Brevet FR3095242A1 — publié le 20201023

Description Titre de l'invention : MODULE DE TURBOMACHINE EQUIPE D'UN DISPOSITIF D'AMORTISSEMENT POUR PALIER DE GUIDAGE DE TURBOMACHINE Domaine de l'invention 100011 La présente invention concerne le domaine général de l'aéronautique et en particulier des dispositifs d'amortissement d'organes rotatifs de turbomachine. Arrière-plan technique [0002] De manière générale une turbomachine comprend des organes rotatifs tels que des arbres qui sont guidés par des paliers de guidage par rapport à une structure fixe de la turbomachine. Ces paliers de guidage comprennent une bague interne et une bague externe enserrant des éléments roulants, par exemple des rouleaux ou des billes. Classiquement, la bague externe est montée de manière solidaire sur une structure fixe de la turbomachine et la bague interne est montée de manière solidaire sur l'arbre rotatif de la turbomachine. [0003] Certains paliers de guidage peuvent comprendre un film fluide d'amortissement plus ou moins emprisonné dans une chambre d'amortissement de manière à amortir les mouvements des arbres rotatifs et à réduire les vibrations de ces derniers qui sont transmises aux structures fixes de la turbomachine et à l'aéronef. Le film fluide d'amortissement est connu sous la désignation anglaise « squeeze film damper» pour améliorer la réponse dynamique de la turbomachine à un régime de fonctionnement donné et par conséquent les performances de la turbomachine. La chambre d'amortissement est délimitée d'une part, radialement entre la bague externe du palier de guidage (qui est bloquée en rotation) et la structure fixe de la turbomachine et d'autre part, axialement par des éléments d'étanchéité. [0004] L'amortissement apporté par le film fluide d'amortissement dépend de plusieurs pa- ramètres tels que le débit de fuite, la viscance, la température, etc. La gestion du débit de fuite est particulièrement complexe car la pression d'admission du fluide dans la chambre d'amortissement varie en fonction du régime de la turbomachine tandis que la température du fluide évolue naturellement en fonction du régime de la turbomachine, du temps de fonctionnement de la turbomachine et du déplacement relatif entre la bague externe et la structure fixe. Par exemple, la température d'alimentation du film fluide d'amortissement est plus importante à haut régime (phase de décollage de l'aéronef) alors que la température du film fluide d'amortissement est faible à bas régime. La température du film fluide d'amortissement influe sur la viscance de celui-ci de sorte qu'à une température basse (par exemple de l'ordre de 90°C), le film fluide 2 d'amortissement est très visqueux (par exemple de 5.104 kg/s) et à une température plus importante (par exemple 140°C), le film fluide d'amortissement est moins visqueux (par exemple 2,5.104 kg/s). L'amortissement n'est donc pas optimal pour réduire les amplitudes de vibrations suivant les régimes. [0005] Il est prévu que lorsque la température et la pression du film fluide d'amortissement augmentent, les éléments d'étanchéité permettent la « fuite» du film fluide d'amortissement vers le circuit d'alimentation en fluide d'amortissement et/ou vers l'enceinte dans lequel sont installés les paliers de guidage. Cependant, des éléments d'étanchéité qui ne sont pas dimensionnés correctement peuvent impactcr le comportement dynamique de la turbomachine et entraîner une absence d'amortissement des modes vibratoires pouvant amener à une rupture précoce des pièces et organes de la turbomachine. En effet, avec l'élévation de la température, des pièces (bague externe, éléments d'étanchéité, etc.) en contact avec le film fluide d'amortissement se dilatent. La dilatation différentielle entre les pièces peut être importante en fonction de la géométrie des pièces et des matériaux utilisés. La dilatation des éléments d'étanchéité est telle que la fuite du film fluide d'amortissement est rendue difficile et diminue. Le fluide pouvant être piégé dans la chambre d'amortissement, sa température augmente également (effet du déplacement relatif entre les bagues et structure fixe). Cela diminue davantage la fuite et par conséquent entraîne l'augmentation de la température jusqu'à étanchéité complète de la chambre d'amortissement. Le palier de guidage n'est pas amorti, la bague et la structure fixe viennent buter l'une contre ce qui accroît la charge dans le palier de façon significative et conduit alors à une défaillance précoce de celui-ci. [0006] L'objectif de la présente invention