FR3102221A1 - Ensemble à palier avec moyens d’étanchéité - Google Patents
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Abstract
Le présent document concerne un ensemble (36a, 36b) d’axe longitudinal comprenant un palier (40) de roulements (50) comportant une bague interne (42) solidaire d’un arbre (38) et une bague externe (44) reliée fixement à un support statorique (46), la bague externe (44) comprend une première partie (48) annulaire coopérant avec la bague interne (42) pour le guidage des roulements (50), cette première partie (48) étant reliée à une seconde partie (42) annulaire fixée au support statorique, cette seconde partie (42) présentant au moins une zone annulaire (54) ayant une rigidité en direction radiale inférieure à la rigidité en direction radiale de la première partie (48) et en ce qu’il comprend des premiers moyens d’étanchéité (72a) portés par la bague externe (44) et coopérant avec des seconds moyens (72b) d’étanchéité portés par l’arbre (38). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2.
Description
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne le domaine des turbomachines et plus particulièrement celui relatif à l’étanchéité au niveau d’un palier de roulements.
État de la technique antérieure
On se réfère à la figure 1 qui représente un ensemble 10 comprenant un arbre 12 tournant autour duquel est disposé un palier 14 de roulements qui comporte une bague interne 16 solidaire de l’arbre 12 et une bague annulaire externe 18. Cette bague annulaire externe 18 comprend une première partie annulaire 20 coopérant avec la bague annulaire interne 16 pour le guidage en rotation des roulements 22. En pratique, chaque bague annulaire 16, 18 comprend une piste annulaire assurant ce guidage en rotation.
La bague annulaire 18 externe comprend également une seconde partie 24 annulaire aval reliée à la première partie annulaire amont 20, ces deux parties 20, 24 forment une seule et même pièce annulaire. La seconde partie 24 annulaire comprend une zone annulaire 26 présentant une rigidité en direction radiale inférieure à la rigidité en direction radiale de la première partie 20. La seconde partie 24 est fixée à un support statorique 28 par l’intermédiaire d’une bride annulaire radiale 30. Pour assurer une séparation air/air-huilé entre une enceinte P1 logeant les roulements et une enceinte P2 et pour limiter au maximum les échanges d’huile et de gaz entre les enceintes P1 et P2 afin de conserver l’huile et limiter les pertes de rendement aérodynamique, on réalise une étanchéité entre les pièces fixes et mobiles.
A cette fin, le support statorique 28 porte une piste abradable 32 coopérant avec des léchettes annulaires 34 portés par le rotor 12. Egalement, on observe que la bague externe 18 est reliée au support statorique par l’intermédiaire d’un film d’huile afin de réaliser un amortissement des vibrations en fonctionnement.
L’efficacité et la durée de vie de ce type d’étanchéité dépend des jeux ou interférences définies et est impactée par l’amplitude des déplacements en translation du rotor par rapport au stator.
Comme décrit précédemment, les paliers à roulement suspendus à l’aide de bagues souples amorties, permettent par exemple de mieux gérer les efforts dynamiques et des modes de vibrations spécifiques du rotor.
En fonctionnement, la bague externe présentant une zone de souplesse autorise des déplacements qui, ajoutés aux jeux du palier, aux déformations et désalignements d’ajustages divers, occasionnent des déplacements en translation de l’axe du rotor par rapport au stator du joint.
La conception même limite les performances des étanchéités du fait :
- du besoin de laisser un jeu de fonctionnement important sur les étanchéités « en dur » comme vrilles et labyrinthes pour éviter les contacts,
- de la nécessité sur des joints à brosse/plaquettes de prévoir des longueurs d’éléments souples (poils, plaques,…) importants, augmentant la surface perméable de ce type d’étanchéité.
- du besoin de laisser un jeu de fonctionnement important sur les étanchéités « en dur » comme vrilles et labyrinthes pour éviter les contacts,
- de la nécessité sur des joints à brosse/plaquettes de prévoir des longueurs d’éléments souples (poils, plaques,…) importants, augmentant la surface perméable de ce type d’étanchéité.
Par ailleurs, en fonctionnement normal, les déplacements importants peuvent occasionner :
- sur les labyrinthes, vrilles, ou apparentés, des usures d’abradables placés faces à ces mêmes étanchéités, imposant d’augmenter le jeu et émettant des particules dans les fluides. Ce jeu important limite l’efficacité de l’étanchéité en laissant passer un plus grand flux de fuite le contact augmente les risques liés à la pollution des fluides.
- des usures plus importantes sur les étanchéités comportant des pièces à contact comme par exemple joints à brosse, joints à plaques, bagues flottantes, joints à segments, etc… Cette usure limitera l’efficacité et la durée de vie de ces étanchéités.
