Brevet FR2535789A1 — publié le 19840511

MONTAGE D'UN PALIER INTER-ARBRES DE TURBOMACHINE MULTI-CORPS La présente invention concerne un montage de palier inter- arbres pour une turbomachine multi-corps. Comme il est connu, par exemple par la demande de brevet français 80 13116, les turbomachines du type multi-corps comportent un palier qui supporte en rotation un premier arbre par rapport à un second arbre et ce palier comprend un roulement à rouleaux insérés entre une bague intérieure montée directement sur le premier arbre et une bague exté- rieure contenue dans un boîtier lui-même monté sur le second arbre Dans l'application décrite par la demande citée ci-dessus, le premier arbre placé du côté intérieur est constitué par un tourillon de la ligne d'arbre du corps haute-pression et le second arbre placé du côté extérieur est constitué par un tourillon de la ligne d'arbre du corps basse-pression. Dans ces paliers inter-arbres en fonctionnement, des dila- tations d'origine mécanique par effet centrifuge et des dilatations d'origine thermique provoquent des jeux, en particulier des jeux radiaux dans le roulement dont les conséquences sont néfastes Il en résulte ainsi des vibra- tions préjudiciables à la tenue du palier La demande pré- citée, en adoptant une configuration dite "inversée" dans laquelle le tourillon basse-pression vient coiffer le tou- rillon haute-pression et supporte la piste extérieure du roulement de grand diamètre qui se trouve ainsi liée à un élément de structure dont la température et la vitesse de rotation sont moins élevées, améliore les résultats obte- nus en réduisant les dilatations susceptibles de créer des jeux radiaux Des solutions d'amortissement des vibrations par pellicule d'huile ont été adjointes Toutefois, malgré 2 - ces précautions, dans les turbomachines modernes, en par- ticulier les turboréacteurs multi-flux à forte poussée, la recherche des hautes performances et l'utilisation de grands diamètres rendent ces dispositions antérieures in- suffisantes pour éviter les dilatations et déformations du tourillon basse-pression et éviter l'apparition dans le roulement de jeux radiaux préjudiciables à la tenue en service du palier et susceptibles d'avoir des répercus- sions néfastes sur les conditions de fonctionnement dyna- mique du rotor et sur les performances aérothermiques de la turbomachine La présente invention vise à améliorer le montage d'un palier inter-arbres de turboïnachine, de ma- nière à éviter ces inconvénients. Dans ce but, un montage de palier inter-arbres de turbo- machine multi-corps du type décrit ci-dessus et conforme à l'invention est caractérisé en ce que la bague support de la bague extérieure du roulement comporte sur son diamètre externe un premier élément de cannelures coopérant suivant un ajustement précis et sans jeu obtenu par apairage avec un second élément de cannelures appartenant à une pièce intermédiaire fixée sur le premier arbre et en ce que ladite bague- support est maintenue axialement par une pièce de révolution en forme d'épingle qui est reliée audit premier arbre Au moyen de cette disposition, les déformations et les dilatations radiales du tourillon basse-pression entraînent un déplacement relatif radial des éléments de cannelures sans provoquer de déplacement de la bague extérieure du roulement, évitant ainsi l'appa- rition de jeux radiaux dans le roulement, évitant en con- séquence une création de balourds sur les corps tournants et assurant de bonnes conditions de fonctionnement dyna- mique du rotor avec le respect des jeux minimaux en bout d'aubes de rotor permettant un bon niveau des performances aérothermiques de-la turbomachine. 3 - Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la bague-support comporte de manière avantageuse sur son diamètre externe un nombre N de dents régulièrement es- pacées constituant le premier élément de cannelures et coopère avec un nombre N de pièces du type jumelles dont le contour de chacune s'inscrit dans le volume théorique d'un prisme triangulaire droit dont l'une des arètes Xe-s remplacée par une cannelure constituant le second élément de cannelures et dont la largeur est apairée à l'épaisseur d'une desdites dents correspondantes, lesdites jumelles étant fixées par vis et écrous sur une face radiale du tourillon basse-pression. Avantageusement encore, la pièce de révolution en forme d'épingle assure le maintien axial de la bague-support du côté aval et comporte une brideradiale s'intercalant entre la face radiale du tourillon basse-pression et les jumelles et formant avec une bride radiale axialement espacée d'une pièce de retenue-amont un logement torique desdites jumelles, l'ensemble desdites pièces, pièce de retenue-amont, jumelles et bride radiale de l'épingle étant fixé par vis et écrous sur la face radiale du tourillon basse-pression. Selon un second mode de réalisation de l'invention, la bague-support comporte sur son diamètre externe un nombre N' de cannelures longitudinales constituant le premier élément de cannelures et coopère avec un nombre N' d'élé- ments constitués d'une base cylindrique et d'une dent dont le profil est apairé pour chacune à une cannelure de la bague-support, lesdits éléments appartenant ou étant fixés par soudure au diamètre interne d'une virole elle-même fixée par vis et écrous sur une fiche radiale du tourillon basse-pression. 