est de fournir un dispositif d'amortissement optimisé permettant de contrôler le débit de fuite du film fluide d'amortissement. Résumé de l'invention [0007] Nous parvenons à cet objectif conformément à l'invention grâce à un module de tur- bomachine comprenant : [0008] - un arbre rotatif d'axe longitudinal X ; - un palier de guidage en rotation de l'arbre rotatif autour de l'axe longitudinal X et comprenant une bague interne (13) solidaire en rotation de l'arbre rotatif; et dispositif d'amortissement agencé autour du palier de guidage, le dispositif d'amortissement comprenant une bague externe entourant la bague interne et un anneau de support monté à une distance radiale autour de la bague externe de manière à former une chambre d'amortissement, la chambre d'amortissement étant au moins en partie délimitée axialement par des 3 éléments d'étanchéité et étant destinée à recevoir un film fluide d'amortissement, les éléments d'étanchéité étant agencés de manière à former un passage radial avec l'anneau de support de sorte à permettre la fuite du film fluide d'huile d'amortissement de la chambre d'amortissement, les éléments d'étanchéité étant déformables de manière à augmenter ou réduire la section du passage du film fluide (l'amortissement. [0009] Ainsi, cette solution permet d'atteindre l'objectif susmentionné. En particulier, les éléments d'étanchéité déformables permettent de manière simple et économique de réguler le débit de fuite dans la chambre d'amortissement ce qui permet de réduire la pression du fluide d'amortissement dans la chambre d'amortissement. Cela maintient la performance du dispositif d'amortissement ainsi que celle de la turbomachine. Une telle configuration permet également de maîtriser la température du film fluide d'amortissement dans la chambre d'amortissement. [0010] Le module de turbomachine comprend également l'une ou plusieurs des caracté- ristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : [0011] les éléments d'étanchéité sont réalisés dans un matériau à mémoire de forme. les éléments d'étanchéité sont déformables à une température supérieure ou égale à une valeur de température seuil. les éléments d'étanchéité comprennent un premier et un deuxième segments annulaires. l'anneau de support comprend un orifice d'alimentation débouchant dans la chambre d'amortissement, les premier et deuxième segments étant respectivement disposés de part et d'autre axialement de l'orifice d'alimentation. les éléments d'étanchéité sont réalisés dans un alliage métallique. l'alliage métallique comprend du Cuivre, de l'Aluminium et du Nickel. la valeur de température seuil est comprise entre 50°C et 200°C. la bague interne et la bague externe comprennent respectivement une surface interne qui forment des pistes de roulement interne pour des éléments roulants agencés radialement entre la bague interne et la bague externe. [0012] L'invention concerne en outre une turbomachine comprenant au moins un module de turbomachine présentant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. Brève description des figures [0013] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : 100141 Ifie.1 I La figure 1 est une vue en coupe axiale et partielle d'un exemple de tur- bomachine à laquelle s'applique l'invention; [0015] [fig.2] La figure 2 est une vue en coupe radiale d'un exemple de palier de guidage en rotation d'un organe rotatif tel qu'un arbre d'une turbomachine dans un module de turbomachine selon l'invention ; [0016] [fig.3] La figure 3 est une vue en perspective d'un exemple d'élément d'étanchéité d'un dispositif d'amortissement d'un organe rotatif selon l'invention ; [0017] [fig.4] La figure 4 est une vue schématique et en coupe axiale des éléments d'étanchéité installés dans une chambre d'amortissement et dans une première position selon l'invention ; et [0018] [fig.5] La figure 5 illustre schématiquement les éléments d'étanchéité de la figure 4 dans une deuxième position selon l'invention. Description détaillée de l'invention [0019] La figure 1 montre une vue en coupe axiale et partielle d'une turbomachine d'axe longitudinal X à laquelle s'applique l'invention. La turbomachine représentée est une turbomachine 1 double flux destinée à être montée sur un aéronef. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce type de turbomachine. [0020] Classiquement la turbomachine comprend un arbre rotatif qui est guidé en rotation via un ou plusieurs paliers de guidage par rapport à une partie fixe de la turbomachine. L'arbre rotatif peut être un arbre basse pression de la turbomachine. L'arbre rotatif peut être également un arbre haute pression ou encore tout arbre entraîné en rotation à l'aide d'un palier de guidage au sein de la turbomachine. [0021] En référence à la figure 1, l'arbre basse pression 2 entraîne par exemple une soufflante 3 disposée en amont de la turbomachine. La turbomachine 1 comprend en aval de la soufflante et successivement, un ensemble de compresseur (compresseur basse pression 4a et compresseur haute pression 4b), une chambre de combustion 5 et un ensemble de turbine (turbine haute pression 6a et turbine basse pression 6b) qui forment un générateur de gaz. [0022] Dans la présente invention, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation des gaz dans la turbomachine et ici suivant l'axe longitudinal X. [0023] L'arbre basse pression 2 relie le compresseur basse pression de l'ensemble de com- presseur et la turbine basse pression de l'ensemble de turbine pour former un corps basse pression. La turbomachine 1 peut comprendre également un corps haute pression qui comprend le compresseur haute pression de l'ensemble de compresseur reliant la turbine haute pression de l'ensemble de turbine via un arbre haute pression. [0024] L'arbre rotatif, ici l'arbre basse pression 2, est centré sur l'axe longitudinal X. L'arbre basse pression 2 est guidé à son extrémité amont par un palier de guidage 10 amont et à son extrémité aval par un palier de guidage 11 aval. Les paliers de guidage 10, 11 sont chacun logés dans une enceinte d'un carter fixe 12 par rapport auquel l'arbre basse pression 2 tourne. [0025] En référence à la figure 2 montrant un module de turbomachine, chaque palier 10, 11, comprend une bague interne 13 annulaire montée sur l'arbre rotatif (arbre basse pression 2) et une bague externe 14 annulaire reliée à une structure fixe solidaire du carter fixe de la turbomachine. La bague interne 13 est frottée sur l'arbre basse pression 2 de manière à empêcher toute translation et toute rotation de la bague interne par rapport à l'arbre basse pression. La bague externe 14 est avantageusement fixée à la structure fixe à l'aide d'un dispositif anti-rotation pour la bloquer en rotation par rapport à celle-ci. Le dispositif anti-rotation est généralement formé d'une entretoise 15 radiale qui vient se loger, d'une part dans une encoche de la bague externe 14 qui s'ouvre sur l'extérieur, et d'autre part dans un trou (non représenté) de la structure fixe solidaire du carter fixe 12. La bague externe 14 entoure et est agencée à distance radialement de la bague interne 13. [0026] Dans la présente invention, les termes « radial » et « radialemcnt» sont définis par rapport à un axe radial R perpendiculaire à l'axe longitudinal X. [0027] Entre les bagues interne et externe 13, 14 sont agencés des éléments roulants 16 tels que des rouleaux ou des billes qui assurent le lien entre l'arbre rotatif et la structure fixe de la turbomachine. Les bagues interne et externe 13, 14 comprennent des surfaces internes 17, 18 qui forment des pistes de roulement interne pour les éléments roulants 16. [0028] Sur la figure 2 nous voyons également que le palier 10, 11 est équipé d'un dispositif d'amortissement. Ce dernier comprend un film fluide d'amortissement 19 qui circule entre la bague externe 14 et la structure fixe de la turbomachine. Ce film fluide d'amortissement 19 permet de limiter, amortir ou encore réguler les vibrations de la turbomachine 1 en fonctionnement. En effet, la turbomachine est connue pour vibrer selon au moins un mode vibratoire donné lors de la rotation d'un ou de plusieur(s) arbre(s) rotatif(s). Ces vibrations sont dues par exemple aux défauts d'équilibrage dans la turbomachine et des balourds générés en conséquence de ces défauts d'équilibrage. [0029] Le film fluide d'amortissement 19 est prévu pour occuper une chambre d'amortissement 20 annulaire. Cette dernière est située radialement entre la bague externe 14 du palier de guidage et ici un anneau de support 23 ou bague intermédiaire externe annulaire. L'anneau de support 23 est fixé à la structure fixe du carter fixe 12. En d'autres termes, l'anneau de support 23 entoure la bague externe 14 du palier 10, 11 et est également placé à une distance radiale de celle-ci. [0030] Chaque chambre d'amortissement 20 annulaire est délimitée radialement par l'anneau de support 23 et la bague externe 14. En particulier, le film fluide 6 d'alimentation circule au niveau d'une surface radialement interne 21 de la bague externe et d'une surface radialement