WO2011092411A1 - Systeme de decouplage pour arbre rotatif d'un turboreacteur d'aeronef - Google Patents

Systeme de decouplage pour arbre rotatif d'un turboreacteur d'aeronef Download PDF

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relative
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Edouard Joseph Jadczak
Cédric MAGRET
Pierrick Ollivier
Arnaud Fabrice Quenardel
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Snecma
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Definitions

  • the present invention relates to an aircraft turbojet rotary shaft which is supported in rotation by rolling bearings. It is more particularly a system for decoupling such a rotary shaft in case of significant imbalance thereon.
  • a double-body, double-flow turbojet comprises two rotors, namely a low pressure rotor and a high pressure rotor, which are supported by rolling bearings.
  • the low pressure rotor is supported by two rolling bearings at the front (hereinafter referred to as “bearing 1" and “bearing 2”) and a rolling bearing at the rear. These bearings must take into account the axial and radial loads of the turbojet engine.
  • a decoupling system is typically in the form of screws or fusible columns which are calibrated to break a certain load and thus remove the connection between the low pressure shaft and the fixed support of the bearing 1 in case of significant imbalance on the low-pressure shaft. This results in a drop in the frequency of the blower suspension mode in the operating range of the low-pressure shaft, which reduces the high-speed loads.
  • the use of a decoupling system is however effective that if the contacts between the blades of the fan and the casing around them are reduced, which requires a significant clearance between these parts.
  • the drop in the frequency of the suspension mode of the fan following the rupture of the fusible screws also results in a change in the nature of this suspension mode which tends to deform the low-pressure shaft rather than the fixed support This results in a large bending of the low-pressure shaft under the high-pressure rotor of the turbojet engine.
  • contacts can appear between the low-pressure shaft and the high-pressure shaft, these contacts increasing the risk of rupture of the low-pressure shaft.
  • One known way to limit the inter-shaft contacts during the deceleration following the rupture of the fan blade is to add a decoupling system at the level of the bearing 2.
  • This decoupling system calibrated to break after the decoupling system of the bearing 1, makes it possible to release the radial clearance at the level of the bearing 2 to limit the inter-shaft contacts.
  • a mechanical stop located at the level of the bearing 2 advantageously makes it possible to limit the radial displacements of the low-pressure shaft after the breaking of the decoupling system of this bearing 2.
  • the main object of the present invention is therefore to overcome such disadvantages by proposing a decoupling system for a rotary shaft enabling, with the aid of a single device, to limit the inter-shaft contacts while ensuring the axial retention of the shaft. rotating shaft and to reduce the loads and vibrations during the phases of operation in autorotation.
  • a decoupling system for rotary shaft of an aircraft turbojet comprising a rolling bearing having a plurality of rolling elements inserted between a first and a second ring, the first ring being fixed on a support of bearing fixed of the turbojet engine and the second ring being mounted in an annular mounting chamber fixed on a rotary shaft of the turbojet, means for transmitting the rotational torque of the rotary shaft to the second ring of the bearing, and means for centering radial direction of the second bearing ring relative to the mounting chamber as long as a static force related to an imbalance affecting the rotary shaft does not exceed a predetermined threshold and to allow relative radial displacement of the second bearing ring relative to to the mounting chamber when a static force related to an imbalance affecting the rotating shaft exceeds said predetermined threshold.
  • the decoupling system further comprises a plurality of sealed flexible bags interposed between the second ring of the bearing and the mounting chamber over the entire circumference of the latter, each bag containing a heterogeneous structure consisting of a porous capillary solid matrix and a liquid associated with which the matrix is lyophobic.
  • Such a system finds a particularly advantageous application to the decoupling of the low-pressure shaft of a turbojet engine of double-body and double-flow type.
  • the system is applied to the bearing 2 and the effort required to compress your bags is calibrated so that in the presence of a residual imbalance on the low-pressure shaft considered normal (ie say do not interfere with the operation of the turbojet engine), the liquid does not enter the capillary network of the solid matrix of the heterogeneous structure.
  • the sudden compression of the bags occurs just after the decoupling of the bearing 1.
  • the low-pressure rotor will detect, the force on the bearing 2 will decrease and return under the limit effort , thus causing the relaxation of the heterogeneous structure contained in the bags. This will cause a recentering of the low-pressure rotor under the bearing 2 and the reduction of the vibratory levels induced by the orbiting of the low-pressure rotor at low speed and during the phases of operation in autorotation.
  • the decoupling system according to the invention makes it possible, in the event of rupture of a fan blade, to limit the inter-shaft contacts and to reduce the vibration levels during the deceleration phase consecutive to the unbalance. Furthermore, the remaining bearing integrity, it continues to ensure its function of axial retention of the rotary shaft. No additional device to ensure this function in case of significant imbalance is therefore necessary. This results in a simplification of the architecture and a gain in mass and consequently of performance.
