Brevet FR3122713A1 — publié le 20221111

L’invention se rapporte à un palier (20) à roulement comprenant une cavité (60) d’amortissement radial par film d’huile délimitée par une surface (50) comprenant des évidements (70) de perturbation de l’écoulement d’huile qui se succèdent circonférentiellement. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Palier à roulement comprenant un amortisseur à compression de film d’huile pourvu d’évidements de perturbation fluidique L’invention se rapporte au domaine des paliers à roulement pour turbomachine ou autre machine tournante, notamment pour un ensemble propulsif d’aéronef. État de la technique antérieure Une turbomachine d’aéronef conventionnelle comprend au moins un arbre et un dispositif de guidage en rotation de cet arbre comprenant au moins un palier à roulement monté sur suspension et équipé d’un amortisseur à compression de film d’huile, connu sous l’appellation anglo-saxonne « squeeze-film damper ». Un tel amortisseur permet d’amortir les vibrations et déplacements de l’arbre causés par sa rotation et par le déséquilibre de son chargement mécanique. Le document EP 1 650 449 A1 décrit un tel dispositif de guidage. L’efficacité des amortisseurs à compression de film d’huile connus dans l’état de la technique antérieure dépend généralement de la dimension axiale de la cavité recevant le fluide et formant le film de sorte que l’augmentation de la performance d’amortissement peut nécessiter un allongement de cette cavité, ce qui n’est pas toujours possible compte tenu de l’espace disponible. De plus, la géométrie généralement cylindrique des cavités d’amortissement conventionnelles ne permet pas d’assurer un amortissement sélectif selon des directions privilégiées lorsque le rotor est par exemple soumis à des efforts cycliques non axisymétriques. Il existe donc un besoin de procurer un amortisseur adapté à de telles conditions et permettant d’améliorer son efficacité sans allongement de la cavité. A cet effet, l’invention a pour objet un palier pour guider un arbre de machine tournante en rotation autour d’un axe, comprenant une première pièce annulaire, une deuxième pièce annulaire et des organes d’étanchéité, la première pièce formant une bague de roulement du palier ou étant destinée à être solidarisée à une bague de roulement du palier, la deuxième pièce étant destinée à être reliée à un carter de la machine tournante, la première pièce et la deuxième pièce définissant radialement entre elles une cavité configurée pour recevoir un écoulement d’un fluide sous pression de manière à former un film circonférentiel du fluide apte à amortir radialement un déplacement relatif de la première pièce par rapport à la deuxième pièce, la cavité étant délimitée radialement par une surface d’amortissement de chacune des première et deuxième pièces et axialement par les organes d’étanchéité. Selon l’invention, la surface d’amortissement de la première pièce et/ou de la deuxième pièce comprend des évidements de perturbation de l’écoulement de fluide qui se succèdent circonférentiellement. L’invention permet ainsi de modifier la géométrie du film de fluide ainsi que l’écoulement de ce fluide dans la cavité. Il en résulte d’une part la possibilité d’améliorer l’amortissement pour un encombrement identique du palier par rapport à un palier conventionnel ou de conserver une même efficacité d’amortissement en réduisant son encombrement, et/ou la possibilité d’utiliser un fluide moins visqueux. D’autre part, chaque évidement permet de modifier localement la pression du fluide et la dissipation de l’énergie dans le fluide, ce qui permet de définir des orientations d’amortissement privilégiées, en induisant par exemple une baisse de l’amortissement dans une direction angulaire donnée. L’invention permet ainsi de limiter l’impact sur le mouvement du rotor d’efforts non axisymétriques. La cavité est de préférence annulaire, par exemple cylindrique ou conique. Le fluide est de préférence de l’huile. Dans un mode de réalisation, l’un au moins des évidements s’étend axialement sur au moins cinquante pourcent d’une longueur axiale de la cavité. De préférence, chaque évidement s’étend sur une portion circonférentielle inférieure à 90°. Dans un mode de réalisation, l’un au moins des évidements forme une rainure. Dans un mode de réalisation, l’un au moins des évidements s’étend axialement et circonférentiellement. Dans un mode de réalisation, les évidements forment un ou plusieurs chevrons. Dans un autre mode de réalisation, les évidements forment un maillage entrecroisé dont les profils, angles et distances, peuvent varier circonférentiellement. L’invention a aussi pour objet une machine tournante comprenant un arbre et un tel palier de guidage de l’arbre en rotation autour d’un axe. Dans un mode de réalisation, l’invention a pour objet une turbomachine formée par une telle machine tournante. L’invention a aussi pour objet un ensemble propulsif pour aéronef, comprenant une telle turbomachine. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un palier tel que défini ci-dessus. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape d’usinage des évidements. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit. La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels : est une vue schématique en demi-coupe longitudinale d’un turboréacteur selon l’invention ; est une vue schématique en coupe longitudinale d’un palier conforme à l’invention ; est une vue schématique en perspective d’une pièce formant une bague de roulement et une cage souple du palier de la figure 2 ; est une vue en section longitudinale d’une partie du palier de la figure 2, selon un plan de coupe passant par un évidement formé par une bague conforme à un premier mode de réalisation l’invention ; est une vue schématique en perspective de la bague frettée de la figure 4 ; est une vue schématique en perspective d’une bague de palier conforme à un deuxième mode de réalisation de l’invention ; est une vue schématique en perspective d’une bague de palier conforme à un troisième mode de réalisation de l’invention. Description détaillée de modes de réalisation Il est représenté sur la figure 1 un turboréacteur 1 à double flux et à double corps. Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont considérés selon un sens S1 d’écoulement principal des gaz à travers le turboréacteur 1. Le turboréacteur 1 comporte de façon classique un générateur de gaz 2 formant, de l’amont vers l’aval, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. Le compresseur basse pression 3 et la turbine basse pression 7 forment un corps basse pression et sont reliés l’un à l’autre par un arbre basse pression 8 centré sur un axe central longitudinal A1 du turboréacteur 1. De même, le compresseur haute pression 4 et la turbine haute pression 6 forment un corps haute pression et sont reliés l’un à l’autre par un arbre haute pression 9 centré sur l’axe A1 et agencé autour de l’arbre basse pression 8. Le turboréacteur 1 comporte par ailleurs, en amont du générateur de gaz 2, une soufflante 10 qui est ici agencée directement à l’arrière d’un cône d’entrée d’air du moteur. La soufflante 10 est rotative selon l’axe A1 et est entourée d’un carter de soufflante 11. Elle est entraînée indirectement par l’arbre basse pression 8, via un réducteur de vitesse 12. En outre, de manière classique, le turboréacteur 1 définit une veine primaire 16 destinée à être traversée par un flux primaire, ainsi qu’une veine secondaire 18 destinée à être traversée par un flux secondaire situé radialement vers l’extérieur par rapport au flux primaire. Les deux arbres 8 et 9 ainsi que le moyeu de la soufflante 10 sont guidés en rotation à l’aide de paliers 20 supportés par des carters du turboréacteur 1. Au moins l’un de ces paliers 20 est conforme à l’un des modes de réalisation décrits ci-dessous. La figure 2 montre un palier 20 conforme à l’invention. Dans cet exemple, le palier 20 est destiné à assurer le guidage en rotation autour de l’axe A1 de l’arbre haute pression 9. Bien entendu, ce palier 20 peut être mis en œuvre de manière analogue dans le turboréacteur 1 de la figure 1 afin de guider l’arbre basse pression 8 ou au sein d’un autre type de machine tournante. Le palier 20 comprend d’une part un organe de roulement formé par une bague de roulement intérieure 21, une bague de roulement extérieure 22 et des éléments roulants 23 s’étendant radialement entre les bagues 21 et 22. De manière connue en soi, chacune des bagues 21 et 22 forme une piste de roulement des éléments roulants 23, ces derniers étant circonférentiellement espacés autour de l’axe A1 à l’aide d’une cage séparatrice (non représentée). Les éléments roulants 23 sont ici des rouleaux. Alternativement, les éléments roulants 23 peuvent être des billes agencées pour former un roulement à billes à deux, trois ou quatre points de contact. Chacune des bagues 21 et 22 est annulaire et réalisée dans cet exemple d’une seule pièce. Alternativement, les bagues 21 et/ou 22 peuvent chacune être formées par deux demi-bagues. La bague intérieure 21 est solidaire de l’arbre 9. La bague extérieure 22 est destinée à être reliée à l’un desdits carters du turboréacteur 1, par l’intermédiaire d’un support 24. Dans l’exemple de la figure 2, le support 24 comprend partie axiale 25 et une bride radiale 26. Une bague frettée 27 est montée serrée dans la partie axiale 25 du support 24 de manière à s’étendre radialement entre cette partie axiale 25 et la bague extérieure 22 du roulement. Le palier 20 comprend d’autre part une cage souple 30 définissant des ouvertures axiales circonférentiellement espacées autour de l’axe A1. Dans cet exemple, la cage 30 prolonge la bague extérieure 22 vers l’aval et est réalisée d’une seule pièce avec cette bague extérieure 22 (voir figure 3). Dans un mode de réalisation non représenté, la bague extérieure 22 et la cage 30 peuvent former deux pièces distinctes assemblées l’une avec l’autre. La cage 30 comprend une extrémité aval 31 solidaire d’un support 32 également relié au carter précité. Dans cet exemple, le support 32 comprend une bride radiale amont 33 fixée à la bride radiale 26 du support 24, une bride radiale aval 34 à laquelle est fixée la cage 30 par son extrémité aval 31 et une partie tronconique 35 reliant les brides 33 et 34 l’une à l’autre. La cage 30 est élastiquement déformable de manière à autoriser un faible déplacement en translation de la bague extérieure 22, dans un plan orthogonal à l’axe A1. La cage 30 assure ainsi une fonction de suspension. En référence à la figure 3, la bague extérieure 22 définit une surface externe 40 et comprend trois gorges 41, 42 et 43 formée sur cette surface externe 40. Les gorges 41 et 43 sont réalisées au niveau d’extrémités amont et aval, respectivement, de la bague 22, tandis que la gorge 42, fonctionnellement optionnelle, s’étend axialement entre les gorges 41 et 43, dans cet exemple à équidistance de celles-ci. Dans des variantes non représentées, la gorge 42 peut être située à proximité de l’une des gorges 41 et 43. Chacune des gorges 41, 42 et 43 forme une rainure droite annulaire s’étendant sur toute la circonférence de la bague 22, c’est-à-dire à 360°. En référence aux figures 3 et 4, le palier 20 comprend deux organes d’étanchéité 44 et 45 formant des segments annulaires logés respectivement dans les gorges 41 et 43. Les organes 44 et 45 établissent une liaison étanche avec la bague frettée 27. La bague frettée 27 forme une surface interne 50, en vis-à-vis de la surface externe 40 de la bague 22, de manière à définir, radialement entre ces surfaces 40 et 50, une cavité 60 annulaire. La cavité 60 est ainsi délimitée radialement par les surfaces 40 et 50 et axialement par les organes d’étanchéité 44 et 45. La cavité 60 est destinée à recevoir un écoulement d’un fluide tel que de l’huile sous pression de manière à former un film circonférentiel d’huile apte à amortir radialement un déplacement relatif en translation de la bague extérieure 22 du roulement par rapport à la bague frettée 27 et donc par rapport au carter du turboréacteur 1. Le palier 20 permet ainsi d’assurer à la fois une fonction de suspension par la cage souple 30 et une fonction d’amortissement radial par le film d’huile, connu sous la dénomination anglo-saxonne « squeeze-film ». Cet amortisseur radial permet de dissiper une partie de l’énergie résultant des déplacements orthogonaux autorisés par la cage souple 30 et de transmettre les efforts correspondant au carter. Dans cet exemple, les surfaces 40 et 50, aussi appelées surfaces d’amortissement, sont sensiblement cylindriques de sorte que la cavité 60 est globalement cylindrique. Dans un mode de réalisation non représenté, la cavité 60 et/ou l’une au moins des surfaces d’amortissement 40 et 50 peuvent être coniques. Afin d’introduire de l’huile dans la cavité 60, la bague frettée 27 comprend un ou plusieurs orifices 62 reliant fluidiquement la cavité 60 à un canal d’alimentation 64 formé par le support 24. Les orifices 62 débouchent dans la cavité 60 axialement en regard de la gorge 42 de la bague extérieure 22 du palier 20, cette gorge 42 permettant ainsi d’améliorer la répartition circonférentielle de l’huile au sein de la cavité 60. La figure 5 montre la bague frettée 27 du palier 20 de la figure 4. Dans cet exemple, la surface d’amortissement 50 formée par la bague 27 comprend des évidements 70, aussi appelés creusures ou empreintes, qui forment des arêtes sur la surface 50 aptes à perturber l’écoulement de l’huile dans la cavité 60. En référence aux figures 4 et 5, chaque évidement 70 forme dans ce mode de réalisation une rainure droite qui s’étend axialement sur une distance X1 de plus de cinquante pourcent de la longueur axiale X2 de la cavité 60. Chaque évidement 70 est en particulier perpendiculaire à la gorge 42 formée par la bague 22. Dans cet exemple, les évidements 70 ont tous une largeur ou dimension circonférentielle X3 identique de l’ordre de quelques degrés. Il est préféré que cette largeur X3 soit inférieure à 10°. Les évidements 70 se succèdent circonférentiellement en définissant deux à deux entre eux une distance circonférentielle X4. Dans l’exemple de la figure 5, une partie des évidements 70, en particulier ceux représentés vers le haut de cette figure, sont regroupés dans une portion angulaire de la bague 27 qui est inférieure à 90°. Les évidements 70 permettent ainsi de perturber localement l’écoulement d’huile dans la cavité 60, de manière à définir une ou plusieurs directions d’amortissement privilégiées. La figure 6 illustre un mode de réalisation qui se distingue de celui de la figure 5 en ce que les évidements 70 ne présentent pas tous la même largeur X3. En particulier, certains évidements 70A présentent une largeur proche du double de la largeur d’autres évidements 70B. Dans cet exemple, les évidements 70B s’étendent sur une portion angulaire de la bague 27 qui est comprise entre 00° à 50° et forme une série circonférentiellement délimitée de part et d’autre par l’un respectif des évidements 70A. Une telle organisation des évidements 70A et 70B permet d’entraver l’écoulement d’huile dans la cavité 60 au niveau de cette portion angulaire et d’augmenter sélectivement l’amortissement dans une direction passant par cette portion angulaire. La figure 7 illustre un autre mode de réalisation dans lequel les évidements forment des chevrons 80, c’est-à-dire des creusures en forme de V, qui se succèdent circonférentiellement. Dans cet exemple, chaque chevron 80 est formé par une première rainure 70C droite s’étendant à la fois axialement et circonférentiellement selon une première direction et par une deuxième rainure 70D droite s’étendant à la fois axialement et circonférentiellement selon une deuxième direction oblique par rapport à la première direction. La première rainure 70C et la deuxième rainure 70D de chaque chevron 80 ont dans cet exemple une dimension identique de manière à présenter une symétrie par rapport à un plan orthogonal à l’axe A1 passant par les orifices 62 de la bague 27. Les chevrons 80 sont dans cet exemple regroupés sur une portion angulaire de la bague 27 comprise entre 70° et 100°. En réalisant chacun des chevrons 80 de sorte que la pointe qu’ils forment soit orientée dans un sens opposé à l’écoulement d’huile dans la cavité 60, il est possible de favoriser cet écoulement au niveau de cette portion angulaire et de réduire sélectivement l’amortissement dans une direction passant par cette portion angulaire. L’invention n’est aucunement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et les évidements peuvent présenter une géométrie et une disposition différentes de celles des figures 5 à 7. Par exemple, l’invention couvre une bague ayant à la fois des évidements sous forme de rainures droites telles que représentées sur les figures 4 à 6 et des évidements formant des chevrons tels que ceux illustrés sur la figure 7. De plus, les évidements peuvent présenter des parties non droites et/ou former par exemple des zigzags. Plus généralement, de tels évidements peuvent être réalisés sur une autre pièce de palier, par exemple sur la bague 22 du palier 20 de la figure 2 ou encore sur une pièce d’un palier différent. Palier (20) pour guider un arbre (8, 9) de machine tournante (1) en rotation autour d’un axe (A1), comprenant une première pièce (22) annulaire, une deuxième pièce (27) annulaire et des organes d’étanchéité (44, 45), la première pièce (22) formant une bague de roulement du palier (20) ou étant destinée à être solidarisée à une bague de roulement du palier (20), la deuxième pièce (27) étant destinée à être reliée à un carter de la machine tournante (1), la première pièce (22) et la deuxième pièce (27) définissant radialement entre elles une cavité (60) configurée pour recevoir un écoulement d’un fluide sous pression de manière à former un film circonférentiel du fluide apte à amortir radialement un déplacement relatif de la première pièce (22) par rapport à la deuxième pièce (27), la cavité (60) étant délimitée radialement par une surface d’amortissement (40, 50) de chacune des première et deuxième pièces (22, 27) et axialement par les organes d’étanchéité (44, 45), caractérisé en ce que la surface d’amortissement (40, 50) de la première pièce (22) et/ou de la deuxième pièce (27) comprend des évidements (70, 70A-70D) de perturbation de l’écoulement de fluide qui se succèdent circonférentiellement. Palier (20) selon la revendication 1, dans lequel l’un au moins des évidements (70, 70A-70D) s’étend axialement sur au moins cinquante pourcent d’une longueur axiale (X2) de la cavité (60). Palier (20) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’un au moins des évidements (70, 70A-70D) forme une rainure. Palier (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’un au moins des évidements (70C, 70D) s’étend axialement et circonférentiellement. Palier (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les évidements (70C, 70D) forment un ou plusieurs chevrons (80). Machine tournante (1) comprenant un arbre (8, 9) et un palier (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 de guidage de l’arbre (8, 9) en rotation autour d’un axe (A1). Turbomachine (1) formée par une machine tournante selon la revendication 6. Ensemble propulsif pour aéronef, comprenant une turbomachine (1) selon la revendication 7. Procédé de fabrication d’un palier (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une étape d’usinage des évidements (70, 70A-70D).