externe 22 de l'anneau de support. Ces surfaces radialement interne et externe sont espacées radialement l'une de l'autre. [0031] Chaque chambre d'amortissement 20 est également délimitée au moins en partie axialement par des éléments d'étanchéité 24 qui régulent ou autorisent les « fuites » dc fluide film d'amortissement vers l'extérieur de la chambre d'amortissement. Ceux-ci maîtrisent le débit de fuite du film fluide d'amortissement afin d'assurer un amortissement efficace des vibrations. Dans la présente invention, les termes « axial » et « axialcment » sont définis par rapport à l'axe longitudinal X. [0032] Sur les figures 4 et 5, les éléments d'étanchéité 24 comprennent un premier segment 26 annulaire et un deuxième segment 27 annulaire qui s'étendent radialement dans la chambre d'amortissement 20. Les segments 26, 27 s'étendent radialement entre la bague externe 14 et l'anneau de support 23. La bague externe 14 comprend une première gorge 28 annulaire et une deuxième gorge 29 annulaire destinées à loger chacune au moins en partie un segment 26, 27. Les première et deuxième gorges 28, 29 sont formées respectivement au niveau de la surface radialement interne 21 de la bague externe 14 et sont disposées axialcment à distance l'une de l'autre. Les segments s'étendent radialement depuis leur gorge et sont en regard de l'anneau de support 23. [0033] Comme nous pouvons le voir sur figure 3, chaque premier segment et deuxième segment est fendu. Ceux-ci comprennent chacun une ouverture 30 qui forme des extrémités 31 en regard l'une de l'autre. Chaque extrémité 31 est définie dans un plan qui est parallèle à un plan RX. Le plan RX est formé des axes longitudinal X et radial R. Les segments présentent une section générale rectangulaire. [0034] Suivant une autre variante de réalisation non illustrée, chaque premier segment et deuxième segment est fendu et est du type à baïonnette. Dans ce cas, chaque extrémité 31 comprend une langue s'étendant suivant une direction circonférentielle (axe transversal T). L'axe transversal T est perpendiculaire aux axes longitudinal X et radial R. Les deux langues présentent chacune une surface destinée à être en appui l'une contre l'autre et une surface opposée axialement qui est affleurante avec un côté du segment. [0035] Les premier et deuxième segments peuvent être également pourvus d'encoches sur un bord périphérique externe 37 annulaire. Ce dernier est situé à distance radialement de la surface radialement externe 22 de l'anneau de support 23. Ces encoches sont régulièrement réparties autour de l'axe du segment (parallèle à l'axe longitudinal X en situation d'installation). Dans cet exemple de réalisation, les encoches permettent d'évacuer la puissance dissipée par amortissement dans le film fluide d'amortissement. [0036] La turbomachine 1 est également équipée d'un système d'alimentation comprenant un circuit d'alimentation 32 qui est connecté à une source d'alimentation (non re- 7 présentée) de manière à alimenter au moins le film fluide d'amortissement. Le film fluide d'amortissement est ici une huile qui est sous pression. Le système d'alimentation peut également alimenter en huile les paliers de guidage en rotation pour leur lubrification. [0037] Sur les figures 4 et 5, l'anneau de support 23 de chaque palier de guidage comprend un orifice d'alimentation 35 qui débouche dans la chambre d'amortissement et qui est couplé au circuit d'alimentation. Les segments d'étanchéité 26,27 sont agencés de part et d'autre axialcment de l'orifice d'alimentation 35. [0038] Comme nous pouvons le voir également sur les figures 4 et 5, les segments d'étanchéité 26, 27 sont agencés de manière à prévoir un passage 36 radial avec l'anneau de support 23 de sorte à permettre la fuite du film fluide d'amortissement de la chambre d'amortissement 20. Le film fluide d'amortissement retourne par exemple dans le circuit d'alimentation et/ou dans l'enceinte dans laquelle est agencé au moins un palier. [0039] Les éléments d'étanchéité 26, 27 sont configurés de manière à occuper une première position dans laquelle le passage 36 présente une première section Si qui est minimum et qui permet la fuite d'un débit minimum de film fluide d'amortissement et une deuxième position dans laquelle le passage présente une deuxième section S2 qui est maximum et qui permet un débit de fuite maximum. Nous comprenons donc que dans la deuxième position, la section S2 du passage 36 est supérieure à la section Si dans la première position. [0040] Les premier et deuxième segments 26, 27 sont déformables de manière à augmenter ou réduire la section du passage radial du film fluide d'amortissement. Cette configuration est très simple à mettre en oeuvre et est économique. Celle-ci permet notamment de ne pas apporter de modifications substantielles aux pièces du dispositif d'amortissement telles que la bague externe, l'anneau de support, ni de rajouter dans le présent cas un système d'asservissement. [0041] Avantageusement, les segments 26. 