Brevet FR3089547A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Support de palier amélioré Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des paliers de guidage en rotation d'un arbre rotatif et en particulier des supports de paliers de guidage d'un arbre de turbomachine. Elle vise plus précisément les zones d'étanchéité encadrant les paliers de guidage. Technique antérieure [0002] Les turbomachines comprennent généralement un ou plusieurs paliers de guidage permettant de guider un arbre rotatif de turbomachine par rapport à une partie fixe, telle qu'un carter fixe de la turbomachine. Ces paliers de guidage sont encadrés par des zones d'étanchéité entre le carter fixe et l'arbre tournant, les zones d'étanchéité étant réalisées au moyen de joints labyrinthes. [0003] La réalisation de ces zones d'étanchéité nécessite cependant d'adjoindre des pièces forgées au carter fixe qui est lui une pièce de fonderie usinée. Cette adjonction est réalisée par soudage afin d'assurer une bonne tenue mécanique. [0004] La figure 1 présente une vue en coupe de la région aval d'une turbomachine. On repère sur cette figure un arbre 1 mobile en rotation autour d'un axe longitudinal X par rapport à un carter 2 fixe. Lc mouvement de rotation est assuré par des éléments tels que des roulements 10. [0005] Plusieurs zones d'étanchéités sont formées entre l'arbre 1 et le carter 2, par exemple au moyen de joints labyrinthes. Le carter 1 comprend ainsi un segment d'étanchéité intérieur 21 et un segment d'étanchéité extérieur 22 présentant chacun un joint labyrinthe, et montés au contact de surfaces de frottement liées à l'arbre 1 tournant, respectivement 11 et 12. [0006] La figure 2 représente un détail des segments d'étanchéité intérieur 21 et extérieur 22. Le segment d'étanchéité intérieur 21 comprend un joint labyrinthe 211 et une surface d'appui 212 adaptés pour venir au contact de la surface de frottement 11 liée à l'arbre 1. Lc segment d'étanchéité intérieur 21 est solidarisé au carter 2 par soudage au niveau de la section 21A. Le segment d'étanchéité extérieur 22 comprend un joint labyrinthe 221 et une surface d'appui 222 adaptés pour venir au contact de la surface de frottement 12 liée à l'arbre 1. Le segment d'étanchéité extérieur 22 est solidarisé au carter 2 par soudage au niveau de la section 22A. [0007] Bien que satisfaisante notamment en termes de masse, la liaison des segments d'étanchéité par soudage est problématique en ternies d'industrialisation, en particulier en termes de durée nécessaire pour réaliser la liaison par soudage, et aux retouches né- 2 cessaires après la soudure, qui sont des opérations longues à réaliser. Exposé de l'invention [0008] Afin de répondre au moins partiellement à ces problématiques, le présent exposé concerne un ensemble s'étendant autour d'un axe longitudinal comprenant un support de palier d'un arbre de turbomachine, le support de palier comprenant une surface support de palier adaptée pour recevoir un élément de roulement définissant un axe de rotation (le l'arbre par rapport à un carter de turbomachine, un segment d'étanchéité intérieur et un segment d'étanchéité extérieur, adaptés pour coopérer à étanchéité avec des éléments solidaires entrainés en rotation avec l'arbre de turbomachine de manière à définir des zones d'étanchéité en aval du support de palier, caractérisé en ce que le support de palier comprend une extrémité libre intérieure et une extrémité libre extérieure, le segment d'étanchéité intérieur étant monté fretté dans l'extrémité libre intérieure du support de palier, le segment d'étanchéité extérieur étant monté fretté dans l'extrémité libre extérieure du support de palier. [0009] Selon un exemple, l'extrémité libre intérieure et l'extrémité libre extérieure du support de palier comprennent chacun une butée axiale adaptée pour prévenir le déplacement du segment d'étanchéité intérieur et du segment d'étanchéité extérieur dans une première direction selon l'axe longitudinal, et un moyen d'indexation axiale adapté pour prévenir le déplacement du segment d'étanchéité intérieur et du segment d'étanchéité extérieur dans une deuxième direction selon l'axe longitudinal opposée à la première direction. [0010] Lc moyen d'indexation axiale comprend alors typiquement une gorge aménagée dans l'extrémité libre intérieure et dans