WO2026068916A1 - Palier a roulement pour arbre de turbomachine d'aeronef - Google Patents

Palier a roulement pour arbre de turbomachine d'aeronef

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WO2026068916A1
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Paco Maurer
Sebastien Bourget
Saverio DIGREGORIO
Eddy Stéphane Joël FONTANEL
Paul Arnaud MORVAN
Nicolas STOLIAROFF-PEPIN
Adrien Pierre Jean PERTAT
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Safran Aircraft Engines SAS
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Abstract

L'invention concerne un palier à roulement (101) pour arbre (120) de turbomachine (100) d'aéronef qui comprend une bague interne (103), une bague externe (105), un support de palier (109), et un premier conduit d'huile (111) formé dans la bague externe (105) ou dans le support de palier (109) et qui forme une première hélice (113) qui comprend une première entrée (111a), située dans une partie axialement extrême de la bague externe (105) ou du support de palier (109) et une première sortie (111b), située dans une partie axialement extrême opposée de la bague externe (105) ou du support de palier (109). La bague externe (105) ou le support de palier (109) comprend aussi un second conduit d'huile (115), qui forme une forme une second hélice (117), imbriquée dans la première hélice (113), et comprenant une seconde entrée (115a), située dans sa partie axialement extrême opposée et une seconde sortie (115b), située dans sa partie axialement extrême.

Description

Description
TITRE : PALIER A ROULEMENT POUR ARBRE DE TURBOMACHINE D'AERONEF
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention est relative au domaine du refroidissement des bagues de paliers à roulement. Elle concerne en particulier un palier à roulement pour arbre de turbomachine d'aéronef.
TECHNIQUE ANTÉRIEURE
L'état de la technique comprend notamment les documents EP-B1-3112713, JP-U- S48110551, US-A1-20110142386 et US-A1-20120328226.
Dans un palier à roulement, un des contributeurs majeurs du déplacement relatif des bagues est leur différence de température. Par exemple, si la bague externe devient plus chaude que la bague interne, la distance entre les deux bagues tend à augmenter par dilatation thermique dès lors que les deux bagues sont fabriquées dans un même matériau ou dans des matériaux ayant des coefficients de dilatation similaires.
Dans l'état de la technique connu, le contrôle de cette différence de température se fait suivant plusieurs approches.
Une première approche consiste à pulvériser un jet d'huile directement sur les éléments roulants (billes ou rouleaux) du palier à roulement, par exemple entre la bague interne et une cage de maintien des éléments roulants. Le déplacement relatif des éléments roulants par rapport aux bagues, ainsi que les effets de centrifugation, distribuent ensuite l'huile sur les bagues interne et externe. Cette approche est généralement réservée à un palier peu chargé (i.e. qui subit une charge faible), qui est utilisé à faible vitesse de rotation, et qui, par conséquent, ne dissipe pas trop de puissance.
Une seconde approche consiste à alimenter en huile les éléments roulants par des canaux situés dans la bague interne. Le refroidissement de la bague intérieure se fait par un échange convectif une fois l'huile sortie de ces canaux. Dans les deux cas, pour des paliers fortement chargés et dissipant beaucoup d'énergie, une grande quantité d'huile est nécessaire pour refroidir la bague externe au travers des éléments roulants. L'interaction entre l'huile et les éléments roulants peut créer des rejections thermiques supplémentaires par barattage ce qui entraine un besoin d'huile supplémentaire. Les réjections thermiques et le débit d'huile de refroidissement augmentent donc fortement in fine.
Enfin, une troisième approche consiste à refroidir la bague externe par une circulation d'huile dans un conduit hélicoïdal usiné dans la bague externe. Le refroidissement de la bague interne est alors quant à lui contrôlé directement par des canaux formés dans la bague interne. Dans cette approche, une seul conduit d'huile est utilisé pour le refroidissement de la bague externe ce qui limite l'homogénéité de la distribution axiale de la température dans la bague externe. RÉSUMÉ DE L'INVENTION
La présente invention propose une solution à ces inconvénients.
Ainsi, un objectif de l'invention est de proposer un palier à roulement dans lequel la distribution axiale de la température dans la bague externe est homogénéisée et la différence de température entre les deux bagues est limitée.
A cet effet, l'invention selon un premier aspect a pour objet un palier à roulement pour arbre de turbomachine d'aéronef, centré sur un axe, et comprenant une bague interne, une bague externe, un support de palier entourant la bague externe, des éléments roulants situés entre la bague interne et la bague externe, et un premier conduit d'huile formé dans la bague externe ou dans le support de palier, ledit premier conduit d'huile formant une première hélice s'étendant autour de l'axe et comprenant une première entrée, située dans une partie axialement extrême de ladite bague externe ou dudit support de palier et une première sortie, située dans une partie axialement extrême opposée de ladite bague externe ou dudit support de palier, ledit palier à roulement étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second conduit d'huile, formé dans la bague externe ou dans le support de palier, formant une seconde hélice s'étendant autour de l'axe, imbriquée dans la première hélice, et comprenant une seconde entrée, située dans la partie axialement extrême opposée de ladite bague externe ou dudit support de palier et une seconde sortie, située dans la partie axialement extrême de ladite bague externe ou dudit support de palier de sorte que l'huile circule en sens contraire dans le premier conduit d'huile et dans le second conduit d'huile.
Le palier à roulement selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la première entrée et la seconde entrée sont connectées à une entrée commune d'alimentation en d'huile.
- la première entrée et la première sortie sont diamétralement opposées dans la bague externe ou dans le support de palier dans lequel est formé le premier conduit d'huile.
- la seconde entrée et la seconde sortie sont diamétralement opposées dans la bague externe ou dans le support de palier dans lequel est formé le second conduit d'huile.
- le premier conduit d'huile et le second conduit d'huile sont formés dans une surface externe de la bague externe.
- le premier conduit d'huile et le second conduit d'huile sont formés dans une surface interne du support de palier.
- la première sortie et la seconde sortie sont respectivement situées à deux extrémités axiales distinctes de la bague externe ou du support de palier dans lequel sont formés le premier conduit d'huile et le second conduit d'huile.
L'invention selon un second aspect concerne également une turbomachine d'aéronef comprenant un palier à roulement selon le premier aspect.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un déroulé d'une bague externe d'un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention ; et, la figure 2 est une vue de profil en coupe d'un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION
En référence aux figures 1 et 2, nous allons maintenant décrire des modes de réalisation d'un palier à roulement 101 selon l'invention. Le palier à roulement 101 décrit permet la rotation d'un arbre (tel que l'arbre 120 représenté à la figure 2) d'une turbomachine 100 d'aéronef. Il peut par exemple s'agir d'un arbre d'une soufflante non-carénée (d'une turbomachine d'aéronef) qui est compris dans un ensemble palier qui comprend deux roulements à billes coaxiaux.
Le palier à roulement 101 est centré sur un axe X. Dit autrement, les différents éléments annulaires compris dans le palier à roulement 101 (qui sont décrits plus en détail plus loin) s'étendent autour de l'axe X qui correspond donc à l'axe de rotation d'une bague externe 105 autour d'une bague interne 103 du palier à roulement 101. Ainsi, le palier à roulement 101 comprend la bague interne 103, la bague externe 105, des éléments roulants 107 (comme par exemple des rouleaux ou des billes) situés entre la bague interne 103 et la bague externe 105 et un support de palier 109 qui entoure la bague externe 105. En particulier, le support de palier 109 est en contact, au niveau de sa surface interne 109a avec la surface externe 105a de la bague externe 105.
Les termes « interne » et « externe » sont définis relativement à l'axe X, c'est-à-dire selon l'étendue radiale du palier de roulement 101. En particulier, les deux bagues 103 et 105 (ainsi que le support de palier 109) sont annulaires, et la bague externe 105 se situe donc (radialement) autour de la bague interne 103.
Le palier à roulement 101 comprend aussi un premier conduit d'huile 111 qui est formé dans la bague externe 105.