  • the second ring of the bearing may comprise a fusible shoulder fixed on the mounting chamber for ensuring the radial centering of the second ring of the bearing relative to the mounting chamber as a static force related to an imbalance affecting the shaft rotary does not exceed the predetermined threshold and able to break when a static force related to an imbalance affecting the rotary shaft exceeds the predetermined threshold to allow a relative radial displacement of the second ring of the bearing relative to the mounting chamber .
  • the second ring of the bearing may comprise an axial flange fixed on a corresponding flange of the mounting chamber, these flanges forming a flexible connection allowing a relative radial displacement of the second ring of the bearing relative to the mounting chamber.
  • the second ring of the bearing may comprise a plurality of lugs cooperating with corresponding teeth of the mounting chamber to allow the transmission of the rotational torque of the rotary shaft to the second ring of the bearing.
  • the mounting chamber is preferably made of two distinct parts.
  • the mounting chamber can be hooped onto the rotating shaft and held axially thereon by a nut.
  • the invention also relates to an aircraft turbojet engine comprising at least one decoupling system as defined above.
  • FIG. 1 is a general and schematic view showing the preferred location of the decoupling system according to the invention
  • FIG. 2 is a sectional view of a decoupling system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a sectional view along III-III of Figure 2;
  • FIG. 4 is a sectional view of the system of Figure 2 after decoupling.
  • FIG. 5 is a sectional view of a decoupling system according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a partial view in longitudinal section of a low-pressure rotor 10 of a turbojet engine of the double-body and double-flow type.
  • This low-pressure rotor comprises in particular a low-pressure shaft 12 centered on the longitudinal axis 14 of the turbojet and carrying at its upstream end a plurality of fan blades 16.
  • An annular casing 18 centered on the longitudinal axis 14 surrounds the fan blades.
  • the low-pressure shaft 12 is rotatably supported by a front bearing 20 (also called “bearing 1") of the roller type and a rear bearing 22 (also called “bearing 2”) of the ball type.
  • the front bearing 20 is supported by a front bearing support 24 which is connected to a fixed structure 26 of the turbojet engine (intermediate casing) by means of fusible screws 28.
  • These fusible screws constitute a first decoupling system of the low-pressure shaft: they are calibrated to break under a predetermined load corresponding to an important unbalance on the low-pressure shaft (typical case of the loss of a fan blade 16) in order to eliminate the connection between the low-pressure shaft and the fixed structure 26 of the turbojet engine.
  • fusible screws constitute a first decoupling system of the low-pressure shaft: they are calibrated to break under a predetermined load corresponding to an important unbalance on the low-pressure shaft (typical case of the loss of a fan blade 16) in order to eliminate the connection between the low-pressure shaft and the fixed structure 26 of the turbojet engine.
  • other decoupling systems at the front bearing can be envisaged.
  • rear bearing 22 is supported by a rear bearing support 30 which is also connected to the fixed structure 26 of the turbojet engine by means of screws 32.
  • a second system for decoupling the low-pressure shaft in accordance with FIG. invention is also provided at this rear bearing.
  • the rear bearing 22 comprises a plurality of balls 34 which are inserted between an inner ring 36 disposed on the side of the low-pressure shaft 12 and an outer ring 38 disposed on the side of the rear bearing support 30, these rings defining bearing tracks. bearing for the balls.
  • the outer ring is more precisely attached to the rear bearing support 30 by means of a nut 40.
  • the inner ring As for the inner ring, it is mounted in an annular mounting chamber 42 fretted on the low-pressure shaft and fixed axially thereon by a nut 44.
  • This mounting chamber 42 has an upstream wall 46 axially spaced apart. a downstream wall 48 by a bottom 50.
  • the latter comprises a plurality of lugs 52 cooperating with corresponding teeth 54 formed at the free end of the wall. downstream 48 of the room mounting.
  • Other torque transmission means are of course conceivable.
  • the inner ring 36 of the rear bearing also comprises a fusible shoulder 56 which is centered on the free end of the upstream wall 46 of the mounting chamber.
  • This fuse shoulder makes it possible to ensure a radial centering of the inner ring on the mounting chamber in normal operation, that is to say as long as a static force related to an imbalance affecting the rotary shaft does not exceed a threshold predetermined.
  • the fusible shoulder extends in an axial direction and has on its internal face a rack which is capable of breaking mechanically under a predetermined load (corresponding to a predetermined threshold of static stress related to an imbalance affecting the low-pressure shaft ). If this predetermined threshold is exceeded, the shoulder 56 breaks allowing the inner ring of the rear bearing to move radially relative to the mounting chamber 42.
