Brevet FR2496169A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne une turbine à deux rotors et, en particulier, des paliers à amortis- sement visqueux. De façon bien connue, il est de pratique cou- rante de supporter l'arbre à grande vitesse d'une tur- bine à gaz à deux rotors à l'aide de paliers radiaux à amortissement hydraulique. De même, on sait générale- ment que l'on peut modifier la fréquence naturelle du champ de pression tournant en sollicitant l'amortisseur visqueux au moyen d'un ressort afin d'éviter l'instabi- lité se produisant par suite de vibrations incontrâla- bles. Dans la réédition de brevet No 30.210 accordé le 1] février 1980 aux noms de D.F. Buono, N.G. Carlson, D.H. Hlibner et D.C. Moringiello, on décrit un exemple d'un système de ce type dans lequel un ressort est mon- té parallèlement à l'amortisseur visqueux, ce qui a pour effet de modifier la fréquence naturelle du champ de pression. On a constaté que l'utilisation d'amortis- seurs visqueux dans une turbine à deux rotors à grande vitesse influençait par inhérence l'espace libre circonférentiel du rotor et ce., par suite du flé- chissement de ce dernier dans l'espace libre défini par la pellicule d'huile. Evidemment, l'espace libre accru permet l'échappement d'une quantité d'air excessive en- tre la tête de l'aube du rotor et son joint d'étanchéité adjacent avec, pour conséquence, un accroissement de la consommation de carburant spécifique à la poussée. Afin d'éviter cet accroissement de consommation, on prévoit un ressort de centrage destiné à maintenir le jeu concen- trique du rotor, lequel permet d'éviter la majeure partie du fléchissement de ce dernier. La force du ressort de ce système est choisie de façon à offrir un support ma- ximum au poids du rotor, pour des charges gyroscopiques et une force de gravitation données,tout en maintenant une flexibi- lité suffisante pour permettre un amortissement par la pellicule d'huile dans des conditions de déséquilibre important du rotor. Un objet de la présente invention est de four- nir un procédé en vue d'empêcher un fléchissement du rotor dans une turbine à deux rotors, en utilisant des paliers à amortissement visqueux. Selon une caractéristique de l'invention, on utilise un ressort de centrage pour le palier à amortis- -sement visqueux, de telle sorte que le rotor d'appui de l'arbre ne vienne pas buter contre le fond du réservoir de l'amortisseur visqueux au cours des manoeuvres de l'aéronef. -jla force du ressort de centrage est optina- lisée de façon à réduire au minimum le mouvement du ro- tor par rapport au carter, tout en maintenant la liberté l5 de mouvement requise à l'intérieur de l'amortisseur vis- queux. D'autres caractéristiques et avantages apparaî- tront à la lecture de la description et des revendica- tions ci-après, en se référant aux dessins annexés qui 0 illustrent une forme de réalisation de l'invention; dans ces dessins: la figure 1 est une vue schématique partielle du rotor et d'un système support sans l'incorporation du dispositif de la présente invention; la figure 2 est une vue schématique partielle identique à la figure 1, mais illustrant le palier à amortissement suivant la présente invention; et la figure 3 est une vue partielle en partie schématique et en partie en coupe illustrant les détails de l'invention. Bien que la présente invention soit décrite en se référant à sa forme de réalisation préférée utilisée avec un assemblage rotor/arbre pour une turbine à gaz à deux rotors, supporté par trois paliers, il est entendu que le cadre de l'invention n'est pas limité à cette forme de réalisation. Afin de mieux comprendre la présente inven- tion, on se référera à la figure 1 qui illustre le ro- tor (désigné d'une miianière générale par le chiffre de référence 10) supporté par trois paliers 12, 14 et 16. Les paliers 12 et 14 supportent la charge radiale et le palier 16 supporte la charge de poussée. Les pa- liers particuliers sont bien connus et, pour de plus amples détails, on se référera aux modèles "JT9D" et "JTIOD" fabriqués par le "Pratt & Whitney Aircraft Group" de la "United Technologies Corporation". Comme on peut le constater en figure 1, le fléchissement du rotor d à son poids l'amène à venir appuyer sur le fond de la paroi de l'amortisseur vis- queux. L'importance de ce fléchissement est fonçtion du déplacement qu'effectue le palier par rapport à l'espace libre de l'amortisseur hydraulique lorsque le rotor est soumis à une force de gravitation ou à une charge gyroscopique. Dans ce cas, le poids et l'inertie du rotor (c'est-à-dire l'arbre 18, les étages d'aubes de compresseur 20 et les étages d'aubes de turbine 22) provoquent une déformation de l'arbre comme le montre la courbe de la ligne centrale 24. La figure 2 représente le même système de rotor lorsqu'oil y utilise le dispositif de la présente inven- tion. Le ressort de centrage 30 supporte convenable- ment le palier, de sorte que l'espace libre de l'amortis- seur hydraulique 32 reste pratiquement inchangé lorsque le rotor subit les charges imposées par les manoeuvres de l'aéronef. Ainsi qu'il apparaît dans la description ci- dessus, le palier à amortissement visqueux est localisé entre le compresseur et la turbine. Toutefois, il ne s'agit pas là d'un aspect indispensable de la présente invention et l'homme de métier comprendra que le palier à amortissement peut être disposé à d'autres endroits, tandis que l'on peut prévoir plusieurs paliers à amortis- sement. 24961'69 Dès lors, en utilisant le ressort de centrage , l'espace libre annulaire défini par le réservoir d'huile 32 garantit que l'espace libre "A" reste prati- quement le même lorsque la turbine est à l'état stati- que. Lors d'un essai réel, on a constaté que le jeu pouvait être réduit de 0,127 à 0,0254 mm, ce qui repré- sente un avantage considérable en ce qui concerne la consommation de carburant spécifique à la poussée. La figure 3 illustre les détails d'une fçrme de réalisation préférée d'un palier à amortissement visqueux centré par un ressort. Comme on peut le constater, le palier à rouleaux désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 40 comprend une voie de roulement intérieure 42 et une voie de roulement extérieure 44 1S entre lesquelles sont emprisonnés plusieurs rouleaux 46 (dont un seul est représenté) retenus dans leurs posi- tions relatives par une cage 48. La voie de roulement intérieure 42 est supportée par un arbre 50 à l'interven- tion d'organes de blocage en bout 52 et 54. La voie de roulement extérieure 44 est fixée en place et supportée par un élément annulaire 56 à l'intervention d'un assem- blage à rivet et écrou de blocage 58. L'amortisseur vis- queux est obtenu en scellant les extrémités de la-bague support 56 au moyen de joints d'étanchéité annulaires 59 et 60 qui ressortent au-delà de la surface extérieure 62 de la bague support 56 et prennent appui sur le diamètre intérieur d'une couronne annulaire 64. Il est à noter que l'assemblage de palier n'est pas supporté par les joints d'étanchéité, mais plutôt par un ressort en porte à faux 70. Dès lors, le palier est centré par le res- sort de centrage qui est constitué de plusieurs ressorts en porte à faux 70 (dont un est représenté). Comme on peut le constater, une extrémité du ressort 70 est fixée à une cloison ou un organe support de carter 72 par un assemblage à écrou 74, tandis que son autre extrémité est fixée à un prolongement 76 de l'élément annulaire 56 au moyen d'un assemblage à écrou 78. D'après la description ci-dessus, il apparaît que le ressort de centrage 70 sert à maintenir l'espace libre "B" dans l'amortisseur hydraulique. Il est évi- dent que le ressort de centrage peut être rendu plus ef- ficace en ce qui concerne son aptitude à supporter le rotor et ce, en lui conférant une rigidité accrue. Tou- tefois, il pourrait en résulter un mouvement réduit à l'intérieur de l'amortisseur visqueux dans des conditions dans lesquelles le rotor est soumis à des charges de dé- séquilibre (tourbillon). En conséquence, la force du ressort support doit être optimalisée en fonction de ces deux conditions contradictoires. Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation particulières illustrées et dé- crites ici, mais que diverses modifications peuvent y être apportées sans se départir de l'esprit et du cadre de son nouveau concept tel qu'il est défini par les reven- dications ci-après. REVENDICATIONS 1. Rotor enfermé dans un carter et comportant un arbre rotatif supportant plusieurs aubes de compres- seur à une extrémité et plusieurs aubes de turbine, à l'extrémité opposée, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux paliers espacés axialement le long de l'arbre pour supporter ce dernier en lui permettant de tourner, un amortisseur hydraulique prévu sur un de ces paliers et comportant, à proximité de ce palier, une cavité dans laquelle un fluide est acheminé pour sup- porter le palier lorsque l'arbre est entraîné en rota- tion, cet arbre pouvant subir une déformation en fonc- tion de la profondeur de la cavité précitée, tout en dé- plaçant radialement les aubes de compresseur dans une mesure correspondante, les têtes de ces aubes étant suffisamment espacées du carter pour empêcher qu'elles n'entrent en contact avec le diamètre intérieur de ce dernier, ainsi qu'un moyen destiné à réduire la distance de déplacement des têtes des aubes, ce moyen comprenant un élément élastique fixé au palier pour empêcher ce dernier de se déplacer sur la profondeur de la cavité. 2. Rotor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastique est un ressort dont une'ex- trémité est fixée à l'amortisseur et dont l'autre extré- mité est fixée au carter. 3. Rotor suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la force du ressort est sélectionnée pour ré- duire au minimum la déviation du rotor résultant de la charge qui lui est imposée par les forces gyroscopiques et d'accélération lors de l'accélération de l'arbre à sa vitesse opératoire en régime permanent.