Brevet FR3127262A1 — publié le 20230324

L’invention concerne une turbomachine comportant un palier (13) qui comprend une cage souple (27) recevant une bague externe d’un roulement (28), un manchon (33) entourant cette cage souple (27) en étant radialement à distance de cette cage souple (27), la cage souple (27) étant rigidement solidarisée au manchon (33) par l’intermédiaire d’un support (29) présentant une certaine flexibilité. Selon l’invention : – le manchon (33) comporte un anneau interne électriquement isolant (34) portant à sa face interne une bague (36) électriquement conductrice située radialement en vis-à-vis de la cage souple (27) ; – un fil conducteur (37) est raccordé à la bague (36), et un circuit électronique est raccordé au fil conducteur (37) et à la cage souple (27) pour émettre un signal en cas de contact électrique entre la cage souple (27) et la bague (36). Figure pour l’abrégé : Figure 2 Détecteur du contact mécanique d’une cage souple radial avec un manchon entourant cette cage dans un palier de turboréacteur L’invention concerne la détection du contact mécanique pouvant s’établir entre une cage dite souple et un manchon entourant cette cage dans un palier inter-arbres ou de type « squeeze film damper » d’une turbomachine telle qu’un turboréacteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un turboréacteur à double flux comporte une manche d'entrée recevant de l'air en amont qui est aspiré par un compresseur basse pression, avant d’être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Après avoir passé le compresseur basse pression, le flux secondaire est propulsé vers l’aval pour générer une poussée en étant soufflé autour du flux primaire. Après avoir passé le compresseur basse pression, le flux primaire traverse un compresseur haute pression avant d’atteindre une chambre de combustion pour être ensuite détendu dans une turbine haute pression et dans une turbine basse pression. Les aubes mobiles du compresseur basse pression et de la turbine basse pression sont portées par un rotor dit basse pression qui est entouré par un rotor dit haute pression portant les aubes mobiles du compresseur haute pression et la turbine haute pression. Ce rotor basse pression est maintenu par deux paliers ou plus, respectivement amont et aval, qui sont portés par des éléments de structure du moteur. Le rotor haute pression est quant à lui généralement porté au moyen de deux paliers amont et aval maintenus soit par des éléments de structure du moteur soit par le rotor basse pression, attendu que dans ce second cas, on parle de paliers interarbres. Un tel palier qui apparaît sur la où il est repéré par 1, comporte une cage 2 dite souple destinée à recevoir une bague externe non représentée d’un roulement à rouleaux entourant le rotor qu’il porte, et un manchon 3 entourant cette cage 2 en étant espacé radialement de ce celle-ci par un espace annulaire 4. La cage 2 est reliée au manchon 3 par l’intermédiaire d’un support présentant une certaine flexibilité pour bénéficier d’une mobilité ou flexibilité radiale par rapport à ce manchon, cette cage étant ainsi montée souple. Plus particulièrement, l’extrémité amont de la cage 2 est raccordée à un organe fixe 6 par l’intermédiaire d’un support comprenant une structure de cage d’écureuil 7 qui assure un maintien souple grâce aux espaces ajourés séparant les colonnettes de cette cage pour former une liaison ayant une certaine souplesse. Dans ce type d’agencement, l’espace annulaire 4 est pressurisé avec de l’huile pour constituer un amortisseur, usuellement désigné par « squeeze film damper », permettant d’absorber les effets d’un éventuel balourd du rotor, de manière à réduire la sollicitation en fatigue de la cage 2 résultant de ce balourd. Il peut survenir que la face externe de la cage 2 vienne au contact de la face interne du manchon 3, dans le cas d’un balourd trop important résultant par exemple d’un incident en cours d’essai d’un moteur. Un tel incident peut conduire à la dégradation voire la destruction du moteur en cours d’essai, de sorte qu’il est utile de le détecter. Cependant, une telle détection est complexe du fait que la cage souple et le manchon sont situés au centre du moteur, c’est-à-dire quasiment inaccessibles. A ce jour, une telle détection est assurée par analyse vibratoire du moteur, mais compte tenu des temps de traitement importants d’une telle analyse, la détection ne peut être effectuée en temps réel. Cette situation est encore