Brevet FR3105808A1 — publié le 20210702

L’invention concerne un ensemble (100) pour un roulement comprenant : - un premier palier (101) ayant un axe de rotation (X-X) et comprenant une bague interne (3a) fixée à un arbre (1) et une bague externe (3b) fixée à un carter (2), - un second palier (102) rotatif autour de l’axe de rotation et comprenant une bague interne (4a) fixée à l’arbre (1) et une bague externe (4b) fixée au carter (2), et - au moins une entretoise inter-paliers (6) annulaire et agencée entre le premier palier et le second palier, et dans lequel ladite au moins une entretoise inter-paliers présente : - un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur au coefficient de dilatation d’ue ou plusieurs pièces environnantes de l’entretoise inter-paliers. Figure à publier avec l’abrégé : Figure n° 2 Palier de roulement mécanique à pistes Domaine technique de l’invention L’invention concerne le domaine des paliers à roulement et plus particulièrement les butées à roulement. Etat de la technique antérieure Dans les machines mécanique telles les pompes et les turbines de turbomachine, les liaisons pivots entre des éléments tournants et des éléments fixes par des paliers. Un palier 10 classique est représenté sur la figure 1, lequel est agencé pour assurer la rotation d’un arbre 1 ayant un axe de rotation par exemple un arbre de compresseur basse pression d’une turbine par rapport à un carter 2 fixe de la turbine. Le palier 10 comprend une bague externe 3 formée par deux demi-bagues et agencée serrée contre le carter 2. Le palier 10 comprend aussi une bague interne 4 formée par deux demi-bagues et agencée serrée contre l’arbre 1. Une pluralité d’éléments de roulement tels des billes sont agencés entre la bague externe et la bague interne distribués circonférentiellement autour de l’axe de rotation. Chacune de la bague interne et de la bague externe est maintenue fixe en translation dans la direction de l’axe de rotation par un écrou 5 vissé respectivement sur l’arbre 1 et le carter 2. Lors du fonctionnement du palier 10, d’important chargements ou variations de température peuvent occasionner l’apparition de déviations de jeu ou de serrage occasionnant des fatigues de contact anormales, des déplacements dans des directions ou amplitudes non souhaitées, dit rotulage et les translations de la liaison pivot, des glissements de roulements, et/ou des balourds vibratoires. Une solution pour limiter le rotulage et les translations de la liaison pivot consiste à utiliser un montage en doublet de paliers en associant deux paliers à contact oblique en les disposant tête-bêche. Cependant, cette solution si elle permet de limiter le jeu des paliers et le rotulage et les translations de la liaison pivot, présente un certain nombre d’inconvénients, dont une sensibilité importante aux variations thermiques. Un des buts de l’invention est de remédier aux problèmes précités. Un autre but de l’invention est de proposer un montage en doublet de paliers réduisant le jeu axial de l’arbre sur une gamme étendue de conditions de fonctionnement. Un autre but de l’invention est de proposer un montage en doublet de paliers plus fiable et plus performant sur une gamme étendue de conditions de fonctionnement A cet effet, l’invention propose un ensemble pour un roulement comprenant : - un premier palier ayant un axe de rotation et comprenant une bague interne fixée à un arbre et une bague externe fixée à un carter, - un second palier rotatif autour de l’axe de rotation et comprenant une bague interne fixée à l’arbre et une bague externe fixée au carter, et - au moins une entretoise inter-paliers annulaire et agencée entre le premier palier et le second palier, et dans lequel ladite au moins une entretoise inter-paliers présente un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur ou inférieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces environnantes de l’entretoise inter-paliers. La différence du coefficient thermique entre l’entretoise inter-paliers et les pièces agencées autour de ladite entretoise inter-paliers engendre une variation de géométrie contrôlée entre le premier palier et le second palier et permet ainsi de modifier les jeux ou les précharges du premier palier et du second palier. Ainsi, ces déformations thermiques permettent d’ajuster le jeu axial et radial des paliers ou, le cas échéant leurs pré-charges internes pour s’adapter aux chargements en fonctionnement des paliers. L’ensemble proposé est donc plus fiable et plus performant. Selon un mode de réalisation, l’ensemble proposé peut comprendre une entretoise inter-paliers interne montée sur l’arbre et agencée entre la bague interne du premier palier et la bague interne du second palier et une entretoise inter-paliers externe montée dans le carter et agencée entre