Brevet FR3069571A1 — publié le 20190201

DOMAINE DE L'INVENTION [0001] Le présent exposé concerne le domaine des systèmes à compression de film fluide. De tels systèmes peuvent être utilisés comme 5 amortisseurs, notamment dans des machines tournantes. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE [0002] Dans un arbre en rotation rapide, tel que, par exemple, l'arbre rotor d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou turbopropulseur d'aéronef, des balourds ont tendance à provoquer des 10 vibrations radiales de l'arbre. Afin d'amortir ces vibrations radiales, et ainsi d'empêcher leurs effets délétères sur l'arbre et son environnement, il est connu de l'homme du métier d'utiliser des amortisseurs à compression de film fluide (en anglais : « squeeze film damper »). Par exemple, la demande de brevet FR 2 845 138 Al de la Demanderesse divulgue un tel 15 amortisseur. [0003] Au sens du présent exposé, on appelle axe du rotor l'axe de rotation nominal de celui-ci. La direction axiale correspond à la direction de l'axe du rotor et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe du rotor et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan 20 contenant l'axe du rotor et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. [0004] Un système d'amortissement à compression de film fluide comporte généralement un film fluide, typiquement un film d'huile, contenu dans un espace annulaire délimité par deux surfaces 25 sensiblement cylindriques, et par un segment d'étanchéité à chacune de ses extrémités. Les surfaces cylindriques sont, le plus souvent, une surface intérieure d'un carter et une surface extérieure d'une bague extérieure d'un palier rotatif, en particulier d'un palier à roulements. [0005] Sous l'effet de balourds dans un arbre rotatif logé dans un tel 30 palier avec amortisseur à compression de film fluide, la bague extérieure 2 du palier décrit un mouvement orbital par rapport à l'axe du carter. Ce mouvement orbital génère une zone tournante de compression du film fluide. Le mouvement tournant de cette zone de compression provoque, par l'effet de Poiseuille, un amortissement du mouvement orbital de la bague extérieure du palier, et donc des vibrations radiales de l'arbre. [0006] Cet amortissement génère toutefois de la chaleur dans le film liquide, qu'il est normalement nécessaire d'évacuer afin d'éviter que la température du film liquide ne monte, réduisant la viscosité et par suite la capacité d'amortissement du film liquide. Pour cela, il a été proposé de permettre un débit de fuite du liquide dans la zone de compression. [0007] Ainsi, un système à compression de film fluide selon l'état de la technique nécessite à la fois un circuit d'alimentation et un circuit de récupération, afin de renouveler l'huile du film fluide. [0008] Cependant, de tels circuits présentent des inconvénients. D'une part, les raccordements et interventions nécessaires à la maintenance des circuits d'huile créent des risques de fuite et de pollution de l'huile, ce qui dégrade l'efficacité de l'amortissement. D'autre part, ces circuits sont complexes, donc lourds et encombrants, ce qui s'avère particulièrement préjudiciable dans le cas d'une turbomachine d'aéronef 20 où l'espace et la masse sont des paramètres critiques. Il existe donc un besoin pour un nouveau type de système à compression de film fluide. PRÉSENTATION DE L'INVENTION [0009] A cet effet, le présent exposé concerne un système à compression de film fluide pour l'amortissement du mouvement relatif 25 entre deux pièces d'une turbomachine, le système comprenant des éléments d'étanchéité destinés à être disposés entre les deux pièces et à définir de manière au moins partiellement étanche, entre eux et avec les deux pièces, une zone configurée pour recevoir un film fluide, le système comprenant en outre un réservoir de récupération, agencé par rapport à 30 ladite zone de façon à récupérer le fluide qui s'échappe de la zone, et au 3 moins un capillaire s'étendant du réservoir de récupération à ladite zone pour l'alimentation du film fluide. [0010] Une étanchéité est dite partielle si elle n'est effective que dans une certaine gamme de différences de pressions de part et d'autres 5 des éléments d'étanchéité. Ainsi, dans le cas où les éléments d'étanchéité précités ne réalisent pas une étanchéité complète de la zone, ou