plus complexe dans le cas d’un palier interarbre, car la cage souple est alors un élément tournant porté par le rotor basse pression. De plus, les composants d’un palier interarbre sont encore plus inaccessibles que ceux des autres paliers du fait de leur localisation en plein cœur du moteur, entre deux rotors. Le but de l’invention est d’apporter une solution pour assurer une détection en temps réel du contact d’une cage souple avec le manchon qui l’entoure dans un palier de turboréacteur. A cet effet, l’invention a pour objet une turbomachine comportant un palier qui comprend une cage souple recevant une bague externe d’un roulement, un manchon entourant cette cage souple en étant radialement à distance de cette cage souple, la cage souple étant solidarisée au manchon par l’intermédiaire d’un support présentant une flexibilité radiale, et dans lequel : – le manchon comporte un anneau électriquement isolant portant à sa face interne une bague interne électriquement conductrice située radialement en vis-à-vis de la cage souple ; – un circuit électronique est électriquement relié à la bague interne et au manchon pour émettre un signal lorsque le manchon et la bague interne sont en contact électrique l’un avec l’autre. Avec cet agencement, la détection du contact mécanique entre la cage souple et le manchon qui l’entoure est assurée par un circuit électronique très simple, de sorte que l’intégration du détecteur à la turbomachine est aisée. L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle le circuit électronique comporte une batterie d’alimentation électrique raccordée électriquement à la bague interne, et un émetteur de signal raccordé électriquement à la batterie et au manchon. L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle l’émetteur de signal est une diode électroluminescente. L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle l’émetteur de signal est raccordé électriquement au manchon par l’intermédiaire d’un élément mécanique métallique portant le manchon. L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle le palier est un palier interarbre porté par un rotor basse pression, et dans laquelle le circuit électronique est porté par ce rotor basse pression. L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle l’émetteur de signal est une diode électroluminescente portée à une extrémité amont du rotor basse pression, et dans laquelle une caméra fixe est positionnée en vis-à-vis de la diode. L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle le circuit électronique est porté par le rotor basse pression. L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle le manchon comporte un anneau externe électriquement isolant portant une bague externe conductrice, et dans laquelle l’émetteur de signal est raccordé électriquement à la bague externe conductrice par un fil conducteur. La est une vue en coupe d’un palier connu de turboréacteur ; La est une vue en coupe d’une partie arrière de turboréacteur comprenant un palier équipé d’un détecteur selon l’invention ; La est une vue en coupe du palier équipé du détecteur selon l’invention (zoom sur la ) ; La est une vue en coupe d’une partie avant d’un turboréacteur équipé du détecteur selon l’invention ; La est une vue en coupe d’une partie arrière de turboréacteur comprenant un palier équipé d’une variante de détecteur selon l’invention ; La est une vue en coupe du palier équipé d’une variante de détecteur selon l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L’idée à la base de l’invention est d’identifier le contact mécanique de la cage avec le manchon par une détection électrique, et de transmettre cette information au moyen d’un émetteur de signal tel qu’une diode électroluminescente, de sorte que l’ensemble des éléments de détection sont portés par la partie tournante. Sur la , une partie arrière 11 de turboréacteur comporte un carter d’échappement 12 intégrant dans sa région centrale un palier 13 portant un rotor basse pression 14. Ce rotor basse pression 14 est un ensemble comprenant un tourillon central 16 généralement cylindrique entouré par une virole cylindrique 17 terminée par une bride 18 à laquelle est fixée une structure de révolution 19 portant des aubes de turbine basse pression non représentées. Le palier 13 porte un roulement à rouleaux 21 qui entoure la virole cylindrique 17 de façon à assurer le maintien et le guidage en rotation de toute la partie arrière de ce rotor basse pression 14. Ce moteur comporte également un rotor haute pression 22 comprenant un tourillon haute pression 23 généralement cylindrique portant des aubes (non visibles ici) d’une turbine haute pression située en amont de la turbine basse pression. Ce tourillon haute pression 23 entoure le tourillon basse pression central 16 tout en ayant son extrémité aval entourée par la virole cylindrique 17. Comme visible sur la , la partie aval AV du rotor haute pression 22 est maintenue et guidée en rotation par un palier interarbres 26 porté par le rotor basse pression 14, les rotors 14 et 22 tournant autour d’un axe AX correspondant à l’axe longitudinal du moteur. Ce palier interarbres 26 qui s’étend dans la région interne de la virole cylindrique 17 comporte une cage 27 entourant l’extrémité aval du tourillon haute pression 23 et portant à sa face interne un roulement à rouleaux 28 qui est monté autour de l’extrémité aval du tourillon haute pression 23 pour assurer son guidage et son maintien. La cage 27 est située à l’extrémité amont d’un support 29 de révolution qui s’étend le long de la face interne de la virole 17 pour être fixé à l’embase 31 de cette virole 17, ce support 29 comprenant des colonnettes 32 s’étendant entre l’embase 31 et la cage 27. Comme visible plus clairement sur la , le palier 26 comporte encore un manchon 33 porté par la structure de révolution 19 en étant situé à l’extrémité de la virole 17 de façon à être maintenu rigidement par cette virole. Ce manchon 33 entoure la cage souple 27, en ayant un diamètre interne supérieur au diamètre externe de la cage 27 pour être séparé de celle-ci par une espace annulaire E. La cage souple 27 et le manchon 33 sont ainsi des éléments tournants faisant partie du rotor basse pression. Selon l’invention, le manchon 33 comporte un anneau interne 34 en matériau électriquement isolant, à la face interne duquel est montée une bague interne 36 cylindrique qui est électriquement conductrice qui est située radialement en vis-à-vis de la cage souple 27. La bague interne conductrice 36 est électriquement raccordée à une première extrémité d’un fil conducteur 37 pourvu d’une gaine isolante, qui longe la face interne de la virole 17 et les colonnettes 32 pour traverser la paroi du tourillon basse pression 16 ( ) au niveau d’un trou radial 38 ( ). Comme visible sur la , le tourillon 16 a une forme générale de cylindre creux, et le fil conducteur 37 longe la face interne de ce tourillon 16 pour rejoindre l’extrémité amont AM de ce tourillon 16. Dans la partie avant, comme le montre la , le tourillon 16 porte à sa face interne une batterie électrique 39, pouvant aussi être constituée par une pile, qui est raccordée à l’extrémité amont du fil conducteur 37. Comme visible sur la , l’extrémité amont du tourillon porte un cône avant 41 à l’extrémité duquel est montée une diode électroluminescente 42, qui est raccordée d’une part à la batterie 39 par un fil conducteur 43, et d’autre part à une partie métallique du tourillon 16 par l’intermédiaire d’un autre fil conducteur 44. Ainsi que le montre la , en cas de balourd important, si la cage 27 se déporte radialement et vient au contact du manchon 33, elle établit entre en contact électrique avec la bague interne 36 qui est électriquement conductrice et qui est reliée par le fil 37 à la batterie 39, de sorte que dans ce cas le circuit d’alimentation de la diode 42 se forme pour provoquer l’allumage de cette diode. Comme visible sur les figures, l’ensemble constitué de la diode 42 avec la batterie 39 et les fils conducteurs constitue un circuit électronique 45 de détection du contact de la cage 27 avec le manchon 33 qui l’entoure, qui est autonome et porté par le rotor basse pression 14. Comme représenté schématiquement sur la , une caméra 46 peut avantageusement être placée en vis-à-vis de la diode 42, en étant reliée à circuit de traitement pour commander l’émission par exemple d’un signal sonore lorsque l’allumage de la diode 42 est détecté. La caméra 46 peut aussi être une caméra à haute vitesse, de façon à identifier les instants auxquels la diode s’illumine, de manière à en déduire l’établissement du contact de la cage 27 avec le manchon 33 lorsqu’il s’agit d’un contact intermittent. Dans l’exemple de la , la diode est placée au centre de l’extrémité avant du rotor basse pression, mais elle peut aussi être portée par une autre partie du rotor basse pression, le choix de son positionnement pouvant être conditionné par l’agencement général du moteur. Dans l’exemple