Brevet FR2131797A1 — publié le 19721117

L'invention concerne'la disposition des paliers d'une turbomachine comprenant un arbre solidaire d'une turbine motrice et d'un appareil récepteur, paj? exemple un compresseur, qui lui applique une poussée axiale plus grande que la poussée axiale 5 de la turbine et dirigée en sons opposé. Elle s'applique notamment aux groupes turbocompresseurs à écoulement axial et en particulier aux turboréacteurs d'aviation.5' : Dans une telle turbomachine, le rotor, ou chaque rotor, est traditionnellement monté sur deux ou plusieurs paliers dont 10 l'un, constituant un palier de butée pour encaisser l'effort axial résultant de la différence des poussées de l'appareil récepteur et de la turbine, est situé en-général dans les parties froides de la machine, c'est-à-dire près de l'appareil récepteur, Dans un turboréacteur, le palier de butée est habituellement'mon-15 monté à l'avant de la machine, c'est-à-dire du côté du ou des compresseurs, et, de toute façon, pas plus en arrière que le carter de la chambre de combustion. Cette disposition est justifiée par le souci de maintenir à tous les régimes un jeu axial aussi faible que possible 20 entre les extrémités périphériques des pales du compresseur et les aubages redresseurs adjacents, pour obtenir le meilleur rendement possible. En effet, dans les modes de réalisation classiques, les extrémités des pales de turbine sont pourvues de talons pour éviter les vibrations, tandis que les extrémités des 25 pales du compresseur en sont dépourvuss, l'absence de ces talons provoquerait, si le palier de butée-était éloigné du compresseur, une variation du jeu axial à l'extrémité des pales du compresseur sous l'effet de déplacements axiaux, d'origine thermique, du rotor de celui-ci. Dans le cas d'un turboréacteur à double 30 corps comprenant un compresseur à basse pression dont le premier étage forme une soufflante, la variation de jeu axial serait évidemment maximum à l'extrémité des pales de la soufflante. C'est pourquoi, on place le palier de butée le plus près possible du compresseur, et on prévoit entre les aubages 35 de turbine un espacement suffisant pour obsorber les dilatations axiales. Cependant, cet espacement abaisse le rendement de la turbine, notamment parce qu'il permet à l'air de ventilation, qui circule dans l'enceinte contenant les paliers, de pénétrer dans le flux gazeux travaillant dans la turbine. 71 072.83 2 2131797 La présente invention permet de pallier cet inconvénient, dans le cas où une variation du jeu radial dans l'appareil récepteur, sous l'effet des dilatations thermiques., ne nuit pâ.s au rendement de cet appareil. (Je cas se présente notamment 5 dans les turboréacteurs comportant une seule roue de soufflante qui "est écartée axialement du1 redresseur de la soufflante pour diminuer le bruit émis par celle-ci; si de plus, l'air s'écoule en veine cylindrique dans la soufflante, une variation importante du jeu axial de celle-ci n'altère pas le rendement. 10 • Selon-l'invention, on place le palier de butée au voisinage immédiat de la turbine, dans un support qui est maintenu en butée dans le sens de la poussée de l'appareil récepteur et peut se déplacer axialement avec ledit palier dans le sens d'e la poussée de la turbine, dans une mesure suffisante pour que 15 les pales de son rotor viennent frotter sur les aubages du stator. Des suptures d'arbres peuvent en effet se produire accidentellement, et l'emballement du rotor de turbine est ainsi évité grâce à l'absorption de son énergie cinétique par le sta— 20 tor. Dans la disposition connue, le stator de la turbine, dé-saccouplé du palier de butée par une rupture d'arbre, se déplace vers l'arrière sous l'action de la poussée de la turbine et vient frotter sur les aubages du stator; cela provoque en général la destruction des aubes, mais la turbine, dont on a évité 25 l'éclatement en survitesse, reste contenue dans ses carters. Dans la disposition selon l'invention, la rupture d'arbres ne peut se produire qu'en avant du palier de butée, puisque celui-ci est placé tout près de la turbine; si donc le palier était maintenu en butée axialement dans les deux sens, le rotor de 30 turbine serait dans l'impossibilité de reculer et partirait en survitesse jusqu'à l'éclatement. la description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre les avantages de l'invention et l'art de la réaliser, 35 toutes dispositions qui ressortent tant du texte que des figures rentrant, bien entendu, dans le cadre de ladite invention. La figure 1 est une vue schématique en demi-coupe axiale montrant l'ayant et l'arrière d'un turboréacteur comportant la disposition, perfectionnée- de palier de butée selon /I UI zoo 2151/V/ l'invention. La figure 2 est une vue partielle analogue à la figure 1f montrant le palier de butée à plus grande échelle. Le turboréacteur représenté partiellement sur la fi-5 gure 1 comprend un compresseur à basse pression 1, dont le rotor 2 est monté à l'extrémité antérieure d'un arbre 3f qui porte à sa partie postérieure le rotor 4 d'une turbine à basse pression 5. La partie intermédiaire, non représentée, du turbo-10 réacteur comprend de façon connue un compresseur à haute pression monté, en aval du compresseur à basse pression 1, à l'extrémité antérieure d'un arbre creux entourant coaxialement l'arbre 3» traversant le carter intérieur d'une chambre de combustion et portant à son extrémité postérieure une turbine à haute 15 pression située en amont de la turbine à basse pression 5. On voit en 6 des pales mobiles du compresseur \ portées par le rotor 2 et en 7 des aubes fixes portées par un carter 8. De façon connue, llair aspiré à l'avant du turboréacteur est comprimé successivement par les pales 6 du compresseur 1, . 