Brevet FR3108689A1 — publié le 20211001

Bagues de paliers souple et raide fusionnées L’invention concerne une enceinte (26) de turbomachine (10) comprenant un arbre moteur (16) de turbomachine en rotation autour d’un axe (X) longitudinal au moyen de deux paliers à roulements (22, 24), un palier amont (22) et un palier aval (24) comprenant chacun une bague interne (28a, 28b) portée par l’arbre moteur (16), l’enceinte (26) étant caractérisée en ce que les deux paliers (22, 24) partagent une bague externe unique monobloc (35), ladite bague externe unique (35) comportant une extrémité amont (36a) et une extrémité aval (36b), l’extrémité amont (36a) et l’extrémité aval (36b) étant reliées l’une à l’autre par un tronçon de colonnettes (34), la bague externe unique (35) étant en outre portée par une semelle amont (38a) et une semelle aval (38b) d’un support de palier (40) qui est apte à être fixé à une structure fixe de la turbomachine (10). Figure pour l’abrégé : 2 Bagues de paliers souple et raide fusionnées La présente invention concerne le domaine des enceintes de paliers de turbomachine, en particulier les bagues externes de paliers d’arbre moteur. L’invention s’inscrit dans le domaine général des turbomachines d’aéronef. Etat de la technique De façon classique et bien connue en soi (voir figure 1), une turbomachine double flux 10 d’aéronef comporte une soufflante 12 éventuellement reliée à un réducteur 14 lui-même relié à un arbre moteur 16 s’étendant selon un axe de rotation X. Cet arbre moteur 16 met notamment en rotation une turbine basse pression 20. La turbine basse pression 20 se situe en aval d’une turbine haute pression 18, on dit qu’elle est à l’arrière de la turbomachine 10. La turbine basse pression 20 est classiquement mise en rotation par l’arbre moteur 16 au moyen de paliers à roulement 22, 24. Ces paliers à roulement 22, 24 se situent au sein d’une enceinte 26 appelée enceinte arrière de la turbomachine. Cette enceinte 26 arrière est mise en évidence sur la figure 1 de la présente demande. Cette enceinte 26 arrière présente classiquement une longueur axiale de l’ordre de 400 mm. Classiquement et tel qu’illustré sur la figure 2, l’enceinte 26 arrière comporte deux paliers à roulements 22, 24, un palier amont 22 et un palier aval 24, chaque palier 22, 24 comportant une bague interne 28a, 28b et une bague externe 29a, 29b. Les bagues interne 28a, 28b sont portées par l’arbre moteur 16 de la turbomachine 10. La bague externe amont 29a est classiquement reliée via une bague de support 30 d’un film fluide d’amortissement (connu sous le terme anglais de squeeze-film) centré amont à un premier support de palier 32a (support de palier amont) et la bague externe aval 29b est reliée via une bague de support 30 de film fluide d’amortissement centré aval à un deuxième support de palier 32b (support de palier aval), comme visible sur la figure 2. Le premier support de palier 32a comporte une première bride amont 100a destinée à coopérer en fixation avec une première bride aval 100b du deuxième support de palier 32b. Cette coopération est réalisée avec des moyens de fixation F classiques connus de toute personne du métier. Le premier support de palier 32a comporte une deuxième bride (non représentée) destinée à coopérer en fixation avec une première bride 26a (bride amont) de l’enceinte 26 et une bride S d’une structure fixe de la turbomachine 10 (voir figure 1). Le premier support de palier 32a comporte finalement une troisième bride 101 destinée à coopérer en fixation avec une bride 33 de la bague externe 29a. Le deuxième support de palier 32b comporte quant à lui une deuxième bride de support 102 destinée à coopérer en fixation, par les moyens de fixation F, avec une deuxième bride 26b (bride aval) de l’enceinte 26. Le dispositif selon l’état de la technique compte donc un total de neuf brides S, 33, 100a, 100b, 101, 102, 26a, 26b (et la bride non représentée) permettant de relier les supports de paliers amont et aval 32a, 32b à la structure fixe de la turbomachine 10. Le principe d’un palier souple sur film fluide d’amortissement centré est de donner au palier un amortissement radial, une souplesse par l’intermédiaire du tronçon colonnettes et un centrage généralement associé à une bride pour son blocage axial. L’amortissement radial du palier par un film fluide d’amortissement en soi ne sera pas explicité dans la présente demande car cette technique est connue de toute personne du métier. Les dynamiciens peuvent notamment régler individuellement la souplesse de chaque palier par le calcul de la taille des tronçons de colonnettes en jouant à la fois sur leur taille et leur longueur. L’inconvénient de