Brevet FR3129175A1 — publié le 20230519

L’invention concerne une module de turbomachine ayant un axe longitudinal (X), comprenant : - un stator centré sur l’axe longitudinal, - un rotor (3) comprenant un disque (12) et une pluralité d’aubes (13) portées par le disque, le rotor étant entraîné en rotation autour de l’axe longitudinal par un arbre (5) supporté par le stator via un palier (20), et - un dispositif de limitation d’amplitude (35) radiale du rotor par rapport au stator. Selon l’invention, le dispositif de limitation comprend une virole annulaire (36) rapportée et reliée de manière amovible au stator, la virole annulaire s’étendant radialement autour d’une partie du disque et comprenant une première portion (41) statorique située en amont du palier, ladite première portion (41) étant à distance et en regard d’une deuxième portion (42 ; 12a) rotorique solidaire en rotation du disque, laquelle est configurée pour venir en butée radialement contre la première portion en cas de déplacement radial du rotor. Figure d’abrégé : Figure 2 MODULE DE TURBOMACHINE AVEC UN DISPOSITIF DE LIMITATION D’AMPLITUDE ET TURBOMACHINE CORREPONDANTE Domaine de l’invention La présente invention concerne le domaine général des turbomachines. Elle vise en particulier un dispositif de limitation d’amplitude d’un rotor de turbomachine installé dans un module de turbomachine d’aéronef, et une turbomachine d’aéronef comprenant un tel module. Arrière-plan technique Une turbomachine d’aéronef comprend généralement, d’amont en aval et suivant le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, une section de compresseur, une chambre de combustion, une section de turbine. La section de compresseur comprend par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, et la section de turbine comprend par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression. Les pièces tournantes de ces compresseurs et/ou turbines telles que des arbres et des roues sont entrainées et/ou guidées en rotation à l’aide de paliers à roulements. Les turbomachines peuvent comprendre une soufflante disposée en amont de la section de compresseur. La soufflante génère un flux d’air dont une partie alimente les compresseurs, la chambre de combustion et les turbines de la turbomachine et forme un flux primaire dans une veine primaire. Une autre partie du flux d’air généré par la soufflante s’écoule dans une veine secondaire, qui s’étend autour de la veine primaire, et forme un flux d’air secondaire, qui génère une majeure partie de la poussée de la turbomachine. Les compresseurs, les turbines, et la soufflante sont constitués respectivement d’un premier ensemble de pièces fixes constituant un stator et d’un second ensemble de pièces qui sont susceptible d’être mis en rotation par rapport au stator et qui constituent un rotor. Lors de certaines phases de vol d’un aéronef, dans certaines conditions de pression et de température, et typiquement lorsque l’aéronef traverse des nuages présentant des conditions dites givrantes, des blocs de glace de taille importante peuvent se former sur certaines parties de la turbomachine, et notamment sur les aubes de soufflante ou sur le cône d’entrée de la turbomachine. Sous l’action de la force centrifuge, des morceaux de glace peuvent alors se détacher d’un ou plusieurs blocs de glace et engendrer des impacts sur des équipements situés en aval tels qu’une aube directrice de flux de la veine secondaire ou des panneaux acoustiques du carter de la soufflante. Ces morceaux de glace peuvent même être ingérés dans la veine primaire et atteindre les aubes d’un compresseur de la veine primaire ou encore la chambre de combustion de la turbomachine, ce qui pourrait entrainer une extinction de la combustion. En particulier, de la glace se détache de façon hétérogène sur l’ensemble de la soufflante, ce qui a pour conséquence que l’axe de rotation du rotor de la soufflante n’est plus confondu avec l’axe d’inertie de celle-ci. La illustre un rotor 1A de soufflante d’une turbomachine comprenant un arbre 2A traversant un disque 3A suivante l’axe longitudinal XX. Sur cette , l’axe de rotation X2A de l’arbre 2A qui se trouve à droite s’étend transversalement à l’axe longitudinal XX. Ceci entraine la formation d’un balourd, qui excentre la soufflante. L’excentrement implique, qu’en fonctionnement, le mode de suspension de la soufflante augmente en fréquence et en amplitude, ce qui entraîne l’usure prématurée de certaines pièces de la turbomachine comme par exemple le matériau abradable agencé sur le carter de soufflante en regard des aubes de soufflante. Cela dégrade les performances et l’opérabilité de la turbomachine dans une plage critique de régime. L’arbre du compresseur basse pression, qui est relié à l’arbre de soufflante ou au disque de soufflante, est supporté par des paliers qui servent d’interface avec les stators de la turbomachine. Cet arbre de compresseur est guidé radialement par un premier palier agencé à l’extrémité amont de l’arbre de compresseur et un deuxième palier agencé en aval du premier palier. Le premier palier peut comprendre un roulement à billes tandis que le deuxième palier peut comprendre un roulement à rouleaux. En général, les paliers ne permettent pas de réduire les amplitudes de la soufflante en cas de fort balourd. Lorsque l’un des deux paliers, notamment le premier palier est équipé d’une