4 - Selon ce dernier mode et avantageusement, la pièce de révolution en forme d'épingle est soudée d'un côté sur la face amont de la bague-support et est fixée de l'autre côté par vis et écrous sur une bride radiale de ladite virole. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre des modes de réalisation de l'invention et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale de la partie d'une turbomachine multi-corps comprenant le montage de palier suivant un premier mode de réali- sation de l'invention, la figure 2 est une vue partielle en section dans un plan transversal à l'axe longitudinal de la turbo- machine selon la ligne II-II de la figure 1, la figure 3 est une demi-vue analogue à la figure 1 en coupe axiale de la partie d'une turbomachine multi- corps comprenant le montage de palier selon un second mode de réalisation de l'invention, la figure 4 est une vue partielle en coupe dans un plan transversal à l'axe longitudinal de la turbo- machine d'un montage de palier selon la ligne IV-IV de la figure 3. A la figure 1, on a représenté en coupe axiale une partie d'une turbomachine multi-corps comportant un montage de palier désigné par la référence générale 1 et conforme à un premier mode de réalisation de l'invention Ce palier 1 est disposé entre un premier arbre 2 qui est le tourillon - de la ligne d'arbre du corps basse-pression et un second arbre 3 qui est le tourillon de la ligne d'arbre du corps -haute-pression Dans le cas particulier représenté à la figure 1, le tourillon basse- pression est constitué du tourillon proprement dit 2 a prolongé à son extrémité par une virole 2 b dirigé vers l'avant Ces deux parties 2 a et 2 b sont assemblées par boulonnage réunissant deux faces radiales respectives 2 c et 2 d selon l'axe 4 de la fixa- tion Le tourillon basse-pression 2, et particulièrement sa virole 2 b, coiffe l'extrémité du tourillon haute- pression 3 Le palier 1 comprend un roulement 5 dont les rouleaux 6 sont insérés entre une bague intérieure 7 et une bague extérieure 8 La bague intérieure 7 est montée directement sur le tourillon haute-pression 3 sur lequel sa position axiale est déterminée, d'une part, côté amont par un anneau porte-léchettes 9 formant le joint d'étan- chéité à labyrinthe 10 entre les deux corps tournants et en appui sur un épaulement 11 du tourillon haute-pression 3 et, d'autre part, côté aval par un écrou annulaire 12 comportant à son extrémité aval un logement annulaire 13 recevant l'huile destinée au graissage et au refroidis- sement du roulement 5 La bague extérieure 8 de roulement est montée sur une bague-support 14 Cette bague-support 14 présente des caractéristiques qui font l'objet de la pré- sente invention D'une part, la bague-support 14 comporte sur son diamètre externe un nombre N de dents 15 régulié- rement espacées qui sont réalisées à la manière de dents de cannelures D'autre part, la bague-support 14 est main- tenue axialement côté aval par une pièce de révolution 16 -30 en forme d'épingle Dans le mode de réalisation représenté au dessin, l'extrémité de la première branche 16 a située du côté intérieur de l'épingle 16 est soudée, par exemple par faisceau d'électrons, sur la face d'extrémité aval 14 a de la bague-support 14 Cette branche 16 a de l'épingle 16 comporte également un rebord radial interne 16 b qui forme 6 - une butée de maintien axial côté aval de la bague extérieure 8 de roulement La seconde branche 16 c située du côté exté- rieur de l'épingle 16 est prolongée par une bride radiale 16 d en appui sur une face radiale 2 e de la virole 2 b du tourillon basse-pression 2 On notera que cette épingle 16 est susceptible de déformations élastiques en particulier dans la direction radiale perpendiculaire aux deux branches 16 a et 16 c de l'épingle 16 Sur le diamètre externe de la bague-support 14 sont disposées un nombre N de pièces 17 du- type jumelles dont chacune peut s'inscrire dans le volume théorique d'un prisme triangulaire droit Une de ces pièces 17 est représentée à la figure 2 en section selon un plan transversal perpendiculaire à l'axe longitudinal de la tur- bomachine Les deux parties de la jumelle 17 comportent chacune un alésage 17 a dans lequel est placée par frettage une douille 17 b Une des arêtes théoriques du prisme est remplacée par une cannelure 18 dont la largeur 18 a est apai- rée aà eépaisseur 15 a d'une dent 15 de la bague-support 14. Cet apairage permet un ajustement sans jeu entre les dents 15 et les cannelures 18 et en particulier en éliminant l'in- cidence des tolérances de fabrication des éléments Côté amont, une bride radiale 19 d'une pièce annulaire de retenue forme avec la bride radiale 16 d de l'épingle 16 un loge- ment torique 21 dans lequel sont logées les jumelles 17 maintenues axialement entre les deux brides 19 et 16 d Un même assemblage par vis et écrous d'axe 4 réunit les deux parties 2 a et 2 b du tourillon bassepression 2, la bride radiale 16 d de l'épingle 16, une des N jumelles 17 et la bride radiale 19 de la pièce de retenue 20 La pièce de re- tenue 20 comporte également une bride axiale annulaire 22 sur laquelle se forme par centrifugation un anneau d'huile a partir duquel sont assurés le graissage et le refroidis- sement des dents 15 dans les cannelures 18 Côté aval, une cale intermédiaire 20 a placée entre la bride 16 d de l'épin- gle 16, d'une part, et la face coopérante 17 c des jumelles 17 constitue l'enceinte de lubrification des dents 15 et des cannelures 18. 7 - Le retour de l'huile vers les enceintes de-récupération après graissage et refroidissement du palier 1 s'effectue par des perçages 23 du tourillon basse-pression 2. Le montage de palier qui vient d'être décrit permet de désolidariser totalement la bague-support et par consé- quent la bague extérieure du roulement qui lui est liée du tourillon basse-pression En effet, en cas de déformations du tourillon et de dilatations radiales d'origines méca- niques ou thermiques diverses, le déplacement radial entre les dents 15 et les cannelures 18 permet à la bague- support 14 de rester parfaitement centrée en conservant par conséquent la concentricité des deux corps tournants. De la même façon, ces résultats sont également obtenus selon l'invention dans un second mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4 Dans ce second mode, à la figure 3 on a représenté en coupe axiale suivant l'axe longitudinal de la turbomachine et de manière analogue à la figure 1 une partie d'une turbomachine multi-corps comportant un montage de palier désigné par la référence générale 1 et conforme a ce second mode de réalisation de l'invention Dans un but de simplification, les pièces qui se déduisent directement de la représentation donnée à la figure 1 n'ont pas été reproduites sur cette figure 3 et il en est ainsi en particulier pour le tourillon haute- pression 3, pour le roulement 5 avec les rouleaux 6, sa bague intérieure 7 et sa bague extérieure 8 ou pour les pièces associées, l'écrou annulaire 12, l'anneau porte- léchettes 9 On retrouve également sur cette figure 3 le tourillon bassepression 2 et en particulier la partie 2 a du tourillon proprement dit Les pièces utilisées dans ce second mode de réalisation qui présentent une similitude de fonction avec des pièces utilisées dans le premier mode ont reçu le même repère, augmenté d'une centaine La 8 - bague-support 114 à l'intérieur de laquelle est montée la bague extérieure 8 de roulement comporte maintenant sur son diamètre externe des cannelures longitudinales 30 qui dans l'exemple représenté aux dessins, et comme on le voit en particulier sur la figure 4, sont au nombre de douze. Cette bague-support 114 est maintenue axialement par une pièce de révolution 116 en forme d'épingle, de manière similaire au premier mode de réalisation mais, dans ce se- cond mode, l'épingle 116 est placée du côté amont L'ex- trémité de la première branche 116 a située du côté inté- rieur de l'épingle 116 est soudée, par exemple par fais- ceau d'électrons, sur la face d'extrémité amont 114 a de la bague-support 114 La seconde branche 116 c située du côté extérieur de l'épingle 116 est prolongée par une bride ra- diale 116 d en appui sur une bride radiale 102 e rattachée a la virole 102 b du tourillon basse-pression 2 Les brides radiales 116 d et 102 e sont assemblées par vis et écrou d'axe 104 a Les deux parties 2 a et 102 b du tourillon basse-pression sont assemblées par un boulonnage d'axe 4 réunisssant leurs deux faces radiales respectives 2 c et 102 d Sur son diamètre interne, la virole 102 b comporte des éléments 31 qui sont au nombre de douze dans l'exemple représenté à la figure 4 et constitués d'une base cylin- drique 32 et d'une dent 33 Chaque élément 31 peut être réuni au diamètre intérieur de la virole 102 b par une sou- dure 31 a, par exemple par faisceau d'électrons Comme dans le premier mode de réalisation, le profil de chacune des douze dents 33 est apairé par un ajustement précis sans jeu à celui d'une cannelure 30 de la bague- support 114 Le graissage et le refroidissement des dents et cannelures sont assurés à partir d'un anneau d'huile formé entre la face radiale 102 d de la virole 102 b du tourillon basse- pression 2 et une bride radiale 102 f de sa partie 2 a Ce second mode de réalisation permet d'obtenir les mêmes ré- sultats avantageux que le premier mode Il peut procurer dans certaines applications des facilités supplémentaires dans la réalisation de l'assemblage. _ 9 _ REVENDICATIONS 1 Montage d'un palier de turbomachine multi-corps du type supportant en rotation un premier arbre ( 2) placé du côté extérieur et constitué par un tourillon de la ligne d'ar- bre du corps basse-pression par rapport à un second arbre ( 3) placé du côté intérieur et constitué par un tourillon de la ligne d'arbre du corps haute-pression et comprenant un roulement ( 5) à rouleaux ( 6) insérés entre une bague intérieure ( 7) montée directement sur le second arbre ( 3) et une bague extérieure ( 8) montée dans une bague-support ( 14; 114) caractérisé en ce que ladite bague-support ( 14, 114) comporte, sur son diamètre externe, un premier élé- ment de cannelure ( 15; 30) coopérant, suivant un ajuste- ment précis et sans jeu obtenu par apairage, avec un se- cond élément de cannelure ( 18; 33) appartenant a une pièce intermédiaire ( 17; 31) fixée sur le premier arbre ( 2) et en ce que ladite baguesupport ( 14; 114) est maintenue axialement par une pièce de révolution ( 16; 116) en forme d'épingle qui est reliée audit premier arbre ( 2), de sorte que les déformations et les dilata- tions radiales du tourillon basse-pression ( 2) entraînent un déplacement relatif radial des éléments de cannelures ( 15, 18; 30, 33) sans provoquer de déplacement de la bague extérieure ( 8) du roulement ni l'apparition de jeux radiaux dans le roulement ( 5). 2 Montage d'un palier inter-arbres de turbomachine multi- corps selon la revendication 1 caractérisé en ce que la- bague-support ( 14) comporte sur son diamètre externe un nombre N de dents ( 15) régulièrement espacées constituant le premier élément de cannelures et coopère avec un nombre N de pièces du type jumelles ( 17) dont le contour de cha- cune s'inscrit dans le volume théorique d'un prisme trian- gulaire droit dont l'une des arêtes est remplacée par une - cannelure ( 18) constituant le second élément de cannelures et dont la largeur est apairée à l'épaisseur d'une ( 15) desdites dents correspondantes, lesdites jumelles étant fixées par vis et écrous sur une face radiale ( 2 e) du tourillon basse-pression ( 2). 3 Montage d'un palier inter-arbres de turbomachine multi- corps selon la revendication 2 caractérisé en ce que la pièce de révolution ( 16) en forme d'épingle assure le maintien axial de la baguesupport ( 14) du côté aval et comporte une bride radiale ( 16 d) s'intercalant entre la face radiale ( 2 e) du tourillon basse-pression ( 2 > et les jumelles ( 17) et formant avec une bride radiale ( 19) axialement espacée d'une pièce de retenue-amont ( 20) un logement torique ( 21) desdites jumelles ( 17), l'ensemble desdites pièces, pièce de retenue-amont ( 20), jumelles ( 17) et bride radiale ( 16 d) de l'épingle ( 16) étant fixé par vis et écrous sur la face radiale ( 2 e) du tourillon basse-pression ( 2). 4 Montage d'un palier inter-arbres de turbomachine multi- corps selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague-support ( 114) comporte sur son diamètre externe un nombre N' de cannelures longitudinales ( 30) constituant le premier élément de cannelures et coopère avec un nombre N' d'éléments ( 31) constitués d'une base cylindrique ( 32) et d'une dent ( 33) constituant le second élément de canne- lures et dont le profil est apairé pour chacune à une can- nelure ( 30) de la bague-support ( 114), lesdits éléments ( 31) appartenant ou étant fixés par une soudure ( 31 a) au diamètre interne d'une virole ( 102 b) elle-même fixée par vis et écrous sur une face radiale ( 2 c) du tourillon basse-pression ( 2). 1 i - Montage d'un palier inter-arbres de turbomachine multi- corps selon la revendication 4 caractérisé en ce que la pièce de révolution ( 116) en forme d'épingle est soudée d'un côté sur la face amont ( 114 a) de la bague-support ( 114) et est fixée de l'autre côté par vis et écrous sur une bride radiale ( 102 e) de ladite virole ( 102 b).