cette enceinte 26 arrière telle qu’existante dans l’état de la technique est son encombrement axial. La dimension axiale de l’enceinte 26 arrière est due principalement aux contraintes imposées par la dynamique d’ensemble. En effet, les paliers 22, 24 sont intégrés dans l’enceinte 26 avec de la souplesse (souplesse fournie par un tronçon de colonnettes 34, voir figure 2) qui demande une longueur axiale incompressible pour chaque palier 22,24. Par ailleurs, toujours pour des raisons de dynamique d’ensemble, ces paliers 22, 24 ont une distance minimale à respecter entre eux. La présente invention a notamment pour objectif de proposer une enceinte présentant un encombrement axial réduit sans fragiliser la dynamique d’ensemble, c’est-à-dire sans impacter la souplesse (donc la longueur des colonnettes) et sans impacter la distance entre les deux paliers. On parvient à réaliser cet objectif, conformément à l’invention grâce à une enceinte de turbomachine comprenant un arbre moteur de turbomachine en rotation autour d’un axe X longitudinal au moyen de deux paliers à roulements, un palier amont et un palier aval comprenant chacun une bague interne portée par l’arbre moteur. Selon l’invention, les deux paliers partagent une bague externe unique monobloc, ladite bague externe unique monobloc comportant une extrémité amont et une extrémité aval, l’extrémité amont et l’extrémité aval étant reliées l’une à l’autre par un tronçon de colonnettes, la bague externe unique monobloc étant en outre portée par une semelle amont et une semelle aval d’un support de palier qui est apte à être fixé à une structure fixe de la turbomachine Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, on se retrouve avec une unique bague externe pour les deux paliers. Ceci permet d’une part, de diminuer le nombre de pièces de l’enceinte. Cela a d’autre part, un impact sur la réalisation des supports de paliers à roulement car cette bague externe permet la suppression de deux brides sur trois. On minimise ainsi l’encombrement en épaisseur et en longueur de l’enceinte tout en obtenant un gain de temps, de coût et une simplification de montage par la réduction du nombre de pièces. Et tout ceci, en conservant les fonctions liées aux paliers. La diminution du nombre de brides confère également plus de raideur à l’ensemble. L’enceinte selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l’extrémité amont de la bague externe unique monobloc présente une surface radialement externe frettée sur une surface radialement interne de la semelle amont, - l’extrémité amont de la bague externe unique monobloc coopère avec la semelle amont du support de palier, de manière à assurer une fonction de centrage de la bague externe unique, - la bague externe unique monobloc est bloquée axialement par un anneau d’arrêt ou par boulonnage de l’extrémité amont de la bague externe unique monobloc avec la semelle amont du support de palier, - une bague de support d’un film fluide d’amortissement est disposée radialement entre l’extrémité aval de la bague externe unique monobloc et la semelle de support de palier aval, la bague de support et l’extrémité aval formant une chambre destinée à recevoir le fluide d’amortissement, - la distance dP séparant le palier amont d’une extrémité aval de l’enceinte est comprise entre 250 et 300 mm, - le support de palier présente une paroi amont portant la semelle amont et une paroi aval portant la semelle aval, la paroi amont et aval étant reliées à une paroi de l’enceinte par une bride externe coopérant avec une première bride de la paroi de l’enceinte, - l’extrémité aval de la bague externe unique monobloc est retenue axialement, en aval, par une plaquette de retenue, et en amont par une rétention amont disposée sur la semelle aval, - l’enceinte est formée au moins en partie par un carter d’échappement, - le palier amont est un palier dit raide, - le palier aval est un palier dit souple. L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef comprenant au moins une enceinte selon l’invention. Brève description des figures 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. Sur ces dessins : la figure 1 est une coupe schématique longitudinale d’une turbomachine d’aéronef à laquelle s’applique l’invention, la figure 2 est une coupe schématique longitudinale d’une enceinte arrière de turbomachine selon l’état de la technique, la figure 3 est une coupe schématique longitudinale d’une enceinte de turbomachine selon un premier mode de réalisation de l’invention, la figure 4a est un agrandissement du palier amont selon la figure précédente, la figure 4b est un agrandissement du palier aval selon la figure 3, la figure 5 est une