EP1659266A1 - Dispositif de découplage commun aux premier et deuxième paliers de l'arbre d'entraînement d'une turbomachine, et turbomachine et compresseur comprenant ledit dispositif de découplage - Google Patents

Dispositif de découplage commun aux premier et deuxième paliers de l'arbre d'entraînement d'une turbomachine, et turbomachine et compresseur comprenant ledit dispositif de découplage Download PDF

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EP1659266A1
EP1659266A1 EP05110969A EP05110969A EP1659266A1 EP 1659266 A1 EP1659266 A1 EP 1659266A1 EP 05110969 A EP05110969 A EP 05110969A EP 05110969 A EP05110969 A EP 05110969A EP 1659266 A1 EP1659266 A1 EP 1659266A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing
flange
drive shaft
turbomachine
function
Prior art date
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Granted
Application number
EP05110969A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1659266B1 (fr
Inventor
Michel Brault
Patrick Morel
Zoltan Zsiga
Gaël Bouchy
Pierre Pandelakis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1659266A1 publication Critical patent/EP1659266A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1659266B1 publication Critical patent/EP1659266B1/fr
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
    • F01D21/045—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position special arrangements in stators or in rotors dealing with breaking-off of part of rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings

Definitions

  • the invention relates to the field of turbomachines with a decoupling device common to the first and second bearings of its drive shaft.
  • a turbojet comprises, from upstream to downstream in the direction of the gas flow, a fan, one or more stages of compressors, a combustion chamber, one or more turbine stages and a gas exhaust nozzle.
  • the fan comprises a rotor provided with vanes at its periphery which, when they are rotated, drive the air into the turbojet engine.
  • the fan rotor is supported by the low pressure rotor shaft of the motor. It is centered on the axis of the turbojet engine by a first bearing which is upstream of a second bearing, connected to the fixed structure of the turbojet engine, in particular to the intermediate casing.
  • blower is mounted integral with the compressor shaft, which is the low pressure rotor shaft in a double-body engine, this shaft is designated, or any other shaft that is integral, by the single term compressor shaft.
  • the first bearing is supported by a support piece, forming a casing around the compressor shaft, oriented downstream of the first bearing and fixed to a fixed structure of the turbojet engine.
  • the second bearing is supported by a support piece also attached to a fixed structure of the turbojet engine.
  • the document FR 2, 752, 024 proposes, in order to limit such movements, to provide parts forming a false bearing for the bearing supports, which are rotated and tilted with the shaft when decoupled from the structure. fixed; it is in this case a rib, integral with the fixed structure, extending transversely to the axis of the turbojet and ending with pads surrounding the compressor shaft, or a rib surrounding the support of the first landing.
  • a rib integral with the fixed structure, extending transversely to the axis of the turbojet and ending with pads surrounding the compressor shaft, or a rib surrounding the support of the first landing.
  • the tilting of the bearing supports with the drive shaft causes considerable effort, and their inertia, and the lever arm they represent relative to the axis of the turbojet, is large.
  • the invention relates to a turbomachine, comprising a rotor with a drive shaft, centered on the axis of the turbomachine by a first and a second bearing, supported respectively by a support part of the first bearing and a part support of the second bearing, integral with one another and connected to the fixed structure of the turbomachine by a decoupling device, characterized in that it comprises means arranged to cooperate with at least one element of the fixed structure the turbomachine to ensure a dual function, rotational locking of the bearing supports and radial retention of the drive shaft in case of decoupling of the bearings.
  • the patent application FR 04 01 105 proposes to provide a circumferential rib on the compressor shaft, near the second bearing, cooperating with a flange of the fixed structure to provide an axial retention function of the blower.
  • the two bearings each have their own decoupling device, which increases its complexity.
  • said means are then arranged to provide a third function, axial retention of the rotor in case of rupture of the drive shaft.
  • the axial retention of the rotor can be done regardless of the positioning of the breaking point of the drive shaft, downstream of the first bearing, since the support parts of the first and second bearings are integral.
  • the means are arranged on the second bearing support piece.
  • said means are arranged not to hinder the longitudinal movements of the drive shaft during the decoupling kinematics.
  • the invention also relates to a decoupling device between a fixed structure of the turbomachine presented above and a first and a second parts, integral with each other and forming supports of a first and second bearings of the drive shaft of the rotor of the turbomachine, characterized in that it comprises means arranged to cooperate with at least one element of the fixed structure of the turbomachine to ensure a dual function of locking in rotation of the supports of bearings and radial retention of the drive shaft in case of decoupling of the bearings.
  • the invention also relates to a turbomachine compressor, comprising a rotor with a drive shaft, centered on the axis of the turbomachine by a first and a second bearing, supported respectively by a support part of the first bearing and a support piece of the second tier, in solidarity with one another and connected to the fixed structure of the turbomachine by a decoupling device, characterized by the fact that it comprises means arranged to cooperate with at least one element of the fixed structure of the turbomachine to ensure a dual function of locking in rotation of the bearing supports and radial retention of the drive shaft in case of decoupling of the bearings.
  • the turbomachine is here a turbojet engine 1 which comprises, in its first embodiment, a rotor, not shown, called a fan, which comprises vanes extending radially around the axis 2 of the turbojet engine.
  • the fan shaft is fixed downstream of the blades to the compressor shaft 3. Upstream and downstream means upstream and downstream in the direction of the gas flow. This is the low pressure compressor shaft.
  • the assembly of the shaft of the fan and of the compressor shaft 3, as well as any other shaft integral thereto, will be designated hereinafter by compressor shaft 3, or drive shaft 3.
  • the shaft compressor 3 is supported by a first bearing 4 and a second bearing 5, located downstream of the first bearing 4.
  • the first bearing 4 comprises an inner ring 6 and an outer ring 7, between which are mounted balls 8 or other rolling members.
  • the inner ring 6 is mounted integral with the compressor shaft 3 and the outer ring 7 integral with a support part 9 of the first bearing, hereinafter referred to as the support of the first bearing 9.
  • the support of the first bearing 9 extends, from the first level 4, downstream. It is generally of frustoconical shape, its diameter increasing downstream, and is connected downstream to the fixed structure of the turbojet 1, as will be seen later.
  • the balls 8 allow the rotation of the inner ring 6, therefore of the compressor shaft 3, with respect to the outer ring 7, thus to the support of the first bearing 9 and to the fixed structure of the turbojet engine 1.
  • the second bearing 5 comprises an inner ring 10 and an outer ring 11, between which are mounted rollers 12 or other rolling members.
  • the inner ring 10 is mounted integral with the compressor shaft 3 and the outer ring 11 is mounted integral with a support part 13 of the second bearing, hereinafter referred to as the support of the second bearing 13, which extends from the second tier 5, upstream.
  • the outer ring 11 of the second bearing 5 comprises for this purpose, on its outer face, a radial flange 14 fixed to an internal flange of the support of the second bearing 13 by screws 15.
  • the support of the second bearing 13 is generally of frustoconical shape, its diameter increasing upstream and comprises, at its upstream end, a flange 16 transverse to the axis 2 of the turbojet engine.
  • the support of the first bearing 9 comprises, at its downstream end, a flange 17 transversely extending radially inwards, on which is fixed, for example by means of screws 18, the flange 16 of the support of the second bearing 13
  • the supports 9, 13 of the first and second bearings 4, 5 are thus integral with each other.
  • the flange 17 of the support of the first bearing 9 is fixed to the fixed structure of the turbojet engine 1, in this case to a flange 19 of a casing, said intermediate casing, by fusible screws 20, situated outside with respect to the fixing screws 18 supports of the first and second bearings 9, 13.
  • These fusible screws 20 comprise a fusible portion 21 forming a preferred tensile break zone, calibrated so as to break in the event of determined tensile forces.
  • This fusible portion 21 is here obtained by calibrated thinning of the screw rod 20.
  • the screws 20 thus form a common decoupling device of the first and second bearings 4, 5, which are integral with the fixed structure of the turbojet engine 1.
  • the rollers 12 of the second bearing 5 are mounted parallel to the axis 2 of the turbojet engine 1, in a groove extending around the circumference of the inner ring 10, and are held spaced from each other by a squirrel cage, of which the description will not be detailed here because it is well known to those skilled in the art. They allow the rotation of the inner ring 10 with respect to the outer ring 11, and therefore via the compressor shaft 3 with respect to the fixed structure of the turbojet engine 1.
  • a flange 22 of generally frustoconical shape From the flange 19 of the intermediate casing extends, downstream of the support of the second bearing 13, radially inwards and slightly downstream, a flange 22 of generally frustoconical shape, its diameter decreasing downstream .
  • a ring 23 of L-shaped section On the flange radial 14 of the outer ring 11 of the second bearing 5 is fixed at its outer end, a ring 23 of L-shaped section, cooperating with the fixed structure of the turbojet 1 to fulfill here a dual function, radial retention of the compressor shaft 3 in case of decoupling the bearings 4, 5 and axial retention of the fan in the event of rupture of the compressor shaft 3.
  • This ring 23 is in this case formed in one piece with the radial flange 14 and comprises a longitudinal portion 24, forming the large bar of the L-shaped section, extending downstream from the outer end of the radial flange 14, and a radial portion 25, extending radially outwardly from the downstream end of the longitudinal portion 24.
  • the ring 23 of L-shaped section is arranged to cooperate with the end portion 26 of the internal flange 22 to ensure its dual function, radial retention of the compressor shaft 3 by its longitudinal portion 24, axial retention of the blower by its radial portion 25.
  • the outer wall of the longitudinal portion 24 of the ring 23 is located at a distance "e" from the inner wall of the end portion 26 of the flange 22, distance "e” calibrated so that these two walls come into contact, in case of decoupling of the bearings, if the radial amplitude of the movements of the compressor shaft 3 exceeds a certain threshold; the movements of the shaft 3 being thus limited, the movements of the fan are limited.
  • the radial portion of the upstream wall 25 of the ring 23 is located at a distance "1" from the downstream wall of the end portion 26 of the flange 22, distance "1" calibrated so that these two walls come into contact, in case of breakage of the compressor shaft 3, to ensure an axial retention function of the fan. It can be noted that the rupture can take place at any point on the compressor shaft 3, downstream of the first bearing 4. In fact, assuming that the bearings 4, 5 are decoupled and that the compressor shaft 3 broken between the two bearings 4, 5, the fan, which continues to rotate, is driven forward with the portion of the compressor shaft 3 which is still secured to it.
  • This portion drives the first bearing 4 forward and therefore, by solidarity of the parts, the support of the first bearing 9, the support of the second bearing 13, the radial flange 14 of the outer ring 11 of the second bearing 5 and thus the ring 23 with L section, the radial portion 25 abuts against the end portion of the flange 22 secured to the fixed structure of the turbojet engine 1.
  • the fan is thus retained.
  • the same is true in the event of a break downstream of the second bearing, the entire portion of the compressor shaft 3 located between the two bearings 4, 5 then being driven forwardly with the ring 23 of the radial flange 14 of the second bearing 5.
  • the distances "1" and “e” are calibrated so that the radial portion 25 of the ring 23 does not abut against the end portion 26 of the flange 22 during the decoupling phase. Indeed, during this phase, the compressor shaft 3 does not rotate on its axis and can perform movements with longitudinal components. In particular, during the breakage of a blade, the unbalance caused translates, temporarily, by a rotational movement of the compressor shaft 3 around the first fusible screw 20 which breaks.
  • the distance "1" is sufficiently large so that the stop of the radial portion 25 of the ring 23 on the flange 22 does not occur in normal operation of the turbojet 1 or during a decoupling phase.
  • Anti-rotation fingers 27 are also arranged on the support of the second bearing 13. They extend longitudinally rearwards from the screws 18 for fixing the supports 9, 13 of the first and second bearings 4, 5 between them. These fingers 27 extend through orifices 28 formed in the flange 22 and cooperate with them, in case of decoupling the bearings 4, 5, to prevent the rotation of the supports of the bearings 9, 13, and therefore the outer rings of the first and second bearings 4, 5, about the axis 2 of the turbojet engine 1; the fingers 27 then come into abutment against the walls of the orifices 28 of the flange 22, which is integral with the fixed structure of the turbojet engine 1. A clearance is provided between the fingers 27 and their orifices 28 of passage, so as not to disturb the dual function of the ring 23 L-section and do not hinder the decoupling kinematics.
  • the induced forces cause the rupture of the fusible screws 20 for fixing the supports 9, 13 of the first and second bearings 4, 5 to the fixed structure of the turbojet 1, at their fuse portion 21.
  • the fusible portion 21 of the screws 20 form a preferred zone of tensile rupture, while the unbalance the compressor shaft 3 is essentially radial; in fact, the radial forces on tree 3 translate into level of the screws 20 by longitudinal forces, in particular through the support of the first bearing 9.
  • the movements of the compressor shaft 3 are radially limited by the cooperation of the longitudinal portion 24 of the L-shaped section ring 23 with the end portion 26 of the flange 22.
  • the portion radial 25 of the ring 23 does not interfere with this decoupling kinematics due to the calibration of the distance "1".
  • the support of the first bearing 9 and the support of the second bearing 13 are decoupled from the flange 19 of the intermediate casing and thus from the fixed structure of the turbojet engine 1.
  • the forces related to the unbalance are not more then transmitted to the latter by the bearing supports 9, 13 and the compressor shaft 3 can freely rotate on its axis 2, its movements being radially limited by the ring 23 of L-section cooperating with the flange 22.
  • the supports Bearings 9, 13 are locked in rotation by the anti-rotation fingers 27 previously described.
  • the ring 23 L-shaped section and the anti-rotation fingers 27 fill, in cooperation with the flange 22, a function of emergency bearing support, since they fulfill a function of radial retention of the shaft of the compressor 3, with a piece, the ring 23, integral with the outer ring 11 of the second bearing 5, locked in rotation about the axis 2 of the turbojet engine via the support of the second bearing 5 and allowing the rotation of the compressor shaft 3.
  • the ring 23 and anti-rotation fingers 27 are arranged to fill, with the flange 22, a backup bearing support function, further ensuring an axial retention function of the fan.
  • the turbojet engine 1 ' also comprises, in its second embodiment, a fan, rotatably mounted around the axis 2 'of the turbojet engine and driven by a shaft 3 ', which is the compressor shaft 3', supported by a first bearing 4 'and a second bearing 5', located downstream of the first bearing 4 '.
  • the first bearing 4 ' comprises an inner ring 6', integral with the drive shaft 3 ', and an outer ring 7', integral with a support of the first bearing 9 ', between which are mounted balls 8' or other running gear.
  • the support of the first bearing 9 ' extends downstream, where it comprises a downstream flange 17' fixed to a flange 19 'of the intermediate casing by fusible screws 20' forming a device for decoupling the bearings 4 ', 5', thanks to their fusible portion 21 'forming a preferred zone of tensile rupture.
  • the second bearing 5 ' comprises an inner ring 10', integral with the compressor shaft 3 ', and an outer ring 11', integral with a support of the second bearing 13 ', between which are mounted rollers 12' or the like running gear.
  • the outer ring 11 ' is fixed to the support of the second bearing 13' by means of a radial flange 14 'projecting from its outer wall, using screws 15'.
  • the support of the second bearing 13 ' slightly frustoconical, comprises, at its upstream outer end, a flange 16' fixed on the downstream flange 17 'of the support of the first bearing 13' by screws 18 ', in the internal position relative to the 20 'fuse screws.
  • This flange 29 ' comprises, from the flange 19' of the intermediate casing to the flange 14 'of the outer ring 11', a portion 30 'transverse to the axis of the turbojet engine and a portion 31' of section U-shaped , with a longitudinal outer branch 32 ', a transverse base 33' and a longitudinal inner leg 34 ', the base 33' of the U being located on the downstream side.
  • the portion 31 'of U-shaped section hereinafter referred to as U' portion 31 ', extends between the inner end of the transverse portion 30' and the outer end of the radial flange 14 'of the ring 11 of which it is solidary.
  • section 31 'of U-shaped section which here provides the triple function of locking rotation of the bearing supports 9', 13 'and radial retention of the compressor shaft 3' during the decoupling of bearings 4 ', 5', and axial retention of the fan, in case of rupture of the compressor shaft 3 '.
  • the flange 29 ' has no influence on the normal operation of the turbojet engine 1'.
  • the portion 31 'in U is calibrated so as to have a certain radial flexibility, which is obtained by elasticity between its two branches 32', 34 ', but having sufficient strength to provide a radial retention function of the 'compressor shaft 3' during the decoupling kinematics of the bearings 4 ', 5'.
  • This portion 31 ' is also torsionally rigid, in order to ensure a rotational locking function of the bearing supports 9', 13 ', and therefore of the outer rings of the first and second bearings 4', 5 ', through the support of the second bearing 13 ', which it is secured by the flange 14' of the outer ring of the second bearing 5 '.
  • this portion is calibrated so as to have a certain axial flexibility, in this case a greater flexibility than the radial flexibility so as not to hinder the longitudinal movements of the drive shaft during the decoupling kinematics of the bearings 4 ', 5', but a sufficient resistance to ensure an axial retention function of the fan in case of rupture of the compressor shaft 3 '.
  • the rotational locking function of the bearing supports 9 ', 13' is here ensured by the flange 29 ', without anti-rotation fingers.
  • the flange 29 'thus provides, in particular thanks to its U-shaped section, a support bearing support function of the second bearing 5', since it ensures the radial retention of the compressor shaft, which can rotate relative to the outer ring 11 ', locked in rotation. It also provides a function of axial retention of the fan in case of breakage of the compressor shaft 3 '.
  • the axial retention of the fan occurs in the event of rupture of the compressor shaft 3 'at any point of this shaft 3', provided that this point is located downstream of the first level 4 '.
  • This portion drives the first bearing 4 'forward and therefore, by solidarity of the parts, the support of the first bearing 9', the support of the second bearing 13 ', the radial flange 14' of the outer ring 11 'of the second bearing and therefore the flange 29 'with its portion 31' U, which holds the assembly.
  • the blower is thus retained. The same is true in case of break downstream of the second bearing 5 '.
  • the turbojet 1 also comprises, in its second embodiment, a blower , rotatably mounted around the axis 2 "of the turbojet and driven by a drive shaft 3", which is the compressor shaft 3 ", supported by a first bearing 4" and a second bearing 5 ", located downstream
  • the first bearing 4 has an inner ring 6", integral with the drive shaft 3 ", and an outer ring 7", integral with a support of the first bearing 9 ", between which are mounted on balls 8 "or other rolling members
  • the support of the first bearing 9 of generally frustoconical shape, extends downstream, where it comprises a downstream flange 17 "fixed to a flange 19" of the intermediate casing by fusible screws 20 “forming a device for decoupling the bearings 4 ', 5 ', thanks to their fusible portion 21 "forming a preferred zone of rupture in tension.
  • the second bearing 5 “comprises an inner ring 10", integral with the compressor shaft 3 ", and an outer ring 11", integral with a support of the second bearing 13 ", between which are mounted rollers 12" or other running gear.
  • the outer ring 11 is fixed to the support of the second bearing 13" with a radial flange 14 "projecting on its outer wall, using screws 15".
  • the support of the second bearing 13 “ slightly frustoconical, comprises, at its upstream outer end, an external flange 16", fixed on the downstream flange 17 “of the support of the first bearing 13” by screws 18 ", in the inner position relative to the 20 “fusible screws.
  • the outer flange 16 "of the support of the second bearing 13" is fixed on the flange 17 “of the support of the first bearing 9" so that its outer edge has a radial clearance "E” with the inner wall of the flange 19 " of the intermediate casing, upstream of the rib 35 ", in order to cooperate with it to ensure, by stop, a radial retention function of the compressor shaft 3" in case of decoupling the bearings 4 ', 5'.
  • the anti-rotation fingers 27 “have, on their projecting portion on the downstream side of the rib 35", a flange 36 ", located at a distance” L “from the downstream wall of the rib 35", in order to ensure axial retention function of the fan in case of rupture of the compressor shaft 3 ".
  • the rupture of the compressor shaft 3 " can occur at any point on the compressor shaft 3", provided that it is located downstream 4 ", 5" decoupled bearings, if the compressor shaft 3 "breaks between the two bearings 4", 5 ", the fan, which continues to rotate, is driven forward with the portion of the compressor shaft 3 "which is still integral with it.This portion drives the first bearing 4" forward and therefore, by solidarity of the parts, the support of the first bearing 9 ", the support of the second bearing 13 “And thus the fingers 27" with their flange 36 ", which abut against the rib 35" and hold the assembly.The blower is thus retained.It is the same in case of rupture downstream of the second bearing 5 " .
  • the invention has been described, in its three embodiments, in relation to a turbojet engine, in particular a double-body turbojet engine whose second bearing is a bearing supporting the low-pressure rotor.
  • the invention applies to other types of turbomachines, such as a turboprop, an industrial turbocharger or an industrial turbine, the rotor is not then a fan rotor but simply a rotor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

L'invention concerne une turbomachine, comportant un rotor avec un arbre d'entraînement (3), centré sur l'axe (2) de la turbomachine par un premier (4) et un deuxième (5) paliers, supportés respectivement par une pièce support du premier palier (9) et une pièce support du deuxième palier (13), solidaires l'une de l'autre et reliées à la structure fixe de la turbomachine par un dispositif de découplage (20).
Cette turbomachine comporte des moyens (23, 27) agencés pour coopérer avec au moins un élément (22) de la structure fixe de la turbomachine pour assurer une double fonction, de blocage en rotation des supports de paliers (9, 13) et de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3) en cas de découplage des paliers.

Description

  • L'invention concerne le domaine des turbomachines avec un dispositif de découplage commun aux premier et deuxième paliers de son arbre d'entraînement.
  • Un turboréacteur comprend, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines et une tuyère d'échappement des gaz. La soufflante comporte un rotor pourvu d'aubes à sa périphérie qui, lorsqu'elles sont mises en rotation, entraînent l'air dans le turboréacteur. Le rotor de soufflante est supporté par l'arbre du rotor basse pression du moteur. Il est centré sur l'axe du turboréacteur par un premier palier qui est en amont d'un deuxième palier, reliés à la structure fixe du turboréacteur, notamment au carter intermédiaire.
  • Dans la suite de la description, dans la mesure où la soufflante est montée solidaire de l'arbre du compresseur, qui est l'arbre du rotor basse pression dans un moteur à double corps, on désigne cet arbre, ou tout autre arbre qui lui est solidaire, par l'unique terme arbre du compresseur.
  • Le premier palier est supporté par une pièce de support, formant une enveloppe autour de l'arbre du compresseur, orientée vers l'aval du premier palier et fixée à une structure fixe du turboréacteur. Le deuxième palier est supporté par une pièce de support fixée également à une structure fixe du turboréacteur.
  • Il peut se produire, accidentellement, la perte d'une aube de soufflante. Il s'ensuit un balourd important sur l'arbre du compresseur, qui entraîne des charges et des vibrations sur les paliers, transmises par leurs pièces de support aux structures fixes du turboréacteur, qui doivent être dimensionnées en conséquence.
  • Ce dimensionnement entraîne des surcoûts et augmente la masse du turboréacteur. Afin de les réduire on peut, comme dans le brevet FR 2, 752, 024, proposer un système de découplage des paliers. Les pièces de support du premier palier et du deuxième palier, en l'espèce solidaires l'une de l'autre, sont fixées à la structure du turboréacteur par des vis dites fusibles, comportant une portion affaiblie entraînant leur rupture en cas d'efforts trop importants. Ainsi, à l'apparition d'un balourd sur l'arbre du compresseur, les efforts induits sur les paliers sont transmis aux vis fusibles qui cassent, découplant les pièces de support des paliers de la structure fixe du turboréacteur. Les efforts provoqués par le balourd ne sont plus transmis à la structure fixe du turboréacteur par ces pièces de support.
  • Une fois les supports de paliers découplés de la structure fixe du turboréacteur, des mouvements radiaux importants de l'arbre du compresseur se produisent. Le document FR 2, 752, 024 propose, afin de limiter de tels mouvements, de prévoir des pièces formant faux palier pour les supports de paliers, qui sont entraînés en rotation et en basculement avec l'arbre lorsqu'ils sont découplés de la structure fixe ; il s'agit en l'espèce d'une nervure, solidaire de la structure fixe, s'étendant transversalement à l'axe du turboréacteur et se terminant par des patins entourant l'arbre du compresseur, ou d'une nervure entourant le support du premier palier. Toutefois, le basculement des supports des paliers avec l'arbre d'entraînement provoque des efforts considérables, et leur inertie, ainsi que le bras de levier qu'ils représentent par rapport à l'axe du turboréacteur, est grand. Il est donc souhaitable de mettre en place, sur un turboréacteur avec un dispositif de découplage, un support de palier de secours plutôt qu'un palier de secours, ou faux palier, pour les supports de palier. Autrement dit, il est souhaitable de remplacer le faux palier que constitue la nervure du document FR 2, 752, 024, qui est un faux palier sur lequel prennent appui les pièces supports de paliers, par un support de palier de secours, coopérant avec les bagues extérieures des paliers, qui serait donc plus proche des paliers et de l'axe du turboréacteur.
  • C'est ainsi que l'invention concerne une turbomachine, comportant un rotor avec un arbre d'entraînement, centré sur l'axe de la turbomachine par un premier et un deuxième paliers, supportés respectivement par une pièce support du premier palier et une pièce support du deuxième palier, solidaires l'une de l'autre et reliées à la structure fixe de la turbomachine par un dispositif de découplage, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens agencés pour coopérer avec au moins un élément de la structure fixe de la turbomachine pour assurer une double fonction, de blocage en rotation des supports de paliers et de rétention radiale de l'arbre d'entraînement en cas de découplage des paliers.
  • Les fonctions de blocage en rotation des supports de paliers et de rétention radiale de l'arbre d'entraînement, combinées, remplissent bien une fonction de support de palier de secours.
  • Par ailleurs, après le découplage des paliers, il existe un risque de rupture de l'arbre du compresseur, qui entraînerait une fuite en avant de la soufflante. Pour pallier un tel danger, la demande de brevet FR 04 01 105 propose de prévoir une nervure circonférentielle sur l'arbre du compresseur, à proximité du deuxième palier, coopérant avec un flasque de la structure fixe pour assurer une fonction de retenue axiale de la soufflante. Cependant, en cas de rupture de l'arbre du compresseur en amont de cette nervure, la fonction de retenue n'est pas assurée. En outre, dans ce turboréacteur, les deux paliers possèdent chacun leur propre dispositif de découplage, ce qui augmente sa complexité.
  • Avantageusement, lesdits moyens sont alors agencés pour assurer une troisième fonction, de retenue axiale du rotor en cas de rupture de l'arbre d'entraînement.
  • Ainsi, la retenue axiale du rotor peut se faire quelque soit le positionnement du point de rupture de l'arbre d'entraînement, en aval du premier palier, puisque les pièces support des premier et deuxième palier sont solidaires.
  • De préférence, les moyens sont agencés sur la deuxième pièce support de palier.
  • De préférence encore, lesdits moyens sont agencés pour ne pas gêner les mouvements longitudinaux de l'arbre d'entraînement pendant la cinématique de découplage.
  • L'invention concerne également un dispositif de découplage entre une structure fixe de la turbomachine présentée ci-dessus et une première et une deuxième pièces, solidaires l'une de l'autre et formant supports d'un premier et d'un deuxième paliers de l'arbre d'entraînement du rotor de la turbomachine, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens agencés pour coopérer avec au moins un élément de la structure fixe de la turbomachine pour assurer une double fonction, de blocage en rotation des supports de paliers et de rétention radiale de l'arbre d'entraînement en cas de découplage des paliers.
  • L'invention concerne encore un compresseur de turbomachine, comportant un rotor avec un arbre d'entraînement, centré sur l'axe de la turbomachine par un premier et un deuxième paliers, supportés respectivement par une pièce support du premier palier et une pièce support du deuxième palier, solidaires l'une de l'autre et reliées à la structure fixe de la turbomachine par un dispositif de découplage, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens agencés pour coopérer avec au moins un élément de la structure fixe de la turbomachine pour assurer une double fonction, de blocage en rotation des supports de paliers et de rétention radiale de l'arbre d'entraînement en cas de découplage des paliers.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la turbomachine de l'invention, en référence aux planches annexées, sur lesquelles :
    • la figure 1 représente une vue en coupe axiale schématique d'une première forme de réalisation de la turbomachine de l'invention ;
    • la figure 2 représente une vue en coupe axiale schématique d'une deuxième forme de réalisation de la turbomachine de l'invention et
    • la figure 3 représente une vue en coupe axiale schématique d'une troisième forme de réalisation de la turbomachine de l'invention.
  • En référence à la figure 1, la turbomachine est ici un turboréacteur 1 qui comprend, dans sa première forme de réalisation, un rotor, non représenté, nommé soufflante, qui comporte des aubes s'étendant radialement autour de l'axe 2 du turboréacteur. L'arbre de soufflante est fixé, en aval des aubes, à l'arbre du compresseur 3. Par amont et aval, on entend amont et aval dans le sens de l'écoulement des gaz. Il s'agit ici de l'arbre du compresseur basse pression. On désignera dans la suite l'ensemble de l'arbre de la soufflante et de l'arbre du compresseur 3, ainsi que tout autre arbre qui lui est solidaire, par arbre du compresseur 3, ou arbre d'entraînement 3. L'arbre du compresseur 3 est supporté par un premier palier 4 et un deuxième palier 5, situé en aval du premier palier 4.
  • Le premier palier 4 comporte une bague interne 6 et une bague externe 7, entre lesquelles sont montées des billes 8 ou autres organes de roulement. La bague interne 6 est montée solidaire de l'arbre du compresseur 3 et la bague externe 7 solidaire d'une pièce 9 support du premier palier, nommée dans la suite support du premier palier 9. Le support du premier palier 9 s'étend, à partir du premier palier 4, vers l'aval. Il est globalement de forme tronconique, son diamètre augmentant vers l'aval, et est relié en aval à la structure fixe du turboréacteur 1, comme on le verra plus loin. Les billes 8 autorisent la rotation de la bague interne 6, donc de l'arbre du compresseur 3, par rapport à la bague externe 7, donc au support du premier palier 9 et à la structure fixe du turboréacteur 1.
  • Le deuxième palier 5 comporte une bague interne 10 et une bague externe 11, entre lesquelles sont montés des rouleaux 12 ou autres organes de roulement. La bague interne 10 est montée solidaire de l'arbre du compresseur 3 et la bague externe 11 est montée solidaire d'une pièce 13 support du deuxième palier, nommée ci-après support du deuxième palier 13, qui s'étend, à partir du deuxième palier 5, vers l'amont. La bague externe 11 du deuxième palier 5 comporte à cet effet, sur sa face externe, une bride radiale 14, fixée à une bride interne du support du deuxième palier 13 par des vis 15.
  • Le support du deuxième palier 13 est globalement de forme tronconique, son diamètre augmentant vers l'amont et comporte, à son extrémité amont, une bride 16 transversale à l'axe 2 du turboréacteur. Le support du premier palier 9 comporte, à son extrémité aval, une bride 17 transversale s'étendant radialement vers l'intérieur, sur laquelle est fixée, par exemple à l'aide de vis 18, la bride 16 du support du deuxième palier 13. Les supports 9, 13 des premier et deuxième paliers 4, 5 sont ainsi solidaires l'un de l'autre.
  • La bride 17 du support du premier palier 9 est fixée à la structure fixe du turboréacteur 1, ici à une bride 19 d'un carter dit carter intermédiaire, par des vis fusibles 20, situées à l'extérieur par rapport aux vis 18 de fixation des supports des premier et deuxième paliers 9, 13. Ces vis fusibles 20 comportent une portion fusible 21 formant une zone privilégiée de rupture en traction, calibrée de façon à casser en cas d'efforts de traction déterminés. Cette portion fusible 21 est ici obtenue par amincissement calibré de la tige des vis 20. Les vis 20 forment ainsi un dispositif de découplage commun des premier et deuxième paliers 4, 5, qui sont solidaires, de la structure fixe du turboréacteur 1.
  • Les rouleaux 12 du deuxième palier 5 sont montés parallèles à l'axe 2 du turboréacteur 1, dans une rainure s'étendant à la circonférence de la bague interne 10, et sont tenus espacés les uns des autres par une cage d'écureuil, dont la description ne sera pas ici détaillée car elle est bien connue de l'homme du métier. Ils permettent la rotation de la bague interne 10 par rapport à la bague externe 11, et donc par leur intermédiaire de l'arbre du compresseur 3 par rapport à la structure fixe du turboréacteur 1.
  • A partir de la bride 19 du carter intermédiaire s'étend, en aval du support du deuxième palier 13, radialement vers l'intérieur et légèrement vers l'aval, un flasque 22, de forme globalement tronconique, son diamètre diminuant vers l'aval. Sur la bride radiale 14 de la bague externe 11 du deuxième palier 5 est fixée, à son extrémité externe, une bague 23 de section en forme de L, coopérant avec la structure fixe du turboréacteur 1 pour remplir ici une double fonction, de rétention radiale de l'arbre du compresseur 3 en cas de découplage des paliers 4, 5 et de retenue axiale de la soufflante en cas de rupture de l'arbre du compresseur 3. Cette bague 23 est en l'espèce formée d'une seule pièce avec la bride radiale 14 et comporte une portion longitudinale 24, formant la grande barre de la section en forme de L, s'étendant vers l'aval à partir de l'extrémité externe de la bride radiale 14, et une portion radiale 25, s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de l'extrémité aval de la portion longitudinale 24.
  • La bague 23 de section en forme de L est agencée pour coopérer avec la portion d'extrémité 26 interne du flasque 22 pour assurer sa double fonction, de rétention radiale de l'arbre du compresseur 3 par sa portion longitudinale 24 , de retenue axiale de la soufflante par sa portion radiale 25.
  • A cet effet, la paroi externe de la portion longitudinale 24 de la bague 23 se situe à une distance "e" de la paroi interne de la portion d'extrémité 26 du flasque 22, distance "e" calibrée de façon à ce que ces deux parois rentrent en contact, en cas de découplage des paliers, si l'amplitude radiale des mouvements de l'arbre du compresseur 3 dépasse un certain seuil ; les mouvements de l'arbre 3 étant ainsi limités, les mouvements de la soufflante sont limités. En fonctionnement normal du turboréacteur 1, il n'y a pas de contact entre la paroi de la portion longitudinale 24 de la bague 23 et le flasque 22.
  • En outre, la paroi amont de portion radiale 25 de la bague 23 se situe à une distance "1" de la paroi aval de la portion d'extrémité 26 du flasque 22, distance "1" calibrée de façon à ce que ces deux parois rentrent en contact, en cas de rupture de l'arbre du compresseur 3, pour assurer une fonction de retenue axiale de la soufflante. On peut noter que la rupture peut intervenir en n'importe quel point de l'arbre du compresseur 3, en aval du premier palier 4. En effet, à supposer que les paliers 4, 5 soient découplés et que l'arbre du compresseur 3 casse entre les deux paliers 4, 5, la soufflante, qui continue de tourner, est entraînée vers l'avant avec la portion de l'arbre du compresseur 3 qui lui est encore solidaire. Cette portion entraîne le premier palier 4 vers l'avant et donc, par solidarité des pièces, le support du premier palier 9, le support du deuxième palier 13, la bride radiale 14 de la bague externe 11 du deuxième palier 5 et donc la bague 23 à section en L, dont la portion radiale 25 vient en butée contre la portion d'extrémité du flasque 22, solidaire de la structure fixe du turboréacteur 1. La soufflante est ainsi retenue. Il en va de même en cas de rupture en aval du deuxième palier, toute la portion de l'arbre du compresseur 3 située entre les deux paliers 4, 5 étant alors entraînée vers l'avant avec la bague 23 de la bride radiale 14 du deuxième palier 5.
  • Les distances "1" et "e" sont calibrées de façon à ce que la portion radiale 25 de la bague 23 ne viennent pas en butée contre la portion d'extrémité 26 du flasque 22 pendant la phase de découplage. En effet, pendant cette phase, l'arbre du compresseur 3 ne tourne pas sur son axe et peut effectuer des mouvements avec des composantes longitudinales. En particulier, lors de la rupture d'une aube, le balourd occasionné se traduit, de manière temporaire, par un mouvement de rotation de l'arbre du compresseur 3 autour de la première vis fusible 20 qui casse. La distance "1" est suffisamment grande pour que la butée de la portion radiale 25 de la bague 23 sur le flasque 22 ne se fasse pas, en fonctionnement normal du turboréacteur 1 ou pendant une phase de découplage.
  • Des doigts 27 anti-rotation sont en outre agencés sur le support du deuxième palier 13. Ils s'étendent longitudinalement vers l'arrière à partir des vis 18 de fixation des supports 9, 13 des premier et deuxième paliers 4, 5 entre eux. Ces doigts 27 s'étendent à travers des orifices 28 ménagés dans le flasque 22 et coopèrent avec eux, en cas de découplage des paliers 4, 5, pour empêcher la rotation des supports des paliers 9, 13, et donc des bagues externes des premier et deuxième paliers 4, 5, autour de l'axe 2 du turboréacteur 1 ; les doigts 27 viennent alors en effet en butée contre les parois des orifices 28 du flasque 22, qui est solidaire de la structure fixe du turboréacteur 1. Un jeu est prévu entre les doigts 27 et leurs orifices 28 de passage, afin de ne pas perturber la double fonction de la bague 23 à section en L et ne pas entraver la cinématique de découplage.
  • Le fonctionnement du turboréacteur 1 lors de la perte d'une aube de soufflante va maintenant être expliqué plus en détails.
  • La perte d'une aube en cours de fonctionnement du turboréacteur 1, donc en cours de rotation de la soufflante, provoque un balourd sur l'arbre du compresseur 3. Les efforts induits provoquent la rupture des vis fusibles 20 de fixation des support 9, 13 des premier et deuxième paliers 4, 5 à la structure fixe du turboréacteur 1, au niveau de leur portion fusible 21. En l'occurrence, la portion fusible 21 des vis 20 forme une zone privilégiée de rupture en traction, alors que le balourd de l'arbre du compresseur 3 est essentiellement radial ; en fait, les efforts radiaux sur l'arbre 3 se traduisent au niveau des vis 20 par des efforts longitudinaux, par le biais notamment du support du premier palier 9.
  • Durant toute la cinématique de découplage, les mouvements de l'arbre du compresseur 3 sont radialement limités par la coopération de la portion longitudinale 24 de la bague 23 à section en forme de L avec la portion d'extrémité 26 du flasque 22. La portion radiale 25 de la bague 23 n'interfère pas sur cette cinématique de découplage du fait du calibrage de la distance "1".
  • Une fois l'ensemble des vis fusibles 20 cassées, le support du premier palier 9 et le support du deuxième palier 13 sont découplés de la bride 19 du carter intermédiaire et donc de la structure fixe du turboréacteur 1. Les efforts liés au balourd ne sont plus alors transmis à cette dernière par les supports de paliers 9, 13 et l'arbre du compresseur 3 peut librement tourner sur son axe 2, ses mouvements étant radialement limités par la bague 23 à section en L coopérant avec le flasque 22. Les supports de paliers 9, 13 sont bloqués en rotation par les doigts anti-rotation 27 précédemment décrits. Ainsi, la bague 23 à section en forme de L et les doigts anti-rotation 27 remplissent, en coopération avec le flasque 22, une fonction de support de palier de secours, puisqu'ils remplissent une fonction de rétention radiale de l'arbre du compresseur 3, avec une pièce, la bague 23, solidaire de la bague extérieure 11 du deuxième palier 5, bloquée en rotation autour de l'axe 2 du turboréacteur par l'intermédiaire du support du deuxième palier 5 et autorisant la rotation de l'arbre du compresseur 3.
  • Toutefois, à la suite de la perte d'une aube, une rupture de l'arbre de compresseur 3 peut survenir. Dans ce cas, la rotation de la soufflante entraîne l'arbre du compresseur 3, qui lui est solidaire, vers l'avant. La portion radiale 25 de la bague 23 à section en L assure alors une fonction de retenue axiale de la soufflante, comme on l'a vu plus haut. La soufflante n'est donc pas expulsée en dehors du turboréacteur 1.
  • Ainsi, la bague 23 et les doigts anti-rotation 27 sont agencés pour remplir, avec le flasque 22, une fonction de support de palier de secours, assurant de surcroît une fonction de retenue axiale de la soufflante.
  • En référence à la figure 2, où les références désignant des organes semblables à ceux de la figure 1 sont désignés avec le même nombre et un symbole "prime", le turboréacteur 1' comprend également, dans sa deuxième forme de réalisation, une soufflante, montée rotative autour de l'axe 2' du turboréacteur et entraînée par un arbre d'entraînement 3', qui est l'arbre du compresseur 3', supporté par un premier palier 4' et un deuxième palier 5', situé en aval du premier palier 4'. Le premier palier 4' comporte une bague interne 6', solidaire de l'arbre d'entraînement 3', et une bague externe 7', solidaire d'un support du premier palier 9', entre lesquelles sont montés des billes 8' ou autres organes de roulement. Le support du premier palier 9', de forme globalement tronconique, s'étend vers l'aval, où il comporte une bride aval 17' fixée à une bride 19' du carter intermédiaire par des vis fusibles 20' formant un dispositif de découplage des paliers 4', 5', grâce à leur portion fusible 21' formant une zone privilégiée de rupture en traction.
  • Le deuxième palier 5' comporte une bague interne 10', solidaire de l'arbre du compresseur 3', et une bague externe 11', solidaire d'un support du deuxième palier 13', entre lesquelles sont montés des rouleaux 12' ou autres organes de roulement. La bague externe 11' est fixée au support du deuxième palier 13' grâce à une bride radiale 14' en saillie sur sa paroi externe, à l'aide de vis 15'.
  • Le support du deuxième palier 13', légèrement tronconique, comporte, à son extrémité externe amont, une bride 16', fixée sur la bride aval 17' du support du premier palier 13' par des vis 18', en position intérieure par rapport aux vis fusibles 20'.
  • Entre la bride 19' du carter intermédiaire et la bride radiale 14' de la bague externe 11' du deuxième palier 5', s'étend un flasque 29', de blocage en rotation des supports de paliers 9', 13' et de rétention radiale de l'arbre du compresseur 3' en cas de découplage, ainsi que de retenue axiale de la soufflante en cas de rupture de l'arbre du compresseur 3'. Ce flasque 29' comporte, depuis la bride 19' du carter intermédiaire jusqu'à la bride 14' de la bague externe 11', une portion 30' transversale à l'axe du turboréacteur et une portion 31' de section en forme de U, avec une branche 32' externe longitudinale, une base 33' transversale et une branche 34' interne longitudinale, la base 33' du U étant située du côté aval. La portion 31' de section en forme de U, ci-après dénommée portion 31' en U, s'étend entre l'extrémité interne de la portion 30' transversale et l'extrémité externe de la bride radiale 14' de la bague 11', desquelles elle est solidaire.
  • C'est notamment la portion 31' de section en forme de U qui assure ici la triple fonction, de blocage en rotation des supports de paliers 9', 13' et de rétention radiale de l'arbre du compresseur 3' pendant le découplage des paliers 4', 5', et de retenue axiale de la soufflante, en cas de rupture de l'arbre du compresseur 3'. Le flasque 29' n'a aucune influence sur le fonctionnement normal du turboréacteur 1'.
  • A cet effet, la portion 31' en U est calibrée de façon à présenter une certaine souplesse radiale, qui est obtenue par élasticité entre ses deux branches 32', 34', mais présentant une résistance suffisante pour assurer une fonction de rétention radiale de l'arbre du compresseur 3' pendant la cinématique de découplage des paliers 4', 5'. Cette portion 31' est également rigide en torsion, afin d'assurer une fonction de blocage en rotation des supports de paliers 9', 13', et donc des bagues externes des premier et deuxième paliers 4', 5', par le biais du support du deuxième palier 13', dont elle est solidaire par la bride 14' de la bague externe du deuxième palier 5'. En outre, cette portion est calibrée de façon à présenter une certaine souplesse axiale, en l'occurrence une souplesse plus grande que la souplesse radiale afin de ne pas gêner les mouvements longitudinaux de l'arbre d'entraînement pendant la cinématique de découplage des paliers 4', 5', mais une résistance suffisante pour assurer une fonction de retenue axiale de la soufflante en cas de rupture de l'arbre du compresseur 3'.
  • On peut noter l'analogie entre la souplesse et la résistance radiale de la portion 31' en U et la distance "e" du turboréacteur de la figure 1, d'une part, la souplesse et la résistance axiale de la portion 31' en U et la distance "1" de ce turboréacteur, d'autre part. Pendant la phase de découplage, des mouvements longitudinaux de l'arbre du compresseur 3' sont autorisés dans une certaine mesure, de même que dans la forme de réalisation de la figure 1.
  • On note que la fonction de blocage en rotation des supports de paliers 9', 13' est ici assurée par le flasque 29', sans doigts anti-rotation. Le flasque 29' assure donc, notamment grâce à sa section en U, une fonction de support de palier de secours du deuxième palier 5', puisqu'il assure la rétention radiale de l'arbre du compresseur, qui peut tourner par rapport à la bague externe 11', bloquée en rotation. Il assure également une fonction de rétention axiale de la soufflante en cas de rupture de l'arbre du compresseur 3'.
  • De même que précédemment, la retenue axiale de la soufflante a lieu en cas de rupture de l'arbre du compresseur 3' en n'importe quel point de cet arbre 3', à la condition que ce point soit situé en aval du premier palier 4'. De nouveau, avec les paliers 4', 5' découplés, si l'arbre du compresseur 3' casse entre les deux paliers 4', 5', la soufflante, qui continue de tourner, est entraînée vers l'avant avec la portion de l'arbre du compresseur 3' qui lui est encore solidaire. Cette portion entraîne le premier palier 4' vers l'avant et donc, par solidarité des pièces, le support du premier palier 9', le support du deuxième palier 13', la bride radiale 14' de la bague externe 11' du deuxième palier et donc le flasque 29' avec sa portion 31' en U, qui retient l'ensemble. La soufflante est ainsi retenue. Il en va de même en cas de rupture en aval du deuxième palier 5'.
  • Le fonctionnement du turboréacteur 1' de la figure 2 lors de la perte d'une aube de soufflante est tout à fait comparable à celui du turboréacteur de la figure 1. De nouveau on obtient, ici avec le flasque 29', un support de palier de secours, remplissant de surcroît une fonction de retenue axiale de la soufflante.
  • En référence à la figure 3, où les références désignant des organes semblables à ceux de la figure 1 sont désignés avec le même nombre et un double symbole "prime", le turboréacteur 1" comprend également, dans sa deuxième forme de réalisation, une soufflante, montée rotative autour de l'axe 2" du turboréacteur et entraînée par un arbre d'entraînement 3", qui est l'arbre du compresseur 3", supporté par un premier palier 4" et un deuxième palier 5", situé en aval du premier palier 4". Le premier palier 4" comporte une bague interne 6", solidaire de l'arbre d'entraînement 3", et une bague externe 7", solidaire d'un support du premier palier 9", entre lesquelles sont montés des billes 8" ou autres organes de roulement. Le support du premier palier 9", de forme globalement tronconique, s'étend vers l'aval, où il comporte une bride aval 17" fixée à une bride 19" du carter intermédiaire par des vis fusibles 20" formant un dispositif de découplage des paliers 4', 5', grâce à leur portion fusible 21" formant une zone privilégiée de rupture en traction.
  • Le deuxième palier 5" comporte une bague interne 10", solidaire de l'arbre du compresseur 3", et une bague externe 11 ", solidaire d'un support du deuxième palier 13", entre lesquelles sont montés des rouleaux 12" ou autres organes de roulement. La bague externe 11" est fixée au support du deuxième palier 13" grâce à une bride radiale 14" en saillie sur sa paroi externe, à l'aide de vis 15".
  • Le support du deuxième palier 13", légèrement tronconique, comporte, à son extrémité externe amont, une bride externe 16", fixée sur la bride aval 17" du support du premier palier 13" par des vis 18", en position intérieur par rapport aux vis fusibles 20".
  • A partir de la bride 19" du carter intermédiaire, s'étend radialement vers l'intérieur une nervure 35" transversale à l'axe 2" du turboréacteur 1", en aval de la bride externe 16" du support du deuxième palier 13". Des doigts 27" anti-rotation s'étendent longitudinalement vers l'arrière, à partir des vis 18" de fixation des supports de paliers 9", 13" entre eux, à travers des orifices 28", ménagés dans la nervure 35", pour empêcher la rotation des supports des paliers 9", 13" autour de l'axe 2" du turboréacteur 1" en cas de découplage.
  • La bride externe 16" du support du deuxième palier 13" est fixée sur la bride 17" du support du premier palier 9" de façon à ce que son bord externe présente un jeu radial "E" avec la paroi interne de la bride 19" du carter intermédiaire, en amont de la nervure 35", afin de coopérer avec elle pour assurer, par butée, une fonction de rétention radiale de l'arbre du compresseur 3" en cas de découplage des paliers 4', 5'.
  • Les doigts anti-rotation 27" comportent, sur leur portion en saillie du côté aval de la nervure 35", une collerette 36", située à une distance "L" de la paroi aval de la nervure 35", afin d'assurer une fonction de retenue axiale de la soufflante en cas de rupture de l'arbre du compresseur 3".
  • On peut noter l'analogie entre les distances "E" et "L" de la forme de réalisation de la figure 3 et les distance "e" et "1" de la forme de réalisation de la figure 1. De nouveau, les doigts 27" anti-rotation sont montés avec jeu dans leurs orifices 28" de réception afin de ne pas gêner la fonction, de la bride 16", de rétention radiale de l'arbre du compresseur 3", et la fonction, des collerettes 36", de retenue axiale de la soufflante. En outre, les distances "E" et "L" sont dimensionnées de façon à ce que les collerettes 36" ne viennent pas en appui contre la nervure 35" pendant le fonctionnement normal du turboréacteur 1" ou une phase de découplage de ses paliers 4", 5".
  • Le fonctionnement du turboréacteur 1 " de la figure 3 lors de la perte d'une aube de soufflante est tout à fait comparable à celui du turboréacteur de la figure 1, la fonction de rétention radiale de l'arbre du compresseur 3" étant ass urée par le bord externe de la bride 16" du support du deuxième palier 13", coopérant avec la bride 19" du carter intermédiaire, la fonction de blocage en rotation des supports de paliers 9", 13" étant assurée par doigts anti-rotation 27", coopérant avec les orifices 28" de la nervure 35", et la fonction de retenue axiale de la soufflante étant assurée par la collerette 36" des doigts 27", coopérant avec la face aval de la nervure 35" solidaire de la bride 19" du carter intermédiaire. On a bien de nouveau un support de palier de secours remplissant une fonction supplémentaire de retenue axiale de la soufflante.
  • De nouveau, la rupture de l'arbre du compresseur 3" peut intervenir en n'importe quel point de l'arbre du compresseur 3", à la condition qu'il soit situé en aval du premier palier 4". Avec les paliers 4", 5" découplés, si l'arbre du compresseur 3" casse entre les deux paliers 4", 5", la soufflante, qui continue de tourner, est entraînée vers l'avant avec la portion de l'arbre du compresseur 3" qui lui est encore solidaire. Cette portion entraîne le premier palier 4" vers l'avant et donc, par solidarité des pièces, le support du premier palier 9", le support du deuxième palier 13" et donc les doigts 27" avec leur collerette 36", qui viennent en butée contre la nervure 35" et retiennent l'ensemble. La soufflante est ainsi retenue. Il en va de même en cas de rupture en aval du deuxième palier 5".
  • L'invention a été décrite, dans ses trois formes de réalisation, en relation avec un turboréacteur, en particulier un turboréacteur à double corps dont le deuxième palier est un palier supportant le rotor basse pression. L'invention s'applique à d'autres types de turbomachines, telles qu'un turbopropulseur, un turbocompresseur industriel ou une turbine industrielle, le rotor n'étant pas alors un rotor de soufflante mais tout simplement un rotor.

Claims (21)

  1. Dispositif de découplage entre une structure fixe d'une turbomachine et une première (9, 9', 9") et une deuxième (13, 13', 13") pièces, solidaires l'une de l'autre et formant supports d'un premier (4, 4', 4") et d'un deuxième (5, 5', 5") paliers d'un arbre d'entraînement (3, 3', 3") d'un rotor de la turbomachine, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens ((23, 27), (29'), (16", 27", 36")) agencés pour coopérer avec au moins un élément (22, 19', 35") de la structure fixe de la turbomachine pour assurer une double fonction, de blocage en rotation des supports de paliers ((9, 13), (9', 13'), (9", 13")) et de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3, 3', 3") en cas de découplage des paliers.
  2. Dispositif de découplage selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens sont agencés pour assurer une troisième fonction, de retenue axiale du rotor en cas de rupture de l'arbre d'entraînement (3, 3', 3").
  3. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens sont agencés sur pièce support du deuxième palier (13, 13', 13 ").
  4. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits moyens sont agencés pour ne pas gêner les mouvements longitudinaux de l'arbre d'entraînement (3, 3', 3") pendant la cinématique de découplage.
  5. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel, le deuxième palier (5) comportant une bague interne (10) et une bague externe (11), entre lesquelles sont montés des organes (12) de roulements, le dispositif de découplage comporte un flasque (22), solidaire de la structure fixe de la turbomachine, avec une portion d'extrémité interne (26), et une bague (23), solidaire de la bague externe (11), à section en forme de L, reliée à la pièce support du deuxième palier (13), comportant une portion longitudinale (24) agencée pour coopérer avec la portion (26) d'extrémité du flasque (22) pour assurer une fonction de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3), et une portion radiale (25) agencée pour coopérer avec la portion (26) d'extrémité du flasque (22) pour assurer une fonction de retenue axiale du rotor, des doigts (27) s'étendant, solidaires de la pièce support du deuxième palier (13), à travers des orifices (28) du flasque (22) pour assurer une fonction de blocage en rotation des supports de paliers (9, 13).
  6. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel, le deuxième palier (5') comportant une bague interne (10') et une bague externe (11'), reliée à la pièce support du deuxième palier (13'), entre lesquelles sont montés des organes (12') de roulements, le dispositif de découplage comporte un flasque (29'), monté entre la structure fixe et ladite bague externe (11'), desquelles il est solidaire, ledit flasque (29') comportant une portion (31') à section en forme de U, agencée pour assurer une fonction de blocage en rotation des supports de paliers (9', 13'), de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3') et de retenue axiale du rotor.
