Brevet FR3083273A1 — publié le 20200103

DISPOSITIF FORMANT PALIER RADIAL AÉRODYNAMIQUE À FEUILLES ET PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN TEL DISPOSITIF 1. Domaine technique de l'invention Le domaine technique de l'invention est celui des paliers à air, aussi désignés par les termes de paliers aérodynamiques. L'invention concerne plus particulièrement les paliers à feuilles pour turbomachine et s'étend aux turbomachines équipées de tels paliers à feuilles. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel palier à feuilles. 2. Arrière-plan technologique Un palier à feuilles est un palier formé d'une pluralité de feuilles, généralement métalliques, qui permettent de porter un arbre d'une machine tournante telle qu'une turbomachine. Un palier à feuilles est en général formé d'au moins une feuille supérieure, couramment désignée par la dénomination anglaise de «top lb/1 », qui fait face à l'arbre en rotation, et d'au moins une feuille ondulée couramment désignée par la dénomination anglaise de « buinpfoil » qui est agencée sous la feuille supérieure et qui fait office de raidisseur et d'amortisseur. L'ensemble formé de la feuille supérieure et de la feuille ondulée, est monté sur un carter ou fourreau. Dans toute la suite, on désigne par fourreau la pièce qui reçoit le palier à feuilles, étant entendu que cette pièce peut également être un carter, auquel cas le palier est direction monté dans le carter de la machine. Il existe différentes solutions techniques pour fixer et maintenir un palier à feuilles dans un fourreau (ou carter) qui relèvent soit des systèmes démontables, c'est-à-dire que le palier formé de la feuille supérieure et de la feuille ondulée est glissé dans une encoche formée dans le fourreau et peut donc en être retirée, soit des systèmes indémontables, c'est-à-dire que le palier formé de la feuille supérieure et de la feuille ondulée est soudé au fourreau, et ne peut donc pas être séparé du fourreau une fois fixé à ce dernier. Par exemple, la demande EP0490443 décrit un tel palier à feuilles non 2 démontable et les demandes EP0601624 et FR2700821 décrivent des paliers à feuilles démontables comprenant des languettes de feuilles montées en force dans le fourreau. Quelles que soient les solutions proposées, démontables ou non 5 démontables, ces solutions connues limitent en général l'utilisation du palier à un sens de rotation privilégiée. En effet, quel que soit le mode de fixation du palier au fourreau, une extrémité de l'ensemble formé de la feuille supérieure et de la feuille ondulée est fixée au fourreau et l'autre extrémité est laissée libre, de manière à permettre la formation du jeu radial nécessaire à la rotation de l'arbre une fois ce 10 dernier logé dans le palier. Il est donc nécessaire que l'arbre tourne de telle sorte qu'il pousse l'extrémité libre de la feuille supérieure vers l'extrémité fixe. En effet, dans le cas contraire, l'arbre cntraincrait avec lui l'extrémité libre de la feuille qui viendrait alors se refermer sur l'arbre et provoquer un phénomène de serrage bloquant le 15 fonctionnement du palier. Il est donc nécessaire avec la plupart des solutions actuelles d'équiper les paliers de moyens détrompeurs, c'est-à-dire de moyens permettant d'éviter les erreurs de montage de l'arbre dans le palier, en fonction du sens privilégié de fonctionnement du palier. 20 Il existe également quelques solutions qui permettent de former un palier à feuilles bidirectionnel. Par exemple, la demande de brevet US2002054718 décrit un tel (32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b) palier bidirectionnel qui ne nécessite donc pas la présence de moyens détrompeurs. Cette solution spécifique met en oeuvre une pluralité de feuilles ondulées et une pluralité de feuilles supérieures fixées sur la 25 périphérie intérieure du fourreau pour former une pluralité de secteurs formés chacun d'une feuille supérieure et d'une feuille ondulée. Dans le cas des systèmes démontables, les opérations d'usinage des encoches spécifiques pour recevoir et maintenir les feuilles sont complexes et couteuses. En effet, ces opérations nécessitent en général un usinage par électro- érosion, ce qui nécessite donc des outillages spéciliques eUou de recourir à des partenaires qualifiés extérieurs. 3 Les inventeurs ont donc cherché à développer un nouveau dispositif formant palier à feuilles qui peut fonctionner dans les deux sens de rotation, tout en pouvant être mis en oeuvre avec des feuilles ondulées classiques non spécifiques. Les inventeurs ont également cherché à développer une solution qui peut 5 être mise en oeuvre sans difficultés particulières et sans imposer le recours à des techniques complexes et couteuses. 3. Objectifs de l'invention L'invention vise à fournir un dispositif fonmuit palier radial aérodynamique à feuilles qui pallie au moins certains des inconvénients des paliers connus. 