées), un ou plusieurs capteur(s) de vibration est/sont agencé(s) au niveau d’un carter intermédiaire enveloppant le compresseur haute pression. Chacun de ces capteurs de vibration surveille respectivement un palier de guidage 10, 11 ou un ensemble de palier de guidage à proximité de son lieu de montage.
Avantageusement, le calculateur pilote le circuit de régulation 67 en fonction du régime de l’arbre rotatif également. A cet effet, la turbomachine comprend une roue phonique 76 qui est représentée schématiquement sur la figure 6. La roue phonique 76 permet de mesurer la vitesse angulaire de l’arbre rotatif, ici l’arbre basse pression. La roue phonique est donc montée sur l’arbre rotatif 2 de manière coaxiale et est reliée au calculateur. De manière générale, la roue phonique est solidaire en rotation de l’arbre rotatif et comprend une pluralité de dents réparties uniformément sur sa périphérie. La roue phonique coopère avec un moyen configuré pour détecter le passage de chaque dent. Un signal représentatif du passage d’une dent est envoyé au calculateur à chaque passage de dent et permet ainsi de mesurer la vitesse de rotation de l’arbre rotatif. Le moyen peut-être un capteur électromagnétique ou optique (non représenté). De manière alternative, l’accéléromètre peut mesurer la vitesse de rotation l’arbre rotatif 2. De plus, l’accéléromètre est configuré pour mesurer l’accélération de l’arbre rotatif suivant une direction prédéterminée, ici suivant l’axe radial.
L’algorithme précité est stocké dans une mémoire du dispositif électronique de commande (le calculateur par exemple) et met en oeuvre un calcul mathématique qui est fonction de différents paramètres d’amplitude de vibration de la turbomachine, de l’emplacement des capteurs de vibrations, du régime ou vitesse de rotation de l’arbre rotatif et de la température du film fluide d’amortissement.
Comme cela est également illustré sur la figure 6, un conduit 73 relie le premier réservoir 41 au deuxième réservoir 42. Celui-ci permet de maintenir un niveau du premier fluide constant dans le premier réservoir 41. Un capteur de niveau d’huile 74 (représenté schématiquement) est monté dans le premier réservoir 41 de manière à déterminer le niveau d’huile dans le réservoir 41. Ce capteur de niveau d’huile 74 est relié au calculateur à qui celui-ci envoie des données relatives au niveau d’huile. Sur ce conduit 73 est monté un deuxième organe de régulation 75 qui permet de réguler et/ou contrôler le débit de fluide transférer des réservoirs 41,42. En particulier, cet organe de régulation 75 est relié au calculateur 69. En fonction du niveau d’huile Nhuile détecté dans le premier réservoir 41, le calculateur active ou non l’organe de régulation 75. Dans le présent exemple, l’organe de régulation 75 est une vanne tout ou rien.
Dans le deuxième réservoir 42, il règne une pression P2 qui est légèrement supérieure à la pression ambiante. Cela est dû à un circuit de dégazage (non représenté) qui permet de séparer l’air de l’huile avant de le renvoyer vers l’extérieur et qui crée une perte de charge. Ce circuit de dégazage est dirigé vers la sortie de la turbomachine. Nous obtenons alors P2 = Pambiante + perte de charge du circuit de dégazage. En ce qui concerne le premier réservoir 41, la pression P1 est supérieure à la pression P2. De la sorte, le surplus d’huile est dirigé vers le deuxième réservoir lorsque l’organe de régulation 75 d’huile s’ouvre. La pression P1 peut être obtenue simplement par le fait que le premier réservoir 41 se comprime sous l’effet de l’augmentation du niveau lié à l’adjonction du débit chaud.
Nous allons maintenant décrire les principales étapes du procédé de régulation active de la température d’un film fluide d’amortissement des vibrations de la turbomachine.