qui a été décrit en relation avec les figures 2 et 3, le tourillon 16 fait partie du circuit d’alimentation de la diode en constituant la masse de ce circuit. Alternativement, comme illustré sur la , l’alimentation électrique de la diode 42 ( ) ne passe pas par le corps du tourillon 16, mais par un fil conducteur de retour 47 ( ). Dans cette variante de l’invention qui apparaît de façon plus détaillée sur la , la cage souple 27 porte à sa périphérie externe un anneau externe électriquement isolant 48 qui est entouré par une bague externe conductrice 49. La bague externe 49 est électriquement reliée à une extrémité du fil de retour 47 est équipé d’une gaine électriquement isolante passe le long des colonnettes 32 pour traverser la paroi du tourillon 16 au niveau du trou radial 38. Comme visible sur la le fil de retour 47 longe la face interne du tourillon 16 en suivant sensiblement le même parcours que le fil 37, pour rejoindre la diode 42 et y être raccordé par son autre extrémité. Comme dans le cas de la , la diode est reliée à la bague interne 36 par l’intermédiaire des fils 37 et 43 raccordés à la batterie 39, de sorte que le fonctionnement est le même que dans l’exemple de la . Dans les exemples illustrés sur les figures 2 à 6, l’invention est mise en œuvre pour détecter le contact de la cage avec le manchon d’un palier interarbre. Mais l’invention peut aussi bien s’appliquer à un palier simple, tel qu’un palier supportant le tourillon basse pression 16, pour lequel la cage et le manchon sont alors portés par une partie stator du moteur, de sorte que dans ce cas, la diode est elle aussi portée par le stator du moteur. D’une manière générale, l’invention permet de détecter le contact mécanique d’une cage souple avec un manchon de palier en temps réel, sans nécessiter la mise en œuvre d’éléments d’instrumentation lourds, en assurant cette détection au moyen d’un circuit électronique autonome très simple. L’information de détection de contact mécanique est transmise par un émetteur de signal qui est une diode électroluminescante dans l’exemple des figures, mais l’émetteur de signaux peut être d’une autre nature, comme par exemple un émetteur radioélectrique à la place de la diode. Turbomachine comportant un palier (13) qui comprend une cage souple (27) recevant une bague externe d’un roulement (28), un manchon (33) entourant cette cage souple (27) en étant radialement à distance de cette cage souple (27), la cage souple (27) étant solidarisée au manchon (33) par l’intermédiaire d’un support (29) présentant une flexibilité radiale, et dans lequel : – le manchon (33) comporte un anneau électriquement isolant (34) portant à sa face interne une bague interne (36) électriquement conductrice située radialement en vis-à-vis de la cage souple (27) ; – un circuit électronique (45) est électriquement relié à la bague interne (36) et au manchon (33) pour émettre un signal lorsque le manchon (33) et la bague interne (36) sont en contact électrique l’un avec l’autre. Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle le circuit électronique (45) comporte une batterie d’alimentation électrique (39) raccordée électriquement à la bague interne (36), et un émetteur de signal raccordé électriquement à la batterie et au manchon (33). Turbomachine selon la revendication 2, dans laquelle l’émetteur de signal est une diode électroluminescente (42). Turbomachine selon la revendication 2, dans laquelle l’émetteur de signal est raccordé électriquement au manchon (33) par l’intermédiaire d’un élément mécanique métallique portant le manchon (33). Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle le palier (13) est un palier interarbre porté par un rotor basse pression (14), et dans laquelle le circuit électronique (45) est porté par ce rotor basse pression (14). Turbomachine selon la revendication 5, dans laquelle l’émetteur de signal est une diode électroluminescente (42) portée à une extrémité amont du rotor basse pression (14), et dans laquelle une caméra (46) fixe est positionnée en vis-à-vis de la diode (42). Turbomachine selon la revendication 5, dans laquelle le circuit électronique (45) est porté par le rotor basse pression (14). Turbomachine selon la revendication 2, dans laquelle le manchon comporte un anneau externe électriquement isolant (48) portant une bague externe conductrice (49), et dans laquelle l’émetteur de signal est raccordé électriquement à la bague externe conductrice (49) par un fil conducteur (47).