10 L'invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un dispositif palier radial aérodynamique à feuilles qui ne nécessite pas la présence de moyens détrompeurs, c'est-à-dire dont le sens de montage est i ndifférent. L'invention vise également à fournir, dans au moins un mode de réalisation, 15 un tel dispositif qui ne nécessite pas des opérations complexes d'usinage lors de sa fabrication. L'invention vise aussi à fournir un procédé de fabrication d'un palier aérodynamique à feuilles selon l'invention. L'invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de 20 réalisation de l'invention, un tel procédé de fabrication qui puisse être simplement. mis en oeuvre sans le recours à des techniques complexes et/ou couteuses de fabrication. 4. Exposé de l'invention Pour cc faire, l'invention concerne un dispositif formant palier radial 25 aérodynamique à feuilles comprenant un fourreau cylindrique s'étendant le long d'une direction, dite direction longitudinale, et présentant une surface intérieure qui définit un alésage central. Un dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend en outre : au moins une encoche longitudinale formée dans ledit fourreau 30 cylindrique et débouchant radialement dans ledit alésage central par 4 une ouverture, une première garniture intérieure périphérique, dite garniture ondulée, comprenant au moins une feuille métallique équipée de saillies radiales, dite feuille ondulée, ladite garniture ondulée formant 5 un galbe principal logé dans ledit alésage central, portant lesdites saillies agencé en regard de ladite surface intérieure dudit fourreau cylindrique pour former une garniture élastiquement deformable, chaque feuille ondulée présentant, à chaque extrémité, une languette radiale, dite languette radiale ondulée, logée librement dans une 10 encoche longitudinale, une deuxième garniture intérieure périphérique, dite garniture supérieure, comprenant au moins une feuille métallique, dite feuille supérieure, ladite garniture supérieure formant un galbe principal logé dans ledit alésage central et agencé en regard dudit galbe 15 principal de ladite garniture ondulée pour délimiter une enceinte de réception d'un arbre d'une machine tournante, chaque feuille supérieure présentant, à chaque extrémité, une languette radiale, dite languette radiale supérieure, logée librement dans une encoche longitudinale. 20 Un dispositif selon l'invention est donc formé d'un fourreau cylindrique qui reçoit ladite garniture ondulée et ladite garniture supérieure. Le fourreau comprend au moins une encoche longitudinale qui peut être obtenue par un procédé d'usinage conventionnel, tel que le perçage. Cette encoche longitudinale débouche dans l'alésage central de réception des garnitures par une ouverture. Aussi, les extrémités 25 radiales des feuilles des garnitures logées dans l'alésage central peuvent être insérées librement dans une encoche longitudinale, en passant par l'ouverture de cette encoche. L'une des particularités d'un dispositif selon l'invention est donc le montage libre des languettes radiales des feuilles des garnitures ondulée et supérieure dans 30 une encoche longitudinale. Ce montage libre permet non seulement de faciliter les opérations de 5 fabrication du palier à feuilles et les opérations de montage du palier, mais il permet également de faire fonctionner le palier dans les deux sens de rotation. En effet, les feuilles des garnitures ondulée et supérieure sont bloquées d'un côté de l'encoche longitudinale et libres du côté opposé lorsque l'arbre logé dans le palier tourne dans 5 un premier sens de rotation. Lorsque l'arbre tourne dans le sens inverse, les languettes se déplacent librement dans l'encoche selon une direction azimutale pour que les languettes radiales préalablement libres viennent maintenant se bloquer contre les parois de l'encoche longitudinale et que les languettes radiales préalablement bloquées contre la paroi opposée de l'encoche soient maintenant 10 libres dans l'encoche. Un dispositif formant palier selon l' invention combine donc les avantages d'une fabrication simplifiée et d'un fonctionnement bidirectionnel. Le blocage des feuilles contre les parois de l'encoche résulte de la géométrie spécifique des feuilles et de l'encoche longitudinale. 15 Avantageusement et selon l'invention, ladite encoche longitudinale comprend en outre, de part et d'autre de ladite ouverture, un dégagement azimutal et une surface de raccordement à ladite surface intérieure dudit fourreau cylindrique comprenant au moins un segment longitudinal agencé entre ledit dégagement azimutal et ladite ouverture, formant une butée azimutale ponctuelle de ladite 20 languette radiale d'une feuille ondulée logée dans cette encoche, l'extrémité libre de ladite languette radiale s'étendant dans ledit dégagement azimutal en regard. Cette variante avantageuse permet de former une ligne de contact ponctuel entre les languettes radiales et les parois de l'encoche longitudinale. En outre, la languette radiale s'étend dans un dégagement azimutal de sorte que la languette 25 radiale rentre en contact mécanique avec la ligne de contact de l'encoche longitudinale au niveau d'une section non extrémale de la languette. En effet, l'extrémité radiale de la languette radiale s'étend dans le dégagement azimutal et n'est donc pas en contact avec les parois de l'encoche longitudinale. Cela permet de garantir que la languette radiale ne va pas glisser sur la paroi de l'encoche, ni se 30 bloquer dans l'encoche. Selon cette variante avantageuse, l'encoche longitudinale comprend un 6 dégagement azimutal et un segment de contact de chaque côté de l'encoche. De préférence et selon l'invention, le dispositif présente un plan de symétrie longitudinal. Cc plan de symétrie passe avantageusement par le centre des encoches longitudinales formées dans le fourreau cylindrique. 5 Cette symétrie permet notamment de former un dispositif ne nécessitant pas de moyens de détrompage. Un tel palier peut ainsi fonctionner dans les deux sens de rotation, sans aucun sens de rotation privilégié. Avantageusement et selon l'invention, chaque encoche longitudinale présente une largeur Le inférieure, d'un facteur proportionnel kl à la distance 10 Dbump séparant les saillies de la garniture ondulée agencées sur le galbe principal de part et d'autre de cette encoche longitudinale et supérieure, d'un facteur proportionnel k2, à la somme des épaisseurs des languettes radiales des feuilles supérieure et ondulée logées dans cette encoche, lorsqu'un arbre d'une machine tournante est inséré dans ladite enceinte de réception délimitée par ladite feuille 15 supérieure. En d'autres termes et selon cette variante de l'invention, la largeur Le d'une encoche est liée à la distance Dbump séparant les saillies de la garniture ondulée et aux épaisseurs EPL des languettes radiales logées dans l'encoche par la relation suivante : 20 k2. X EPL REVENDICATIONS1. Dispositif formant palier radial aérodynamique à feuilles comprenant un fourreau (10) cylindrique s'étendant le long d'une direction, dite direction longitudinale (X), et présentant une surface intérieure (11) qui définit un alésage central, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - au moins une encoche longitudinale (40, 50, 60) formée dans ledit fourreau cylindrique (20) et débouchant radialement dans ledit alésage central par une ouverture (42), - une première garniture intérieure périphérique, dite garniture ondulée, comprenant au moins une feuille métallique équipée de saillies (21) radiales, dite feuille ondulée (22, 23, 24), ladite garniture ondulée formant un galbe principal logé dans ledit alésage central et portant lesdites saillies (21) agencé en regard de ladite surface intérieure (11) dudit fourreau cylindrique (10) pour former une garniture élastiquement déformable, chaque feuille ondulée (22, 23, 24) présentant, à chaque extrémité, une languette radiale, dite languette radiale ondulée (22a, 22h, 23a, 23h, 24a, 24h), logée librement dans une encoche longitudinale (40, 50, 60), - une deuxième garniture intérieure périphérique, dite garniture supérieure, logée dans ledit alésage central et comprenant au moins une feuille métallique, dite feuille supérieure (32, 33, 34), ladite garniture supérieure formant un galbe principal logé dans ledit alésage central et agencé en regard dudit galbe principal de ladite garniture ondulée pour délimiter une enceinte de réception d'un arbre (70) d'une machine tournante, chaque feuille supérieure (32, 33, 34) présentant, à chaque extrémité, une languette radiale dite languette radiale supérieure (32a, 32h, 33a, 33h, 34a, 34b), logée librement dans une encoche longitudinale (40, 50, 60). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une 17 encoche longitudinale (40, 50, 60) comprend en outre, de part et d'autre de ladite ouverture (42), un dégagement azimutal (43a, 43h) et une surface de raccordement (44a, 44b) à ladite surface intérieure (11) dudit fourreau cylindrique (10) comprenant au moins un segment longitudinal (44a, 44b) agencé entre ledit 5 dégagement azimutal (43a, 43b) et ladite ouverture (42), formant une butée azimutale ponctuelle de ladite languette radiale (22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b) d'une feuille ondulée (22, 23, 24) logée dans cette encoche (40, 50, 60), l'extrémité libre de ladite languette radiale (22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b) s'étendant dans ledit dégagement. azimutal. 10 3. Dispositif formant palier selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque encoche longitudinale (40, 50, 60) présente une largeur Le inférieure, d'un facteur proportionnel kl à la distance Dbump séparant les saillies (41) dc la garniture ondulée agencées sur le galbe principal de part et d'autre dc cette encoche longitudinale (40, 50, 60) et supérieure, d'un facteur proportionnel 15 k2, à la somme des épaisseurs des languettes radiales des feuilles supérieures (32, 33, 34) et ondulées (22, 23, 24) logées dans cette encoche, lorsqu'un arbre (70) d'une machine tournante est inséré dans ladite enceinte de réception délimitée par ladite feuille supérieure. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le facteur 20 proportionnel k1 est égal ou inférieur à 0,8 et le facteur proportionnel k2 est supérieur ou égal à 1,2. 5. Dispositif formant palier selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour au moins une encoche longitudinale (40, 50, 60), la distance d3 séparant les languettes radiales supérieures (32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b) logées 25 dans cette encoche (40, 50, 60) est inférieure, d'un facteur proportionnel k3 à leur épaisseur et supérieure, d'un facteur proportionnel 14, à leur épaisseur, lorsqu'un arbre (70) d'une machine tournante est inséré dans ladite enceinte de réception délimitée par ladite feuille supérieure (32, 33, 34). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit facteur 30 proportionnel k3 est supérieur ou égal à 8 et le facteur proportionnel k4 est inférieur ou égal à 3. 18 7. Dispositif selon l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce que, pour au moins une encoche longitudinale (40, 50, 60), la distance dl séparant une languette radiale supérieure (32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b) logée dans cette encoche (40, 50, 60) et une languette radiale ondulée (22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b) logée 5 dans cette encoche (40, 50, 60) est inférieure, d'un facteur proportionnel k5 à l'épaisseur de la languette radiale supérieure logée dans cette encoche et supérieure, d'un facteur proportionnel k6, à l'épaisseur de la languette radiale supérieure logée dans cette encoche, lorsqu'un arbre (70) d'une machine tournante est inséré dans ladite enceinte de réception délimitée par ladite feuille supérieure. 10 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit facteur proportionnel k5 est supérieur ou égal à 8 et le facteur proportionnel k6 est inférieur ou égal à 3. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il présente un jcu radial, lorsqu'un arbre (70) d'une machine tournante est inséré dans 15 ladite enceinte de réception délimitée par ladite garniture supérieure, supérieur d'un facteur proportionnel k7, à l'épaisseur d'une feuille supérieure, et. inférieur d'un facteur proportionnel k8, à l'épaisseur d'une feuille supérieure. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit facteur proportionnel k7 est égal à 0 et ledit facteur proportionnel k8 est inférieur à 2. 20 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chaque encoche longitudinale (40, 50, 60) présente un plan longitudinal de symétrie. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au moins une feuille ondulée (22, 23, 24) comprend une feuille métallique lisse, dite 25 feuille de support, et une pluralité de feuilles métalliques équipées de saillies (21) solidarisées à ladite feuille de support. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend une unique encoche longitudinale (40), une garniture ondulée formée d'une seule feuille ondulée (22), une garniture supérieure formée d'une seule feuille 30 supérieure (32), de sorte que les languettes radiales des feuilles supérieure et ondulée sont toutes logées librement dans la même encoche (40). 19 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de blocage axial desdites garnitures ondulée et supérieure. 15. Procédé de fabrication d'un dispositif formant palier radial aérodynamique 5 à feuilles comprenant les étapes consistant à : - usiner un alésage central s'étendant le long d'une direction, dite direction longitudinale, dans un fourreau (10) cylindrique, ledit alésage central étant délimité par une surface intérieure (11), - usiner au moins une encoche longitudinale (40, 50, 60) dans ledit 10 fourreau (10) cylindrique qui débouche radialement dans ledit alésage central, - ménager une surface de raccordement (41a, 41h) entre ladite encoche longitudinale (40) et la surface intérieure (11) dudit fourreau (10), 15 - former une première garniture intérieure périphérique, dite garniture ondulée, à partir d'au moins une feuille métallique équipée de saillies (21) radiales, dite feuille ondulée (22, 23, 24), et présentant, à chaque extrémité, une languette radiale, dite languette radiale ondulée (22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b), ladite garniture ondulée 20 formant un galbe principal portant lesdites saillies agencé en regard de ladite surface intérieure (11) dudit. fourreau (10) cylindrique pour former une garniture élastiquement défonnable, - loger librement chaque languette radiale ondulée (22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b) dans une encoche longitudinale (40, 50, 60), 25 - former une deuxième garniture intérieure périphérique, dite garniture supérieure, à partir d'au moins une feuille métallique, dite feuille supérieure (32, 33, 34), ladite garniture supérieure formant un galbe principal agencé en regard dudit galbe principal de ladite garniture ondulée pour délimiter une enceinte de réception d'un 30 arbre (70) d'une machine tournante, chaque feuille supérieure présentant, à chaque extrémité, une languette radiale, dite languette 20 radiale supérieure (32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b), loger librement chaque languette radiale supérieure (32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 341)) dans une encoche longitudinale (40, 50, 60). 5 10 15 20 25 30