Préalablement à ce procédé de régulation, l’arbre haute pression est commandé en rotation suivant l’axe longitudinal X. Le calculateur envoie pour cela un ordre de commande à l’arbre haute pression qui est entraîné en rotation entre une première vitesse nulle et une deuxième vitesse générant le démarrage de la turbomachine. L’arbre basse pression est également entraîné en rotation suivant l’axe longitudinal X. Cela est dû à la turbine basse pression (relié à l’arbre haute pression) recevant les gaz chauds issus de la chambre de combustion 5. L’arbre basse pression 4 entraîne à son tour la rotation de la soufflante 3 en amont du générateur de gaz. En fonctionnement, tous les capteurs dits « capteurs monitoring » de la turbomachine mesurent des paramètres liés au fonctionnement de la turbomachine 1 qui sont envoyés au calculateur sous forme de signal de commande représentatif de ces paramètres.
Le procédé de régulation comprend une étape de circulation du premier fluide, destiné à être emprisonné dans la chambre d’amortissement 20, dans le premier système de distribution de fluide entre la chambre d’amortissement et le premier réservoir. Cette étape de circulation comprend une étape d’alimentation en fluide sous pression du film fluide d’amortissement dans la chambre d’amortissement 20 des paliers de guidage de l’arbre rotatif (arbre basse pression). Cette étape comprend également l’activation de la pompe d’alimentation 52 qui est reliée au calculateur. Ce dernier envoie un ordre de commande à la pompe d’alimentation 52 pour que celle-ci aspire le premier fluide dans le premier réservoir 41 de sorte à alimenter la chambre d’amortissement 20 de chaque palier de guidage via le premier circuit d’alimentation 43.
L’étape de circulation du fluide comprend également une étape de réacheminement dans laquelle le fluide du film d’amortissement quitte la chambre d’amortissement pour retourner dans le premier réservoir 41. La température du fluide ayant augmentée dans la chambre d’amortissement, sa température en sortie de la chambre d’amortissement est d’environ 145°C. Celui-ci traverse alors l’échangeur de chaleur 60 afin d’abaisser sa température de sortie à la température de stockage dans le premier réservoir 41 (qui est comprise entre 70°C et 145°C).
Le calculateur envoie également (concomitamment, ultérieurement ou antérieurement) un ordre de commande à la pompe d’alimentation 62 de sorte que celleci aspire le deuxième fluide dans le deuxième réservoir 42 pour que le deuxième fluide circule dans le deuxième système de distribution. Le deuxième fluide alimente par exemple le deuxième circuit 61 pour lubrifier les organes tels que les paliers de guidage qui sont logés dans l’enceinte 40. L’huile traverse l’échangeur de chaleur 65 qui refroidit l’huile avant d’arriver dans l’enceinte 40. L’huile dont la température a augmentée est ensuite réacheminée vers le deuxième réservoir 42.
Le procédé comprend également une étape de mesure d’une vitesse de rotation V de l’arbre rotatif 2 de la turbomachine. La mesure de la vitesse de rotation est réalisée comme nous l’avons décrit précédemment par la roue phonique 76. Cette dernière mesure la vitesse de rotation de l’arbre rotatif pendant le fonctionnement de la turbomachine. Cette mesure est réalisée en continue, en temps réel. Le calculateur acquiert donc les données relatives à la vitesse de rotation de l’arbre de rotatif en continu. La roue phonique envoie 76 envoie un signal de commande représentatif de la vitesse de rotation mesurée de l’arbre rotatif au calculateur. Chaque signal est converti par un convertisseur analogique-numérique puis est numérisé par un filtre numérique. Les signaux sont enregistrés en temps réel dans le calculateur.