l'extrémité libre extérieure du support de palier, et un anneau d'arrêt positionné dans chaque gorge, de manière à ce que le segment d'étanchéité intérieur et le segment d'étanchéité extérieur soient chacun encadré axialement selon l'axe longitudinal par une desdites butée axiale d'une part, et un desdits anneaux d'arrêt d'autre part. [0011] En variante, le moyen d'indexation comprend un pion d'indexation adapté pour être inséré dans un perçage de l'extrémité libre extérieure. [0012] Lc segment d'étanchéité intérieur et le segment d'étanchéité extérieur présentent ty- piquement chacun un joint labyrinthe. [0013] Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant un arbre mobile selon un axe longitudinal par rapport à un carter fixe, ledit carter comprenant un ensemble tel que défini précédemment. [0014] Le présent exposé concerne en outre un procédé d'assemblage d'un ensemble de tur- bomachine qui s'étend autour d'un axe longitudinal, dans lequel on fournit un support de palier d'un arbre de turbomachine, on assemble par frettage par translation axiale 3 selon l'axe longitudinal un segment d'étanchéité intérieur dans une extrémité libre intérieure du support de palier, le segment. d'étanchéité intérieur étant monté en appui contre une première butée axiale du support de palier, on assemble par frettage par translation axiale selon l'axe longitudinal un segment d'étanchéité extérieur dans une extrémité libre extérieure du support de palier, le segment d'étanchéité extérieur étant monté en appui contre une seconde butée axiale du support de palier, on monte un premier moyen d'arrêt axial sur l'extrémité libre intérieure du support de palier, de sorte que le segment d'étanchéité intérieur soit encadré axialement selon l'axe longitudinal par la première butée axiale et par le premier moyen d'arrêt axial, et on positionne un second moyen (l'arrêt axial sur l'extrémité libre extérieure du support de palier, de sorte que le segment d'étanchéité extérieur soit encadré axialement selon l'axe longitudinal par la seconde butée axiale et par le second moyen d'arrêt axial. Brève description des dessins [0015] [fig.1] La figure 1 est une vue en coupe de la région aval d'une turbomachine selon connue. [0016.1 [fig.2] La figure 2 détaille les zones d'étanchéité du support de palier représenté sur la figure 1. [0017.1 [fig.3] La figure 3 présente un ensemble selon un aspect de l'invention. [0018.1 [fig.4] La figure 4 présente une variante de l'ensemble présenté sur la figure 3. Description des modes de réalisation 100191 La figure 3 présente un ensemble selon un aspect de l'invention. 100201 Cette figure présente un support de palier 3 d'un arbre tournant de turbomachine, le support de palier 3 faisant partie du stator de la turbomachine. Le support de palier 3 est adapté pour recevoir un élément de roulement (non représenté) afin d'assurer la rotation relative d'un arbre (ou rotor) par rapport à un carter (ou stator) de turbomachine. Comme on va le décrire par la suite, le support de palier comprend un segment d'étanchéité intérieur 4 et un segment d'étanchéité extérieur 5, qui sont solidarisés au support de palier 3. Toutefois, à la différence de l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, la liaison n'est ici pas réalisée par soudage. 100211 Le support de palier 3 présente une branche intérieure 3A et une branche extérieure 3B présentant respectivement une extrémité libre intérieure 31 et une extrémité libre extérieure 32. La branche intérieure 3A est entourée par la branche extérieure 3B, les branches 3A et 3B étant coaxiales par rapport à un axe de rotation de la turbomachine. 100221 L'extrémité libre intérieure 31 présente une surface interne plane 311 formant un cylindre de révolution autour d'un axe de rotation de la turbomachine, délimitée d'une part par une première butée axiale 312, et d'autre part par une gorge 313. [0023] Le segment d'étanchéité intérieur 4 comprend une portion interne et une portion externe. La portion interne s'étend typiquement selon la direction définie par l'axe de rotation de la turbomachine, et présente un segment amont muni d'un joint labyrinthe 41, et un segment aval 42 typiquement adapté pour recevoir un patin de frottement. La portion externe s'étend radialemcnt vers l'extérieur par rapport à la portion interne, et présente