  • the static force threshold is chosen so as to cause a rupture of the shoulder 56 just after decoupling the low-pressure shaft at the front bearing 20.
  • a plurality of flexible and leaktight bags 58 are interposed between the inner ring 36 of the rear bearing and the mounting chamber 42 all around the circumference thereof, each bag containing a particular heterogeneous structure 59.
  • these bags extend, on the one hand, axially between the upstream and downstream walls 46 of the mounting chamber, and on the other hand radially between the bottom 50 of this same mounting chamber and the inner surface of the inner ring 36.
  • these bags are contiguous to each other so as to extend over the entire circumference of the mounting chamber ( Figure 3).
  • Figure 3 it is possible to imagine other configurations for the provision of these bags. They could in particular be arranged in several layers.
  • These bags 58 are flexible and impervious to the heterogeneous structure 59 they contain.
  • a heterogeneous structure consists of a porous capillary solid matrix and a liquid associated with which the matrix is lyophobic.
  • Different examples of a heterogeneous structure having these characteristics are given in the patent application International Patent WO 96/18040 whose contents are incorporated herein by reference.
  • the constituent material of the capillary matrix may for example be a silica and chromium compound, an aluminosilicate, alumina, a porous sodium-borosilicate glass, graphite, etc. and have an active surface of the order of 700 to 1500 m 2 per gram.
  • the associated liquid should then be a polar liquid that has the property of not wetting the constituent material of the capillary matrix, such as water, mercury, gallium, indium, lead alloy or tin, etc.
  • Such a heterogeneous structure has the particularity that the liquid surrounding the lyophilic capillary matrix with respect to this liquid can not spontaneously penetrate inside the pores or capillaries, and this penetration can only be forced, as a result of a compression suitably exerted on the heterogeneous structure, that is to say on the bags 58 containing it.
  • the pressure threshold that must be crossed in order to obtain this penetration of the liquid into the pores of the capillary matrix is known and predetermined. It is chosen so that the compression of the heterogeneous structure of the bags occurs just after the rupture of the shoulder 56 radially bonding the inner ring 36 of the rear bearing to the mounting chamber 42.
  • the volume of the bags 58 thus decreases abruptly, releasing a clearance between the low-pressure shaft and the inner ring of the bearing (the case of FIG. 4).
  • the capillary matrix of the heterogeneous structure contained in the bags 58 is preferably chosen so as to be monoporous so that when the pressure applied on the heterogeneous structure of the compressed bags is relaxed, a spontaneous relaxation of this structure is obtained. allows the return to the situation illustrated in Figures 2 and 3.
  • This second embodiment differs from the first in particular in that the inner ring 36 'of the rear bearing 22' comprises a flange 60 which extends axially upstream and which is fixed on a corresponding flange 62 of the mounting chamber. 42 '(this flange 62 extends axially upstream from the end of the upstream wall 46' of the mounting chamber).
  • These flanges 60, 62 are fixed to one another by means of a screw / nut system 64 and form a flexible connection which allows relative radial displacement of the inner ring relative to the mounting chamber.
  • This flexible connection 60, 62 also makes it possible to radially center the inner ring on the mounting chamber and to take up the axial forces generated by the thrust.
  • the mounting chamber 42, 42' is made in two distinct parts, namely a first part formed by the bottom 50, 50 'and the upstream wall 46, 46', and a second portion formed in particular by the downstream wall 48, 48 '.
  • the assembly chamber assembly is as follows.
  • the first part of the mounting chamber is first shrunk onto the low-pressure shaft 12.
  • the flexible bags 58 enclosing the heterogeneous structure 59 are then positioned over the entire circumference of the mounting chamber and held in position using specific tooling and the rear bearing is mounted downstream on the bags.
  • the second part of the mounting chamber is then mounted downstream and shrunk onto the low-pressure shaft and the two parts are held axially by the nut 44.

Abstract

L'invention concerne un système de découplage pour arbre rotatif d'un turboréacteur d'aéronef, comportant : un palier à roulement (22) ayant des éléments roulant (34) insérés entre une première bague (38) fixée sur un support de palier fixe (30) et une seconde bague (36) montée dans une chambre de montage (42) fixée sur un arbre rotatif (12); des moyens (52, 54) de transmission du couple de rotation de l'arbre rotatif à la seconde bague; des moyens (56) pour autoriser un déplacement radial relatif de la seconde bague par rapport à la chambre de montage lorsqu'un effort statique lié à un balourd affectant l'arbre rotatif dépasse un seuil prédéterminé; et une pluralité de sacs (58) souples étanches intercalés entre la seconde bague et la chambre de montage et renfermant chacun une structure hétérogène (59) constituée d'une matrice solide capillaire poreuse et d'un liquide associé au regard duquel la matrice est lyophobe.

Description

Système de découplage pour arbre rotatif
d'un turboréacteur d'aéronef
Arrière-plan de l'invention
La présente invention concerne un arbre rotatif de turboréacteur d'aéronef qui est supporté en rotation par des paliers à roulement. Elle vise plus particulièrement un système permettant de découpler un tel arbre rotatif en cas de balourd important sur celui-ci.
Un turboréacteur à double-corps et double-flux comporte deux rotors, à savoir un rotor basse pression et un rotor haute pression, qui sont supportés par des paliers à roulement. Typiquement, le rotor basse pression est supporté par deux paliers à roulement à l'avant (appelés ci- après « palier 1 » et « palier 2 ») et un palier à roulement à l'arrière. Ces paliers doivent tenir aux charges axiales et radiales du turboréacteur.
Dans un tel turboréacteur, la rupture d'une aube de la soufflante (consécutivement à l'ingestion d'un oiseau par exemple) engendre un balourd sur l'arbre basse-pression dans le plan de la soufflante. Dans une telle situation, d'importantes charges liées au balourd induit sont transmises aux structures du turboréacteur, d'une part par l'intermédiaire du palier 1 qui supporte cet arbre à proximité de la soufflante, et d'autre part lors des contacts entre les aubes de la soufflante et le carter qui les entoure. Ces charges doivent donc être prises en compte lors du dimensionnement du turboréacteur. Les réduire permet d'optimiser la masse du turboréacteur.
Pour y parvenir, il est connu de mettre en place un système de découplage au niveau du palier 1, ainsi que d'augmenter le jeu entre les sommets des aubes de la soufflante et le carter qui les entoure afin de réduire considérablement les charges transmises aux structures en cas de balourd important sur l'arbre basse-pression. Un système de découplage se présente typiquement sous la forme de vis ou de colonnettes fusibles qui sont tarées pour rompre à une certaine charge et supprimer ainsi la liaison entre l'arbre basse- pression et le support fixe du palier 1 en cas de balourd important sur l'arbre basse-pression. Il en résulte une chute de la fréquence du mode de suspension de la soufflante dans la plage de fonctionnement de l'arbre basse-pression, ce qui réduit les charges à haut régime. Le recours à un système de découplage n'est cependant efficace que si les contacts entre les aubes de la soufflante et le carter qui les entoure sont réduits, ce qui nécessite un important jeu entre ces pièces.
Par ailleurs, la chute de la fréquence du mode de suspension de la soufflante consécutivement à la rupture des vis fusibles se traduit également par un changement de nature de ce mode de suspension qui tend à déformer l'arbre basse-pression plutôt que le support fixe du palier 1. Il en résulte une flexion importante de l'arbre basse-pression sous le rotor haute-pression du turboréacteur. En particulier, des contacts peuvent apparaître entre l'arbre basse-pression et l'arbre haute-pression, ces contacts augmentant le risque de rupture de l'arbre basse-pression.
Un moyen connu pour limiter les contacts inter-arbres pendant la décélération consécutive à la rupture de l'aube de soufflante est d'ajouter un système de découplage au niveau du palier 2. Ce système de découplage, taré pour rompre après le système de découplage du palier 1, permet de libérer du jeu radial au niveau du palier 2 pour limiter les contacts inter-arbres. Une butée mécanique située au niveau du palier 2 permet avantageusement de limiter les déplacements radiaux de l'arbre basse-pression après la rupture du système de découplage de ce palier 2.
Toutefois, cette solution à deux systèmes de découplage présente l'inconvénient que l'augmentation du jeu au niveau du palier 2 suite à la rupture du système de découplage autorise la mise en orbite du rotor basse-pression lors des phases de fonctionnement en autorotation (« windmilling ») et contribue à augmenter les niveaux vibratoires à bas régime.
.Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un système de découplage pour arbre rotatif permettant, à l'aide d'un seul dispositif, de limiter les contacts inter-arbres tout en assurant la rétention axiale de l'arbre rotatif et de réduire les charges et vibrations pendant les phases de fonctionnement en autorotation.
Ce but est atteint grâce à un système de découplage pour arbre rotatif d'un turboréacteur d'aéronef, comportant un palier à roulement ayant une pluralité d'éléments roulant insérés entre une première et une seconde bagues, la première bague étant fixée sur un support de palier fixe du turboréacteur et la seconde bague étant montée dans une chambre annulaire de montage fixée sur un arbre rotatif du turboréacteur, des moyens de transmission du couple de rotation de l'arbre rotatif à la seconde bague du palier, et des moyens pour assurer un centrage radial de la seconde bague du palier par rapport à la chambre de montage tant qu'un effort statique lié à un balourd affectant l'arbre rotatif ne dépasse pas un seuil prédéterminé et pour autoriser un déplacement radial relatif de la seconde bague du palier par rapport à la chambre de montage lorsqu'un effort statique lié à un balourd affectant l'arbre rotatif dépasse ledit seuil prédéterminé. Conformément à l'invention, le système de découplage comporte en outre une pluralité de sacs souples étanches intercalés entre la seconde bague du palier et la chambre de montage sur toute la circonférence de celle-ci, chaque sac renfermant une structure hétérogène constituée d'une matrice solide capillaire poreuse et d'un liquide associé au regard duquel la matrice est lyophobe.
Lorsqu'un balourd affecte l'arbre rotatif, l'effort qui en résulte sur les pièces de l'arbre rotatif est statique dans le référentiel tournant associé à cet arbre. Les sacs renfermant la structure hétérogène sont de volume constant. Aussi, l'effort statique résultant du balourd transite intégralement par l'intermédiaire de ces sacs. Tant que ce balourd ne dépasse pas le seuil prédéterminé, la chambre annulaire de montage, les sacs et les éléments roulant du palier se déplacent de façon identique et solidaire. Lorsque l'effort statique lié au balourd dépasse le seuil prédéterminé, la seconde bague du palier se déplace radialement par rapport à la chambre annulaire de montage. Ces déplacements se traduisent par une compression des sacs qui engendre, au-delà d'un certain seuil de compression, une pénétration du liquide dans le réseau capillaire de la matrice solide de la structure hétérogène (cette opération s'effectue de façon quasi-instantanée et est isotherme). Le volume des sacs diminue alors brutalement, libérant un jeu entre l'arbre rotatif et la seconde bague du palier. Dès que la pression exercée sur les sacs repassera sous le seuil prédéterminé, la structure hétérogène aura pour particularité de se détendre spontanément, ce qui permet le retour à la situation antérieure.
Un tel système trouve une application particulièrement avantageuse au découplage de l'arbre basse-pression d'un turboréacteur de type à double-corps et double-flux. Dans cette configuration, le système est appliqué au palier 2 et l'effort nécessaire à comprimer tes sacs est taré de manière qu'en présence d'un balourd résiduel sur l'arbre basse-pression considéré comme normal (c'est-à-dire ne nuisant pas au fonctionnement du turboréacteur), le liquide ne pénètre pas dans le réseau capillaire de la matrice solide de la structure hétérogène. En revanche, en cas de perte d'aube de soufflante, la brusque compression des sacs intervient juste après le découplage du palier 1. Lorsque le rotor basse-pression décèlera, l'effort sur le palier 2 diminuera et repassera sous l'effort limite, entraînant ainsi la détente de la structure hétérogène contenue dans les sacs. Ceci provoquera un recentrage du rotor basse- pression sous le palier 2 et la réduction des niveaux vibratoires induits par l'orbitage du rotor basse-pression à bas régime et pendant les phases de fonctionnement en autorotation.
Ainsi, le système de découplage selon l'invention permet, en cas de rupture d'une aube de soufflante, de limiter les contacts inter-arbres et de réduire les niveaux vibratoires pendant la phase de décélération consécutive au balourd. Par ailleurs, le palier restant intègre, il continue d'assurer sa fonction de rétention axiale de l'arbre rotatif. Aucun dispositif supplémentaire pour assurer cette fonction en cas de balourd important n'est donc nécessaire. Il en résulte une simplification de l'architecture et un gain de masse et par conséquent de performance.
La seconde bague du palier peut comprendre un épaulement fusible fixé sur la chambre de montage permettant d'assurer le centrage radial de la seconde bague du palier par rapport à la chambre de montage tant qu'un effort statique lié à un balourd affectant l'arbre rotatif ne dépasse pas le seuil prédéterminé et apte à rompre lorsqu'un effort statique lié à un balourd affectant l'arbre rotatif dépasse le seuil prédéterminé afin d'autoriser un déplacement radial relatif de la seconde bague du palier par rapport à la chambre de montage.
Alternativement, la seconde bague du palier peut comprendre une bride axiale fixée sur une bride correspondante de la chambre de montage, ces brides formant une liaison souple autorisant un déplacement radial relatif de la seconde bague du palier par rapport à la chambre de montage. Par ailleurs, la seconde bague du palier peut comprendre une pluralité d'ergots coopérant avec des dents correspondantes de la chambre de montage pour permettre la transmission du couple de rotation de l'arbre rotatif à la seconde bague du palier.
La chambre de montage est de préférence réalisée en deux parties distinctes. De plus, la chambre de montage peut être frettée sur l'arbre rotatif et maintenue axialement sur celui-ci par un écrou.
L'invention vise également un turboréacteur d'aéronef comportant au moins un système de découplage tel que défini précédemment.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressorti ront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 est une vue générale et schématique montrant l'emplacement privilégié du système de découplage selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe d'un système de découplage selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue en coupe du système de la figure 2 après découplage ; et
- la figure 5 est une en coupe d'un système de découplage selon un autre mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation
La figure 1 représente de façon partielle et en coupe longitudinale un rotor basse-pression 10 d'un turboréacteur de type à double corps et double flux. Ce rotor basse-pression comprend notamment un arbre basse-pression 12 centré sur l'axe longitudinal 14 du turboréacteur et portant à son extrémité amont une pluralité d'aubes de soufflante 16. Un carter annulaire 18 centré sur l'axe longitudinal 14 entoure les aubes de soufflante. L'arbre basse-pression 12 est supporté en rotation par un palier avant 20 (également appelé « palier 1 ») du type à rouleaux et un palier arrière 22 (également appelé « palier 2 ») du type à billes.
De façon plus précise, le palier avant 20 est soutenu par un support de palier avant 24 qui est relié à une structure fixe 26 du turboréacteur (carter intermédiaire) par l'intermédiaire de vis fusibles 28. Ces vis fusibles constituent un premier système de découplage de l'arbre basse-pression : elles sont tarées pour rompre sous une charge prédéterminée correspondant à un balourd important sur l'arbre basse- pression (cas typique de la perte d'une aube de soufflante 16) afin de supprimer la liaison entre l'arbre basse-pression et la structure fixe 26 du turboréacteur. Bien entendu, d'autres systèmes de découplage au niveau du palier avant peuvent être envisagés.
De même, le palier arrière 22 est soutenu par un support de palier arrière 30 qui est également relié à la structure fixe 26 du turboréacteur par l'intermédiaire de vis 32. Un second système de découplage de l'arbre basse-pression conforme à l'invention est aussi prévu au niveau de ce palier arrière.
On décrira d'abord un premier mode de réalisation d'un tel système de découplage en liaison avec les figures 2 et 3.
Le palier arrière 22 comprend une pluralité de billes 34 qui sont insérées entre une bague intérieure 36 disposée du côté de l'arbre basse- pression 12 et une bague extérieure 38 disposée du côté du support de palier arrière 30, ces bagues définissant des pistes de roulement pour les billes. La bague extérieure est plus précisément fixée au support de palier arrière 30 à l'aide d'un écrou 40.
Quant à la bague intérieure, elle est montée dans une chambre annulaire de montage 42 frettée sur l'arbre basse-pression et fixée axialement sur celui-ci par un écrou 44. Cette chambre de montage 42 présente une paroi amont 46 espacée axialement d'une paroi aval 48 par un fond 50.
Pour permettre la transmission du couple de rotation de l'arbre basse-pression à la bague intérieure du palier arrière, celle-ci comprend une pluralité d'ergots 52 coopérant avec des dents 54 correspondantes formées au niveau de l'extrémité libre de la paroi aval 48 de la chambre de montage. D'autres moyens de transmission du couple de rotation sont bien entendu envisageables.
Par ailleurs, la bague intérieure 36 du palier arrière comprend également un épaulement fusible 56 qui est centré sur l'extrémité libre de la paroi amont 46 de la chambre de montage. Cet épaulement fusible permet d'assurer un centrage radial de la bague intérieure sur la chambre de montage en fonctionnement normal, c'est-à-dire tant qu'un effort statique lié à un balourd affectant l'arbre rotatif ne dépasse pas un seuil prédéterminé. L'épaulement fusible s'étend selon une direction axiale et présente sur sa face interne un rayonnage qui est apte à rompre mécaniquement sous une charge prédéterminée (correspondant à un seuil prédéterminé d'effort statique lié à un balourd affectant l'arbre basse- pression). En cas de dépassement de ce seuil prédéterminé, l'épaulement 56 rompt autorisant ainsi la bague intérieure du palier arrière à se déplacer radialement par rapport à la chambre de montage 42. Le seuil d'effort statique est choisi de sorte à provoquer une rupture de l'épaulement 56 juste après que soit intervenu le découplage de l'arbre basse-pression au niveau du palier avant 20.
Toujours selon l'invention, une pluralité de sacs 58 souples et étanches sont intercalés entre la bague intérieure 36 du palier arrière et la chambre de montage 42 sur toute la circonférence de celle-ci, chaque sac renfermant une structure hétérogène 59 particulière.
Comme représenté sur la figure 2, ces sacs s'étendent, d'une part axialement entre les parois amont 46 et aval 48 de la chambre de montage, et d'autre part radialement entre le fond 50 de cette même chambre de montage et la surface interne de la bague intérieure 36. De plus, ces sacs sont accolés les uns aux autres de façon à s'étendre sur toute la circonférence de la chambre de montage (figure 3). Bien entendu, il est possible d'imaginer d'autres configurations pour la disposition de ces sacs. Ils pourraient notamment être disposés en plusieurs couches.
Ces sacs 58 sont souples et étanches à la structure hétérogène 59 qu'ils renferment. Une telle structure hétérogène se compose d'une matrice solide capillaire poreuse et d'un liquide associé au regard duquel la matrice est lyophobe. Différents exemples d'une structure hétérogène présentant ces caractéristiques sont donnés dans la demande de brevet internationale WO 96/18040 dont le contenu est incorporé ici par référence.
Le matériau constitutif de la matrice capillaire pourra par exemple être un composé de silice et de chrome, un aluminosilicate, de l'alumine, un verre en sodium-borosilicate poreux, du graphite, etc. et présenter une surface active de l'ordre de 700 à 1500 m2 par gramme. Le liquide associé devra alors être un liquide polaire qui a pour propriété de ne pas mouiller le matériau constitutif de la matrice capillaire, comme par exemple de l'eau, du mercure, du gallium, de l'indium, de l'alliage de plomb ou d'étain, etc.
Une telle structure hétérogène présente comme particularité que le liquide entourant la matrice capillaire lyophobe au regard de ce liquide ne peut pas spontanément pénétrer à l'intérieur des pores ou capillaires, et cette pénétration ne peut qu'être forcée, par suite d'une compression adéquate exercée sur la structure hétérogène, c'est-à-dire sur les sacs 58 renfermant celle-ci. Le seuil de pression qu'il est nécessaire de franchir pour obtenir cette pénétration du liquide dans les pores de la matrice capillaire est connu et prédéterminé. Il est choisi pour que la compression de la structure hétérogène des sacs intervienne juste après la rupture de l'épaulement 56 liant radialement la bague intérieure 36 du palier arrière à la chambre de montage 42.
Aussi, lorsqu'un balourd affecte l'arbre basse-pression 12, et que l'effort statique lié à ce balourd reste inférieur au seuil d'effort prédéterminé mentionné ci-dessus, cet effort transite intégralement par l'intermédiaire des sacs étanches sans que le volume de ces sacs ne soit affecté. En revanche, lorsque l'effort statique lié au balourd dépasse le seuil d'effort statique prédéterminé, la bague intérieure 36 du palier arrière se découple de la chambre de montage 42, autorisant ainsi des déplacements radiaux de la bague intérieure par rapport à la chambre. Ces déplacements se traduisent alors par une compression des sacs 58 qui se situent au droit du balourd. Lorsque le seuil de pression prédéterminé est franchi, cette compression engendre une pénétration du liquide dans le réseau capillaire de la matrice solide de la structure hétérogène (cette opération s'effectue de façon quasi-instantanée et est isotherme). Le volume des sacs 58 diminue donc brutalement, libérant un jeu entre l'arbre basse-pression et la bague intérieure du palier (cas de la figure 4). Par ailleurs, la matrice capillaire de la structure hétérogène contenue dans les sacs 58 est de préférence choisie de façon à être monoporeuse de sorte que lorsque la pression appliquée sur la structure hétérogène des sacs comprimés est relâchée, on obtient une détente spontanée de cette structure qui permet le retour à la situation illustrée sur les figures 2 et 3.
Il est à noter que la variation du volume des sacs (entre leur état normal et leur état comprimé) est directement proportionnelle à la porosité du matériau constitutif de la matrice capillaire. Il est ainsi possible de calibrer le volume des sacs dans leur état comprimé et par conséquent le jeu libéré entre l'arbre basse-pression et la bague intérieure du palier arrière lors de la perte d'une aube.
En liaison avec la figure 5 on décrira maintenant un second mode de réalisation du système de découplage selon l'invention.
Ce second mode de réalisation se distingue du premier notamment en ce que la bague intérieure 36' du palier arrière 22' comprend une bride 60 qui s'étend axialement vers l'amont et qui est fixée sur une bride 62 correspondante de la chambre de montage 42' (cette bride 62 s'étend axialement vers l'amont depuis l'extrémité de la paroi amont 46' de la chambre de montage). Ces brides 60, 62 font fixées l'une à l'autre au moyen d'un système vis/écrou 64 et forment une liaison souple qui autorise un déplacement radial relatif de la bague intérieure par rapport à la chambre de montage. Cette liaison souple 60, 62 permet également de centrer radialement la bague intérieure sur la chambre de montage et de reprendre les efforts axiaux générés par la poussée.
