Brevet FR2504980A1 — publié le 19821105

Montage de palier, en particulier pour turbomachines. La présente invention concerne un montage de palier, en particulier pour turbomachines. Lorsque les rotors de certaines turbomachines tournent a des vitesses élevées, proches du régime maximal, il ris- querait d'apparaître des vibrations de grande amplitude si du moins tous les paliers du rotor étaient fixés très rigidement à leurs supports Ces vibrations pourraient évidemment endommager la turbine. Pour tenter de résoudre ce problème très grave, on a déjà imaginé de doter l'un des paliers au moins du rotor de la turbine d'une suspension élastique. Les brevets français ne 1 342 674 et 1 346 653 de ROLLS- ROYCE LTD décrivent des paliers comportant chacun une cage d'écureuil, de forme générale cylindrique, réunissant élastiquement une bride, qui sert à sa fixation rigide au support du palier, avec la bague externe dudit palier; d'autre part, la bague externe du palier est entourée, avec un faible jeu, par une butée annulaire, également solidaire du support du palier, et disposée de façon à limiter les déplacements radiaux du palier, autorisés par l'élasticité de la cage d'écureuil réunissant sa bague externe au support rigide. Le brevet français ne 1 424 222 de ROLLS-ROYCE LTD décrit un palier analogue, notamment pour turbine à gaz, dans lequel sont en outre prévus des moyens tendant a n'auto- riser l'intervention des butées radiales que dans les cas de fonctionnement critiques. Le brevet français ne 2 439 331 de GENERAL ELECTRIC CY décrit un palier pour arbre tournant, comportant également une cage d'écureuil à barreaux élastiques, dont les vi- brations radiales peuvent être amorties par des amortis- seurs hydrauliques appropriés. Les plus évolués de ces montages élastiques de palier ne comportent donc que des butées aménagées de façon à li- miter les déplacements radiaux du palier Or, dans le cas d'une turbomachine, il se présente fréquemment des con- ditions de fonctionnement d'un tel palier, à suspension élastique, pour lesquelles l'aménagement de butées ra- diales est insuffisant; en effet, si de telles butées radiales suffisent par exemple pour limiter les dépla- cements du palier dans certaines circonstances acciden- telles, par exemple en cas de perte d'une ou plusieurs des aubes du rotor de la turbine, il s'avère nécessaire de prévoir également des butées pour limiter les déplacements du palier monté élastiquement, à -la fois dans les direc- tions circonférentielles et axiale; en effet, par exemple en cas de grippage du roulement d'un palier monté élasti- quement, celui-ci est soumis à des efforts importants dans la direction circonférentielle, qui doivent être encaissés par des butées appropriées; de même, en cas de rupture d'une aube du rotor de la turbomachine, son palier monté élastiquement est soumis à des efforts axiaux, dirigés vers l'avant ou vers l'arrière, qui doivent également pouvoir être encaissés dans des conditions parfaitement sûres. Le montage de palier, en particulier pour turbomachines, selon la présente invention est du type comportant une cage d'écureuil, cylindrique ou à faible conicité, réunis- sant élastiquement une bride, qui sert à sa fixation ri- gide au support du palier, avec la bague externe dudit palier, laquelle est en outre entourée, avec un faible jeu, par une butée annulaire, solidaire dudit support, et disposée de façon à limiter les déplacements radiaux du palier Le montage de palier selon la présente invention est caractérisé en outre en ce que la bague externe du palier et la butée annulaire sont adaptées l'une à l'autre de façon à limiter en outre les déplacements circonféren- tiels et axiaux dudit palier. C'est donc au niveau de la butée annulaire destinée à limiter les déplacements radiaux du palier que sont éga- lement disposés les moyens nécessaires pour limiter ses déplacements circonférentiels et axiaux; la reprise des efforts liés à ces déplacements circonférentiels et axiaux du palier a donc lieu dans la même zone, et pratiquement par la même pièce, que la reprise des efforts liés à ses déplacements radiaux, ce qui est très avantageux du point de vue du dimensionnement, de la réduction de la masse et de la simplicité du montage du palier. Dans une forme de réalisation préférée du montage de pa- lier selon la présente invention, la bague externe du palier et la butée annulaire comportent respectivement des dentures radiales, engagées l'une dans l'autre avec un faible jeu, pour limiter les déplacements circonférentiels des deux pièces, et l'une au moins desdites pièces est en outre munie de butées axiales, disposées avec de faibles jeux de part et d'autre des dents de l'autre pièce, pour limiter les déplacements axiaux des deux pièces. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, des paires de chambrages coincidants sont aménagés sur les deux faces annulaires, situées l'une en regard de l'autre, de la bague externe du palier et de la butée annulaire, et un organe d'accouplement, tel qu'un pion présentant une résistance élevée au cisaillement, est enfermé dans chaque paire de chambrages de façon à y avoir de faibles jeux au moins dans les directions circonférentielle et axiale de l'une au moins des deux pièces. Le brevet US 3 652 139 de JP MEMERY décrit un amortisseur de vibrations pour paliers; cet amortisseur de vibrations comprend notamment deux bagues annulaires concentriques, qui sont engagées l'une dans l'autre, et dont les dépla- cements relatifs dans la direction circonférentielle sont limités par une ou deux broches radiales, dont une partie, par exemple filetée, est solidaire de la bague externe, tandis que son autre partie est engagée dans un logement de la bague interne avec un certain jeu Ce brevet n'an- tériorise pas la seconde forme de réalisation de la pré- sente invention, qui vient d'être mentionnée, dans la mesure notamment o les bagues de l'amortisseur de vibra- tions décrit dans ce brevet sont distinctes de la bague externe du palier correspondant, d'une part, ainsi que d'une butée annulaire, d'autre part. A titre d'exemples, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé, deux formes de réali- sation du montage de palier selon la présente invention. La figure 1 est une vue partielle, en coupe par un plan axial, de la première forme de réalisation. La figure 2 est une vue partielle en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. Les figures 3 et 4 sont des vues partielles en coupe suivant les lignes III-III et IV-IV de la figure 2. La figure 5 est une vue partielle dans la direction de la flèche V de la figure 4. La figure 6 est une vue partielle, en coupe par un plan axial, de la seconde forme de réalisation. La figure 7 est une vue partielle en coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 6. La figure 8 est une vue, correspondant sensiblement à celle de la figure 5, pour cette seconde forme de réalisation. Sur les figures 1 à 4, on a désigné par 1 une partie du rotor d'une turbine, sur laquelle le roulement à billes 2 d'un palier est monté de façon classique, qu'il n'est donc pas nécessaire de décrire en détails La bague externe 3 du palier comprenant le roulement 2 est réunie élasti- quement, par une cage d'écureuil 4 (également visible sur les figures 4 et 5), à une bride radiale 5, qui est tour- née vers l'extérieur de la cage d'écureuil 4, et qui est fixée rigidement, par des boulons tels que 6, à une bride radiale 7, d'un support rigide 8, coaxial au rotor 1 et au palier 2 Dans la forme de réalisation considérée, la cage d'écureuil 4 présente une faible conicité, mais elle pour- rait être également cylindrique, tandis que le support coaxial 8 présente une plus forte conicité Les diffé- rentes pièces 3 à 8 sont évidemment réalisées en matériaux capables de résister aux températures élevées auxquelles ils seront portés lors du fonctionnement de la turbine Il s'agit généralement, tout au moins pour la cage d'écureuil 4, de matériaux métalliques; dans l'exemple illustré, cette cage d'écureuil est constituée essentiellement par des barreaux étroits 4 a, délimités par des ouvertures larges, régulières, telles que 4 b (figure 5); à titre de variante, elle pourrait être aussi constituée essen- tiellement par des tiges métalliques, par exemple à sec- tion circulaire pleine; quelle que soit la réalisation de la cage d'écureuil 4, il est essentiel qu'elle soit di- mensionnée de façon à présenter une certaine élasticité autorisant des déplacements radiaux d'amplitude faible, mais suffisante, de la bague externe 3 du palier par rap- port à son support rigide 8 Au niveau de la bague externe 3 du palier, le support rigide 8 porte une butée annulaire 9, pratiquement indéformable, qui est par exemple venue de moulage avec le support 8 Comme on peut le voir sur les figures 1 et 4, la butée annulaire 9 et les clavettes 10 qui y sont fixées (figure 1) sont conformées et dimen- sionnées de façon à s'étendre jusqu'à proximité de la sur- face annulaire externe 3 a, de la bague externe 3 du pa- lier, dont elles demeurent cependant écartées d'une très petite distance r, en particulier lorsque le rotor de la turbine est au repos Ce "jeu radial" r est déterminé de telle façon que la butée annulaire 9 et les clavettes 10 qui y sont fixées limitent les déplacements radiaux éven- tuels du palier et de sa bague externe 3 lorsque, dans des conditions de fonctionnement particulièrement sévères,' ledit palier et sa bague externe 3 sont soumis à des ef- forts radiaux intenses, dus par exemple a la perte d'une ou plusieurs des aubes du rotor de la turbine. Selon la présente invention, la bague externe 3 du palier et la butée annulaire 9 sont réalisées de façon à limiter en outre les déplacements éventuels dudit palier dans les directions circonférentielle et axiale Dans le cas de cette première forme de réalisation, ce résultat est ob- tenu de la façon suivante: comme visible notamment sur les vues en coupe des figures 2 et 3, la bague externe 3 et la butée annulaire 9 comportent respectivement des dentures radiales 3 a et 10, engagées l'une dans l'autre avec un faible jeu c, de façon à limiter les déplacements circonférentiels des deux pièces 3 et 9, c'est-à-dire les déplacements éventuels, dans la direction circonféren- tielle indiquée par les doubles flèches Fc, du palier dont est solidaire la bague 3, par rapport à la butée annulaire fixe, 9 Dans cette forme de réalisation, les dents de butée circonférentielle de la butée annulaire 9 sont cons- tituées par des pièces indépendantes de celle-ci, notam- ment les clavettes 10, déjà mentionnées, qui y sont fixées notamment par des vis 11, engagées de l'extérieur à tra- vers des perçages radiaux 12 de ladite butée annulaire 9. D'autre part, la butée annulaire 9 est en outre munie de butées axiales, disposées, avec de faibles jeux a de part et d'autre des dents 3 a de la bague externe 3 Dans la forme de réalisation considérée, ces butées axiales sont constituées par deux dentures 9 bl et 9 b 2 (figure 3), qui sont identiques à la denture de butée circonférentielle 3 a de la bague externe 3, et qui sont séparées par un inter- valle axial E = e + 2 a, e désignant l'épaisseur axiale des dents 3 a On voit enfin sur la figure 3 que les "dents" 10 de la butée annulaire 9 ont une épaisseur axiale égale à E + 2 e, si toutefois les dents de butée axiale 9 bl et 9 b 2 de la butée annulaire 9 ont la même largeur axiale e que les dents de butée circonférentielle 3 a de la bague externe 3 De ce fait, les clavettes 10, fixées à la butée annulaire 9, pénètrent dans les inter- valles entre les dents successives de chacune des deux dentures de butée axiale 9 bl et 9 b 2 de ladite butée an- nulaire 9. Pour faciliter le montage, il est en outre avantageux que la largeur circonférentielle des dents de la denture 3 a soit un peu inférieure à la largeur circonférentielle des intervalles entre les dents des dentures 9 bl et 9 b 2 Dans ce cas, les clavettes 10 ont de préférence une largeur circonférentielle égale à celle des dents des dentures 3 a, 9 bl et 9 b 2 Avec ce dimensionnement, l'ensemble formé par la bague externe 3 du palier, la cage d'écureuil 4 et la bride radiale 5 doit être monté à l'intérieur du support 8, avant la fixation des clavettes 10 à la butée annulaire 9, de la façon suivante: on approche la bague externe 3 de la butée annulaire 9 dans le sens de la flèche F (fi- gure 4) en orientant ladite bague externe 3, et les pièces 4 et 5 dont elle est solidaire, de manière que ses dents 3 a se trouvent en regard des intervalles de la denture 9 b 2 de la butée 9; on interrompt le déplacement axial de l'ensemble 3-4-5 dans le sens de la flèche F lorsque la denture 3 a se trouve sensiblement au niveau de l'inter- valle, de largeur e + 2 a, entre les deux dentures 9 bl et 9 b 2 de la butée 9, comme visible sur la figure 4; on fait alors pivoter l'ensemble 3-4-5 autour de son axe géomé- trique de manière à amener en coincidence les dents des trois dentures 3 a, 9 bl et 9 b 2, comme visible sur la figure 3; il suffit ensuite d'engager les différentes clavettes 10 dans les intervalles coïncidents des trois dentures et de les fixer à la butée 9, en engageant de l'extérieur les vis 11, à travers les perçages radiaux 12 On peut ensuite assujettir la bride radiale 5 à la bride 7 au moyen des vis 6. En cas de grippage du palier, la bague externe 3 est soumise à des efforts intenses dans la direction circon- férentielle de la double flèche Fc (figures 2 et 3), si bien que les flancs droits ou gauches de ses dents 3 a viennent en butée contre les côtés correspondants des cla- vettes 10, ce qui a pour effet de supprimer l'un des deux jeux circonférentiels c qui est établi normalement entre chacune des clavettes 10 et les deux dents voisines 3 a. La reprise des efforts circonférentiels que le palier transmet à sa bague externe 3 a lieu dans d'excellentes conditions, sur la grande surface de contact entre le flanc de chaque dent 3 a et le côté correspondant de la clavette 10 voisine, et cela d'autant mieux que le nombre de dents et de clavettes est plus élevé De même, en cas de rupture d'aubes, le palier transmet des efforts axiaux intenses à la bague 3, dont les dents 3 a se déplacent dans un des sens de la double flèche Fa (figure 3), jusqu'à ve- nir en butée contre la denture correspondante 9 bl ou 9 b 2 de la butée annulaire 9, le jeu axial correspondant a étant supprimé Dans ce cas encore, les efforts axiaux sont repris sur des surfaces importantes, et dans des con- ditions d'autant meilleures que les dentures 3 a, 9 bl et 9 b 2 comportent davantage de dents. Cette première forme de réalisation est susceptible de nombreuses variantes, entrant toutes dans le cadre de l'invention Il n'est pas indispensable que les clavettes 10 présentent une épaisseur axiale supérieure à celle des dents 3 a de la bague externe 3; en particulier, leur lar- geur axiale peut être limitée de telle façon qu'elles ne pénètrent pas dans les intervalles de la denture 9 bl; dans ce cas, cette denture 9 bl peut être remplacée par une nervure annulaire continue, radiale, constituant l'une des butées axiales pour la denture 3 a de la bague externe 3. Dans une autre variante, les clavettes 10 sont remplacées par des dents venues de moulage avec la butée annulaire 9, et identiques aux dents 3 a de la bague externe 3, c'est-à- dire présentant notamment la même largeur axiale a (figure 3) En outre, les dentures 9 bl et 9 b 2 sont toutes deux remplacées par des bagues annulaires, l'une 9 bl étant ve- nue de moulage avec la butée annulaire 9 et ses dents pré- cédemment mentionnées, tandis que l'autre couronne annu- laire, destinée à remplacer la denture 9 b 2 dans sa fonction de butée axiale, est en deux éléments indé- pendants de ladite butée annulaire 9, à laquelle ils peuvent être fixés par des moyens appropriés, analogues par exemple aux vis 11 (figure 2) Bien entendu, au lieu d'être venue de moulage avec la butée annulaire 9, la bague radiale annulaire destinée à remplacer la denture 9 bl pourrait être également indépendante de la butée annulaire 9, et fixée sur elle par des moyens appropriés. Ces variantes sont économiques dans la mesure o elles nécessitent de tailler ou de rectifier seulement deux dentures, au lieu de trois dans le cas illustré sur la *igqure 3; le montage de l'ensemble 3-4-5 dans le support 8 est en outre facilité et rendu plus rapide par la sup- pression des clavettes 10 Bien entendu, les butées axiales, qu'elles soient constituées par des dentures comme sur la figure 3, ou par des nervures radiales con- tinues, comme dans les variantes qui viennent d'être men- tionnées, au lieu d'être solidaires de la butée annulaire 9, pourraient l'être de la bague externe 3 Les deux bu- tées, ou jeux de butées axiales, pourraient aussi être solidaires, l'un de la butée annulaire 9 et l'autre de la bague externe 3. La seconde forme de réalisation de l'invention qui est illustrée à titre d'exemple sur les figures 6 à 8, ne dif- fère de la première forme de réalisation, précédemment décrite, que par les points suivants: des chambrages co- încidants 12 et 13, sont aménagés sur les deux faces annu- laires, situées l'une en regard de l'autre, de la bague externe 3 du palier 2 et de la butée annulaire 9, et un organe d'accouplement, tel qu'un pion 14, présentant une résistance élevée au cisaillement, est enfermé dans chaque paire de chambrages coincidants 12-13, de façon à y avoir de faibles jeux au moins dans les directions circonféren- tielle et axiale de l'une au moins des deux pièces 3 et 9. Dans la forme de réalisation considérée, chaque pion 14 est engagé sans jeu dans le chambrage correspondant 12 de la bague externe 3, ce chambrage 12 étant un trou borgne, de section transversale adaptée à celle du pion 14; par contre, chacun des chambrages 13 de la butée annulaire 9 traverse de part en part cette dernière, et sa section transversale présente, au moins dans les directions axiale et circonférentielle, des dimensions un peu supérieures aux dimensions correspondantes de la section transversale du pion 14; par suite, celui-ci présente dans le cham- brage 13 correspondant au moins un jeu circonférentiel tel que c (figure 7) et au moins un jeu axial tel que a (fi- gure 6) Enfin, chaque pion 14 est empêché de sortir ra- dialement par l'ouverture la plus externe du chambrage correspondant 13, par un organe d'arrêt tel qu'un circlips 15. Cette seconde forme de réalisation est également suscep- tible de nombreuses variantes, entrant toutes dans le cadre de l'invention Ces variantes peuvent porter notam- ment sur la réalisation et le nombre des organes d'accou- plement 14 Dans le cas des pions précédemment décrits, ils pourraient également présenter des jeux a et c dans les chambrages correspondants 12 de la bague externe 3 Le circlips 15 pourrait être remplacé par un bouchon quelcon- que; il importe seulement qu'il subsiste entre cet organe d'obturation et la face la plus proche du pion 14 une dis- tance h au moins égale au jeu radial r entre les pièces 3 et 9. REVENDICATIONS 1 Montage de palier, en particulier pour turbomachines, comportant une cage d'écureuil ( 4), cylindrique ou à faible conicité, réunissant élastiquement une bride ( 5), qui sert à sa fixation rigide au support du palier ( 8), avec la bague externe ( 3) dudit palier, laquelle est en outre entourée, avec un faible jeu, par une butée annu- laire ( 9), solidaire dudit support ( 8), et disposée de façon à limiter les déplacements radiaux du palier ( 2), montage caractérisé en ce que la bague externe ( 3) du pa- lier ( 2) et la butée annulaire ( 9) sont adaptées l'une à l'autre de façon à limiter, en outre, les déplacements circonférentiels et axiaux dudit palier. 2 Montage de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague externe ( 3) du palier ( 2) et la butée annulaire ( 9) comportent, respectivement, des dentures ra- diales ( 3 a et 10), engagées l'une dans l'autre avec un faible jeu (c), pour limiter les déplacements circonfé- rentiels des deux pièces ( 3 et 9) et que l'une au moins desdites pièces ( 3 et 9) est, en outre, munie de butées axiales ( 9 bl, 9 b 2), disposées avec de faibles jeux (a) de part et d'autre des dents ( 3 a ou 10) de l'autre pièce, pour limiter les déplacements axiaux des deux pièces ( 3 et 9). 3 Montage de palier selon la revendication 2, caractérisé en ce que les butées axiales de l'une des deux pièces ( 9) sont constituées par deux dentures ( 9 bl, 9 b 2) qui sont identiques à la denture de butée circonférentielle ( 3 a) de l'autre pièce ( 3), et qui sont séparées par un intervalle axial (e + 2 a), un peu supérieur à l'épaisseur axiale (e) des dents ( 3 a) de butée circonférentielle de l'autre pièce ( 3). 4 Montage de palier selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dents ( 10) de butée circonférentielle de la pièce ( 9) qui est également munie de dents ( 9 bl, 9 b 2) de butée axiale, ont une épaisseur axiale telle qu'elles pé- nètrent dans les intervalles entre lesdites dents ( 9 b 1, 9 b 2) de butée axiale de la même pièce ( 9). Montage de palier selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 4, caractérisé en ce que les dents de butée circonférentielle de la butée annulaire ( 9) sont formées par des clavettes ( 10), de préférence en forme de paral- lélépipèdes droits, qui sont fixées sur ladite butée an- nulaire ( 9), par exemple par des vis ( 11), engagées de l'extérieur à travers des perçages radiaux ( 12) de la bu- tée annulaire ( 9). 6 Montage de palier selon la revendication 1, caractérisé en oe que des paires de chambrages coincidants ( 12,13) sont aménagées sur les deux faces annulaires, situées l'une en regard de l'autre, de la bague externe ( 3) du palier ( 2) et de la butée annulaire ( 9), et qu'un organe d'accouplement, tel qu'un pion ( 14) présentant une résis- tance élevée au cisaillement, est enfermé dans chaque paire de chambrages coincidants ( 12, 13) de façon à y avoir de faibles jeux (c, a) au moins dans les directions circonférentielle et axiale de l'une au moins des deux pièces ( 3, 9). 7 Montage de palier selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque pion ( 14) est engagé sans jeu dans le chambrage correspondant ( 12) de la bague externe ( 3) du palier ( 2), et qu'il est empêché de sortir radialement par l'ouverture la plus externe du chambrage correspondant ( 13) de la butée annulaire ( 9), par exemple au moyen d'un circlips ( 15).