FR3108688A1

FR3108688A1 - Arret axial aval pour bague externe de palier

Info

Publication number: FR3108688A1
Application number: FR2003068A
Authority: FR
Inventors: Jean-Marc Rosset Patrice; Fabien Patrick Becoulet Julien; Gilbert Roland Brault Michel; Olivier Formica; Jean-Marie Tan-Kim Alexandre
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: FR3108688B1

Abstract

Arrêt axial aval pour bague externe de palier L’invention concerne une enceinte (26) de turbomachine (10) comprenant un arbre moteur (16) de la turbomachine (10) en rotation autour d’un axe (X) longitudinal au moyen de deux paliers à roulements (22, 24), un palier amont (22) et un palier aval (24), le palier amont (22) comportant une bague interne (28a) et une bague externe (29a), la bague externe (29a) étant reliée d’une part, à un support de palier amont (32a) et d’autre part, à une bride de stabilisation (33) qui est reliée avec le support de palier (32a) aval de la bague externe (28a). Selon l’invention, la bride de stabilisation (33) et le support de palier amont (32a) sont reliés par embrèvement de manière à retenir axialement la bride (33) par rapport au support de palier amont (32a), et l’enceinte (26) comprend en outre au moins un élément circulaire formant butée axiale aval (40) de la bride de stabilisation. Figure pour l’abrégé : figure 3

Description

ARRET AXIAL AVAL POUR BAGUE EXTERNE DE PALIER

Domaine technique de l’invention

La présente invention concerne le domaine des enceintes de paliers de turbomachine, en particulier les bagues externes de paliers d’arbre moteur.

L’invention s’inscrit dans le domaine général des turbomachines d’aéronef.

Etat de la technique

De façon classique et bien connue en soi (voir figure 1), une turbomachine double flux 10 d’aéronef comporte une soufflante 12 reliée à un réducteur 14 lui-même relié à un arbre moteur 16 s’étendant selon un axe de rotation X. Cet arbre moteur 16 met notamment en rotation une turbine basse pression 20. La turbine basse pression 20 se situe en aval de la turbine haute pression 18, on dit qu’elle est à l’arrière de la turbomachine 10. La turbine basse pression 20 est classiquement mise en rotation par l’arbre moteur 16 au moyen de paliers à roulement 22, 24. Ces paliers à roulement 22, 24 se situent au sein d’une enceinte 26 appelée enceinte arrière de la turbomachine. Cette enceinte 26 arrière est mise en évidence sur la figure 1 de la présente demande.

Cette enceinte 26 arrière présente classiquement une longueur axiale de l’ordre de 400 mm.

Classiquement et tel qu’illustré sur la figure 2, l’enceinte 26 arrière comporte deux paliers à roulements 22, 24, un palier amont 22 et un palier aval 24, chaque palier 22, 24 comportant une bague interne 28a, 28b et une bague externe 29a, 29b. Les bagues interne 28a, 28b sont portées par l’arbre moteur 16 de la turbomachine 10. La bague externe amont 29a est classiquement reliée via une bague de support 30 d’un film fluide d’amortissement (connu sous le terme anglais de squeeze-film) centré amont à un support de palier amont 32a et la bague externe aval 29b est reliée via une bague de support 30 de film fluide d’amortissement centré aval à un support de palier aval 32b, comme visible sur la figure 2. Le support de palier amont 32a comporte une première bride amont 100a destinée à coopérer en fixation avec une première bride aval 100b du support de palier aval 32b. Cette coopération est réalisée avec des moyens de fixation F classiques connus de toute personne du métier. Le support de palier amont 32a comporte une deuxième bride (non représentée) destinée à coopérer en fixation avec une bride amont 26a de l’enceinte 26 et une bride S d’une structure fixe de la turbomachine 10 (voir figure 1). Le support de palier amont 32a comporte finalement une troisième bride 101 destinée à coopérer en fixation avec une bride de stabilisation 33 de la bague externe 29a.

Cette coopération se fait au moyen des mêmes moyens de fixation F classiques connus de toute personne du métier. En particulier, les moyens de fixation F comprennent un boulon B.

Classiquement, on qualifie de boulon, un organe d'assemblage constitué d'une vis à filetage uniforme et à extrémité plate (ou tige filetée), et d'un écrou. Les deux parties à assemblées sont alors maintenues l’une contre l’autre par serrage entre l’extrémité plate de la vis à filetage et l’écrou. Cette coopération est illustrée en figure 2.

