Brevet FR2745345A1 — publié le 19970829

L'invention concerne un agencement de montage pour des corps tournants, en particulier pour des rotors de turboma- chines, avec un palier, qui est disposé au moyen d'un support de palier et d'une cage à ressort, disposée de façon concentri- que par rapport au palier, sur un support tournant, la cage à ressort présentant plusieurs barreaux flexibles, qui entourent de façon concentrique le support de palier. Le montage d'un rotor de turbomachine qui consiste par exemple dans le cas d'un palier à roulement en un palier fixe et un palier libre, est conçu de façon à résister à des charges dynamiques et à des charges statiques en fonctionne- ment. S'il se produit pendant le fonctionnement des sollicita- tions élevées imprévisibles sur le montage du rotor, par exemple du fait d'un défaut d'équilibrage les forces qui en ré- sultent se transmettent alors par l'intermédiaire du palier dans le support tournant, par exemple dans le carter. Les for- ces qui se produisent dans ce cas peuvent alors conduire à la destruction du carter. Dans le cas des turboréacteurs d'avions par exemple de tels cas extrêmes de charge peuvent être causés par la rupture d'ailettes dans la zone du compresseur ou de la soufflante, l'aube qui s'est détachée entrant en collision avec les aubes suivantes du rotor et conduisant de cette façon à une augmentation drastique des forces s'exerçant sur le palier, qui chargent par l'intermédiaire du support de palier le carter ou la suspension du propulseur. En partant de là l'invention a pour objet de propo- ser un agencement de palier pour des corps tournants selon le préambule, par lequel en cas d'endommagement une détérioration ou une destruction du support tournant ou du carter sont large- ment exclues. L'invention est caractérisée en ce qu'on prévoit un organe devant casser sous une charge déterminée, disposé de fa- çon concentrique entre le support tournant et le support du pa- lier, avec des éléments orientés en forme de rayons, les barreaux et les éléments étant disposés alternativement péri- phérique. L'invention a l'avantage que l'on obtient un degré radial de liberté grâce à l'agencement concentrique par rapport au rotor d'un organe, devant casser, entre le support tournant et le support du palier du corps tournant en cas d'endommage- ment par la rupture de l'organe devant casser, degré de liberté qui va considérablement au-delà du jeu radial habituel d'un montage de palier. De cette façon la transmission de charges radiales extrêmes, causées par des charges se développant en cas d'endommagement ou du fait des forces dynamiques du rotor sur le support tournant ou sur le carter qui s'y raccorde, est évité dans une large mesure tant que le corps tournant n'est pas encore arrivé à l'arrêt. Selon d'autres configurations avantageuses de l'in- vention: - l'organe devant casser présente un élément radialement exté- rieur, relié au support tournant, et un élément radialement intérieur relié au support de palier, les éléments disposés de façon concentrique par rapport au rotor présentant en leur point de liaison un ou plusieurs points appelés à se rompre de forme annulaire ou partiellement annulaire. - l'un des deux éléments ou les deux éléments sont constitués sous la forme d'une bride - l'organe devant casser présente des éléments en forme de rayons, sur lesquels sont constitués respectivement un point appelé à se rompre. - les points appelés à se rompre sont réalisés avec des sec- tions transversales de liaison à parois minces - l'organe devant casser présente deux éléments dont les axes sont concentriques avec un déport axial, qui sont reliés ma- tériellement par une entretoise de forme annulaire ou par- tiellement annulaire d'une épaisseur radiale réduite. - le rapport entre l'épaisseur et le diamètre D:d est supé- rieur à 10. - l'organe devant casser est relié au support tournant et/ou au support de palier de façon amovible. - l'agencement de palier présente un joint d'étanchéité disposé entre le support tournant et la pièce tournante, un support de joint d'étanchéité mis sur le support tournant pouvant se déformer par allongement radial ou étant réalisé avec un or- gane appelé à se rompre. - entre le support tournant et le support de palier on prévoit une arrivée radialement coulissante pour un liquide de lubri- fication vers le palier. - Le corps tournant est monté sur le support tournant de façon élastique. - l'organe devant casser présente des éléments orientés en forme de rayons entre le support de palier et le support tournant et le support de palier est relié à la bague radia- lement extérieure du palier par plusieurs barreaux flexibles entourant de façon concentrique le support de palier, les barreaux et les éléments étant disposés de façon alternée dans le sens périphérique. On va décrire ci-après des formes de réalisation préférées de l'invention en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure la montre une coupe axiale fragmentaire d'un agen- cement de palier à l'état non déformé, - la figure lb montre la coupe axiale, selon la figure la, l'agencement de palier étant dans un état déformé, et le corps tournant dans une position excentrée, - la figure 2 montre un agrandissement fragmentaire dans la zone de l'organe devant casser selon la figure la, - la figure 3a montre une coupe axiale fragmentaire d'un agen- cement de palier avec une cage à ressort élastique et - la figure 3b montre la coupe axiale selon la figure 2a quand l'agencement de palier est dans un état déformé et le corps tournant dans une position excentrée. La figure 1 montre l'agencement de palier sur un rotor 1 d'un turboréacteur non représenté plus en détail. Le rotor 1 entraîne un étage de soufflante 2. Le rotor 1 présente en plus de l'étage de soufflante garni d'aubes un tourillon 3 à la suite, sur lequel repose un palier à roulement 4 du type à rouleaux. Le palier 4 reçoit, dans le cas de l'exemple, en tant que palier libre, seulement les charges radiales du rotor 1. Le palier 4 est fixé, à son tour, dans un support de palier 5 con- centrique par sa bague extérieure de palier 6. Le support de palier 5 est bridé sur un support tournant 7, en forme d'étoile, de telle sorte que les forces radiales du rotor 1, qui proviennent des charges dynamiques et statiques en fonc- tionnement, puissent être recueillies par le support tournant 7. Le support de palier 5 est pourvu radialement à l'extérieur, dans la zone de transition allant au support tour- nant 7, d'un organe devant casser 8, concentrique au palier 4. Cet organe présente à son tour deux éléments 9a, 9b de forme annulaire, concentriques l'un par rapport à l'autre, décalés axialement. Le décalage axial a, comme on peut le voir sur la figure 2, est formé par une courte entretoise 10, de forme an- nulaire, ayant une épaisseur radiale plus faible d et relie de cette façon les deux éléments de forme annulaire 9a, 9b de l'organe devant casser 8. L'entretoise 10 est dimensionnée quant à son épais- seur de paroi d'une manière telle qu'en cas de dépassement d'une certaine charge radiale cette entretoise se brise et de cette façon le rotor 1 reçoit un espace de liberté dans le sens radial, comme on peut le voir sur la figure lb. L'élément ra- dialement intérieur 9a peut coulisser alors par rapport à l'élément radialement extérieur 9b du fait du décalage axial a radialement vers l'extérieur. Grâce au jeu radial accru du ro- tor 1 la transmission dommageable de la charge au support tour- nant est interrompue, de telle sorte que sa destruction ou son endommagement peuvent être évités. L'entretoise 10 en tant qu'organe devant casser 8 est mise sur le trajet de la ligne d'action de la force radiale du palier, de telle sorte que l'on peut constituer une surface de cisaillement avec une situation de tension à un seul axe. Les diamètres di et da de l'élément radialement extérieur ou radialement intérieur 9a, 9b formant l'entretoise 10 peuvent être fabriqués avec une précision très élevée, de telle sorte que la force déclenchant la rupture peut être maintenue dans des tolérances étroites Le support de palier 5, réalisé d'une seule pièce avec l'organe devant casser 8, est relié par des boulons au support tournant 7, de telle sorte que l'on puisse démonter les parties. Des deux côtés du palier à rouleaux 4 on a mis des bagues d'étanchéité radiales 11 comme joints d'étanchéité con- tre des sorties d'huile. Ces bagues sont à leur tour respecti- vement maintenues par un support de bague d'étanchéité 12 sur le support tournant, en pouvant se déformer par extension ra- diale en cas de rupture du rotor 1 ou en étant réalisées avec un organe devant casser. Pour alimenter le palier à rouleaux 4 en huile de lubrification et de refroidissement on a prévu entre le support tournant 7 et le support de palier 5 une arrivée d'huile 13 qui coulisse radialement, pour ne pas empêcher le mouvement radial du rotor 1. Si l'on en arrive à un étirement radial du rotor, les buses d'aspersion d'huile 14, qui pénètrent dans la chambre du palier sont attrapées par le rotor 1 et sont casées ou re- courbées. Les figures 3a et 3b montrent l'agencement de pa- lier avec une cage à ressort 15 entourant de manière concentri- que le palier 4 qui reçoit en coopérant avec un film d'huile amortisseur entre la bague extérieure du palier 6 et le support de palier 5 en forme de tambour le rotor 1 sur le support tour- nant 7. Pour cela on prévoit plusieurs barreaux 16, flexibles, entourant de façon concentrique le support de palier 5 et dis- posés parallèlement à l'axe du rotor R, barreaux qui sont mis par l'une de leurs extrémités 17a sur une bride 18 du support de palier 5 et par leur extrémité opposée 17b sur une bride 18b située du côté de la bague de palier, de telle sorte que la ba- gue de palier 6 puisse se déplacer par rapport au support de palier 5, dans le cadre de la largeur du film d'huile écrasé, élastiquement dans le sens radial et constituer ainsi un mon- tage élastique avec amortissement par l'huile. Dans la zone des éléments 9a, la bride 18a forme avec le support de palier 5 en coupe transversale un manchon en forme d'U. L'organe devant casser 8, constitué en forme de rayons, fait saillie par ses éléments radialement intérieures 9a entre les barreaux 16, de telle sorte que les barreaux 16 alternent avec les éléments 9b dans le sens périphérique. Les éléments intérieurs 9a sont re- liés par les points appelés à se rompre à l'élément extérieur 9b de forme annulaire. L'agencement de palier selon les figures 3a et 3b garantit un mode de construction compact, grâce à laquelle la cage à ressort 15 est intégrée dans l'agencement de palier avec l'organe devant casser 8. Dans le cas des deux variantes de palier - avec ou sans cage à ressort 15 (cage d'écureuil) - on peut réaliser l'espace nécessaire de liberté dans le sens radial par une con- figuration correspondante dans la zone du carter comprise entre le support de palier 5 et le support tournant 7. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Agencement pour le montage élastique de rotors, en particu- lier de turbomachines, avec un palier, qui est disposé au moyen d'un support de palier et d'une cage à ressort, disposée de fa- çon concentrique par rapport au palier, sur un support tour- nant, la cage à ressort présentant plusieurs barreaux flexibles, qui entourent de façon concentrique le support de palier, caractérisé en ce que l'on prévoit un organe devant casser (8) sous une charge déter- minée, disposé de façon concentrique entre le support tournant (7) et le support du palier (5), avec des éléments orientés en forme de rayons (9b), les barreaux et les éléments étant dispo- sés alternativement dans le sens périphérique. 2 ) Agencement de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe devant casser (8) présente un élément radialement ex- térieur (9b), relié au support tournant (7), et un élément ra- dialement intérieur (9b), relié au support de palier (5), les éléments (9a, 9b) disposés de façon concentrique par rapport au rotor présentant en leur point de liaison un ou plusieurs points appelés à se rompre de forme annulaire ou partiellement annulaire. 3 ) Agencement de palier selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'un des deux éléments ou les deux éléments (9a, 9b) sont cons- titués sous la forme d'une bride 4 ) Agencement de palier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe devant casser (8) présente des éléments en forme de rayons (9a, 9b), sur lesquels sont constitués respectivement un35 point appelé à se rompre. ) Agencement de palier selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les points appelés à se rompre sont réalisés avec des sections transversales de liaison à parois minces 6 ) Agencement de palier selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'organe devant casser (8) présente deux éléments (9a, 9b) dont les axes sont concentriques avec un déport axial (a), qui sont reliés matériellement par une entretoise de forme annulaire ou partiellement annulaire d'une épaisseur radiale réduite (d) 7 ) Agencement de palier selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport entre l'épaisseur et le diamètre D:d est supérieur à 10. 8 ) Agencement de palier selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'organe devant casser (8) est relié au support tournant (7) et/ou au support de palier (5) de façon amovible. 9 ) Agencement de palier selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'agencement de palier présente un joint d'étanchéité (11) dis- posé entre le support tournant (7) et la pièce tournante (1), un support de joint d'étanchéité(12), mis sur le support tour- nant (7), pouvant se déformer par allongement radial ou étant réalisé avec un organe appelé à se rompre (8'). ) Agencement de palier selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu' entre le support tournant (7) et le support de palier (5) on prévoit une arrivée radialement coulissante (13)pour un liquide de lubrification vers le palier (4). 11 ) Agencement de palier selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le corps tournant (1) est monté sur le support tournant (7) de façon élastique. 12 ) Agencement de palier selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'organe devant casser (8) présente des éléments orientés en forme de rayons (9a, 9b) entre le support de palier et le sup- port tournant (5 ou 7) et le support de palier (5) est relié à la bague radialement extérieure(6) du palier (4) par plusieurs barreaux flexibles (16) entourant de façon concentrique le sup- port de palier, les barreaux (16) et les éléments (9a, 9b)15 étant disposés de façon alternée dans le sens périphérique.