coupe schématique longitudinale d’une enceinte de turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, la figure 6 est une vue en perspective d’un anneau d’arrêt selon le deuxième mode de réalisation de l’invention. Description de modes de réalisation Les organes et pièces présentant les mêmes fonctions que dans l’état de la technique conserveront, dans la présente description détaillée, les mêmes références numériques afin de simplifier la lecture et la compréhension de la présente invention. Sur la figure 3 on peut ainsi voir que l’enceinte 26 comporte bien l’arbre de moteur 16 en rotation autour de l’axe longitudinal X. Cet arbre moteur 16 peut être un arbre basse pression de la turbomachine 10. Les deux paliers à roulement 22, 24, (le palier amont 22 et le palier aval 24) sont reliés à l’arbre moteur 16. L’enceinte considérée sur la figure 3 est l’enceinte arrière de la turbomachine 10, plus particulièrement un carter d’échappement de cette turbomachine 10. Toutefois, contrairement à l’état de la technique, les deux paliers à roulement 22, 24 de l’enceinte 26 se partagent une bague externe unique 35 monobloc (venue de matière). En effet, les bagues externes 29a, 29b de la figure 2 ont été fusionnées. La bague externe unique 35 présente une forme générale cylindrique et s’étend le long de l’axe X. La bague externe unique 35 comprend une extrémité amont 36a et une extrémité aval 36b reliées au centre de la bague externe unique 35 par un tronçon de colonnettes 34. La bague externe unique 35 est portée, à ses extrémités 36a, 36b, par deux semelles de supports de paliers respectivement amont et aval 38a, 38b, chacune fixée la structure fixe de la turbomachine 10. On constate donc, quel que soit le mode de réalisation, une diminution du nombre de brides des supports paliers : en effet la présente invention permet de supprimer une à deux brides, ce qui mène à une simplification de la fabrication des supports de paliers 22, 24 et à une simplification du montage de l’ensemble de l’enceinte 26. Les supports des paliers 22, 24 peuvent être obtenus directement par fonderie ou par fabrication additive. La suppression de diverses brides/paires de brides de l’état de la technique apporte également une plus grande raideur aux supports des paliers 22, 24 car dans un élément mécanique, une paire de brides apporte de la souplesse. L’extrémité amont 36a coopère, via un roulement, avec la bague interne 28a du palier amont 22. La bague interne 28a est, comme précédemment, portée par l’arbre moteur 16. L’extrémité amont 36a de la bague externe unique 35 est reliée à une extrémité amont d’un support de palier principal 40 formant semelle 38a de support de palier amont et l’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 coopère, via un roulement, avec la bague interne 28b du palier aval 24. La bague interne aval 28b est, comme précédemment, portée par l’arbre moteur 16. L’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 est reliée à une extrémité aval du support de palier principal 40 formant semelle de support de palier aval 38b. Les deux semelles 38a, 38b sont ainsi reliées à une paroi de l’enceinte 26 par le support de palier principal 40, unique dans ce mode de réalisation. Les brides 100a, 100b de l’état de la technique n’existent plus. Le support de palier principal 40 ne présente plus que deux brides de fixation : - une bride externe (non représentée) destinée à coopérer en fixation avec la première bride 26a (bride amont) de la paroi d’enceinte 26 et la bride S de la structure fixe de la turbomachine 10 (représentées en figure 1), - une bride interne 400 destinée à coopérer en fixation avec la deuxième bride 26b (bride aval) de l’enceinte 26 (voir figure 3). En particulier, le support de palier 40 présente une paroi amont 40a portant la semelle amont 38a et une paroi aval 40b portant la semelle aval 38b. Les parois amont 40a et aval 40b sont reliées à la paroi de l’enceinte 26 par la bride externe coopérant avec la première bride 26a de la paroi de l’enceinte 26. Les trois brides S, 400, 26a sont fixées ensembles par les moyens de fixations F classiques, connus de toute personne du métier. On constate une importante réduction du nombre de brides de fixation. Ceci implique un gain de place important. En effet, dans la présente invention, on compte deux brides interne et externe 400 de support de palier 40, deux brides 26a, 26b d’enceinte 26 et une bride S du support fixe de la turbomachine 10. On a donc cinq brides. Comparé à l’état de la technique qui présentait neuf brides, on réduit le nombre de brides utilisées. On constate également un fort gain axial : la fusion des deux bagues externes en une