L’inconvénient d’une fixation F à boulon B est principalement son encombrement. En effet cette liaison boulonnée occasionne des problèmes d'accessibilité et d'encombrement axial et radial.

La bride de stabilisation 33 de la bague externe 29a est classiquement montée avec serrage sur la troisième bride 101 par l'intermédiaire d'une frette f.

Le support de palier aval 32b comporte quant à lui une deuxième bride de support 102 destinée à coopérer en fixation, par les moyens de fixation F, avec une bride aval de l’enceinte 26 (non représentée). Le dispositif selon l’état de la technique compte donc un total de neuf brides S, 33, 100a, 100b, 101, 102, 26a (et les brides non représentées) permettant de relier les supports de paliers amont et aval 32a, 32b à la structure fixe de la turbomachine 10.

L’inconvénient de cette enceinte 26 arrière telle qu’existante dans l’état de la technique est son encombrement axial. La dimension axiale de l’enceinte 26 arrière est due principalement aux contraintes imposées par la dynamique d’ensemble. En effet, les paliers 22, 24 sont intégrés dans l’enceinte 26 avec de la souplesse (souplesse fournie par un tronçon de colonnettes 34, voir figure 2) qui apporte un amortissement radial aux paliers 22. Le tronçon de colonnettes 34 (formant cage souple) permet donc un apport de souplesse nécessaire aux paliers 22, 24 mais implique donc une stabilisation. Cette stabilisation est assurée par la bride de stabilisation 33, elle-même fixée, comme déjà indiqué, au support de palier amont 32a par les moyens de fixation F.

La présente invention a notamment pour objectif de proposer une enceinte présentant un encombrement axial ainsi qu’un encombrement radial de la liaison entre les deux brides réduit sans fragiliser la dynamique d’ensemble. L’objectif de la présente invention est ainsi de réduire les coûts, la masse et l'encombrement de la liaison entre la bride de stabilisation de la bague externe et le support de palier amont.

On parvient à réaliser cet objectif, conformément à l’invention grâce à une enceinte de turbomachine comprenant un arbre moteur de turbomachine en rotation autour d’un axe X longitudinal au moyen de deux paliers à roulements, un palier amont et un palier aval, le palier amont comportant une bague interne et une bague externe, la bague externe étant reliée d’une part, à un support de palier amont et d’autre part, à une bride de stabilisation qui est reliée avec le support de palier aval de la bague externe. Selon l’invention, la bride de stabilisation et le support de palier amont sont reliés par embrèvement de manière à retenir axialement la bride par rapport au support de palier amont, et l’enceinte comprend en outre au moins un élément circulaire formant butée axiale aval de la bride de stabilisation.

Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, la liaison par embrèvement permet de s’affranchir du système de liaison par brides de l’état de l’art. L’encombrement axial de l’enceinte est donc réduit. Aussi, le nombre de pièces à assembler et à usiner est réduit ce qui réduit les couts de production et la masse de l’enceinte.

L’enceinte selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :

- un premier élément circulaire est un anneau d’arrêt et cet anneau d’arrêt est monté sur le support de palier amont et en aval de la bride de stabilisation, de manière à ce que la bride de stabilisation vienne en butée contre l’anneau d’arrêt,

- un premier élément circulaire est un anneau d’arrêt monté sur le support de palier amont et en aval de la bride de stabilisation et un deuxième élément circulaire est une bague intermédiaire destinée à être positionnée axialement entre l’anneau d’arrêt et la bride de stabilisation,

- l’anneau d’arrêt présente une épaisseur mesurée selon l’axe de l’anneau d’arrêt comprise entre 2,5 mm et 4,5 mm et préférentiellement entre 3,5 et 4 mm,

- l’anneau d’arrêt présente une structure en spirale,

- l’anneau d’arrêt est destiné à venir se positionner dans une rainure annulaire ménagée sur une face radialement interne du support de palier amont,

- la bride de stabilisation comporte une série de tenons externes et le support de palier amont présente une série de mortaises, chaque tenon et chaque mortaise coopérant par emmanchement pour former la liaison par embrèvement,

- la série de mortaises est ménagée dans une extrémité aval libre d’une extension axiale du support de palier amont,

- la bague externe amont est reliée à la bride de stabilisation au moyen d’un tronçon de colonnettes formant cage souple.

L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef comprenant une telle enceinte.

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.

Sur ces dessins :

la figure 1 est une coupe schématique longitudinale d’un exemple de turbomachine d’aéronef à laquelle s’applique l’invention,

la figure 2 est une coupe schématique longitudinale d’une portion d’enceinte arrière de turbomachine selon l’état de la technique,

la figure 3 est une coupe schématique longitudinale d’une enceinte de turbomachine selon un premier mode de réalisation de l’invention,

la figure 4 est une vue en détail de la figure 3,

la figure 5 est une coupe schématique longitudinale d’une partie d’enceinte de turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,

la figure 6 est une vue grossie de la figure précédente, permettant de mettre en évidence les chemins de charge,

la figure 7 est une vue en perspective d’un anneau d’arrêt selon l‘invention.

Description de modes de réalisation

Les organes et pièces présentant les mêmes fonctions que dans l’état de la technique conserveront, dans la présente description détaillée, les mêmes références numériques afin de simplifier la lecture et la compréhension de la présente invention.

Sur la figure 3 on peut ainsi voir que l’enceinte 26 comporte bien l’arbre de moteur 16 en rotation autour de l’axe longitudinal X. Cet arbre moteur 16 peut être un arbre basse pression de la turbomachine 10. Les deux paliers à roulement 22, 24, (le palier amont 22 et le palier aval 24) sont reliés à l’arbre moteur 16. L’enceinte 26 considérée sur la figure 3 est l’enceinte arrière de la turbomachine 10, et formée plus particulièrement au moins en partie par un carter d’échappement de cette turbomachine 10. Chaque palier 22, 24 comporte une bague interne 28a, 28b et une bague externe 29a, 29b. Les bagues interne 28a, 28b sont portées par l’arbre moteur 16 de la turbomachine 10. La bague externe amont 29a est reliée via la bague de support 30 du film fluide d’amortissement (connu sous le terme anglais de squeeze-film) au support de palier amont 32a et la bague externe aval 29b est reliée via la bague de support 30 du film fluide d’amortissement centré aval au support de palier aval 32b, comme visible sur la figure 3. La bague de support 30 du film fluide d’amortissement est agencée radialement entre le support de palier amont 32a et la bague externe amont 29a. De la même manière, la bague de support 30 est agencé radialement entre le support de palier aval 32b et la bague externe aval 29b. La bague de support 30 forme respectivement avec la bague externe amont 29a et aval 29b une chambre destinée à recevoir le fluide d’amortissement. Le fluide d’amortissement est étanché au moyen de joints logés dans deux gorges annulaires usinés respectivement dans la bague externe amont 29a et aval 29b. Ceci permet de confiner le fluide d’amortissement dans l’espace délimité par ces gorges.

On voit, sur les figures 3 et 4, que la bride de stabilisation 33 est montée avec serrage sur le support de palier amont 32a par l'intermédiaire d'une frette f. Cette frette f peut être excentrée. Plus précisément, on voit que le support de palier amont 32a, présente une extension 32e s’étendant sensiblement parallèlement à l’axe X vers l’aval de la turbomachine 10. Comme par exemple visible en figure 5, cette extension 32e peut comprendre une série d’ouvertures axiales O destinées à permettre le passage d’huile de lubrification. Les ouvertures axiales O sont par exemple régulièrement réparties autour de l’axe X.

Cette extension 32e ne comporte plus, comme dans l’état de la technique et illustré en figure 2, une bride 101, mais comporte une extrémité libre E sur laquelle la bride de stabilisation 33 est montée. On peut, par exemple, définir l’extrémité E comme la partie de l’extension 32e s’étendant en aval de la série d’ouvertures axiales O de passage d’huile.

En référence aux figures 4 et 5, on remarque donc que la bride 101 du support de palier amont 32a, qui dans l’état de la technique, portait la liaison boulonnée B permettant de fixer la bride de stabilisation 33 au support de palier 32a, a été remplacée par des moyens de fixation de la bague externe 29a et en particulier de la bride 33.