espace, recevant le film fluide, ils permettent tout de même d'assurer, de façon connue en soi, que le film fluide est à une pression minimale garantissant sa fonction d'amortissement. Lorsque la pression du film fluide excède la 10 pression de dimensionnernent des éléments d'étanchéité, il peut se créer un débit de fuite de fluide depuis la zone de film fluide vers le réservoir de récupération. [0011] Le circuit d'alimentation en fluide, servant à alimenter le film fluide, notamment pour compenser les pertes ou les dépressions locales, 15 comprend au moins un capillaire (ci-après utilisé au singulier, sans perte de généralité) s'étendant du réservoir de récupération à ladite zone. Grâce au fait que le capillaire s'étend depuis le réservoir de récupération, il n'est plus nécessaire d'apporter du fluide depuis d'autres endroits plus éloignés, ce qui diminue sensiblement l'encombrement et la complexité du système. Grâce à l'utilisation d'un capillaire, on peut se passer d'actionneurs ou de pompes pour faire arriver le fluide dans la zone recevant le film fluide. L'utilisation d'un capillaire ainsi agencé permet donc de simplifier significativement la conception du système à compression de film fluide, de libérer de l'espace et de diminuer le poids du système, de simplifier le montage du système et de diminuer les risques de pollution et de fuite de fluide. [0012] Au sens du présent exposé, un capillaire peut désigner aussi bien un tube capillaire qu'une structure se comportant comme un tube capillaire au sens où elle donne lieu au phénomène de capillarité, par 30 exemple un matériau poreux. 4 [0013] On rappelle que la capillarité désigne la capacité d'un fluide, généralement un liquide, à monter naturellement le long d'un tube très fin, ou équivalent, plongé dans ce liquide, malgré la gravité. La montée est d'autant plus forte que le tube est fin. Ce phénomène est dû aux 5 forces de tension superficielle du liquide, le liquide étant plus attiré par les parois du tube que par l'air se trouvant au-dessus de sa surface. Le tube étant très fin, le liquide forme un ménisque concave qui peut monter, de proche en proche, le long des parois, vainquant ainsi la gravité. Les forces à l'origine de la capillarité permettent donc de maintenir, dans la zone 10 recevant le film fluide, une pression déterminée. [0014] Dans certains modes de réalisation, les deux pièces sont un support et un palier, la zone recevant le film fluide étant située à l'extérieur du palier. Le support peut être une partie fixe solidaire d'un stator, par exemple un carter. Le palier peut être un roulement, 15 notamment un roulement à billes. Le film fluide étant situé à l'extérieur du palier, le système à compression de film fluide n'est pas comparable à un palier fluide, dans lequel le fluide a essentiellement une fonction de lubrification et non d'amortissement radial. Il est préférable que le support soit fixe dans la mesure où cela facilite le montage et le fonctionnement 20 du système à compression de film fluide. [0015] Dans certains modes de réalisation, en position d'utilisation du système, le réservoir de récupération est situé plus bas que ladite zone, afin de faciliter la récupération du fluide dans ledit réservoir et mieux maîtriser les phénomènes de capillarité. 25 [0016] Dans certains modes de réalisation, une enceinte entoure les éléments d'étanchéité, l'enceinte étant configurée pour conduire le fluide s'échappant de ladite zone vers le réservoir de récupération. Par exemple, l'enceinte peut comprendre des drains. Dans ces modes de réalisation, le fluide peut circuler en boucle entre le réservoir de récupération et la zone 5 recevant le film fluide, via le capillaire dans un sens et via l'enceinte dans l'autre sens. [0017] Dans certains autres modes de réalisation, les éléments d'étanchéité sont configurés de sorte que la zone est hermétiquement 5 isolée, ce par quoi le fluide s'échappant de la zone rejoint le réservoir de récupération via le capillaire. On comprend que l'expression « hermétiquement isolé » est appréciée à l'exclusion de l'ouverture formée par le capillaire. Par exemple, les éléments d'étanchéité précités peuvent être redirnensionnés de façon à assurer une étanchéité totale de la zone. 10 Alternativement ou en complément, les éléments d'étanchéité peuvent comprendre plusieurs sous-éléments, les premiers autorisant, de manière classique, un débit de fuite, et les deuxièmes entourant les premiers et assurant une étanchéité meilleure pour garantir que la zone est hermétiquement isolée. Dans tous les cas, la zone et le réservoir de 15 récupération ne communiquent que par le capillaire. Lorsque la pression du film fluide excède la pression du capillaire, le fluide redescend le capillaire vers le réservoir de récupération, et inversement. Au besoin, le capillaire et/ou le réservoir de récupération peut être refroidi par un circuit d'air prévu à cet effet. 20 [0018] Dans certains modes de réalisation, le réservoir de récupération est défini par une cavité ayant pour unique ouverture le capillaire. La cavité peut être défini par une pluralité de pièces assemblées, ce qui permet un montage simplifié du réservoir de récupération et facilite l'insertion du capillaire en communication fluidique 25 avec le réservoir de récupération. [0019] Dans certains modes de réalisation, le système comprend au moins deux capillaires. Une pluralité de capillaires permet d'augmenter la capacité d'alimentation en fluide vers la zone et par suite d'adapter plus facilement les caractéristiques du film fluide en fonction des besoins, notamment d'amortissement. La pluralité de capillaires comprend le 6 capillaire précité. En outre, chaque capillaire peut être agencé de manière similaire au capillaire précité. [0020] Outre les caractéristiques qui viennent d'être mentionnées, le système proposé peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques 5 parmi les suivantes, considérées isolément ou selon des combinaisons techniquement possibles: - le fluide peut être une huile, par exemple choisie parmi des huiles synthétiques certifiées pour l'aéronautique telles que la TURBONYCOIL 13 B (marque déposée) ou E>o REVENDICATIONS1. Système à compression de film fluide (20) pour l'amortissement du mouvement relatif entre deux pièces (16, 18) d'une turbomachine, le 5 système comprenant des éléments d'étanchéité (22, 23, 23a, 23b) destinés à être disposés entre les deux pièces et à définir de manière au moins partiellement étanche, entre eux et avec les deux pièces, une zone (24) configurée pour recevoir un film fluide, le système comprenant en outre un réservoir de récupération (28), agencé par rapport à ladite zone 10 (24) de façon à récupérer le fluide qui s'échappe de la zone, et au moins un capillaire (32) s'étendant du réservoir de récupération (28) à ladite zone (24) pour l'alimentation du film fluide. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les deux pièces sont 15 un support (18) et un palier (16), la zone (24) recevant le film fluide étant située à l'extérieur du palier (16). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, en position d'utilisation, le réservoir de récupération (28) est situé plus bas que ladite 20 zone (24). 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel une enceinte (26) entoure les éléments d'étanchéité (22), l'enceinte (26) étant configurée pour conduire le fluide s'échappant de ladite zone 25 (24) vers le réservoir de récupération (28). 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les éléments d'étanchéité (22, 23, 23a, 23b) sont configurés de sorte que la zone (24) est hermétiquement isolée, ce par quoi le fluide 14 s'échappant de la zone (24) rejoint le réservoir de récupération via le capillaire (32). 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant au moins deux capillaires. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque capillaire (32) est un tube dont le rayon est inférieur ou égal à 0,5 mm. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la hauteur du capillaire (32) est comprise entre 5 mm et 120 mm. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le réservoir de récupération (28) est défini par une cavité ayant pour unique ouverture le capillaire (32). 10. Machine tournante pour une turbomachine, comprenant un rotor (12) et un stator (14) séparés par au moins un palier (16), et un système à compression de film fluide (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 pour l'amortissement du mouvement relatif entre le rotor (12) et le stator (14) principalement selon une direction radiale du rotor (12), la zone (24) configurée pour recevoir le film fluide étant prévue entre le stator (14) et le palier (16).25