bague externe unique 35 permet en effet de réduire l’encombrement axial de l’enceinte 26. En effet, la distance axiale dP prise selon l’axe X (en considérant l’axe central du palier) séparant le palier amont 22 de l’extrémité aval de l’enceinte 26 (définie par une paroi radiale 43) passe d’une longueur de l’ordre de 400 mm à une longueur comprise entre 250 et 300 mm (voir figure 3). Par ailleurs, le palier amont 22 est un palier raide et le palier aval 24 est un palier souple. La dynamique d’ensemble est améliorée par le fait que désormais le palier amont soit « raide » (au lieu de souple dans l’état de la technique), ce qui participe également à la simplification du montage. Plus précisément, le palier aval 24 est un palier sur une bague de support 30 de film fluide d’amortissement centré au moyen du tronçon de colonnettes 34 central, qui permet d’ajuster la position du palier aval 24 par rapport au palier amont 22 dont la position est fixée par serrage à la semelle 38a de support de palier amont. La bague de support 30 de film fluide d’amortissement est disposée radialement entre l’extrémité aval 36b de la bague externe unique et la semelle 38b de support de palier aval. On a ainsi un palier aval 24 souple. La bague de support 30 et l’extrémité aval 36b forme une chambre destinée à recevoir le fluide d’amortissement. Plus précisément, l’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 comprend deux gorges g annulaires recevant respectivement un joint d’étanchéité permettant de délimiter axialement la chambre. Le fluide d’amortissement est par exemple une huile. Le centrage de la bague externe unique 35 est réalisé par la coopération entre l’extrémité amont 36a et la semelle 38a de support de palier amont. En effet, dans le mode de réalisation de la figure 3 de la présente invention, l’extrémité amont 36a de la bague externe unique 35 est boulonnée, au moyen d’un boulon B, à la semelle de support de palier amont 38a. En effet, comme visible sur les figures 3 et 4a, on voit que l’extrémité amont 36a de la bague externe unique 35 est munie d’une bride C. Cette bride de centrage C s’étend radialement, de la surface externe de l’extrémité amont 36a, vers l’extérieur de la turbomachine 10. Cette bride de centrage C est maintenue en coopération de serrage avec la semelle de support de palier amont 38a au moyen du boulon B. Le palier amont 22 est donc fixé au support de palier principal 40 et donc à la structure statique de la turbomachine 10. Le palier aval 24, quant à lui, reste souple pour satisfaire le besoin de dynamique d’ensemble. La souplesse requise est réalisée par le tronçon de colonnettes 34 et la bague de support 30 de film fluide d’amortissement du palier aval 24. Dans le cas de rupture des colonnettes du tronçon 34, l’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 aval est retenue axialement, en aval, par une plaquette de retenue 42, et en amont par une rétention amont 44 disposée sur la semelle aval 38b (voir figure 4b). La plaquette de retenue 42 prend appui sur la semelle 38b de support de palier aval. La plaquette de retenue 42 comprend un orifice de passage d’un boulon B permettant de solidariser la plaquette de retenue 42 avec la semelle 38b de support de palier 40. La plaquette de retenue 42 s’étend radialement jusqu’à l’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 formant butée axiale. La rétention amont 44 est par exemple formée par un appendice de la semelle aval 38b. L’appendice s’étend en amont de la semelle aval 38b. Dans le mode de réalisation illustré en figure 5, l’extrémité aval 36b de la bague externe unique 35 présente une gorge externe 46 formant mortaise destinée à coopérer, par embrèvement avec la plaquette de retenue 42 formant tenon. En cas de rupture des colonnettes du tronçon 34, la bague unique externe 35 est maintenue axialement en place grâce à la gorge externe 46. Un arrêt en rotation (non représenté) peut éventuellement être intégré à l’un ou l’autre des modes de réalisation. Dans ce même mode de réalisation illustré en figure 5, l’extrémité amont 36a de la bague externe unique 35 est retenue axialement contre la semelle amont 38a par un anneau d’arrêt 48 . Le support de palier principal 40 est emboité dans la bride C de la bague externe unique 35. Par exemple, la semelle amont 38a comprend une gorge recevant la bride C. L’anneau d’arrêt 48 assure le blocage axial de la bague externe unique 35. L’anneau d’arrêt 48 est un anneau de type Spirolox© capable de supporter de fortes charges axiales. En effet, la très grande raideur de ce type d’anneaux répond à un fort besoin de tenue mécanique de la bague externe unique 35. L’anneau d’arrêt 48 peut