Le procédé comprend en outre un étape de mesure d’une température du premier fluide d’alimentation du film d’amortissement. La mesure de la température est réalisée par le capteur de température 70 monté sur le premier circuit d’alimentation 43 destiné à alimenter la chambre d’amortissement 20. Le capteur surveille la température du fluide dans ce circuit 43 pendant le fonctionnement de la turbomachine. Cette surveillance est continue également. Le calculateur acquiert les données de température du fluide en continu. Plus précisément, le capteur de température envoie un signal de commande représentatif de la température mesurée Thuile du premier fluide destiné à alimenter le film d’amortissement dans la chambre d’amortissement, et plus précisément encore dans le circuit d’alimentation 43. Ce signal est également filtré, numérisé et enregistré en temps réel dans le calculateur. Le signal de commande représentatif de la température mesurée est comparé à une valeur de température de consigne Tconsigne du film fluide d’amortissement. La valeur de la température de consigne Tconsigne est fonction de la vitesse de rotation V de l’arbre rotatif. La valeur de température de consigne Tconsigne est mémorisée dans la mémoire du calculateur. La valeur de température de consigne est définie avec les avionneurs et notamment à partir de nombreux tests et essais qui permettent d’obtenir la certification de mise en service de la turbomachine.
Lorsqu’une température mesurée Thuile du premier fluide est inférieure ou supérieure à la valeur de température de consigne Tconsigne pour une vitesse de rotation V donnée, le calculateur régule la température du fluide destiné à alimenter le film fluide d’amortissement. Dans le présent exemple, la régulation de la température comprend la diminution ou l’augmentation de la température du film fluide d’amortissement de sorte à revenir à la température de consigne pour une vitesse de rotation donnée. Pour cela, l’étape de régulation comprend une commande du circuit de régulation 67 en fonction de la température et de la vitesse de rotation de l’arbre rotatif mesurées. Si la température mesurée est inférieure à la valeur de température de consigne, le calculateur ordonne à l’organe de régulation 72 d’augmenter le débit de fluide « chaud » en sortie du deuxième réservoir 42 et de réduire le débit de fluide passant par l’échangeur de chaleur 60. Inversement, si la température mesurée Thuile est supérieure à la valeur de température de consigne, le calculateur ordonne à l’organe de régulation 72 de diminuer le débit de fluide « chaud » en sortie du deuxième réservoir 42 et d’augmenter le débit du fluide passant dans l’échangeur de chaleur 60. A noter que le débit du fluide « chaud » ne doit pas être inférieur au débit de fuite dans l’enceinte car le film fluide d’amortissement doit conserver un niveau de pression suffisant pour, par exemple, éviter l’ingestion d’air.
La vanne 72 est commandée de manière à contrôler la section de passage du circuit de régulation 67 en fonction d’un delta entre la température de consigne (commandée par le calculateur) et la température mesurée (par le capteur de température 70) La température de consigne est fonction du régime de rotation, comme spécifié sur la figure 7. En d’autres termes, la vanne 72 comprend un clapet qui est piloté en déplacement et régule le degré d’ouverture ou de fermeture du circuit de dérivation de manière à respectivement réduire ou augmenter le débit du fluide film d’amortissement circulant dans le circuit 67 relié au premier circuit d’alimentation 43.
La figure 7 représente un diagramme qui montre une régulation des niveaux vibratoires en fonction de la température d’alimentation du fluide film d’amortissement. En particulier, l’amortissement est défini en fonction du mode que nous souhaitons amortir et par conséquent de la température nécessaire pour atteindre cet amortissement. Sur la première plage de régime PR1 correspondant à un premier mode M1 est définie une certaine température. Cette température est différente des deux autres plages de régime correspondant à un mode donné (M2 et M3). La température définie pour la deuxième plage de régime PR2 et pour amortir un deuxième mode (M2) est inférieure à celles définies pour amortir les modes M1 et M3. La température définie pour la troisième plage de régime PR3 et pour amortir le mode M3 est supérieure à celle définie pour la première plage de régime PR1. Ainsi, en régulant correctement la température du fluide alimentant le film fluide d’amortissement, nous pouvons parvenir à une optimisation de l’amortissement du mode souhaité pour une vitesse de rotation de l’arbre donné (régime).
Suivant un autre mode de réalisation de l’invention, l’étape de régulation de la température d’alimentation du film d’huile d’amortissement d’au moins un palier de guidage amont est indépendante de l’étape de régulation de la température du film d’huile d’amortissement d’au moins un palier de guidage aval. En particulier, la régulation de la température d’alimentation des films fluides d’amortissement peut être réalisée uniquement pour les paliers de guidage en amont ou uniquement pour les paliers de guidage en aval de l’arbre rotatif. Le système d’alimentation comprend dans ce cas des premiers circuits d’alimentation qui sont indépendants respectivement pour les paliers amont et aval. Une pompe d’alimentation est montée sur chaque circuit d’alimentation. Il y 5 a donc un capteur de température monté sur chaque premier circuit et qui envoie chacun un signal de commande au calculateur qui est représentatif de la température du premier fluide mesurée dans le premier circuit 43 destiné à alimenter la chambre d’amortissement des paliers de guidage amont ou aval. Le calculateur régule la température du film fluide d’amortissement du palier de guidage amont ou aval pour lequel une différence de 10 température avec la température de consigne a été constatée.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1. Module de turbomachine d’axe longitudinal X, comprenant :
    - une enceinte (40) de lubrification,
    - un arbre rotatif (2) suivant au moins une vitesse de rotation autour de l’axe longitudinal X par rapport à une partie fixe (12) de la turbomachine (1) et apte à générer des vibrations de la turbomachine,
    - un palier de guidage (10, 11 ) en rotation de l’arbre rotatif monté dans l’enceinte (40) de lubrification, le palier de guidage (10, 11) comprenant un film fluide d’amortissement (19) emprisonné dans une chambre d’amortissement (20), la chambre d’amortissement (20) étant délimitée radialement entre une bague extérieure (14) du palier de guidage et un support de palier (23) annulaire solidaire de la partie fixe (12) de la turbomachine et axialement par des éléments d’étanchéité (24) destinés à isoler la chambre d’amortissement (20) de l’enceinte,
    - un dispositif électronique de commande (69),
    - un système de régulation comprenant un capteur de température (70) qui est relié au dispositif électronique de commande (69) et qui est adapté pour mesurer une température du fluide d’alimentation du film fluide d’amortissement, caractérisé en ce que le module de turbomachine comprend un premier système de distribution (36) d’un premier fluide configuré de manière à alimenter la chambre d’amortissement (20) depuis un premier réservoir (41) et à réacheminer le premier fluide de la chambre d’amortissement vers le premier réservoir (41), et en ce que le système de régulation (67) est configuré de manière à réguler la température du premier fluide lorsque la température mesurée (Thuile) est supérieure ou inférieure à une valeur de température de consigne (Tconsigne) pour une vitesse de rotation (V) donnée de l’arbre rotatif (2).
  2. 2. Module de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend un deuxième système de distribution (37) d’un deuxième fluide configuré de manière à alimenter l’enceinte (40) depuis un deuxième réservoir (42) et à réacheminer le deuxième fluide de l’enceinte (40) vers le deuxième réservoir (42), le deuxième système de distribution étant indépendant du premier système de distribution du premier fluide.
  3. 3. Module de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système de régulation comprend un circuit de régulation (67) relié, d’une part au deuxième réservoir (42) dans lequel est stocké le deuxième fluide à une première température, et d’autre part au premier système de distribution (36) alimenté par le premier réservoir (41) dans lequel le premier fluide est stocké à une deuxième température, la deuxième température étant supérieure à la première température et le dispositif électronique de commande (69) autorisant ou interdisant la circulation du fluide dans le circuit de régulation (67) vers le premier système de distribution (36) en fonction de la température mesurée.
  4. 4. Module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier système de distribution (36) comprend un premier circuit d’alimentation (43) en fluide sous pression du film fluide d’amortissement dans la chambre d’amortissement 20) qui est relié au premier réservoir (41), et un premier circuit de récupération (53) du fluide emprisonné dans la chambre d’amortissement (20) qui est relié au premier réservoir (41), une première pompe (52) d’alimentation étant montée sur le premier circuit d’alimentation (43).