la bague externe du premier palier et la bague externe du second palier. Selon un mode de réalisation, au moins une entretoise inter-paliers présente peut présenter un coefficient de rigidité d’au moins 70% supérieur au coefficient de rigidité de l’une ou des pièces environnantes. En particulier, chacune de l’entretoise inter-paliers interne et de l’entretoise inter-paliers externe présente un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur ou inférieur au coefficient de dilatation de l’une ou des pièces environnantes. Ainsi, chacune des bagues externes des premier et second paliers et des bagues internes des premier et second paliers est séparé par les entretoise inter-paliers externe et interne. Ceci permet de mieux ajuster la précontrainte ou le jeu axial et radial des paliers. Le coefficient de dilatation de l’entretoise inter-paliers externe peut être supérieur au coefficient de dilatation de l’entretoise inter-paliers interne. Le coefficient de dilatation thermique de l’entretoise inter-paliers interne et/ou de l’entretoise inter-paliers externe peut être d’au moins 10% supérieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces, est soumis à de hautes températures de préférence une température supérieure à 50°C, de préférence supérieure à 100°C, de préférence supérieure à 500°C. Le coefficient de dilatation thermique de l’entretoise inter-paliers interne et/ou de l’entretoise inter-paliers externe peut être d’au moins 10% inférieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces, lorsque l’ensemble est soumis à de basses températures de préférence une température inférieure à -50°C, de préférence inférieure à -100°C, de préférence inférieure à -150°C. Selon un mode de réalisation, l’entretoise inter-paliers interne peut présenter un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur ou inférieur au coefficient de dilatation de l’une ou des pièces environnantes, et l’entretoise inter-paliers externe peut présenter une longueur variable dans la direction de l’axe de rotation (X-X). En particulier, l’ensemble peut comprendre un moyen de commande de la longueur variable. Par exemple, le moyen de commande peut être un actionneur hydraulique ou tout autre type d’actionneur. Selon un mode de réalisation, l’ensemble peut comprendre en outre une entretoise extra-palier montée sur l’arbre et agencée entre la bague interne du premier palier et un écrou vissé contre l’arbre. Ladite entretoise extra-paliers peut présenter : - un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur ou inférieur au coefficient de dilatation de l’une ou des pièces environnantes. L’entretoise extra-paliers peut en outre présenter un coefficient de rigidité d’au moins 70% supérieur au coefficient de rigidité de l’une ou des pièces environnantes. Les pièces environnantes peuvent comprendre l’un parmi : la bague interne du premier palier, la bague externe du premier palier, la bague interne du second palier, la bague externe du second palier, l’écrou, l’arbre, le carter, des éléments de roulement agencés entre la bague interne du premier palier et la bague externe du premier palier, et/ou des éléments de roulements agencés entre la bague interne du second palier et la bague externe du second palier. La bague externe du second palier peut être agencée en butée contre un épaulement du carter. La bague interne du second palier peut être agencée en butée contre un épaulement de l’arbre. En outre, le premier palier et/ou le second palier peut être du type palier oblique. En particulier, le premier palier et le second palier peuvent être du type palier oblique dans un montage en « O » ou un montage en « X ». Brève description des figures la figure 1, déjà décrite, représente un ensemble de roulement mécanique connu de l’état de la technique. la figure 2 représente un premier exemple de réalisation d’un ensemble de roulement selon l’invention, vu en coupe dans un plan transversal du roulement. la figure 3 représente un deuxième exemple de réalisation d’un ensemble de roulement selon l’invention, vu en coupe dans un plan transversal du roulement. la figure 4 représente un troisième exemple de réalisation d’un ensemble de roulement selon l’invention, vu en coupe dans un plan transversal du roulement. la figure 5 représente un quatrième exemple de réalisation d’un ensemble de roulement selon l’invention, vu en coupe dans un plan transversal du roulement. la figure 6 représente un cinquième exemple de réalisation d’un ensemble de roulement selon l’invention, vu en coupe dans un plan transversal du roulement. la figure 7 représente un sixième exemple de réalisation d’un ensemble de roulement selon l’invention, vu en coupe dans un plan transversal du roulement. Description détaillée de l’invention En référence à la figure 2, l’ensemble de roulement 100 comprend un premier palier 101 et un second palier 102 rotatifs autour d’un axe de rotation X-X et montés entre un arbre 1, par exemple un arbre de turbine relié à un compresseur basse pression de la turbine, et un support fixe 2, par exemple un carter de la turbine. Les premier et second paliers sont montés en « X ». En particulier, le premier palier 101 comprend : - une bague externe 3b montée serrée dans le support fixe 2 et en butée contre un écrou 5 vissé dans le support fixe 2, et - une bague interne 3a montée serrée autour de l’arbre 1. De façon similaire, le second palier 102 comprend : - une bague externe 4b montée serrée dans le support fixe 2 et en butée contre un épaulement 104 prévu dans le support fixe 2, et - une bague interne 4a montée serrée autour de l’arbre 1 et en butée contre un épaulement 105 prévu dans l’arbre 1. Des éléments de roulement 108 tels que des billes sont agencés entre les bagues internes 4a,3a et les bagues externes 4b,3b. En outre, l’ensemble de roulement 100 comprend une entretoise inter-paliers interne 6 annulaire et agencée autour de l’arbre 1. L’entretoise inter-paliers interne 6 est en butée d’une part contre la bague interne 4a du second palier 102 au niveau d’une surface de butée 103 et un épaulement 105 prévu dans l’arbre 1 la bague interne 3a du premier palier 101. L’entretoise inter-paliers interne 6 présente un coefficient de dilatation thermique supérieur ou inférieur d’au moins 10% du coefficient de dilation thermique des pièces environnantes telles que les bagues internes 3a et 4a, des bagues externes 3b et 3a, de l’écrou 5, de l’arbre 1, des éléments de roulement 108 et du support fixe 2. En particulier, le coefficient de dilatation thermique de l’entretoise inter-paliers interne 6 est supérieur ou inférieur de 10% à 20% du coefficient de dilation thermique des pièces environnantes. En variante, le coefficient de dilatation thermique de l’entretoise inter-paliers interne 6 est égal à deux fois le coefficient de dilation thermique des pièces environnantes. La différence du coefficient thermique entre l’entretoise inter-paliers interne 6 et les pièces agencées autour de ces entretoises engendre une pré-charge contrôlée dans le palier et permet aussi de modifier le jeu du premier palier 101 et du second palier 102. Ainsi, ces déformations thermiques permettent d’ajuster le jeu axial et radial du palier ainsi que sa pré-charge interne pour s’adapter aux chargements en fonctionnement du palier. L’ensemble de roulement 100 de la figure 2 est donc plus fiable et plus performant. La figure 3 représente un deuxième exemple d’ensemble de roulement 110 comprenant les mêmes éléments que l’ensemble de roulement 100 de la figure 2. A la différence, l’ensemble de roulement 110 comprend le premier palier 101 et le second palier 102 dans un montage en « O ». Dans ce cas, l’entretoise inter-paliers 6 est du type externe et est agencée dans le support fixe 2 en butée d’une part contre un épaulement 116 prévu dans le support fixe et d’autre part contre une surface de butée 113 de la bague externe 3b. La bague interne 3a du premier palier 101 est en butée contre l’écrou 5 vissé dans l’arbre 1. La bague interne 4a du second palier 102 est en butée contre un épaulement 115 prévu dans l’arbre 1. La bague externe 4b du second palier 102 est agencée en butée contre un épaulement 114 prévu dans le support fixe 2 et opposé à l’épaulement 116. La figure 4 représente un troisième exemple d’ensemble de roulement 120 comprenant les mêmes éléments que l’ensemble de roulement 110 de la figure 3. A la différence, l’entretoise inter-paliers externe 6 présente une longueur variable commandée par un actionneur 122 relié à l’entretoise inter-paliers externe 6. La variation de longueur pilotée de l’entretoise inter-paliers externe 6 permet d’assurer un niveau de jeu et/ou de précharge optimisés pour les cas de fonctionnement désirés de l’ensemble de roulement 120. L’entretoise inter-paliers externe 6 peut présenter en plus d’une longueur variable un coefficient de dilatation thermique similaire au coefficient de dilatation thermique de l’entretoise inter-paliers externe 6 de l’ensemble de roulement 120 de la figure 3. En particulier, l’actionneur 122 est un actionneur hydraulique commandé par des moyens de agencés à proximité ou à distance de l’ensemble de roulement 120. La figure 5 représente un quatrième exemple d’ensemble de roulement 200 comprenant les mêmes éléments que l’ensemble de roulement 110 de la figure 3. En plus, l’ensemble de roulement 200 comprend une entretoise inter-paliers externe 8 annulaire et agencée dans le support fixe 2. L’entretoise inter-paliers externe 8 est en butée d’une part contre la bague externe 3b du premier palier 101 et un épaulement 201 opposé à l’épaulement 104 prévu dans le support fixe 2. A la différence de l’ensemble de roulement 100 de la figure 1, la bague externe 3b de l’ensemble de roulement 200 n’est plus en butée contre un épaulement du support fixe 2 mais contre l’entretoise inter-paliers externe 8. L’entretoise inter-paliers externe 8 présente un coefficient de dilatation thermique supérieur d’au moins 10% du coefficient de dilation thermique des pièces environnantes telles que les bagues internes 3a et 4a, des bagues externes 3b et 3a, de l’écrou 5, de l’arbre 1 et du support fixe 2. En particulier, le coefficient de dilatation thermique de l’entretoise inter-paliers externe 8 est supérieur ou inférieur de 10% à 20% du coefficient de dilation thermique des pièces environnantes. En variante, le coefficient de dilatation thermique de l’entretoise inter-paliers externe 8 est égal à deux fois le coefficient de dilation thermique des pièces environnantes. En particulier, l’entretoise inter-paliers externe 8 présente un coefficient de dilatation thermique supérieur au coefficient de dilatation thermique de l’entretoise inter-paliers interne 6. De plus, l’ensemble de roulement 200 comprend une entretoise extra-paliers 7 agencée entre le premier palier et l’écrou vissé 5. En particulier, l’entretoise extra-paliers 7 est en butée contre la bague interne 3a du premier palier 101, à la différence de l’ensemble de roulement 100 de la figure 2 où la bague externe 3b est en butée directement contre l’écrou vissé 5. L’entretoise extra-paliers 7 présente un coefficient de dilatation thermique supérieur ou inférieur d’au moins 10% du coefficient de dilation thermique des pièces environnantes telles que les bagues internes 3a et 4a, les bagues externes 3b et 4b, l’écrou 5, l’arbre 1, des éléments de roulements 108 agencés entre les bagues internes 3a et 4a et les bagues externe 3b et 4b, et le support fixe 2. En particulier, le coefficient de dilatation thermique de l’entretoise extra-paliers 7 est supérieur ou inférieur de 10% à 20% du coefficient de dilation thermique des pièces environnantes. En variante, le coefficient de dilatation thermique de L’entretoise extra-paliers 7 est égal à deux fois le coefficient de dilation thermique des pièces environnantes. En outre, l’entretoise extra-paliers 7 peut présenter un coefficient de rigidité supérieur d’au moins 70% du coefficient de rigidité des pièces environnantes. Le matériau et la forme de l’entretoise inter-paliers externe 8 et de l’entretoise extra-paliers 7 sont choisis pour obtenir un tel coefficient de dilatation thermique. La figure 6 représente un cinquième exemple d’ensemble de roulement 210 comprenant les mêmes éléments que l’ensemble de roulement 200 de la figure 5. A la différence, dans l’ensemble de roulement 210, le premier palier 101 et le second palier 102 sont montés en « X » comme dans l’ensemble de roulement 100 de la figure 1. Dans ce cas, l’entretoise extra-paliers 7 est agencée dans le support fixe 2 en butée contre un écrou 5 vissé dans le support fixe 2. L’entretoise inter-paliers externes 8 est en butée d’une par contre la bague externe 4b et d’autre part contre la bague externe 3b. La bague interne 4a du second palier 101 est en butée contre un épaulement 205 prévu dans le support fixe 2. L’entretoise inter-paliers interne 6 est agencée en butée contre un épaulement 206 opposé à l’épaulement 205 et prévu dans le support fixe 2. L’entretoise inter-paliers interne 6 est agencée en outre en butée contre la bague interne 3a du premier palier 101. La figure 7 représente un sixième exemple d’ensemble de roulement 300 comprenant les mêmes éléments que l’ensemble de roulement 200 de la figure 3. A la différence, l’entretoise inter-paliers externe 8 présente une longueur variable commandée par un actionneur 302 relié à l’entretoise inter-paliers externe 8. La variation de longueur pilotée de l’entretoise inter-paliers externe 8 permet d’assurer un niveau de jeu et/ou de précharge optimisés pour les cas de fonctionnement désirés de l’ensemble de roulement 300. L’entretoise inter-paliers externe 8 peut présenter en plus d’une longueur variable un coefficient de dilatation thermique similaire aux coefficient de dilatation thermique de l’entretoise inter-paliers externe 8 de l’ensemble de roulement 200 de la figure 3. En particulier, l’actionneur 302 est un actionneur hydraulique commandé par des moyens de agencés à proximité ou à distance de l’ensemble de roulement 300. Dans les ensembles de roulements précités, chaque bague interne 3a,4a et/ou chaque bague externe 3b,4b peut comprendre deux demi-bagues. En variante, dans les ensembles de roulements précités, les bagues internes 3a,4a peuvent être montées glissantes. En variante, dans les ensembles de roulements précités, les bagues externes peuvent être montées glissantes. Ensemble (100,200,300) pour un roulement comprenant : - un premier palier (101) ayant un axe de rotation (X-X) et comprenant une bague interne (3a) fixée à un arbre (1) et une bague externe (3b) fixée à un carter (2), - un second palier (102) rotatif autour de l’axe de rotation et comprenant une bague interne (4a) fixée à l’arbre (1) et une bague externe (4b) fixée au carter (2), et - au moins une entretoise inter-paliers (6,8) annulaire et agencée entre le premier palier et le second palier, et dans lequel ladite au moins une entretoise inter-paliers présente un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur ou inférieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces environnantes de l’entretoise inter-paliers. Ensemble (200,300) selon la revendication 1, dans lequel l’au moins une entretoise inter-paliers comprend une entretoise inter-paliers interne (6) montée sur l’arbre et agencée entre la bague interne (3a) du premier palier et la bague interne (4a) du second palier et une entretoise inter-paliers externe (8) montée dans le carter et agencée entre la bague externe (4a) du premier palier et la bague externe (4b) du second palier. Ensemble (200,300) selon la revendication 2, dans lequel chacune de l’entretoise inter-paliers interne (6) et de l’entretoise inter-paliers externe (8) présente un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur ou inférieur au coefficient de dilatation de l’une ou des pièces environnantes. Ensemble (200,300) selon la revendication 3, dans lequel le coefficient de dilatation de l’entretoise inter-paliers externe est supérieur au coefficient de dilatation de l’entretoise inter-paliers interne. Ensemble (300) selon la revendication 2, dans lequel l’entretoise inter-paliers interne (6) présente un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur ou inférieur au coefficient de dilatation de l’une ou des pièces environnantes, et dans lequel l’entretoise inter-paliers externe (8) présente une longueur variable dans la direction de l’axe de rotation (X-X), ledit ensemble comprenant un moyen de commande (302) de ladite longueur variable. Ensemble (300) selon la revendication 5, dans lequel le moyen de commande (302) est un actionneur hydraulique. Ensemble (200,300) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant en outre une entretoise extra-palier (7) montée sur l’arbre (2) et agencée entre la bague interne du premier palier et un écrou vissé (5) contre l’arbre, dans lequel ladite entretoise extra-paliers (7) présente : - un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur ou inférieur au coefficient de dilatation de l’une ou des pièces environnantes. Ensemble (100,200,300) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les pièces environnantes comprennent l’un parmi : la bague interne (3a) du premier palier, la bague externe (3b) du premier palier, la bague interne (4a) du second palier, la bague externe (4b) du second palier, l’écrou (5), un élément de roulement agencé entre la bague externe du premier palier, respectivement le second palier, et la bague interne du premier palier, respectivement le second palier, l’arbre (1) et/ou le carter (2). Ensemble (100,200,300) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la bague externe (4b) du second palier est agencée en butée contre un épaulement (104) du carter (2). Ensemble (100,200,300) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la bague interne (4a) du second palier est agencée en butée contre un épaulement (105) de l’arbre (1). Ensemble (100,200,300) selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le premier palier et/ou le second palier est du type palier oblique. Ensemble (100,200,300) selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel au moins une entretoise inter-paliers ou l’entretoise extra-palier présente un coefficient de rigidité d’au moins 70% supérieur au coefficient de rigidité de l’une ou des pièces environnantes. Ensemble (100,200,300) selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel le coefficient de dilatation thermique d’au moins l’une des entretoises inter-paliers (6,8) ou de l’entretoise extra-palier est d’au moins 10% supérieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces, est soumis à de hautes températures de préférence une température supérieure à 50°C, de préférence supérieure à 100°C, de préférence supérieure à 500°C. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le coefficient de dilatation thermique d’au moins l’une des entretoises inter-paliers (6,8) ou de l’entretoise extra-palier est d’au moins 10% inférieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces, lorsque l’ensemble est soumis à de basses températures de préférence une température inférieure à -50°C, de préférence inférieure à -100°C, de préférence inférieure à -150°C.