20 puis par le compresseur à haute pression, et pénètre dans la chambre de combustion pour brûler un carburant afin de produire des gaz chauds qui travaillent successivement dans la turbine à haute pression et dans la turbine à basse pression 5» puis sont déchargés dans une tuyère non représentée en formant un jet pro-25 pulsif. Le rotor 2 du compresseur 1 porte aussi à l'avant, autour de son premier étage de pales 6, une roue do soufflante 9 dont les pales 1C mettent en mouvement une veine extérieure d'air qui passe ensuite dans un redresseur 11 pour former de façon connue, autour des carters mentionnés plus haut, un flux d'air extérieur 30 12 appelé second flux. Comme on le voit sur le dessin, le redresseur 11 a été éloigné des pales 10 (dans le but de diminuer le bruit émis par la soufflante) et la veine d'air aise en mouvenent par ses pales 10 est sensiblement cylindrique. 35 L'arbre 3 est supporté à l'avant par un palier 3a, si tué au niveau du compresseur 1, et, à l'arrière, par un palier 13 faisant office de butée, placé au niveau de la turbine 5. Cet arbre 3 a une longueur notable, puisqu'il s'étend le long du compresseur à haute pression, de la chambre de combustion et de 71 07283 4 2131797 la turbine à houte- pression, et est soumis en service à des températures plus faibles que celles des carters. Il en résulte des dilatations thermiques différentielles importantes au niveau de la roue de soufflante 9> Etais celle-ci peut les absorber sans 5 perte de rendement, comme on l'a expliqué dans le préambule de la présente description. Le montage du palier de butée 13 dans le stator 14 de la turbine 5 est- représenté en détail sur la figure 2. Ce palier 13 est constitué par un roulement à billes dont la bague inté-10 rieure 15 est montée de façon connue sur l'arbre 3 au moyen d'une bague filetée 16 qui le serre contre un épaulement 3b de l'arbre, avec interposition d'un déflecteur 17 et d'une pièce 1S portant dos chicanes Î8a. L'épaulement 3b est situé près de l'extrémité postérieure de l'arbre 3» qui est reliée au rotor 15 4 par un accouplement 19 du type appelé "curvic-coupling", La bague extérieure 20 du roulement 13 est fixée dans un boîtier annulaire 21, auquel est boulonnée en 22ja une pièce 22 qui coopère avec les chicanes 18a. Le boîtier 21 comprend un corps 21a, sur lequel est 20 vissée une bague filetée 20a qui maintient la bague extérieure 20 du palier contre la pièce 22, un manchon cylindrique 21b, parallèle à l'axe de l'a,rbre 3, et tin voile plan 21 o en forme de disque annulaire flexible à la manière d'une membrane, dirigé vers l'extérieur du corps 21a dans un plan transversal. Ce 25 voile 21_c est centré sans jeu à sa périphérie extérieure dans un appendice annulaire 14a du carter 14, auquel il est boulonné en 23i de façon à assurer le positionnement radial du palier. La partie antérieure du corps 21a comprend extérieurement une surface cylindrique 24 montée avec un faible jeu radial dans 30 un autre appendice annulaire 14b du carter, qui comprend, vers l'avant, un épaulement 14ç, formant butée pour une surface frontale 24a du corps 21a. L'extrémité antérieure du manchon cylindrique 21b est pourvue èxtérieurement d'un bossage annulaire 25 (en forme de portion de tore dans le mode de réalisation repré-35 sonté) qui peut coulisser avec le même jeu radial sur un autre appendice annulaire 14d du carter 14. En fonctionnement normal, le compresseur 1 tire l'arbre 3 vers l'avant avec une force supérieure à la force, dirigée vers l'arrière, appliquée à cet arbre 3 par la turbine 5. La 71 07283 5 2131797 > - . • v - ; -, résultante F de ces forces est donc dirigée vers l'avant et est encaissée par 11 épaulement de butée 14.Ç du carter. En cas de rupture do l'arbre (rupture qui. se produira nécessairement en avant du palier 13), la force exercée par le compresseur 1 n'agit plus 5 sur le palier 13 et- celui-ci.est tiré vers l'arrière par la force exercée par la, turbine 5. Cette force déplace le boîtier 21 vers l'arrière, le voile 21c .se déformant à la manière d'une membrane d'une quantité suffisante pour que les pales 26 du rotor (voir figure 1) viennent frotter contre les aubages 27 du 10 stator; le boîtier 21 reste-sensiblement-centré, dans le carter 14 par la coopération des surfaces 24 et 25 avec leurs appuis 14b et 14d. 71 07283 6 2131797 REVEÏEDICATIuNS 1. Turbomachine comprenant un arbre solidaire d'une turbine motrice et d'un appareil récepteur, par exemple un compresseur, qui lui applique une poussée axiale plus grande que 5 la poussée axiale de la turbine et- dirigée en sens opposé, ledit arbre étant supporté-par deux ou plusieurs paliers dont l'un fait office de palier de butée, caractérisée en ce que ce dernier palier est situé prés de la turbine et est monté dans un support qui est maintenu en butée dans le sens de la poussée de 4 « 10 l'appareil moteur et pë.ut se déplacer axialement avec ledit palier dans le sens de- la - poussée :-de la turbine,'" dans une mesure suffisante pour que les pales du rotor de'ladite turbine viennent frotter sur les aubages de son stator-; ' ' , 2. Turbomachine selon la revendication 1, caracté-15 risée en ce que le support est monté avec un certain jeu radial et est solidaire d'un disque annulaire flexible dont la périphérie est fixée de manière à assurer le centrage du support. -3. Turbomachine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support comprend un corps pourvu d'une por-20 tée montée avec jeu radial dans une portée fixe et d'une surface frontale maintenue en butée par la poussée de l'appareil récepteur, et un appendice dirigé axialement et pourvu d'une autre portée montée avec jeu axial dans une autre portée fixe.