FR2938015A1

FR2938015A1 - Turbomachine i.e. turbojet engine, for airplane, has attenuation unit including absorption and dissipation units and attenuating peak torque transmitted to gear trains at time of starting of turbomachine and during operation of equipments

Info

Publication number: FR2938015A1
Application number: FR0806166A
Authority: FR
Inventors: Baptiste Benoit Colotte; Jean Pierre Galivel; Bruno Robert Gaully; Zoltan Zsiga
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-05-07
Anticipated expiration: 2028-11-05
Also published as: FR2938015B1

Abstract

The turbomachine has equipments such as generator (44) and fuel pump (46), connected to a rotor by a torque transmission unit comprising a gear train (34). The unit has an attenuation unit that attenuates peak rotational torque transmitted to the train and another gear train at the time of starting of the turbomachine and during operation of the equipments. The attenuation unit is provided with a deformable peak torque absorption unit and an energy dissipation unit, and is constituted of a viscous coupler, a limited slip differential or a vibration damper used in a clutch of a motor vehicle.

Description

ATTENUATION DES PICS DE COUPLE SUR UN TRAIN D'ENGRENAGES DANS UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne une turbomachine dont le rotor est relié par un train d'engrenages à un démarreur et à des équipements tels par exemple qu'une pompe à carburant, une unité de lubrification, un alternateur, une pompe hydraulique et un générateur électrique. Lors du démarrage de la turbomachine, le démarreur doit entraîner le rotor de la turbomachine par l'intermédiaire du train d'engrenages et doit également entraîner les différents équipements reliés au train d'engrenages. Le début de la rotation du démarreur, comprend un rattrapage de courses mortes qui permet de consommer les jeux existants dans le train d'engrenages et les équipements associés. Un couple d'impact apparaît au moment du contact entre les dentures des différents pignons du train d'engrenages. Le démarreur doit vaincre également un couple de décollement du à la résistance à l'entraînement en rotation des équipements et du rotor de la turbomachine et d'une manière générale de l'ensemble de la chaîne cinématique. Ce couple de décollement est d'autant plus important que la température est basse, du fait de l'augmentation de la viscosité de l'huile servant à la lubrification des différentes pièces en rotation. Au dessus du ralenti, le couple nécessaire à l'entraînement des équipements est fourni par le rotor du compresseur haute pression. Lors des changements de charge des équipements, des pics de couple résistant peuvent apparaître dans le train d'engrenages, avec des conséquences néfastes sur les pignons et les paliers. