Brevet FR3032481A1 — publié le 20160812

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine des machines tournantes, et plus précisément les paliers pour machines tournantes. ETAT DE L'ART Les machines tournantes, et notamment les turbopompes utilisées dans les applications spatiales, nécessitent d'avoir une, voire deux butées axiales ainsi que un ou plusieurs paliers pour la suspension radiale du rotor de la machine tournante. On utilise ainsi communément des doublets de roulements, réalisant à la fois une fonction de palier pour le rotor et de butées axiales. Des roulements à bille à trois points de contact peuvent également être utilisés. Certaines machines tournantes, et notamment des turbopompes, sont conçues avec un système d'équilibrage axial dit « actif » lui permettant d'équilibrer les efforts sans qu'une butée axiale ne doive reprendre le différentiel de charge axiale pouvant atteindre plusieurs tonnes. Il est alors nécessaire que les paliers puissent permettre à l'arbre de coulisser afin que le système d'équilibrage puisse s'activer. Les doublets de roulements permettent de réaliser cette fonction, tandis qu'un roulement seul ne permet pas de réaliser un coulissement suffisant. Bien que les doublets de roulements permettent de réaliser les fonctions souhaitées, ils présentent toutefois des inconvénients, notamment en termes d'encombrement et de masse, qui sont fortement pénalisants en particulier pour des applications spatiales. La présente invention vise ainsi à obtenir les avantages et fonctionnalités d'un doublet de roulement au moyen d'un unique roulement. 3032481 2 PRESENTATION DE L'INVENTION A cet effet, la présente invention propose un palier pour machine 5 tournante selon une direction axiale, comprenant une bague interne montée autour d'un arbre et une bague externe montée dans un carter, entre lesquelles sont disposés des éléments de roulement, caractérisé en ce que la bague externe comprend une première et une seconde demi-bagues, 10 la première demi-bague étant fixe en translation selon la direction axiale par rapport au carter, la seconde demi-bague étant montée coulissante dans un logement entre la première demi-bague d'une part, et une butée du carter d'autre part, la butée du carter comprenant un organe de pré-charge exerçant 15 un effort de poussée sur la seconde demi-bague tendant à la positionner en appui contre la première demi-bague. L'organe de pré-charge définit typiquement une valeur seuil d'effort axial de sorte que, lorsqu'un effort axial supérieur à cette valeur seuil 20 est exercé en opposition à l'effort de poussée exercé par l'organe de pré-charge, la seconde demi-bague ne soit plus en butée axiale contre la première demi-bague. La première demi-bague comprend typiquement une base munie d'un 25 élément d'indexation de manière à immobiliser la première demi-bague en translation selon la direction axiale par rapport au carter, ladite base venant en appui contre la butée du carter, la seconde demi-bague étant disposée entre la base de la première demi-bague et les éléments de roulement. 30 Selon un mode de réalisation particulier, la première demi-bague est formée par usinage du carter. 3032481 3 La première demi-bague et la butée du carter définissent par exemple un déplacement axial maximum de la seconde demi-bague inférieur à 2mm. 5 L'invention concerne également une turbopompe d'engin spatial comprenant un palier tel que défini précédemment. PRESENTATION DES FIGURES 10 D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des figures annexées, sur lesquelles : - La figure 1 présente un exemple de palier selon un aspect de l'invention ; 15 - La figure 2 présente le palier de la figure 1 selon une autre configuration ; - Les figures 3 et 4 présentent un autre mode de réalisation d'un aspect de l'invention, dans les configurations correspondant aux figures 1 et 2 respectivement. 20 Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE 25 Les figures 1 et 2 présentent un exemple de palier selon un aspect de l'invention, dans deux configurations différentes. On représente sur ces figures un arbre 1 de machine tournante, monté 30 dans un carter 2. L'arbre 1 est monté tournant par rapport au carter 2, ou inversement ; la machine tournante est ainsi typiquement une machine à carter tournant ou à carter fixe. 3032481 4 La rotation de la machine tournante est selon une direction axiale définie par l'arbre 1, et représentée schématiquement sur les figures par un axe Z-Z. 5 Un palier est disposé entre l'arbre 1 et le carter 2, assurant ainsi la rotation de l'arbre 1 par rapport au carter 2 ou inversement. Le palier comprend une bague interne 3 montée autour de l'arbre 1, et une bague externe 4 montée dans le carter 2, entre lesquels sont disposés des éléments de roulement 5, typiquement des billes, 10 maintenus dans une cage 6. La bague interne 3 est fixe en translation selon la direction axiale par rapport à l'arbre 1. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, la bague interne 3 est disposée entre un épaulement 11 de 1 5 l'arbre 1 d'une part, et un manchon 12 monté autour de l'arbre 1 d'autre part, étant entendu que d'autres moyens d'immobilisation en translation peuvent être utilisés. La bague interne 3 est typiquement montée serrée autour de l'arbre 1. Le manchon 12 est typiquement monté serré autour de l'arbre 1. 20 La bague externe 4 est formée de deux demi-bagues ; une première demi-bague 4A et une seconde demi-bague 4B. La première demi-bague 4A est montée fixe en translation par rapport 25 au carter 2 selon la direction axiale. La seconde demi-bague 4B est quant à elle montée libre en translation par rapport au carter 2 selon la direction axiale. Dans le mode de réalisation représenté, la seconde demi-bague 4B est montée mobile en translation par rapport au carter 2 selon la direction 30 axiale ; elle est disposée dans un logement délimité d'une part par la première demi-bague 4A, et d'autre part par une butée 21 du carter 2. La dimension axiale du logement est supérieure à la dimension axiale de la seconde demi-bague 4B, cette différence de dimension axiale 3032481 5 déterminant le mouvement possible de la seconde demi-bague 4B par rapport au carter 2 selon la direction axiale. On repère ainsi sur les figures 1 et 2 un jeu S entre la seconde demi-bague 4B et la butée 21 du carter sur la figure 1, et entre la seconde 5 demi-bague 4B et la première demi-bague 4A sur la figure 2. Dans le mode de réalisation représenté, la première demi-bague 4A comprend une base 41A munie d'un élément d'indexation 42A, formant ici une nervure, adapté pour coopérer avec un évidement 10 complémentaire 22 du carter 2 de manière à immobiliser la première demi-bague 4A en translation selon la direction axiale par rapport au carter 2. La base 41A de la première demi-bague 4A telle que représentée vient en appui contre la butée 21 du carter 2, et définit ainsi le logement dans 15 lequel est disposée la seconde demi-bague 4B, qui est alors disposée entre la base 41A de la première demi-bague 4A et les éléments de roulement 6 du palier. Un organe de pré-charge 7 est positionné, de manière à exercer un 20 effort de poussée sur la seconde demi-bague 4B tendant à la positionner en appui contre la première demi-bague 4A. Dans le mode de réalisation représenté, l'organe de pré-charge est monté en appui contre la butée 21 du carter 2. L'organe de pré-charge 7 est typiquement un ressort ou une rondelle. 25 En fonctionnement, la machine tournante est configurée de sorte que les charges axiales s'exerçant sur le palier tendent à déplacer la seconde demi-bague 4B vers la butée 21 du carter 2, c'est-à-dire à écarter la seconde demi-bague 4B de la première demi-bague 4A, et donc à 30 s'opposer à l'effort de poussé exercé par l'organe de pré-charge 7 sur la seconde demi-bague 4B. 3032481 6 L'organe de pré-charge 7 définit une valeur seuil d'effort axial, telle que : Lorsque l'effort axial est inférieur à cette valeur seuil, la seconde demi-bague 4B demeure en appui contre la première demi-bague 5 4A, comme représenté sur la figure 1. Le palier fonctionne alors avec trois points de contact, et est dans un état potentiellement instable du fait de son basculement possible dans la seconde configuration décrite ci-après. Lorsque l'effort axial est supérieur à cette valeur seuil, la seconde 10 demi-bague 4B s'écarte de la première demi-bague 4A et se déplace vers la butée 21 du carter 2, jusqu'à venir au contact de cette butée 21 du carter 2 comme représenté sur la figure 2. Le palier fonctionne alors avec deux points de contact, et peut supporter des efforts axiaux importants. 15 L'effort axial appliqué sur le palier entraine donc un coulissement de l'arbre 1 par rapport au carter 2, repéré par le jeu S sur les figures, pouvant atteindre plusieurs millimètres, par exemple 2 mm ou encore 1 mm. Le déplacement de l'arbre 2 est indiqué par une flèche F sur la figure 2. 20 Lorsque l'effort axial diminue ou change de sens, la seconde demi-bague 4B revient en butée contre la première demi-bague 4A, et le palier reprend alors un fonctionnement à trois points de contact. La première demi-bague 4A et le jeu S sont typiquement configurés de 25 manière à ce que, lorsque la seconde demi-bague est en appui contre la butée 21 du carter 2, c'est-à-dire que le palier est dans la configuration représentée sur la figure 2 et fonctionne avec deux points de contact, la première demi-bague 4A ne perturbe pas ce fonctionnement en deux points de contact du palier, par exemple en dimensionnant la première 30 demi-bague 4A et/ou le jeu S de manière à s'assurer que dans cette configuration en deux points de contact, la première demi-bague 4A ne vienne pas au contact des éléments de roulement 5. 3032481 7 Les figures 3 et 4 présentent un mode de réalisation particulier de l'invention, dans lequel la première demi-bague 4A est formée par usinage du carter 2. Les figures 3 et 4 reprennent respectivement les configurations présentées sur les figures 1 et 2. 5 La première demi-bague 4A est donc venue de matière avec le carter 2, qui est typiquement usiné de manière à obtenir les tolérances dimensionnelles souhaitées. La seconde demi-bague 4B est quant à elle inchangée par rapport au mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2. 10 Ce mode de réalisation particulier permet de simplifier le montage en réduisant le nombre de pièces ; il n'est en effet plus nécessaire d'immobiliser la première demi-bague 4A par rapport au carter 2 dans la mesure où la première demi-bague 4A est intégrée au carter 2. Ce mode de réalisation est toutefois plus complexe en termes d'usinage ; son 1 5 utilisation peut donc être avantageuse pour certaines applications. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est identique à celui présenté en référence aux figures 1 et 2, et n'est pas repris ici en détail. Le palier proposé permet ainsi de réaliser au moyen d'un composant 20 unique une pluralité de fonctions, à savoir une double butée axiale, un palier radial pour un élément tournant, et permettre un coulissement de l'arbre par rapport au carter pouvant atteindre plusieurs millimètres, par exemple pour l'ouverture d'un ajutage pour un système d'équilibrage axial actif. 25 Le palier proposé peut notamment être utilisé sur des turbopompes de machines spatiales, en ce qu'il permet de réaliser un gain de masse et d'encombrement par rapport à un doublet de roulements, tout en réalisant des fonctions équivalentes. 30 REVENDICATIONS1. Palier pour machine tournante selon une direction axiale (Z-Z), comprenant une bague interne (3) montée autour d'un arbre (1) et une bague externe (4) montée dans un carter (2), entre lesquelles sont disposés des éléments de roulement (5), caractérisé en ce que la bague externe (4) comprend une première et une seconde demi-bagues (4A, 4B), la première demi-bague (4A) étant fixe en translation selon la direction axiale par rapport au carter (2), la seconde demi-bague (4B) étant montée coulissante dans un logement entre la première demi-bague (4A) d'une part, et une butée (21) du carter (2) d'autre part, la butée (21) du carter (2) comprenant un organe de pré-charge (7) exerçant un effort de poussée sur la seconde 1 5 demi-bague (4B) tendant à la positionner en appui contre la première demi-bague (4A). 2. Palier selon la revendication 1, dans lequel l'organe de pré-charge (7) définit une valeur seuil d'effort axial de sorte que, lorsqu'un effort axial 20 supérieur à cette valeur seuil est exercé en opposition à l'effort de poussée exercé par l'organe de pré-charge (7), la seconde demi-bague (4B) ne soit plus en butée axiale contre la première demi-bague (4A). 3. Palier selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la première 25 demi-bague (4A) comprend une base (41A) munie d'un élément d'indexation (42A) de manière à immobiliser la première demi-bague (4A) en translation selon la direction axiale (Z-Z) par rapport au carter (2), ladite base (41A) venant en appui contre la butée (21) du carter (2), la seconde demi-bague (4B) étant disposée entre la base (41A) de 30 la première demi-bague (4A) et les éléments de roulement (5). 4. Palier selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la première demi-bague (4A) est formée par usinage du carter. 3032481 9 5. Palier selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la première demi-bague (4A) et la butée (21) du carter (2) définissent un déplacement axial (S) maximum de la seconde demi-bague (4B) 5 inférieur à 2mm. 6. Turbopompe d'engin spatial, comprenant un palier selon l'une des revendications 1 à 5. 10