- sur les labyrinthes, vrilles, ou apparentés, des usures d’abradables placés faces à ces mêmes étanchéités, imposant d’augmenter le jeu et émettant des particules dans les fluides. Ce jeu important limite l’efficacité de l’étanchéité en laissant passer un plus grand flux de fuite le contact augmente les risques liés à la pollution des fluides.
- des usures plus importantes sur les étanchéités comportant des pièces à contact comme par exemple joints à brosse, joints à plaques, bagues flottantes, joints à segments, etc… Cette usure limitera l’efficacité et la durée de vie de ces étanchéités.
Bien que la figure 1 a été considérée comme point de départ de présente divulgation, cela ne signifie que la figure 1 est illustrative de la technique antérieure de sorte que la figure 1 peut être en tout ou partie non publique.
Il est ainsi proposé un ensemble d’axe longitudinal comprenant un palier de roulements entourant un arbre et une pièce annulaire entourant le palier de roulement et étant solidaire axialement de celui-ci, ladite pièce annulaire comprenant une première partie annulaire solidarisée axialement au palier de roulement et reliée à une seconde partie annulaire fixée au support statorique, cette seconde partie annulaire présentant au moins une zone annulaire ayant une rigidité en direction radiale inférieure à la rigidité en direction radiale de la première partie annulaire et en ce qu’il comprend des premiers moyens portés par la pièce annulaire et coopérant à étanchéité avec des seconds moyens portés par l’arbre.
Ainsi, les premiers moyens sont portés par la pièce annulaire et non plus par le support statorique, c’est dire que les premiers moyens sont également suspendus sur le support statorique par l’intermédiaire de la pièce annulaire. De cette manière, l’intégralité du système d’étanchéité suit au plus près les translations de l’arbre. On limite ainsi les déplacements radiaux des premiers moyens d’étanchéité relativement aux seconds moyens d’étanchéité.
Selon une autre caractéristique, des moyens d’amortissement des vibrations sont intercalés radialement entre la pièce annulaire et le support statorique. Cette pièce annulaire peut être formée d’une seule pièce avec le support statorique ou bien être fixée à celle-ci.
Les premiers et les seconds moyens peuvent être intercalés axialement entre le palier de roulements et la seconde partie annulaire.
Le palier de roulement roulements peut être intercalé axialement entre les premiers et seconds moyens et la seconde partie.
L’utilisation d’un montage suspendu peut permettre d’améliorer l’étanchéité des dispositifs tels que les joints à brosse, les joints à plaquettes, les joints radiaux segmentés, les joints faciaux.
Les premiers moyens peuvent comprendre une piste en matériau abradable et dans lequel les seconds moyens peuvent comprendre des léchettes annulaires.
La seconde partie peut comprendre une bride annulaire radiale fixée sur une bride annulaire radiale du support statorique.
Le palier peut comprendre une bague annulaire interne portée par l’arbre et une bague annulaire externe portée par la pièce annulaire ou formée d’une seule pièce avec celle-ci. Ainsi, soit le palier comprend une bague annulaire externe dissociée structurellement de la pièce annulaire ou bien la pièce annulaire intègre structurellement une portion formant une bague annulaire externe.
Le présent document concerne aussi une turbomachine comprenant au moins un ensemble annulaire tel que décrit ci-dessus.
Brève description des figures
Description détaillée de l’invention
On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente une vue schématique en coupe d’une première réalisation d’un ensemble 36a selon le présent document.
L’ensemble 36 comprend un arbre 38 guidé en rotation par l’intermédiaire d’un palier 40 comportant une bague annulaire interne 42 portée par l’arbre 38. On note que qu’une pièce annulaire 44 entoure les roulements et comprend une portion formant une bague annulaire externe et assurant le maintien des roulements. La pièce annulaire 44 est suspendu à un support statorique 46 de la turbomachine. Ce support statorique 46 peut être un carter de la turbomachine.
La pièce annulaire externe 44 comprend une première partie annulaire 48 coopérant avec la bague annulaire interne 42 pour le guidage en rotation des roulements 50. La pièce annulaire externe 44 comprend également une seconde partie annulaire 52 aval reliée à la première partie annulaire amont 48, ces deux parties 48, 52 forment une seule et même pièce annulaire. La seconde partie annulaire 52 comprend une zone annulaire 54 présentant une rigidité en direction radiale inférieure à la rigidité en direction radiale de la première partie 44. L’extrémité aval de la seconde partie 52 comprend une bride annulaire radiale 56, fixée par exemple par boulonnage, à une bride annulaire radiale 58 d’une extrémité aval d’une paroi cylindrique aval 60 du support statorique 46. La fixation pourrait être réalisée par d’autres moyens. On observe également que des moyens d’amortissement des vibrations sont intercalés entre la première partie annulaire 48 de la pièce annulaire externe 44 et un anneau 62 porté par le support statorique 46, cet anneau étant une paroi cylindrique 62 amont du support statorique 46 et s’étendant vers l’amont depuis une extrémité radialement interne d’une paroi annulaire radiale 64. La paroi cylindrique aval 60 s’étendant vers l’aval depuis l’extrémité radialement interne de la paroi annulaire radiale 64. Les moyens d’amortissement des vibrations comprennent un film d’huile 66 s’étendant entre un joint annulaire amont 68 et un joint annulaire aval 68. On observe que la première partie annulaire 48 présente une épaisseur radiale supérieure à la seconde partie 52. La zone annulaire 54 plus souple présente des ouvertures radiales 70 espacées circonférentiellement les unes des autres autour de l’arbre 38, ce qui confère à cette zone une moindre rigidité en direction radiale par rapport à la première partie 48.
Pour confiner les roulements 50 dans une enceinte P1, la pièce annulaire 52 externe porte des premiers moyens d’étanchéité 72a qui coopère en frottement avec des seconds moyens d’étanchéité 72b portés par l’arbre 38. Dans le montage proposé en figure 2, les roulements sont intercalés axialement entre les premiers 72a et seconds 72b moyens d’étanchéité et la seconde partie.
Cette configuration permet de rendre les premiers moyens d’étanchéité 72a solidaires des déplacements radiaux de la pièce externe 44 du palier 40 de roulements 50. Les déplacements radiaux entre les premiers moyens d’étanchéité 72a et l’arbre 38 sont diminués, ce qui permet d’améliorer l’étanchéité de sorte que les échanges entre les enceintes P1 et P2 sont réduits.
La figure 3 illustre une variante de réalisation dans laquelle les premiers 72a et seconds moyens 72b d’étanchéité sont intercalés axialement entre les roulements 50 et la seconde partie annulaire 52. Par rapport à la réalisation de la figure 2, la réalisation de la figure 3 permet une réduction déplacement axial par rapport à la technique antérieure, et autorise donc un gain performance en étanchéité.
Les premiers moyens d’étanchéité 72a peuvent être une piste annulaire abradable et les seconds moyens d’étanchéité 72b peuvent être des léchettes annulaires dont les extrémités libres sont agencées à proximité de la piste abradable de manière à limiter les passages d’air.
On se réfère maintenant à la figure 4 qui représente un ensemble 36c similaire à celui de la figure 3. La seule différence réside dans la présence d’une bague annulaire externe 76 structurellement distincte de la pièce annulaire 74. On notera que l’on pourrait aussi utiliser une bague annulaire distincte de la pièce annulaire dans les configurations représentées aux figures 2 et 3. Dans une variante de réalisation, les moyens d’étanchéité pourraient être agencés de l’autre côté du palier de roulements comme cela a été décrit en référence à la figure 2.
Claims (8)
- Ensemble (36a, 36b, 36c) d’axe longitudinal comprenant un palier (40) de roulements (50) entourant un arbre et une pièce annulaire (44, 74) entourant le palier (40) de roulement (50) et étant solidaire axialement de celui-ci, ladite pièce annulaire (44) comprenant une première partie (48) annulaire solidarisée axialement au palier (40) de roulement (50) et reliée à une seconde partie (42) annulaire fixée au support statorique, cette seconde partie (42) annulaire présentant au moins une zone annulaire (54) ayant une rigidité en direction radiale inférieure à la rigidité en direction radiale de la première partie (48) annulaire et en ce qu’il comprend des premiers moyens (72a) portés par la pièce annulaire (44) et coopérant à étanchéité avec des seconds moyens (72b) portés par l’arbre (38).
- Ensemble selon la revendication 1, dans lequel il comprend des moyens d’amortissement (66) des vibrations intercalés radialement entre la pièce annulaire (44) et le support statorique (46).
- Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premiers (72a) et seconds (72b) moyens sont intercalés axialement entre le palier (40) de roulements (50) et la seconde partie annulaire (54).
- Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le palier (40) de roulements (50) est intercalé axialement entre les premiers moyens (72a) et seconds moyens (72b) et la seconde partie (52) de la pièce annulaire (44, 74).
- Ensemble selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les premiers moyens (72a) comprennent une piste en matériau abradable et dans lequel les seconds moyens (72b) comprennent des léchettes annulaires.
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la seconde partie (52) comprend une bride annulaire (56) radiale fixée sur une bride (58) annulaire radiale du support statorique (46).
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le palier comprend une bague annulaire (42) interne portée par l’arbre (38) et une bague annulaire externe (76) portée par la pièce annulaire (74) ou formée d’une seule pièce avec celle-ci.
- Turbomachine comprenant au moins un ensemble annulaire (36a, 36b) selon l’une des revendications précédentes.
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2019
- 2019-10-21 FR FR1911773A patent/FR3102221B1/fr active Active
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