  5. 5. Module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le deuxième système de distribution comprend un deuxième circuit d’alimentation (61) en fluide sous pression de l’enceinte de lubrification relié au deuxième réservoir (42) et un deuxième circuit de récupération (63) du fluide de l’enceinte (40) relié au deuxième réservoir (42), une deuxième pompe (62) d’alimentation étant montée sur le deuxième circuit d’alimentation (61).
  6. 6. Module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d’étanchéité (24) comprennent un premier et un deuxième segment (25a, 34a ; 25) annulaire amont, et au moins un segment (34, 34b) annulaire aval délimitant axialement la chambre d’amortissement (20), le deuxième segment (34a) amont étant placé axialement à l’extérieur du premier segment (25a) amont.
  7. 7. Module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le support de palier (23) comprend au moins un orifice d’évacuation (56) en communication fluidique avec le premier circuit de récupération (53) et débouchant dans la chambre d’amortissement (20), les premier et deuxième segments (34a, 25a ; 25) amont étant respectivement agencés de part et d’autre de l’orifice d’évacuation (56).
  8. 8. Module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le support de palier (23) comprend un orifice d’alimentation (50) en communication fluidique avec le premier circuit d’alimentation (43) de fluide et débouchant dans la chambre d’amortissement (20).
  9. 9. Module de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie fixe (12) comprend un conduit d’alimentation (47) relié au premier circuit d’alimentation (43) et débouchant dans l’orifice d’alimentation (43).
  10. 10. Module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un premier échangeur de chaleur (60) monté sur le premier circuit de récupération (63) de fluide, le premier échangeur de chaleur étant agencé entre la chambre d’amortissement (20) et le premier réservoir (41).
  11. 11. Module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que le système de régulation comprend une troisième pompe (68) d’alimentation montée sur le circuit de régulation (67) et un conduit de dérivation (71) qui est relié en amont et en aval de la troisième pompe d’alimentation (68), le conduit de dérivation (71) étant équipé d’un premier organe de régulation (72) relié au dispositif électronique de commande (69).
  12. 12. Procédé de régulation active de température d’un film fluide d’amortissement des vibrations d’une turbomachine (1) d’axe longitudinal X lors de la rotation d’un arbre rotatif (2) de turbomachine (1), l’arbre rotatif (2) étant guidé en rotation autour de l’axe longitudinal X par au moins un palier de guidage (10, 11 ) et par rapport à une partie fixe (12) de la turbomachine, le palier de guidage (10, 11) comprenant un film fluide d’amortissement (19) emprisonné dans une chambre d’amortissement (20) annulaire située entre une bague extérieure (14) du palier de guidage et la partie fixe (12) de la turbomachine et axialement par des éléments d’étanchéité (24) destinés à isoler la chambre d’amortissement (20) de l’enceinte (40), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
    une circulation d’un premier fluide destiné à être emprisonné dans une chambre d’amortissement dans un premier système de distribution (36) du premier fluide entre la chambre d’amortissement (20) et un premier réservoir (41),
    - une mesure d’une vitesse de rotation de l’arbre rotatif (2), une mesure d’une température du premier fluide d’alimentation du film d’amortissement,
    - une régulation active de la température du premier fluide d’alimentation du film fluide d’amortissement lorsque la température du premier fluide mesurée (Thuile) est supérieure ou inférieure à une valeur de température de consigne (Tconsigne) pour une vitesse de rotation (V) de l’arbre rotatif (2).
  13. 13. Procédé de régulation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de régulation de la température d’alimentation du premier comprend une commande d’un organe de régulation (72) d’un débit d’un deuxième fluide circulant d’un deuxième réservoir (42) dans lequel est stocké le deuxième fluide à une première température vers le premier système de distribution (36) alimenté par le premier réservoir (41) dans lequel le premier fluide est stocké à une deuxième température, la deuxième température étant supérieure à la première température et la commande de régulation étant fonction de la température mesurée et de la vitesse de rotation mesurée.
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WO2024056975A1 (fr) 2022-09-16 2024-03-21 Safran Aircraft Engines Dispositif de guidage d'un arbre de turbomachine d'aeronef

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