Dans ce second mode de réalisation, comme aucune rupture mécanique de la liaison entre la bague intérieure et la chambre de montage n'intervient en cas de perte d'une aube de soufflante, il est nécessaire de prendre en compte la souplesse de la liaison 60, 62 lors du calibrage des caractéristiques de la structure hétérogène 59 contenue dans les sacs 58.
On décrira maintenant certaines caractéristiques avantageuses communes aux deux modes de réalisation précédemment décrits.
Selon une disposition avantageuse, afin de faciliter l'assemblage du palier arrière 22, 22', la chambre de montage 42, 42' est réalisée en deux parties distinctes, à savoir une première partie formée par le fond 50, 50' et la paroi amont 46, 46', et une seconde partie formée notamment par la paroi aval 48, 48'.
L'assemblage de la chambre de montage est le suivant. La première partie de la chambre de montage est frettée en premier sur l'arbre basse-pression 12. Les sacs souples 58 renfermant la structure hétérogène 59 sont ensuite positionnés sur toute la circonférence de la chambre de montage et maintenus en position à l'aide d'un outillage spécifique et le palier arrière est monté par l'aval sur les sacs. La seconde partie de la chambre de montage est alors montée par l'aval et frettée sur l'arbre basse-pression et les deux parties sont maintenues axialement par l'écrou 44.
Enfin, on notera que pour permettre un déplacement radial de la bague intérieure du palier arrière dans la chambre de montage, il est nécessaire d'ajouter un revêtement sur les surfaces internes de la chambre et/ou de la bague intérieure afin d'assurer un faible coefficient de frottement entre ces deux pièces. Ce revêtement peut par exemple être du Téflon®.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de découplage pour arbre rotatif d'un turboréacteur d'aéronef, comportant ;
un palier à roulement (22, 22') ayant une pluralité d'éléments roulant (34) insérés entre une première et une seconde bagues, la première bague (38) étant fixée sur un support de palier fixe (30) du turboréacteur et la seconde bague (36, 36') étant montée dans une chambre annulaire de montage (42, 42') fixée sur un arbre rotatif (12) du turboréacteur ;
des moyens (52, 54) de transmission du couple de rotation de l'arbre rotatif à la seconde bague du palier ; et
des moyens (56 ; 60, 62) pour assurer un centrage radial de la seconde bague du palier par rapport à la chambre de montage tant qu'un effort statique lié à un balourd affectant l'arbre rotatif ne dépasse pas un seuil prédéterminé et pour autoriser un déplacement radial relatif de la seconde bague du palier par rapport à la chambre de montage lorsqu'un effort statique lié à un balourd affectant l'arbre rotatif dépasse ledit seuil prédéterminé ;
caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pluralité de sacs
(58) souples étanches intercalés entre la seconde bague du palier et la chambre de montage sur toute la circonférence de celle-ci, chaque sac renfermant une structure hétérogène (59) constituée d'une matrice solide capillaire poreuse et d'un liquide associé au regard duquel la matrice est lyophobe.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel la seconde bague (36) du palier (22) comprend un épaulement fusible (56) fixé sur la chambre de montage (42) permettant d'assurer le centrage radial de fa seconde bague du palier par rapport à la chambre de montage tant qu'un effort statique lié à un balourd affectant l'arbre rotatif ne dépasse pas le seuil prédéterminé et apte à rompre lorsqu'un effort statique lié à un balourd affectant l'arbre rotatif (12) dépasse le seuil prédéterminé afin d'autoriser un déplacement radial relatif de la seconde bague du palier par rapport à la chambre de montage.
3. Système selon la revendication 1, dans lequel la seconde bague (36') du palier (22') comprend une bride axiale (60) fixée sur une bride (62) correspondante de la chambre de montage (42'), ces brides formant une liaison souple autorisant un déplacement radial relatif de la seconde bague du palier par rapport à la chambre de montage.
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la seconde bague (36, 36') du palier (22, 22') comprend une pluralité d'ergots (52) coopérant avec des dents (54) correspondantes de la chambre de montage (42, 42') pour permettre la transmission du couple de rotation de l'arbre rotatif à la seconde bague du palier.
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la chambre de montage (42, 42') est réalisée en deux parties distinctes.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la chambre de montage (42, 42') est frettée sur l'arbre rotatif et maintenue axialement sur celui-ci par un écrou (44).
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les éléments roulant du palier (22, 22') sont des billes (34).
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la première bague (38) du palier (22, 22') est disposée du côté extérieur tandis que la seconde bague (36, 36') est disposée du côté intérieur.
9. Turboréacteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système de découplage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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