Dans l'exemple non-limitatif représenté, le premier conduit d'huile 111 correspond à un sillon (une rainure) formé en creux dans la surface externe 105a de la bague externe 105. Ainsi, dans ce mode de réalisation, le premier conduit d'huile 111 est fermé, sur une de ses faces latérales, par le support de palier 109 qui ferme ce sillon. Dans d'autres modes de réalisation non-représentés, le premier conduit d'huile 111 peut être formé dans l'épaisseur radiale de la bague externe 105 (i.e. sans contact avec sa surface externe). Le premier conduit d'huile peut également être formé dans l'épaisseur radiale du support de palier 109 ou encore au niveau de la surface interne dudit support de palier 109.
En outre, dans l'exemple non-limitatif représenté également, le premier conduit d'huile 111 a une section (transverse) ayant une forme carrée. Dans d'autres modes de réalisation, la section du premier conduit d'huile peut présenter d'autres formes géométriques comme par exemple, une forme oblongue, ou en arc de cercle ou encore trapézoïdale.
Le premier conduit d'huile 111 est configuré pour permettre la circulation d'huile en son sein dans le but de refroidir la bague externe.
En outre, dans l'exemple non-limitatif représenté encore, le premier conduit d'huile 111 forme une première hélice 113 qui s'étend autour de l'axe X et comprend une première entrée 111a, située dans une partie amont de la bague externe 105 et une première sortie 111b, située dans une partie aval de la bague externe 105.
Dans les différentes modes de réalisation de l'invention, la première entrée 111a et la première sortie 111b sont situées dans des parties axialement extrêmes opposées de l'élément dans lequel le premier conduit est formé (i.e. la bague externe ou le support de palier). En d'autres termes, lorsque la première entrée 111a est située dans la partie amont (de la bague externe ou du support de palier), la première sortie 111b est située dans la partie aval et inversement.
Comme le montre plus clairement la figure 1, dans l'exemple non-limitatif représenté, le premier conduit d'huile 111 suit donc la forme d'une droite oblique qui s'enroule autour de la bague externe 105. En outre, l'huile est injectée au niveau de la première entrée 111a à une certaine température (choisie pour permettre le refroidissement de la bague externe 105) et se réchauffe au fur et à mesure de sa circulation dans la premier conduit d'huile 111 jusqu'à son éjection au niveau de la sortie 111b. Les termes « amont » et « aval » sont définis relativement à l'étendue axiale (selon l'axe X) du palier à roulement 101, et relativement à l'arbre sur lequel le palier à roulement est destiné à être monté. Ils renvoient donc également au sens d'écoulement de l'air de la turbomachine qui comprend cet arbre. Ainsi, dans l'exemple représenté à la figure 2, la première entrée 111a est située dans une première moitié de l'étendue axiale de la bague externe 105 tandis que la première sortie 111b est située dans la seconde moitié de l'étendue axiale de la bague externe 105.
Outre les éléments décrits plus haut, dans l'exemple non-limitatif représenté, le palier à roulement 101 comprend encore un second conduit d'huile 115 qui est formé dans la bague externe 105 également.
Comme pour le premier conduit d'huile 111, le second conduit d'huile 115 correspond à un sillon (une rainure) formé en creux dans la surface externe 105a de la bague externe 105. Ainsi, dans ce mode de réalisation, le second conduit d'huile 115 est également fermé, sur une de ses faces latérales, par le support de palier 109 qui ferme ce sillon. Enfin, comme pour le premier conduit d'huile 111 également, le second conduit d'huile 115 a une section (transverse) ayant, dans cet exemple non- limitatif, une forme carrée.
Dans tous les cas, le second conduit d'huile 115 forme une seconde hélice 117 qui s'étend aussi autour de l'axe X et qui est imbriquée dans la première hélice 113. En d'autres termes, comme le montre plus en détail la figure 1, le second conduit d'huile 115 suit également la forme d'une droite oblique qui s'enroule autour de la bague externe 105.
Là encore, dans d'autres modes de réalisation non-représentés, le second conduit d'huile 115 peut être formé dans l'épaisseur radiale de la bague externe 105 (i.e. sans contact avec sa surface externe). Le second conduit d'huile 115 peut également être formé dans l'épaisseur radiale du support de palier 109 ou encore au niveau de la surface interne dudit support de palier 109.
En géométrie, une hélice est définie comme étant une courbe régulière tracée sur un cylindre et coupant les génératrices du cylindre suivant un angle 0 constant. La direction des génératrices du cylindre correspond à l'axe de l'hélice et le complémentaire a de l'angle 0 correspond à l'angle de l'hélice.
Ainsi, l'imbrication de la première hélice 113 et de la seconde hélice 117 (soit dans la bague externe soit dans le support de palier) signifie que les deux hélices 113 et 117 ont un même axe (celui des génératrices du cylindre qui correspond à l'élément - bague externe ou support de palier -dans lequel sont formés les conduits d'huile) et un même angle mais sont décalées selon leur axe (i.e. selon la direction de l'axe X) de sorte qu'elles ne se croisent jamais (i.e. qu'elles ne s'intersectent jamais).
Dans l'exemple non-limitatif représenté, le second conduit d'huile 115 comprend également une seconde entrée 115a qui est située dans une partie aval de la bague externe 105 et une seconde sortie 115b qui située dans une partie amont de la bague externe 105.
Dans les différents modes de réalisation de l'invention, la seconde entrée 115a et la seconde sortie 115b sont situées dans des parties axialement extrêmes opposées (i.e. respectivement aval et amont ou amont et aval) de l'élément dans lequel le second conduit est formé (i.e. la bague externe ou le support de palier). En d'autres termes, lorsque la seconde entrée 115a est située dans la partie amont, la seconde sortie 115b est située dans la partie aval et inversement.
Ainsi, l'huile est injectée au niveau de la seconde entrée 115a à une certaine température (choisie pour permettre le refroidissement de la bague externe 105) et se réchauffe au fur et à mesure de sa circulation dans le second conduit d'huile 115 jusqu'à son éjection au niveau de la sortie 115b.
En outre, du fait des positions axiales respectives des entrées et sorties des premier et second conduits d'huile, l'huile circule en sens contraire dans le premier conduit d'huile 111 et dans le second conduit d'huile 115.
Avantageusement, grâce à l'agencement des premier et second conduits d'huile de l'invention, l'huile servant à refroidir la bague, circule indépendamment (i.e. sans que l'huile qui circule dans un conduit puisse passer dans l'autre) dans les deux conduits tout en permettant, en fonction de l'angle et de la position axiale des hélices 113 et 117 d'optimiser un éventuel échange calorique ayant lieu entre l'huile circulant dans les deux conduits (i.e. de rendre la distribution axiale de température la plus homogène possible).
En outre, dans l'exemple particulier représenté aux figures 1 et 2, la première entrée 111a et la seconde entrée 115a sont situées à un même azimut (symbolisé par la position à 12h sur la figure 1) de la bague externe 105. Le terme « azimut » correspond à la position angulaire sur un cercle correspondant à la section de la bague (i.e. sur la périphérie de la bague).
De plus, la première sortie 111b et la seconde sortie 115b sont également situées à un même azimut de la bague externe 105, et sont respectivement diamétralement opposées (dans la bague externe 105) à la première entrée 111a et à la seconde entrée 115a.
En outre, la sortie peut être positionnée au plus proche du point bas du palier à roulement (i.e. à 6h) lorsque le palier à roulement est monté sur un arbre d'une turbomachine d'aéronef.
Avantageusement, dans la configuration de l'exemple représenté aux figures 1 et 2, la température de la bague externe 105 est homogénéisée axialement, dans la mesure où l'entrée de la première hélice 113 (où de l'huile « froide » est injectée) est située à proximité de la sortie de la deuxième hélice 117 (où l'huile s'est réchauffée en circulant dans le second conduit d'huile 115), et réciproquement. Ainsi, les écarts de températures entre l'huile circulant dans le premier conduit d'huile 111 et dans le second conduit d'huile 115 sont moyennés sur l'étendue axiale de la bague.
Dans le mode de réalisation particulier représenté à la figure 2, le support de palier 109 comprend un troisième conduit d'huile 119 qui est connecté à la première entrée 111a et un quatrième conduit d'huile 121 qui est connecté à la seconde entrée 115a, et une troisième entrée 123 d'alimentation du troisième conduit d'huile 119 et du quatrième conduit d'huile 121 qui est située au niveau de la surface externe 109b de le support de palier 109.
Ainsi, dans cet exemple non-limitatif, avantageusement, le premier conduit d'huile 111 et le second conduit d'huile 115 sont alimentés par une même huile et qui est donc, au niveau de leurs entrées, à une même température. Dans d'autres modes de réalisation, les premier et second conduits d'huile peuvent être alimentés indépendamment de sorte que deux circuits d'huile complètement indépendants (en particulier en terme de débit et de température) coexistent.
Enfin, dans le mode de réalisation particulier représenté à la figure 2 également, la première sortie 111b et la seconde sortie 115b sont respectivement situées à deux extrémités axiales distinctes de la bague externe 105 (i.e. les extrémités aval et amont de la bague selon l'axe X).
Finalement, l'invention permet non seulement d'améliorer l'homogénéité thermique axiale dans une bague du palier à roulement mais également de mieux réduire la différence de température entre la bague interne et la bague externe et de réduire les réjections thermiques du palier à roulement en limitant la quantité d'huile brassée par les éléments roulants.

Claims

REVENDICATIONS
1. Palier à roulement (101) pour arbre (120) de turbomachine (100) d'aéronef, centré sur un axe (X), et comprenant une bague interne (103), une bague externe (105), un support de palier (109) entourant la bague externe (105), des éléments roulants (107) situés entre la bague interne (103) et la bague externe (105), et un premier conduit d'huile (111) formé dans la bague externe (105) ou dans le support de palier (109), ledit premier conduit d'huile (111) formant une première hélice (113) s'étendant autour de l'axe (X) et comprenant une première entrée (111a), située dans une partie axialement extrême de ladite bague externe (105) ou dudit support de palier (109) et une première sortie (111b), située dans une partie axialement extrême opposée de ladite bague externe (105) ou dudit support de palier (109), ledit palier à roulement (101) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second conduit d'huile (115), formé dans la bague externe (105) ou dans le support de palier (109), formant une seconde hélice (117) s'étendant autour de l'axe (X), imbriquée dans la première hélice (113), et comprenant une seconde entrée (115a), située dans la partie axialement extrême opposée de ladite bague externe (105) ou dudit support de palier (109) et une seconde sortie (115b), située dans la partie axialement extrême de ladite bague externe (105) ou dudit support de palier (109) de sorte que l'huile circule en sens contraire dans le premier conduit d'huile (111) et dans le second conduit d'huile (115).
2. Palier à roulement (101) selon la revendication 1, dans lequel la première entrée (111a) et la seconde entrée (115a) sont connectées à une entrée commune (123) d'alimentation en d'huile.
3. Palier à roulement (101) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la première entrée (111a) et la première sortie (111b) sont diamétralement opposées dans la bague externe (105) ou le support de palier (109) dans lequel est formé le premier conduit d'huile (111).
4. Palier à roulement (101) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la seconde entrée (115a) et la seconde sortie (115b) sont diamétralement opposées dans la bague externe (105) ou le support de palier (109) dans lequel est formé le second conduit d'huile (115).
5. Palier à roulement (101) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier conduit d'huile (111) et le second conduit d'huile (115) sont formés dans une surface externe (105a) de la bague externe (105).
6. Palier à roulement (101) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier conduit d'huile (111) et le second conduit d'huile (115) sont formés dans une surface interne du support de palier (109).
7. Palier à roulement (101) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première sortie (111b) et la seconde sortie (115b) sont respectivement situées à deux extrémités axiales distinctes de la bague externe (105) ou du support de palier (109) dans lequel sont formés le premier conduit d'huile (111) et le second conduit d'huile (115).
8. Turbomachine d'aéronef (100) comprenant un palier à roulement (101) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS48110551U (fr) * 1972-03-28 1973-12-19
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US20120328226A1 (en) 2009-12-02 2012-12-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Rolling bearing arrangement
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