Les moyens de fixation comprennent une série de mortaises 36 qui sont réparties autour de l’axe de rotation X. Les mortaises 36 sont agencées dans le support de palier amont 32a. Les mortaises 36 sont destinées à coopérer avec une série de tenons 38 complémentaires. Les tenons 38 sont avantageusement portés par la bride de stabilisation 33. Plus précisément, la série de mortaises 36 est ménagée dans l’extrémité E de l’extension 32e du support de palier amont 32a. Les mortaises peuvent être traversantes ou non. Chaque tenon 38 s’étend radialement depuis une surface radialement externe de la bride de stabilisation 33 en s’éloignant de l’axe X. Plus précisément, chaque tenon 38 est positionné axialement à l’aval de la bride de stabilisation 33. Chaque mortaise 36 coopère ainsi par emmanchement avec le tenon 38 correspondant de la bride de stabilisation 33. Cela forme une liaison par embrèvement permettant de retenir axialement la bride 33 par rapport au support de palier amont 32a.

Comme visibles sur les figures 5 et 6, la frette f est intercalée radialement entre la bride de stabilisation 33 et l’extrémité libre E du support de palier amont 32a. La frette f est par ailleurs agencée axialement en amont de la mortaise 36.

En outre, selon l’invention, l’enceinte 26 comprend au moins un élément circulaire formant butée axiale aval 40. Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, cette butée axiale 40 est assurée par un anneau d’arrêt 42.

L’anneau d’arrêt 42 est logé dans une rainure 44 ménagée dans l’extrémité E du support de palier amont 32a en aval de la série de mortaises 36. Lorsque l’anneau d’arrêt 42 est logé dans la rainure 44, son axe est parallèle à l’axe X de la turbomachine 10. La rainure 44 est ménagée dans une face radialement interne de l’extrémité E du support de palier amont 32a, c’est-à-dire dans la face radialement plus proche de l’axe X de la turbomachine 10. De préférence, la rainure 44 est ménagée au contact direct de chaque mortaise 36 de la série de mortaises de l’extrémité E du support de palier amont 32a.

Ainsi, lorsque les tenons 38 de la bride de stabilisation 33 sont emmanchés dans les mortaises 36 et que l’anneau d’arrêt 42 est positionné dans la rainure 44, chaque tenon 38 vient en butée sur l’anneau d’arrêt 42.

L’anneau d’arrêt 42 est, par exemple, de type Spirolox® et présente une charge axiale au moins supérieure à 50% de la charge axiale d’un anneau d’arrêt 42 classique. La très grande raideur de ce type d’anneaux répond à un fort besoin de tenue mécanique de la bague 29a du palier amont 22. L’anneau d’arrêt 42 peut présenter une forme de spirale et comporter, comme illustré en figure 7, deux couches superposées d’une bande métallique enroulée. Ce double enroulement permet d’augmenter la résistance de l’anneau d’arrêt 42 vis-à-vis des charges axiales. Aussi, le maintien de l’anneau d’arrêt 42 dans la rainure 44 est amélioré.

L’anneau d’arrêt 42 est formé notamment d’acier carboné. L’anneau d’arrêt 42 présente une épaisseur e mesurée selon l’axe de l’anneau d’arrêt 42 comprise entre 2,5 mm et 4,5 mm et préférentiellement comprise entre 3.5 mm et 4 mm. La rainure 44 présente une largeur Lr supérieure à l’épaisseur de l’anneau d’arrêt 42, une largeur par exemple comprise entre 4 mm et 4, 5 mm. Une telle épaisseur de l’anneau d’arrêt 42 lui confère une forte charge axiale comparée aux anneaux de l’art antérieur. L’anneau d’arrêt 42 présente de préférence un diamètre externe D compris entre 150 mm et 190 mm.

Dans un deuxième mode de réalisation illustré aux figures 5 et 6, la butée axiale aval 40 est optimisé par l’ajout, entre l’anneau d’arrêt 42 et la série de tenons 38, d’une bague intermédiaire 46. La largeur L de la bague intermédiaire 46 est au moins égale ou supérieure à l’épaisseur e de l’anneau d’arrêt 42. Une telle largeur permet d’assurer une stabilité mécanique et une transmission des efforts de la bride de stabilisation 33 vers l’anneau d’arrêt 42 optimales.

Dans le mode de réalisation des figures 5 et 6, l’élément circulaire formant la butée axiale 40 est assurée par la bague intermédiaire 46. La bague intermédiaire 46 prend appui sur la face radialement interne de l’extrémité E du support de palier amont 32a. La bague intermédiaire 46 est ainsi positionnée au contact aval direct de chaque tenon 36 de la bride de stabilisation 33 et au contact amont direct de l’anneau d’arrêt 42. Ceci permet notamment de protéger l’anneau d’arrêt 42. En effet, de cette façon, les appuis axiaux sont plus francs et l’anneau d’arrêt 42 est ainsi mieux protégé, notamment lors des sollicitations dynamiques de l’assemblage.

Sur la figure 6, on voit le chemin 48, pour un sens « amont vers aval », d’efforts appliqués en interne des différents éléments jusqu’à l’anneau d’arrêt 42. Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, l’anneau d’arrêt 42 résiste mieux sous d’éventuels charges axiales. Dans ce mode de réalisation, l’anneau d’arrêt 42 ne saute pas, quel que soit les différents cas de charges axiales. La reprise des efforts axiaux sera réalisée plus particulière au niveau de la partie médiane de l’anneau 42 qui a été représenté par un cercle en pointillé. Cela confère une parfaite tenue mécanique de la bride 33 sur l’extrémité E.

On observe que la suppression de la liaison boulonnée de l’état de la technique permet à la fois :

- un gain de coût de production par la diminution du nombre de pièces à assembler et par la diminution du nombre d’usinages à effectuer sur ces différentes pièces,

- un gain de masse,

- un gain en encombrement pouvant amener une diminution de la longueur moteur et donc de l’encombrement axial de l’enceinte 26,

- un gain en temps de maintenance.

Claims

Enceinte (26) de turbomachine (10) comprenant un arbre moteur (16) de la turbomachine (10) en rotation autour d’un axe (X) longitudinal au moyen de deux paliers à roulements (22, 24), un palier amont (22) et un palier aval (24), le palier amont (22) comportant une bague interne (28a) et une bague externe (29a), la bague externe (29a) étant reliée d’une part, à un support de palier amont (32a) et d’autre part, à une bride de stabilisation (33) qui est reliée avec le support de palier (32a) aval de la bague externe (28a),
l’enceinte (26) étantcaractérisée en ce que
la bride de stabilisation (33) et le support de palier amont (32a) sont reliés par embrèvement de manière à retenir axialement la bride (33) par rapport au support de palier amont (32a), et en ce que l’enceinte (26) comprend en outre au moins un élément circulaire formant butée axiale aval (40) de la bride de stabilisation.
Enceinte (26) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’un premier élément circulaire est un anneau d’arrêt (42) et en ce que cet anneau d’arrêt (42) est monté sur le support de palier amont (32a) et en aval de la bride de stabilisation (33), de manière à ce que la bride de stabilisation (33) vienne en butée contre l’anneau d’arrêt (42).
Enceinte (26) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’ un premier élément circulaire est un anneau d’arrêt (42) monté sur le support de palier amont (32a) et en aval de la bride de stabilisation (33) et un deuxième élément circulaire est une bague intermédiaire (46) destinée à être positionnée axialement entre l’anneau d’arrêt (42) et la bride de stabilisation (33).
Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que l’anneau d’arrêt (42) présente une épaisseur (e) mesurée selon l’axe de l’anneau d’arrêt (42) comprise entre 2,5 mm et 4,5 mm et préférentiellement entre 3,5 et 4 mm.
Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l’anneau d’arrêt (42) présente une structure en spirale.
Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que l’anneau d’arrêt (42) est destiné à venir se positionner dans une rainure annulaire (44) ménagée sur une face radialement interne du support de palier amont (32a).
Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bride de stabilisation (33) comporte une série de tenons externes (38) et que le support de palier amont (32a) présente une série de mortaises (36), chaque tenon (38) et chaque mortaise (36) coopérant par emmanchement pour former la liaison par embrèvement.
Enceinte (26) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la série de mortaises (36) est ménagée dans une extrémité aval libre (E) d’une extension axiale (32e) du support de palier amont (32a).
Enceinte (26) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la bague externe amont (29a) est reliée à la bride de stabilisation (33) au moyen d’un tronçon de colonnettes (34) formant cage souple.
Turbomachine (10) d’aéronef comprenant l’enceinte (26) selon l’une des revendications 1 à 9 précédentes.