cage souple et d’un film fluide d’amortissement (connu sous l’expression « squeeze film » en anglais), la formation du balourd, si trop important, peut provoquer une mise en butée de la cage souple du palier. Un tel exemple de turbomachine équipé d’un palier à film fluide d’amortissement est décrit dans la demande de brevet FR2000819. Certains films fluides d’amortissement peuvent être réglés radialement pour augmenter l’effet amortissant. Toutefois, une telle solution n’est pas suffisante lorsqu’un fort balourd intervient, car l’effet amortissant du squeeze-film est court-circuité par la mise en butée de la cage souple. Par ailleurs, les aubes de soufflante peuvent venir en contact avec le matériau abradable agencé sur le carter de soufflante, de manière prématurée bien avant la mise en butée de la cage souple. L’invention a pour but d’éviter les inconvénients précités. L’objectif de l’invention est de fournir une solution simple, économique et optimale permettant de limiter l’excentrement d’un rotor en cas de forts balourds. Nous parvenons à cet objectif conformément à l’invention grâce à un module de turbomachine, en particulier pour un aéronef, ayant un axe longitudinal, comprenant : - un stator centré sur l’axe longitudinal, - un rotor comprenant un disque et une pluralité d’aubes portées par le disque, le rotor étant entraîné en rotation autour de l’axe longitudinal par un arbre supporté par le stator via au moins un palier, et - un dispositif de limitation d’amplitude radiale du rotor par rapport au stator, le dispositif de limitation comprenant une virole annulaire rapportée et reliée de manière amovible au stator, la virole annulaire s’étendant radialement autour d’une partie du disque et comprenant une première portion statorique située en amont dudit au moins un palier, ladite première portion étant à distance et en regard d’une deuxième portion rotorique solidaire en rotation du disque, ladite deuxième portion étant configurée pour venir en butée radialement contre la première portion en cas de déplacement radial du rotor. Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, une telle virole annulaire opère comme une butée fixe qui limite les amplitudes/déplacements radiaux de l’arbre ou du rotor et annihile l’excentrement de l’arbre en cas de forts balourds de manière à ne pas détériorer les performances de la turbomachine. Ces balourds peuvent résulter d’accrétion de glace, de perte spontanée d’une pièce du rotor (d’une aube de soufflante par exemple), de déformation, ou encore de la rupture d’une pièce suite à l’ingestion d’un objet étranger (ingestion d’oiseau par exemple), etc. Dans le cas d’une soufflante, la virole annulaire permet d’éviter l’usure prématurée d’un revêtement en matériau abradable appliqué sur une paroi radialement interne d’un carter de soufflante et en regard des extrémités libres des aubes de soufflante pour éviter les fuites de flux d’air. Par ailleurs, une telle virole annulaire est facile à monter et démonter pour la maintenance (remplacement de pièce(s) en cas d’usure ou d’évènement d’ingestion ou de glace) grâce à son aspect amovible. De plus, l’installation de la virole annulaire, nécessite peu ou pas de modifications structurelles dans le module de turbomachine. Le module comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - le stator est formé par un carter de stator. - l’arbre traverse le carter de stator. - la première portion statorique présente une complémentarité de forme avec la deuxième portion rotorique. - un revêtement comprenant un matériau abradable est porté par la première portion ou par la deuxième portion. - la première portion supporte la bague extérieure d’un palier d’attente, ledit palier d’attente comprenant une bague intérieure constituant la deuxième portion rotorique solidaire en rotation du disque. - le rotor comprend une soufflante, et le module comprend un carter de soufflante enveloppant les aubes de soufflante, le carter de soufflante comprenant une surface radialement interne portant un revêtement en matériau abradable qui est disposé en regard des extrémités libres des aubes de soufflante. - le module comprend un organe de liaison intermédiaire agencé entre la virole annulaire et le stator, l’organe de liaison intermédiaire étant fixé d’une part à la virole annulaire via des premiers organes de fixation et d’autre part au stator via des deuxièmes organes de fixation. - l’organe de liaison intermédiaire est formé par un support de palier qui porte le premier palier et qui est fixé au stator, ou par un bras distinct du support de palier qui s’étend radialement à l’extérieur du support de palier et qui est fixé au stator. - la virole annulaire comprend une portion fusible et configurée de manière à rompre après mise en contact de la deuxième portion avec la première portion et suivant une valeur prédéterminée. - les premiers organes de fixation ou les deuxièmes organes de fixation sont fusibles et configurés de manière à rompre après mise en contact de la deuxième portion avec la première portion et suivant une valeur prédéterminée. - le disque de rotor comprend une jupe annulaire, centrée sur l’axe longitudinal, et étendant le disque vers l’aval. - le stator comprend un carter intermédiaire monté en aval d’un carter de compresseur basse pression suivant l’axe longitudinal. L’invention concerne également une turbomachine en particulier d’un aéronef, ayant un axe longitudinal, comprenant un module de turbomachine présentant l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées. L’invention concerne en outre un aéronef comprenant au moins une turbomachine telle que susmentionnée. 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 dans lesquels : La représente une vue en perspective un organe d’un module de turbomachine d’aéronef, tel qu’une soufflante, qui présente un arbre d’axe longitudinal suivant un état normalement de fonctionnement et un arbre incliné suite à un balourd engendrant un excentrement de l’organe ; La représente une vue en coupe axiale et partielle d’un exemple de turbomachine comprenant un premier mode de réalisation d’un dispositif de limitation d’amplitude radiale selon l’invention ; La est une vue en coupe axiale et de détail d’un mode de réalisation d’un dispositif de limitation d’amplitude; La est une vue en coupe axiale et partielle d’un exemple de turbomachine comprenant un autre exemple de réalisation d’un dispositif de limitation d’amplitude radiale selon l’invention ; La est une vue axiale et partielle d’une variante du dispositif de limitation d’amplitude de la et qui est installé dans une turbomachine selon l’invention; La présente des résultats de mesure représentant la comparaison des distances mesurées entre le carter de soufflante et les extrémités libres des aubes de soufflante avec et sans la présence du dispositif de limitation d’amplitude. Module de turbomachine, en particulier pour un aéronef, ayant un axe longitudinal (X), comprenant : - un stator centré sur l’axe longitudinal (X), - un rotor (3) comprenant un disque (12) et une pluralité d’aubes (13) portées par le disque (12), le rotor (3) étant entraîné en rotation autour de l’axe longitudinal (X) par un arbre (5) supporté par le stator via au moins un palier (20), et - un dispositif de limitation d’amplitude (35) radiale du rotor par rapport au stator, caractérisé en ce que le dispositif de limitation (35) comprend une virole annulaire (36) rapportée et reliée de manière amovible au stator, la virole annulaire (36) s’étendant radialement autour d’une partie du disque (12) et comprenant une première portion (41) statorique située en amont dudit au moins un palier (20), ladite première portion (41) étant à distance et en regard d’une deuxième portion (42 ; 12a) rotorique solidaire en rotation du disque, ladite deuxième portion (42, 12a) étant configurée pour venir en butée radialement contre la première portion (41) en cas de déplacement radial du rotor. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première portion (41) statorique présente une complémentarité de forme avec la deuxième portion (42 ; 12a) rotorique. Module selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un revêtement (43) comprenant un matériau abradable est porté par la première portion (41) ou par la deuxième portion (42, 12a). Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première portion (41) supporte la bague extérieure d’un palier d’attente, ledit palier d’attente comprenant une bague intérieure constituant la deuxième portion rotorique solidaire en rotation du disque (12). Module selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor comprend une soufflante (3), et en ce qu’il comprend un carter de soufflante (14) enveloppant les aubes de soufflante (13), le carter de soufflante (14) comprenant une surface radialement interne (15) portant un revêtement (16) en matériau abradable qui est disposé en regard des extrémités libres des aubes de soufflante (13). Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un organe de liaison intermédiaire agencé entre la virole annulaire (36) et le stator, l’organe de liaison intermédiaire étant fixé d’une part à la virole annulaire (36) via des premiers organes de fixation (40) et d’autre part au stator via des deuxièmes organes de fixation (32 ; 47). Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’organe de liaison intermédiaire est formé par un support de palier (21) qui porte le premier palier (20) et qui est fixé au stator, ou par un bras (45) distinct du support de palier (21) qui s’étend radialement à l’extérieur du support de palier (21) et qui est fixé au stator . Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la virole annulaire (36) comprend une portion fusible (44) et configurée de manière à rompre après mise en contact de la deuxième portion (42, 12a) avec la première portion (41) et suivant une valeur prédéterminée. Module selon l’une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que les premiers organes de fixation (40) ou les deuxièmes organes de fixation (32 ; 47) sont fusibles et configurés de manière à rompre après mise en contact de la deuxième portion avec la première portion (41) et suivant une valeur prédéterminée. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque (12) de rotor comprend une jupe annulaire (42), centrée sur l’axe longitudinal (X), et étendant le disque vers l’aval. Module selon l’une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator comprend un carter intermédiaire (11) monté en aval d’un carter de compresseur basse pression suivant l’axe longitudinal (X). Turbomachine (1) en particulier d’un aéronef, ayant un axe longitudinal (X) et comprenant un module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes.