FR3095481A1 - Roulement à double rangée de billes à contact oblique comprenant un moyen de rétention axiale de secours intégré au roulement - Google Patents

Roulement à double rangée de billes à contact oblique comprenant un moyen de rétention axiale de secours intégré au roulement Download PDF

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Abstract

L’invention se rapporte à un roulement (18) à double rangée de billes (27A, 27B) à contact oblique, comprenant un moyen de rétention axiale de secours. Ce moyen de rétention axiale de secours comprend des pistes de secours (34, 35) qui n’interagissent pas avec les rangées de billes (27A, 27B) lors du fonctionnement normal du roulement (18). En cas de rupture de l’une (27A) des ranges de billes résultant d’un effort axial appliqué sur le roulement (18), les bagues (19, 20) de ce roulement (18) se déplacent l’une par rapport à l’autre sous l’action dudit effort axial, jusqu’à une position de secours dans laquelle l’autre rangée de billes (27B) est en appui contre les pistes de secours (34, 35). L’invention trouve notamment des applications dans le domaine aéronautique, le roulement (18) pouvant être utilisé pour guider en rotation une soufflante d’un turboréacteur. Dans une telle application, la position de secours permet une rétention axiale de la soufflante jusqu’à l’arrêt du moteur. Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Roulement à double rangée de billes à contact oblique comprenant un moyen de rétention axiale de secours intégré au roulement
L’invention se rapporte au domaine des paliers à roulement pour guider en rotation un arbre tel qu’un arbre de soufflante de turbomachine d’aéronef.
L’invention concerne aussi le domaine des turbomachines, en particulier celui des turboréacteurs d’aéronef comprenant un réducteur entre l’arbre de soufflante et un arbre de turbine.
État de la technique antérieure
Certains turboréacteurs à double corps comprennent un réducteur entre l’arbre de soufflante et l’arbre de turbine basse pression. Un tel réducteur entraîne un découplage axial de ces arbres, au sens où un effort axial appliqué à l’un de ces arbres n’induit pas en tant que tel une contrainte axiale sur l’autre arbre.
En fonction des différentes phases de vol de l’aéronef, l’effort axial appliqué sur l’arbre de soufflante peut s’inverser. Typiquement, en phase de croisière, l’arbre de soufflante est soumis à un effort axial tendant à entraîner celui-ci vers l’amont du turboréacteur tandis qu’en phase de ralentissement, ou en régime d’autorotation, cet arbre est soumis à un effort axial tendent à l’entraîner vers l’aval du turboréacteur.
En configuration normale de vol, la rétention axiale de la soufflante est typiquement assurée par un ou plusieurs paliers de guidage en rotation de l’arbre de soufflante.
Par exemple, dans le turboréacteur décrit dans le document US 2016/0003093 A1, l’arbre de soufflante est guidé en rotation par un roulement comportant deux rangées de rouleaux coniques. Un tel roulement permet de maintenir axialement la soufflante, chaque rangée de rouleaux formant avec des bagues internes et externes correspondantes une butée axiale dans un sens respectif.
Le turboréacteur décrit dans ce document comprend un capteur relié à un système de régulation numérique, ce capteur étant disposé en amont d’un roulement pour être détruit par un déplacement axial de ce roulement en cas de rupture de ce dernier. La destruction du capteur entraîne une perte de signal permettant au système de régulation numérique de déclencher l’arrêt du moteur. Cette solution ne permet toutefois pas d’assurer la rétention axiale de la soufflante qui est dès lors susceptible d’être désolidarisée du moteur avant son arrêt.
Il est connu du document EP 2 576 997 B1 d’intégrer à un palier à roulement un système de rétention axiale de la bague externe de ce roulement par rapport à un support de cette bague. Cette solution permet de limiter les risques d’endommagement du turboréacteur avant découplage mécanique de liaisons fusibles en cas de perte d’aube. Mais elle ne permet pas d’assurer en tant que telle la rétention de l’arbre de soufflante, en particulier en cas de rupture de la rangée de rouleaux de ce roulement.
De manière générale, les architectures de turboréacteurs pourvus d’un réducteur entre arbres de soufflante et de turbine ne permettent pas d’assurer la rétention axiale de la soufflante de manière satisfaisante en cas de rupture d’un élément constituant ou supportant cette soufflante, par exemple en cas de rupture d’une rangée d’éléments roulants dans un roulement de guidage de l’arbre de soufflante.
La présente invention vise à procurer un palier à roulement assurant une fonction de rétention axiale de secours. Plus particulièrement, dans le domaine des turbomachines ayant une soufflante avec réducteur, un but de l’invention est d’assurer la rétention axiale de la soufflante en cas de rupture d’un élément constituant ou supportant cette soufflante.