  7. Dispositif de découplage selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel, les pièces supports de paliers (9", 13 ") étant fixées à une bride (19") de la structure fixe, la pièce support du deuxième palier (13") est agencée pour que son bord externe (16") présente un jeu radial (E) avec ladite bride (19") pour assurer une fonction de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3"), des doigts (27") s'étendent, solidaires de la pièce support du deuxième palier (13"), à travers des orifices (28") ménagés dans une nervure (35") solidaire de ladite bride (19") pour assurer une fonction de blocage en rotation des supports de paliers (9", 13"), lesdits doigts (27") comportant une collerette (36") agencée pour présenter un jeu axial (L) avec ladite nervure (35") et assurer une fonction de retenue axiale du rotor.
  8. Compresseur de turbomachine, comportant un rotor avec un arbre d'entraînement (3, 3', 3"), centré sur l'axe (2, 2', 2") de la turbomachine par un premier (4, 4', 4") et un deuxième (5, 5', 5") paliers, supportés respectivement par une pièce support du premier palier (9, 9', 9") et une pièce support du deuxième palier (13, 13', 13"), solidaires l'une de l'autre et reliées à la structure fixe de la turbomachine par un dispositif de découplage (20, 20', 20"), caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens ((23, 27), (29'), (16", 27", 36")) agencés pour coopérer avec au moins un élément (22, 19', 35") de la structure fixe de la turbomachine pour assurer une double fonction, de blocage en rotation des supports de paliers ((9, 13), (9', 13'), (9", 13")) et de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3, 3', 3") en cas de découplage des paliers.
  9. Compresseur selon la revendication 8, dans lequel lesdits moyens sont agencés pour assurer une troisième fonction, de retenue axiale du rotor en cas de rupture de l'arbre d'entraînement (3, 3', 3").
  10. Compresseur selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel lesdits moyens sont agencés sur la deuxième pièce support de palier (13, 13', 13 ").
  11. Compresseur selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel lesdits moyens sont agencés pour ne pas gêner les mouvements longitudinaux de l'arbre d'entraînement (3, 3', 3") pendant la cinématique de découplage.
  12. Compresseur selon l'une des revendications 8 à 11 dans lequel, le deuxième palier (5) comportant une bague interne (10) et une bague externe (11), entre lesquelles sont montés des organes (12) de roulements, la structure fixe supporte un flasque (22), avec une portion d'extrémité interne (26), et la bague externe (11) supporte une bague (23) à section en forme de L, reliée à la pièce support du deuxième palier (13), comportant une portion longitudinale (24) agencée pour coopérer avec la portion (26) d'extrémité du flasque (22) pour assurer une fonction de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3), et une portion radiale (25) agencée pour coopérer avec la portion (26) d'extrémité du flasque (22) pour assurer une fonction de retenue axiale du rotor, des doigts (27) s'étendant, solidaires de la pièce support du deuxième palier (13), à travers des orifices (28) du flasque (22) pour assurer une fonction de blocage en rotation des supports de paliers (9, 13).
  13. Compresseur selon l'une des revendications 8 à 11 dans lequel, le deuxième palier (5') comportant une bague interne (10') et une bague externe (11'), reliée à la pièce support du deuxième palier (13'), entre lesquelles sont montés des organes (12') de roulements, un flasque (29') est monté entre la structure fixe et ladite bague externe (11'), desquelles il est solidaire, ledit flasque (29') comportant une portion (31') à section en forme de U, agencée pour assurer une fonction de blocage en rotation des supports de paliers (9', 13'), de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3') et de retenue axiale du rotor.
  14. Compresseur selon l'une des revendications 8 à 11 dans lequel, les pièces supports de paliers (9", 13") étant fixées à une bride (19") de la structure fixe, la pièce support du deuxième palier (13") est agencée pour que son bord externe (16") présente un jeu radial (E) avec ladite bride (19") pour assurer une fonction de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3"), des doigts (27") s'étendent, solidaires de la pièce support du deuxième palier (13"), à travers des orifices (28") ménagés dans une nervure (35") solidaire de ladite bride (19") pour assurer une fonction de blocage en rotation des supports de paliers (9", 13"), lesdits doigts (27") comportant une collerette (36") agencée pour présenter un jeu axial (L) avec ladite nervure (35") et assurer une fonction de retenue axiale du rotor.
  15. Turbomachine, comportant un rotor avec un arbre d'entraînement (3, 3', 3"), centré sur l'axe (2, 2', 2") de la turbomachine par un premier (4, 4', 4") et un deuxième (5, 5', 5") paliers, supportés respectivement par une pièce support du premier palier (9, 9', 9") et une pièce support du deuxième palier (13, 13', 13"), solidaires l'une de l'autre et reliées à la structure fixe de la turbomachine par un dispositif de découplage (20, 20', 20"), caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens ((23, 27), (29'), (16", 27", 36")) agencés pour coopérer avec au moins un élément (22, 19', 35") de la structure fixe de la turbomachine pour assurer une double fonction, de blocage en rotation des supports de paliers ((9, 13), (9', 13'), (9", 13")) et de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3, 3', 3") en cas de découplage des paliers.
  16. Turbomachine selon la revendication 15, dans laquelle lesdits moyens sont agencés pour assurer une troisième fonction, de retenue axiale du rotor en cas de rupture de l'arbre d'entraînement (3, 3', 3").
  17. Turbo machine selon l'une des revendications 15 ou 16, dans laquelle lesdits moyens sont agencés sur la deuxième pièce support de palier (13, 13', 13 ").
  18. Turbomachine selon l'une des revendications 15 à 17, dans laquelle lesdits moyens sont agencés pour ne pas gêner les mouvements longitudinaux de l'arbre d'entraînement (3, 3', 3") pendant la cinématique de découplage.
  19. Turbomachine selon l'une des revendications 15 à 18 dans laquelle, le deuxième palier (5) comportant une bague interne (10) et une bague externe (11), entre lesquelles sont montés des organes (12) de roulements, la structure fixe supporte un flasque (22) , avec une portion d'extrémité interne (26), et la bague externe (11) supporte une bague (23) à section en forme de L, reliée à la pièce support du deuxième palier (13), comportant une portion longitudinale (24) agencée pour coopérer avec la portion (26) d'extrémité du flasque (22) pour assurer une fonction de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3), et une portion radiale (25) agencée pour coopérer avec la portion (26) d'extrémité du flasque (22) pour assurer une fonction de retenue axiale du rotor, des doigts (27) s'étendant, solidaires de la pièce support du deuxième palier (13), à travers des orifices (28) du flasque (22) pour assurer une fonction de blocage en rotation des supports de paliers (9, 13).
  20. Turbomachine selon l'une des revendications 15 à 18 dans laquelle, le deuxième palier (5') comportant une bague interne (10') et une bague externe (11'), reliée à la pièce support du deuxième palier (13'), entre lesquelles sont montés des organes (12') de roulements, un flasque (29') est monté entre la structure fixe et ladite bague externe (11'), desquelles il est solidaire, ledit flasque (29') comportant une portion (31') à section en forme de U, agencée pour assurer une fonction de blocage en rotation des supports de paliers (9', 13'), de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3') et de retenue axiale du rotor.
  21. Turbomachine selon l'une des revendications 15 à 18 dans laquelle, les pièces supports de paliers (9", 13 ") étant fixées à une bride (19") de la structure fixe, la pièce support du deuxième palier (13") est agencée pour que son bord externe (16") présente un jeu radial (E) avec ladite bride (19") pour assurer une fonction de rétention radiale de l'arbre d'entraînement (3"), des doigts (27") s'étendent, solidaires de la pièce support du deuxième palier (13"), à travers des orifices (28") ménagés dans une nervure (35") solidaire de ladite bride (19") pour assurer une fonction de blocage en rotation des supports de paliers (9", 13"), lesdits doigts (27") comportant une collerette (36") agencée pour présenter un jeu axial (L) avec ladite nervure (35") et assurer une fonction de retenue axiale du rotor.
EP05110969A 2004-11-19 2005-11-18 Dispositif de découplage commun aux premier et deuxième paliers de l'arbre d'entraînement d'une turbomachine, et turbomachine et compresseur comprenant ledit dispositif de découplage Active EP1659266B1 (fr)

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