une extrémité libre 43 adaptée pour être montée par frettage contre la surface interne plane 311 de l'extrémité libre intérieure 31 du support de palier 3, encadrée par la première butée axiale 312 d'une part et par la gorge 313 d'autre part. Afin d'assurer un maintien axial du segment d'étanchéité intérieur 4, un anneau d'arrêt intérieur 34 est monté dans la gorge 313. [0024] Le segment d'étanchéité extérieur 5 comprend une portion interne et une portion externe. La portion interne s'étend typiquement selon la direction définie par l'axe de rotation de la turbomachine, et présente un segment amont muni d'un joint labyrinthe 51, et un segment aval 52 typiquement adapté pour recevoir un patin de frottement. La portion externe s'étend radialemcnt vers l'extérieur par rapport à la portion interne, et présente une extrémité libre 53 adaptée pour être montée par frettage contre la surface interne plane 321 de l'extrémité libre extérieure 32 du support de palier 3, encadrée par une seconde butée axiale 322 d'une part et par la gorge 323 d'autre part. Afin d'assurer un maintien axial du segment d'étanchéité extérieur 5, un anneau d'arrêt intérieur 35 est monté dans la gorge 323. [0025] Les butées axiales 312 et 322 sont réalisées de manière à former une butée en translation dans un même sens, selon une direction définie par un axe de rotation de la turbomachine, tandis que les anneaux d'arrêt 34 et 35 forment une butée en translation dans le sens opposé selon la même direction. [0026] Le segment d'étanchéité libre extérieur 5 est dimensionné de manière à pouvoir être au moins partiellement positionné autour du segment d'étanchéité intérieur 4. [0027] Le segment d'étanchéité intérieur 4 est dimensionné de manière à pouvoir être inséré à l'intérieur de l'extrémité libre extérieure 32. [0028] Dans l'exemple illustré, l'extrémité libre 43 du segment d'étanchéité intérieur 4 est munie d'un joint d'étanchéité 44, ce qui peut être avantageux notamment dans le cas où une enceinte d'huile est présente. On comprend qu'un joint d'étanchéité similaire peut être inséré dans le segment d'étanchéité extérieur 5. [0029] La liaison des segments d'étanchéité 4 et 5 au support de palier 3 n'est donc pas réalisée par soudage, mais par frettage. Bien que contre intuitive du fait de l'accroissement de masse qu'il implique, ce mode de liaison est fortement avantageux sur le plan industriel notamment en termes de durée de réalisation. La combinaison du montage par frettage et de l'arrêt axial réalisé par les butées et les anneaux d'arrêt permet d'assurer une bonne tenue mécanique tout en s'affranchissant des contraintes liées à la réalisation de liaisons soudées. [0030] Le montage d'un tel ensemble est par ailleurs simple à réaliser. On insère dans un premier temps le segment d'étanchéité intérieur 4 jusqu'à ce qu'il vienne en appui contre la butée axiale 312. On insère ensuite le segment d'étanchéité extérieur 5 jusqu'à ce qu'il vienne en appui contre la butée axiale 322. On insère ensuite l'anneau d'arrêt intérieur 34 puis l'anneau d'arrêt extérieur 35 respectivement dans la gorge 313 et dans la gorge 323. [0031] La figure 4 présente une variante de l'exemple représenté sur la figure 3, dans lequel le verrouillage axial du segment d'étanchéité extérieur 5 est réalisé au moyen de la butée axiale 322 telle que décrite précédemment ainsi que de pions 36 insérés dans des perçages 324 réalisés dans l'extrémité libre extérieure 32 du support de palier 3. L'extrémité libre du segment d'étanchéité extérieur 5 présente alors typiquement une gorge 37 sur sa périphérie externe dans laquelle sont insérés les pions 36. [0032] Plus généralement donc, la liaison par soudage des segments d'étanchéité est ici remplacée par l'association d'un frettage et de moyens d'indexation selon la direction axiale définie par l'axe de rotation de la turbomachine, ces moyens d'indexation comprenant une butée associée à un anneau d'arrêt ou à un pion d'indexation. On comprend toutefois que d'autres moyens d'arrêt axiaux peuvent être employés, dès lors qu'ils permettent de réaliser un arrêt axial des segments d'étanchéité intérieur et extérieur. [0033] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réa- lisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif 6 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]