A cet effet, l’invention a pour objet un roulement pour palier de turbomachine, ce roulement comprenant une première et une deuxième rangée de billes à contact oblique, ce roulement comprenant une bague interne et une bague externe comprenant chacune une première et une deuxième piste, les premières et deuxièmes pistes étant configurées de sorte que, dans un mode de fonctionnement normal dans lequel les bagues interne et externe sont l’une par rapport à l’autre dans une position axiale de référence, les premières et deuxièmes pistes exercent une précontrainte axiale respectivement sur la première et la deuxième rangée de billes empêchant un déplacement axial relatif des bagues interne et externe respectivement dans un premier et un deuxième sens.
Selon l’invention, les bagues interne et externe comprennent chacune une troisième piste, les troisièmes pistes étant configurées de sorte que, dans un mode de fonctionnement dégradé dans lequel la première rangée de billes ne permet plus d’empêcher le déplacement axial relatif des bagues interne et externe dans ledit premier sens et que le roulement est soumis à un effort axial tendant à déplacer axialement les bagues interne et externe l’une par rapport à l’autre dans ledit premier sens, la deuxième rangée de billes vient en contact avec les troisièmes pistes de manière à empêcher un déplacement axial relatif des bagues interne et externe dans ledit premier sens.
Ainsi, dans ledit mode de fonctionnement normal, le roulement se comporte de la même manière qu’un roulement à double rangée de billes à contact oblique, aussi appelé « doublet de billes ».
L’expression « contact oblique » est à entendre dans son acception ordinaire dans le domaine des roulements à billes. En l’occurrence, une bille d’un roulement est à contact oblique lorsque son point de contact avec une piste correspondante définit avec le centre de cette bille une direction oblique par rapport à l’axe de rotation des bagues de ce roulement, c’est-à-dire une direction qui n’est ni parallèle ni perpendiculaire à cet axe de rotation. Autrement dit, l’axe de rotation de cette bille, lequel est perpendiculaire à une telle direction, est lui-même oblique par rapport à l’axe de rotation des bagues de ce roulement.
Lorsqu’un tel roulement assure le guidage en rotation d’un arbre de soufflante, la précontrainte axiale des deux rangées de billes permet d’assurer dans toutes les phases de vol – en mode de fonctionnement normal – un effort axial dans le roulement, limitant ainsi très significativement les débattements axiaux possibles dans ce roulement et donc sur la soufflante. Notamment, lors d’une inversion de sens de l’effort axial, la charge axiale peut être transitoirement nulle ou sensiblement nulle. La précontrainte axiale permet de maintenir une contrainte axiale dans le roulement, évitant ainsi son usure prématurée.
Les deux rangées de billes remplissent ainsi une fonction de butée axiale pour l’arbre de soufflante, chacune dans un sens respectif.
Dans ledit mode de fonctionnement dégradé, les troisièmes pistes de ce roulement assurent une fonction de rétention axiale de secours permettant de maintenir la soufflante dans une position axiale différente, mais proche, de la position axiale de référence.
Dans l’hypothèse dans laquelle le déplacement axial relatif des bagues interne et externe dans le premier sens résulterait en un déplacement axial de la soufflante vers l’amont d’un turboréacteur comprenant cette soufflante et ce roulement, l’invention permet d’éviter que la soufflante se désolidarise des autres parties du turboréacteur, avant l’arrêt du moteur.
Dans un mode de réalisation, dans le mode de fonctionnement dégradé, le contact de la deuxième rangée de billes avec les troisièmes pistes peut être oblique.
Un contact oblique de la deuxième rangée de billes avec les troisièmes pistes permet d’assurer la fonction de rétention axiale de secours tout en autorisant un guidage en rotation de l’arbre de soufflante dans des conditions limitant l’endommagement de ces billes et pistes.
De préférence, la deuxième piste de la bague interne peut être axialement en regard de la troisième piste de la bague interne et la deuxième piste de la bague externe peut être axialement en regard de la troisième piste de la bague externe.
Un tel agencement permet de limiter le déplacement axial relatif des bagues du roulement depuis la position axiale de référence jusqu’à la position axiale dans laquelle la deuxième rangée de billes est en contact avec les troisièmes pistes.
Dans un mode de réalisation, l’une parmi les bagues interne et externe peut comprendre une première, une deuxième et une troisième pièce formant respectivement la première, la deuxième et la troisième piste de cette bague, ces première, deuxième et troisième pièces étant solidaires les unes des autres axialement.
Une telle bague en trois pièces permet d’une part de réaliser un roulement conforme à l’invention qui est tout à la fois compact, performant et facile à fabriquer et à assembler.
D’autre part, une telle structure permet de réaliser un doublet de billes à montage en « X » ou en « O ». De manière connue en soi, en considérant dans un plan de coupe axial du roulement les efforts exercés par les deux rangées de billes sur les pistes de ce roulement, les directions de ces efforts se croisent :
– axialement entre les deux rangées et radialement à l’intérieur de la bague externe dans le cas d’un montage en X, et
– axialement entre les deux rangées et radialement à l’extérieur de la bague externe dans le cas d’un montage en O.
Ainsi, selon une première variante de réalisation constituant un montage en O, le roulement peut être réalisé avec une bague externe formant la première, la deuxième et la troisième piste de cette bague externe, et avec une bague interne comprenant une première, une deuxième et une troisième pièce formant respectivement la première, la deuxième et la troisième piste de cette bague interne. De préférence, selon cette première variante, la troisième piste formée par la bague externe peut être axialement en regard de la deuxième piste formée par cette bague externe, et la troisième piste formée par la troisième pièce de la bague interne peut être axialement en regard de la deuxième piste formée par la deuxième pièce de cette bague interne, la troisième pièce de la bague interne étant de préférence située axialement entre la première et la deuxième pièce de cette bague interne.
Selon une deuxième variante de réalisation constituant un montage en X, le roulement peut être réalisé avec une bague interne formant la première, la deuxième et la troisième piste de cette bague interne, et avec une bague externe comprenant une première, une deuxième et une troisième pièce formant respectivement la première, la deuxième et la troisième piste de cette bague externe. De préférence, selon cette deuxième variante, la troisième piste formée par la bague interne peut être axialement en regard de la deuxième piste formée par cette bague interne, et la troisième piste formée par la troisième pièce de la bague externe peut être axialement en regard de la deuxième piste formée par la deuxième pièce de cette bague externe, la troisième pièce de la bague externe étant de préférence située axialement entre la première et la deuxième pièce de cette bague externe.
Dans un mode de réalisation, lesdites première, deuxième et troisième pièces peuvent présenter une dimension axiale identique ou sensiblement identique.
Une dimension axiale identique ou sensiblement identique de ces trois pièces permet d’améliorer l’alignement de celles-ci avec l’arbre ou l’élément sur lequel elles sont montées.
L’invention a aussi pour objet un palier de guidage en rotation pour un arbre de soufflante de turbomachine, ce palier comprenant un roulement tel que défini ci-dessus, ce palier comprenant un support portant la bague interne ou externe et formant une butée configurée pour empêcher un déplacement axial de cette bague relativement à ce support dans le sens dans lequel ledit effort axial auquel le roulement est soumis dans le mode de fonctionnement dégradé tend à déplacer cette bague.
Une telle butée, formée par le support du palier, assure une fonction de rétention axiale de secours supplémentaire dans le cas où une partie des bagues portant les troisièmes pistes viendrait à rompre sous l’effet dudit effort axial.
Une telle rupture peut en l’occurrence être favorisée par la présence éventuelle d’orifices de drainage dans l’une des bagues. En effet, la présence d’une troisième piste est susceptible de perturber l’évacuation du fluide de lubrification du roulement de sorte qu’il peut s’avérer préférable de réaliser dans l’une des bagues de tels orifices de drainage, lesquels peuvent fragiliser cette bague.
L’invention permet ainsi d’améliorer encore davantage la sécurité en cas de défaillance du roulement, en particulier en cas de rupture de la première rangée de billes.
Plus généralement, l’invention permet de combiner plusieurs moyens de sécurité, en particulier dans le cadre de l’implémentation du roulement ou du palier de l’invention sur un arbre de soufflante de turboréacteur.
Par exemple, plusieurs alertes successives peuvent être prévues pour déclencher un ordre d’arrêt du moteur. Une première alerte peut être déclenchée en cas de détection, à l’aide d’un capteur de vibrations, de vibrations entraînées par une détérioration du roulement. En cas de non détection d’une telle détérioration et de rupture de la première rangée de billes, les troisièmes pistes du roulement permettent d’assurer une rétention axiale de la soufflante. La rupture de la première rangée de billes et le changement de position consécutif des bagues peuvent être détectés par un capteur de position axial de l’arbre de soufflante et/ou par un capteur de vibrations donnant lieu à une deuxième alerte pour couper le moteur. En cas de rupture du roulement rendant les troisièmes pistes inopérantes, la butée formée par le support du palier permet d’assurer une fonction de rétention axiale de secours supplémentaire.
Le cumul de ces différents moyens permet en outre de réduire le risque de non-rétention de la soufflante au cours du temps puisque, à compter de l’arrêt du moteur, l’énergie mécanique est progressivement dissipée ce qui limite les risques de rupture du ou des moyens de rétention axiale encore disponibles.
Un autre avantage de l’invention, et du principe d’intégration d’un ou plusieurs moyens de rétention directement au niveau du roulement, est de pouvoir conserver un roulement relativement intègre, même après rupture d’une rangée de billes, ce qui permet de supporter le régime d’autorotation du moteur entre le moment où celui-ci est coupé et le moment ou l’avion va se poser.
Lors du vol, l’une des rangées de billes du roulement est généralement plus sollicitée que l’autre par la poussée de la soufflante. En cas de rupture de cette rangée, qui constitue dans cet exemple ladite « première rangée de billes », le moyen de rétention constitué par les troisièmes pistes permet de limiter au maximum les dégâts sur le moteur, de le couper rapidement et de préserver l’autre rangée de billes, c’est-à-dire dans cet exemple ladite « deuxième rangée de billes ». Une fois le moteur éteint, la vitesse de l’avion repousse typiquement la soufflante dans l’autre sens, jusqu’à ce que la rangée de billes préservée revienne s’appuyer sur ses pistes, dans cet exemple lesdites « deuxièmes pistes ». La soufflante est donc repositionnée et le roulement, ainsi repositionné dans ladite « position axiale de référence », permet malgré son endommagement la rotation de la soufflante pendant toute la phase d’autorotation, en minimisant les contacts entre pièces.
Enfin, l’invention fournit une fonction de rétention axiale de secours compacte, de masse réduite et n’ayant aucune incidence sur le montage des autres parties du moteur.
L’invention a aussi pour objet une turbomachine comprenant un roulement ou un palier tels que définis ci-dessus. Plus spécifiquement, l’invention concerne aussi une turbomachine d’aéronef comprenant une soufflante et comprenant un roulement ou un palier tels que définis ci-dessus, ce roulement étant configuré pour guider la soufflante en rotation autour d’un axe central longitudinal de la turbomachine.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.
La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :
est une vue schématique en coupe axiale d’un ensemble propulsif d’aéronef comprenant un turboréacteur à double corps et double flux conforme à l’invention ;
est une demi-vue schématique représentant un arbre de soufflante, un arbre de turbine basse pression, un réducteur entre ces deux arbres et un roulement d’un turboréacteur à double corps et double flux conforme à l’invention ;
est une vue schématique partielle en coupe axiale d’un palier à roulement conforme à l’invention, le roulement comprenant deux rangées de billes amont et aval ainsi que des bagues interne et externe dans une position initiale de référence dans laquelle ces rangées de billes sont respectivement en appui contre des premières et des deuxièmes pistes, les bagues interne et externe comprenant chacune une troisième piste formant un premier moyen de rétention axiale de secours, le palier comprenant en outre une butée de rétention axiale de la bague externe du roulement formant un deuxième moyen de rétention axiale de secours, cette butée de rétention axiale étant intégrée au support du palier ;
est une vue schématique partielle en coupe axiale du palier de la figure 3, montrant les bagues du roulement dans une première position de secours après rupture de la rangée de billes aval, la rangée de billes amont étant en appui contre lesdites troisièmes pistes ;
est une vue schématique partielle en coupe axiale du palier de la figure 3, montrant les bagues du roulement dans une deuxième position de secours après rupture de la rangée de billes aval et rupture de la partie de la bague externe portant la troisième piste ;
est une vue schématique partielle en coupe axiale d’un palier à roulement conforme à l’invention, ce palier se distinguant de celui de la figure 3 en ce qu’il ne comprend pas un deuxième moyen de rétention axiale de secours, ce palier étant montré dans une configuration associée à une étape de démontage dans laquelle une partie de la bague interne portant la deuxième piste est retirée ;
est une vue schématique partielle en coupe axiale du palier de la figure 6, dans une configuration associée à une étape de démontage ultérieure à celle de la figure 6, dans laquelle la rangée de billes amont est retirée et dans laquelle l’arbre de soufflante et des parties de la bague interne portant la première et la troisième piste sont déplacés vers l’aval relativement à la configuration de la figure 6, la rangée de billes aval étant en appui contre la première piste de la bague externe et contre une quatrième piste de la bague interne ;
est une vue schématique partielle en coupe axiale du palier de la figure 6, dans une configuration associée à une étape de démontage ultérieure à celle de la figure 7, dans laquelle l’arbre de soufflante et les parties de la bague interne portant la première et la troisième piste sont déplacés vers l’amont relativement à la configuration de la figure 7.
Description détaillée de modes de réalisation
Il est représenté à la figure 1 un ensemble propulsif 1 d’aéronef comprenant une turbomachine 2 carénée par une nacelle 3. Dans cet exemple, la turbomachine 2 est un turboréacteur à double corps et à double flux bien connu dans le domaine des ensembles propulsifs d’aéronef.
Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à une direction principale D1 d’écoulement des gaz à travers l’ensemble propulsif 1 le long d’un axe central longitudinal A1 du turboréacteur 2.
Le turboréacteur 2 présente un axe central longitudinal A1 autour duquel s’étendent ses différents composants, en l’occurrence, de l’amont vers l’aval du turboréacteur 2, une soufflante 4, un compresseur basse pression 5, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9. Les compresseurs 5 et 6, la chambre de combustion 7 et les turbines 8 et 9 forment un générateur de gaz.
Le turboréacteur 2 est à double corps au sens où le compresseur basse pression 5 et la turbine basse pression 9 comprennent un rotor porté par un arbre de corps basse pression, tandis que le compresseur haute pression 6 et la turbine haute pression 8 comprennent un rotor porté par un arbre de corps basse pression. Ces arbres de corps haute et basse pression sont prévus pour être entraînés en rotation autour de l’axe A1 à des vitesses différentes.
De manière conventionnelle, lors du fonctionnement d’un tel turboréacteur 2, un écoulement d’air 10 pénètre dans l’ensemble propulsif 1 par une entrée d’air en amont de la nacelle 3, traverse la soufflante 4 puis se divise en un flux primaire 10A central et un flux secondaire 10B. Le flux primaire 10A s’écoule dans une veine principale 11A de circulation des gaz traversant les compresseurs 5 et 6, la chambre de combustion 7 et les turbines 8 et 9. Le flux secondaire 10B s’écoule quant à lui dans une veine secondaire 11B entourant le générateur de gaz et délimitée radialement vers l’extérieur par la nacelle 3.
La figure 2 montre schématiquement une pale 12 et un arbre 13 de la soufflante 4 ainsi que l’arbre de corps basse pression 14 du turboréacteur 2. Dans cet exemple, le turboréacteur 2 comprend un réducteur 15 entre l’arbre de soufflante 13 et l’arbre de corps basse pression 14. Le réducteur 15, de type épicycloïdal, est configuré pour réduire la vitesse de rotation de la soufflante 4 relativement à la vitesse de rotation de l’arbre de corps basse pression 14, ce qui permet une amélioration du rendement propulsif du turboréacteur 2.
De manière connue en soi, le guidage en rotation de la soufflante 4 est assuré par des paliers à roulement.
L’invention se rapporte plus spécifiquement à un palier 16 tel qu’illustré à la figure 3, constituant dans cet exemple un palier de guidage en rotation de la soufflante 4.
En référence aux figures 2 et 3, le palier 16 comprend un support 17 appartenant à un stator du turboréacteur 2 et un roulement 18 relié au support 17 et à l’arbre de soufflante 13 de manière à guider ce dernier en rotation autour de l’axe central longitudinal A1 du turboréacteur 2.
Le roulement 18 comprend une bague radialement interne 19 et une bague radialement externe 20.
La bague interne 19 est reliée à l’arbre de soufflante 13, par exemple par frettage, de sorte à être solidaire de cet arbre 13 en rotation autour de l’axe A1. Le maintien en position axiale de la bague interne 19 est dans cet exemple réalisé par un écrou 37 vissé sur l’arbre 13 en amont de la bague 19 et exerçant sur celle-ci un effort de plaquage de la bague 19 contre un épaulement de l’arbre 13.
La bague externe 20 est quant à elle logée dans le support 17 et fixée à celui-ci par des moyens de fixation 21 de type vis-écrou, assurant un maintien à la fois axial et en rotation de la bague externe 20 par rapport au support 17.
Dans l’exemple de la figure 3, la bague interne 19 comprend une première 22, une deuxième 23 et une troisième pièce 24 formant chacune une portion axiale annulaire de la bague interne 19 de dimension axiale sensiblement identique l’une par rapport à l’autre. Les pièces 22, 23 et 24 de la bague interne 19 forment respectivement des bagues internes aval, amont et centrale.
Dans cet exemple, la bague externe 20 est réalisée d’une seule pièce et comprend des orifices de drainage 25, communiquant avec des orifices de drainage 26 réalisés dans le support 17, afin d’évacuer le fluide de lubrification de la deuxième rangée de billes 27B.
Le roulement 18 comprend deux rangées de billes. Il s’agit d’une première rangée de billes 27A, ou rangée de billes aval, et d’une deuxième rangée de billes 27B, ou rangée de billes amont. Ces rangées de billes 27A et 27B sont engagées dans des pistes respectives des bagues 19 et 20 de manière à établir un contact oblique avec ces pistes.
Plus précisément, dans la configuration de la figure 3, la rangée de billes aval 27A est en appui contre une première piste 28 formée par la bague interne aval 22 et contre une première piste 29 formée par la bague externe 20. Dans cette configuration, la rangée de billes amont 27B est en appui contre une deuxième piste 30 formée par la bague interne amont 23 et contre une deuxième piste 31 formée par la bague externe 20.
Les premières pistes 28 et 29 et les deuxièmes pistes 30 et 31 sont configurées de sorte que, dans la configuration de la figure 3, celles-ci exercent une précontrainte axiale respectivement sur la rangée de billes aval 27A et la rangée de billes amont 27B, empêchant un déplacement axial relatif des bagues interne 19 et externe 20 respectivement dans un premier et un deuxième sens.
Cette précontrainte axiale, ou précharge, est obtenue par serrage des bagues internes aval 22, amont 23 et centrale 24 l’une contre l’autre à l’aide de l’écrou 37.
Dans cet exemple, il est considéré que les bagues interne 19 et externe 20 effectuent un déplacement axial relatif dans le premier sens lorsque la bague interne 19 est déplacée vers l’amont (vers la gauche sur la figure 3) relativement à la bague externe 20, et réciproquement lorsque la bague externe 20 est déplacée vers l’aval (vers la droite sur la figure 3) relativement à la bague interne 19. Ainsi, lorsque l’arbre de soufflante 13 est soumis à un effort axial tendant à entraîner la bague interne 19 vers l’amont relativement à la bague externe 20, c’est-à-dire tendant à produire un déplacement axial relatif des bagues interne 19 et externe 20 dans le premier sens, la rangée de billes aval 27A empêche un tel déplacement axial.
Similairement, il est considéré que les bagues interne 19 et externe 20 effectuent un déplacement axial relatif dans le deuxième sens lorsque la bague interne 19 est déplacée vers l’aval (vers la droite sur la figure 3) relativement à la bague externe 20, et réciproquement lorsque la bague externe 20 est déplacée vers l’amont (vers la gauche sur la figure 3) relativement à la bague interne 19. Ainsi, lorsque l’arbre de soufflante 13 est soumis à un effort axial tendant à entraîner la bague interne 19 vers l’aval relativement à la bague externe 20, c’est-à-dire tendant à produire un déplacement axial relatif des bagues interne 19 et externe 20 dans le deuxième sens, la rangée de billes amont 27B empêche un tel déplacement axial.
La figure 3 illustre une configuration dans laquelle les bagues interne 19 et externe 20 sont l’une par rapport à l’autre dans une position axiale de référence, correspondant à un mode de fonctionnement normal. Dans cette configuration, la précontrainte axiale réalisée par les rangées de billes 27A et 27B, formant avec les premières et deuxièmes pistes correspondantes un montage en O, limite les débattements axiaux dans le roulement 18 et donc de la soufflante 4 par rapport au stator du turboréacteur 2. Autrement dit, en mode de fonctionnement normal, le roulement 18 se comporte de la même manière qu’un roulement à double rangée de billes à contact oblique conventionnel.
Bien entendu, le roulement 18 comprend des cages 32 et 33 configurées pour maintenir les billes, respectivement des rangées aval 27A et amont 27B, circonférentiellement espacées les unes des autres, afin de répartir les efforts circonférentiellement et permettre le bon fonctionnement du roulement 18.
L’invention se caractérise par la présence de troisièmes pistes 34 et 35 formées dans cet exemple par la bague interne centrale 24 et par la bague externe 20, respectivement.
La troisième piste 34 de la bague interne centrale 24 est axialement en regard de la deuxième piste 30 de la bague interne amont 23, tandis que la troisième piste 35 de la bague externe 20 est axialement en regard de la deuxième piste 31 de cette bague externe 20.
En cas de rupture de la rangée de billes aval 27A, un tel agencement autorise un déplacement axial relatif des bagues 19 et 20 entraînant un déplacement de celles-ci depuis la position axiale de référence illustrée à la figure 3 jusqu’à une position illustrée à la figure 4 dans laquelle la rangée de billes amont 27B vient en appui contre les troisièmes pistes 34 et 35 de manière à établir un contact oblique avec ces pistes et former ainsi une butée axiale dans le premier sens. Un tel agencement permet aussi un retour des bagues 19 et 20 dans la position axiale de référence, la rangée de billes amont 27B pouvant revenir en appui contre les deuxièmes pistes 30 et 31 pour former une butée axiale dans le deuxième sens. Ces cas de figure sont décrits plus en détails ci-après.
Plus généralement, les troisièmes pistes 34 et 35 du roulement 18 sont configurées de sorte que, dans un mode de fonctionnement dégradé dans lequel la rangée de billes aval 27A ne permet plus d’empêcher le déplacement axial relatif des bagues interne 19 et externe 20 dans le premier sens et que le roulement 18 est soumis à un effort axial tendant à déplacer axialement les bagues interne 19 et externe 20 l’une par rapport à l’autre dans ce premier sens, la rangée de billes amont 27B vient en contact avec les troisièmes pistes 34 et 35 de manière à empêcher un déplacement axial relatif des bagues interne 19 et externe 20 dans le premier sens.
Pendant la durée de vie du roulement 18, la rangée de billes aval 27A est dans cet exemple la plus sollicitée. En effet, en phase de croisière, la soufflante 4 et donc son arbre 13 sont soumis à un effort axial tendant à entraîner ceux-ci vers l’amont du turboréacteur 2.
En cas de rupture de la rangée de billes aval 27A résultant par exemple d’une perte d’aube, typiquement durant une phase de vol, cette rangée ne remplit plus sa fonction de butée axiale dans le premier sens. Il en résulte que, sous l’action de l’effort axial exercé sur l’arbre 13 avant l’arrêt du moteur, le roulement 18 passe de la configuration de la figure 3 à celle de la figure 4, c’est-à-dire que les bagues 19 et 20 sont déplacées dans le premier sens jusqu’à ce que la rangée de billes amont 27B soit en appui contre les troisièmes pistes 34 et 35 qui forment un moyen de rétention axiale de secours de la soufflante 4.
La configuration de la figure 4 correspond à un mode de fonctionnement dégradé du roulement 18 permettant d’éviter que la soufflante 4 ne se désolidarise des autres parties du turboréacteur 2.
Typiquement, la rupture de la rangée de billes aval 27A peut être détectée, par exemple à l’aide d’un capteur de position axiale de l’arbre 13 et/ou d’un capteur de vibrations, ce qui permet de déclencher un ordre d’arrêt du moteur.
Lorsque le moteur est arrêté, l’effort axial auquel est soumis l’arbre 13 de la soufflante 4 s’inverse de sorte que celui-ci est entraîné vers l’aval du turboréacteur 2. Cette inversion d’effort axial se traduit par un déplacement relatif des bagues interne 19 et externe 20 depuis la configuration de la figure 4 jusqu’à ladite position initiale de référence dans laquelle la rangée de billes amont 27B revient en appui contre les deuxièmes pistes 30 et 31, formant ainsi une butée axiale dans le deuxième sens et permettant la rotation de la soufflante 4 dans un régime d’autorotation jusqu’à l’atterrissage de l’aéronef.
Dans l’exemple de la figure 3, le support 17 dans lequel est logée la bague externe 20 comprend une butée 36 constituant un moyen de rétention axiale de secours supplémentaire.
En effet, lorsque le roulement 18 est dans la configuration de la figure 4 et que le moteur n’est pas encore arrêté, l’effort axial exercé sur l’arbre 13 peut entraîner une rupture de la bague externe 20, par exemple en raison des orifices de drainage 25 qui fragilisent cette bague externe 20. Une telle rupture est susceptible de rendre inopérant le moyen de rétention axial de secours constitué par les troisièmes pistes 34 et 35 auquel cas ledit effort axial déplace les bagues 19 et 20 depuis la configuration de la figure 4 jusqu’à celle de la figure 5.
Dans la configuration de la figure 5, le déplacement de la bague externe 20 vers l’amont est bloqué par la butée 36. Dans cette configuration, la rangée de billes amont 27B est toujours en appui contre les troisièmes pistes 34 et 35.
Lors de l’arrêt du moteur, l’inversion de l’effort axial décrit ci-dessus se traduit par un déplacement relatif des bagues interne 19 et externe 20 depuis la configuration de la figure 5 jusqu’à ladite position initiale de référence dans laquelle la rangée de billes amont 27B est de nouveau en appui contre les deuxièmes pistes 30 et 31, cette rangée 27B formant ainsi une butée axiale dans le deuxième sens et permettant la rotation de la soufflante 4 en régime d’autorotation jusqu’à l’atterrissage de l’aéronef.
Pour démonter le palier 16 à partir de la position initiale de référence représentée à la figure 3, les étapes suivantes peuvent être réalisées dans l’ordre :
– une étape de retrait de l’écrou 37, cette étape éliminant la précharge dans le roulement 18,
– une étape de retrait de la bague interne amont 23, cette étape plaçant le roulement 18 dans la configuration de la figure 6,
– une étape de déplacement de l’arbre 13 et des bagues internes centrale 24 et aval 22 vers l’aval relativement à la bague externe 20 et aux deux rangées de billes 27A et 27B, depuis la configuration de la figure 6 à celle de la figure 7, de manière à placer la rangée de billes aval 27A contre une quatrième piste 39 de la bague interne centrale 24, cette quatrième piste 39 permettant de ne pas endommager la rangée de billes aval 27A lors du démontage (ou du montage),
– une étape de retrait de la rangée de billes amont 27B, cette étape plaçant le roulement 18 dans la configuration de la figure 7,
– une étape de déplacement de l’arbre 13 et des bagues internes centrale 24 et aval 22 vers l’amont relativement à la bague externe 20 et à la rangée de billes aval 27A, depuis la configuration de la figure 7 à celle de la figure 8,
– une étape de retrait de la bague interne centrale 24, en utilisant un outillage coopérant avec une face aval 40 prévue sur cette bague 24 (voir figure 8),
– une étape de retrait de la bague externe 20,
– une étape de retrait de la rangée de billes aval 27A,
– une étape de retrait de la bague interne aval 22.
Le montage du palier 16 peut comprendre des étapes correspondantes réalisées dans l’ordre inverse, une étape de retrait du procédé de démontage correspondant à une étape d’assemblage du procédé de montage.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d’être décrits.
Par exemple, le roulement 18 de guidage de l’arbre 13 de la soufflante 4 peut être configuré de sorte que la précontrainte axiale réalisée par les deux rangées de billes corresponde, dans la position axiale de référence, à un montage en X. Dans ce cas, la rangée de billes amont est davantage sollicitée que la range de billes aval. Pour obtenir des fonctions de rétention axiale de secours similaires à celles décrites ci-dessus, le ou les moyens de rétention axiale de secours doivent par conséquent être configurés en aval plutôt qu’en amont du roulement, les troisièmes pistes coopérant dans ce cas avec la rangée de billes aval dans le mode de fonctionnement dégradé.
Dans d’autres modes de réalisation non représentés, le ou les moyens de rétention axiale de secours peuvent être agencés pour assurer une fonction de rétention axiale dans le sens opposé à celui décrit ci-dessus, par exemple lorsque le roulement est utilisé dans une turbomachine différente de celle décrite ci-dessus. Ainsi, le ou les moyens de rétention axiale de secours peuvent être agencés en aval dans le cas d’un montage en O et en amont dans le cas d’un montage en X.
Plus généralement, le roulement et le palier de l’invention peuvent être mis en œuvre dans tout type de machine tournante nécessitant un moyen de rétention axiale de secours.

Claims (8)

  1. Roulement (18) pour palier de turbomachine (2), ce roulement (18) comprenant une première (27A) et une deuxième rangée de billes (27B) à contact oblique, ce roulement (18) comprenant une bague interne (19) et une bague externe (20) comprenant chacune une première (28, 29) et une deuxième piste (30, 31), les premières (28, 29) et deuxièmes pistes (30, 31) étant configurées de sorte que, dans un mode de fonctionnement normal dans lequel les bagues interne (19) et externe (20) sont l’une par rapport à l’autre dans une position axiale de référence, les premières (28, 29) et deuxièmes pistes (30, 31) exercent une précontrainte axiale respectivement sur la première (27A) et la deuxième rangée de billes (27B) empêchant un déplacement axial relatif des bagues interne (19) et externe (20) respectivement dans un premier et un deuxième sens, ce roulement (18) étant caractérisé en ce que les bagues interne (19) et externe (20) comprennent chacune une troisième piste (34, 35), les troisièmes pistes (34, 35) étant configurées de sorte que, dans un mode de fonctionnement dégradé dans lequel la première rangée de billes (27A) ne permet plus d’empêcher le déplacement axial relatif des bagues interne (19) et externe (20) dans ledit premier sens et que le roulement (18) est soumis à un effort axial tendant à déplacer axialement les bagues interne (19) et externe (20) l’une par rapport à l’autre dans ledit premier sens, la deuxième rangée de billes (27B) vient en contact avec les troisièmes pistes (34, 35) de manière à empêcher un déplacement axial relatif des bagues interne (19) et externe (20) dans ledit premier sens.
  2. Roulement (18) selon la revendication 1, dans lequel, dans le mode de fonctionnement dégradé, le contact de la deuxième rangée de billes (27B) avec les troisièmes pistes (34, 35) est oblique.
  3. Roulement (18) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la deuxième piste (30) de la bague interne (19) est axialement en regard de la troisième piste (34) de la bague interne (19) et la deuxième piste (31) de la bague externe (20) est axialement en regard de la troisième piste (35) de la bague externe (20).
  4. Roulement (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’une (19) parmi les bagues interne (19) et externe (20) comprend une première (22), une deuxième (23) et une troisième pièce (24) formant respectivement la première (28), la deuxième (30) et la troisième piste (34) de cette bague (19), ces première (22), deuxième (23) et troisième (24) pièces étant solidaires les unes des autres axialement.
  5. Roulement (18) selon la revendication 4, dans lequel lesdites première (22), deuxième (23) et troisième (24) pièces présentent une dimension axiale identique ou sensiblement identique.
  6. Palier (16) de guidage en rotation pour un arbre de soufflante (4) de turbomachine (2), ce palier (16) comprenant un roulement (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, ce palier (16) comprenant un support (17) portant la bague interne ou externe (20) et formant une butée (36) configurée pour empêcher un déplacement axial de cette bague (20) relativement à ce support (17) dans le sens dans lequel ledit effort axial auquel le roulement (18) est soumis dans le mode de fonctionnement dégradé tend à déplacer cette bague (20).
  7. Turbomachine (2) comprenant un roulement (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 ou un palier (16) selon la revendication 6.
  8. Turbomachine (2) d’aéronef, comprenant une soufflante (4), et comprenant un roulement (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 ou un palier (16) selon la revendication 6, ce roulement (18) étant configuré pour guider la soufflante (4) en rotation autour d’un axe central longitudinal (A1) de la turbomachine (2).
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