présenter une forme de spirale et comporter, comme illustré en figure 6, deux couches superposées d’une bande métallique enroulée . Ce double enroulement permet d’augmenter la résistance de l’anneau d’arrêt 48 vis-à-vis des charges axiales. L’anneau d’arrêt 48, comme illustré en figure 6, est formé notamment d’acier carboné. L’anneau d’arrêt 48 présente une épaisseur e mesurée selon l’axe de l’anneau d’arrêt 48 comprise entre 2,5 mm et 4,5 mm et préférentiellement comprise entre 3.5 mm et 4 mm. L’anneau d’arrêt 48 est par exemple logé dans une rainure ménagée dans la semelle amont 38a. L’anneau d’arrêt 48 prend appui sur la bride C de la bague externe unique 35. La rainure présente de préférence une largeur supérieure à l’épaisseur de l’anneau d’arrêt 48. Une telle épaisseur de l’anneau d’arrêt 48 lui confère une forte charge axiale comparée aux anneaux de l’art antérieur. L’anneau d’arrêt 48 présente de préférence un diamètre externe D compris entre 150 mm et 190 mm. On constate donc que quel que soit le mode de réalisation considéré, la présente invention offre les avantages suivants : - une diminution du nombre de pièces, entrainant à la fois gain de temps au montage et un gain de coût lors de la production, - une diminution du nombre de brides de support entraînant gain de raideur dans le support des paliers (ainsi qu’un gain masse associé à cette diminution), - un compactage de l’enceinte entraînant une réduction de l’encombrement axial de l’enceinte (ainsi qu’un gain masse associé à cette réduction de l’encombrement), - une adaptation à la dynamique d’ensemble recherchée. Enceinte (26) de turbomachine (10) comprenant un arbre moteur (16) de turbomachine en rotation autour d’un axe (X) longitudinal au moyen de deux paliers à roulements (22, 24), un palier amont (22) et un palier aval (24) comprenant chacun une bague interne (28a, 28b) portée par l’arbre moteur (16), l’enceinte (26) étant caractérisée en ce que les deux paliers (22, 24) partagent une bague externe unique monobloc (35), ladite bague externe unique monobloc (35) comportant une extrémité amont (36a) et une extrémité aval (36b), l’extrémité amont (36a) et l’extrémité aval (36b) étant reliées l’une à l’autre par un tronçon de colonnettes (34), la bague externe unique monobloc (35) étant en outre portée par une semelle amont (38a) et une semelle aval (38b) d’un support de palier (40) qui est apte à être fixé à une structure fixe de la turbomachine (10). Enceinte (26) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’extrémité amont (36a) de la bague externe unique monobloc (35) présente une surface radialement externe frettée sur une surface radialement interne de la semelle amont (38a). Enceinte (26) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l’extrémité amont (36a) de la bague externe unique monobloc (35) coopère avec la semelle amont (38a) du support de palier (40), de manière à assurer une fonction de centrage de la bague externe unique (35). Enceinte (26) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la bague externe unique monobloc (35) est bloquée axialement par un anneau d’arrêt ou par boulonnage de l’extrémité amont (36a) de la bague externe unique monobloc (35) avec la semelle amont (38a) du support de palier (40). Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’une bague de support (30) d’un film fluide d’amortissement est disposée radialement entre l’extrémité aval (36b) de la bague externe unique monobloc (35) et la semelle (38b) de support de palier aval (40), la bague de support (30) et l’extrémité aval (36b) formant une chambre destinée à recevoir le fluide d’amortissement. Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance (dP) séparant le palier amont (22) d’une extrémité aval (43) de l’enceinte (26) est comprise entre 250 et 300 mm. Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le support de palier (40) présente une paroi amont (40a) portant la semelle amont (38a) et une paroi aval (40b) portant la semelle aval (38b), les parois amont (40a) et aval (40b) étant reliées à une paroi de l’enceinte (26) par une bride externe coopérant avec une première bride (26a) de la paroi de l’enceinte (26). Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l’extrémité aval (36b) de la bague externe unique monobloc (35) est retenue axialement, en aval, par une plaquette de retenue (42), et en amont par une rétention amont (44) disposée sur la semelle aval (38b). Enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’enceinte (26) est formée au moins en partie par un carter d’échappement. Turbomachine (10) d’aéronef comprenant au moins une enceinte (26) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.