27 sont réalisés dans un matériau à mémoire de forme ou réversible. [0042] Dans le présent exemple de réalisation, la température permet de piloter le changement de forme des premier et deuxième segments 26, 27. En particulier, les segments d'étanchéité se déforment lorsque la température du fluide d'amortissement, ici de l'huile, dans la chambre d'amortissement, est égale ou est supérieure à une valeur de température seuil. Ici, les segments d'étanchéité se plient pour agrandir la section du passage (section S2) à cette valeur de température seuil et reprennent leur forme initiale (section SI) lorsque la température est inférieure à cette valeur. La valeur de température seuil est comprise entre 50°C et 200°C. [0043] Les segments sont réalisés dans un alliage métallique. Un exemple d'alliage mé- 8 teigne est un mélange dc Cuivre, Aluminium et de Nickel. La valeur de température seuil de cet alliage est comprise entre 80°C et 200°C selon la concentration des composés. [0044] Nous obtenons avec de tels segments d'étanchéité déformables et à mémoire de forme un dispositif d'amortissement robuste. L'amortissement est efficace par la maîtrise de la pression et de la température du film fluide d'amortissement dans la chambre d'amortissement. 9 REVENDICATIONS[Revendication 1] Module de turbomachine comprenant : - un arbre rotatif (2) d'axe longitudinal X ; - un palier de guidage (10, 11) en rotation de l'arbre rotatif autour de l'axe longitudinal X et comprenant une bague interne (13) solidaire en rotation de l'arbre rotatif; et, - un dispositif d'amortissement agencé autour du palier de guidage, le dispositif d'amortissement comprenant une bague externe (14) entourant la ba2ue interne (13) et un anneau de support (23) monté à une distance radiale autour de la bague externe (14) de manière à former une chambre d'amortissement (20), la chambre d'amortissement (20) étant au moins en partie délimitée axialement par des éléments d'étanchéité (24) et étant destinée à recevoir un film fluide d'amortissement (19), les éléments d'étanchéité (24) étant agencés de manière à former un passage (36) radial avec l'anneau de support de sorte à permettre la fuite du film fluide d'amortissement de la chambre d'amortissement (20), caractérisé en ce que les éléments d'étanchéité (24) sont déformables de manière à augmenter ou réduire la section du passage (36) du film fluide d'amortissement. [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] Module de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en cc que les éléments d'étanchéité (24) sont réalisés dans un matériau à mémoire de forme. Module de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'étanchéité (24) sont déformablcs à une température supérieure ou égale à une valeur de température seuil. Module de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'étanchéité (24) comprennent un premier et un deuxième segments (26, 27) annulaires. Module de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'anneau de support (23) comprend un orifice d'alimentation (35) débouchant dans la chambre d'amortissement (20), les premier et deuxième segments (26, 27) étant respectivement disposés de part et 10 [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] d'autre axialcrnent de l'orifice d'alimentation (35). Module de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'étanchéité (24) sont réalisés dans un alliage métallique. Module de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'alliage métallique comprend du Cuivre, de l'Aluminium et du Nickel. Module de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la valeur de température seuil est comprise entre 50°C et 200°C. Module de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague interne et la bague externe comprennent respectivement une surface interne (17, 18) qui forment des pistes internes pour des éléments roulants (16) agencés radialement entre la bague interne (13) et la bague externe (14). Turbomachine (1) comprenant au moins un module de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes.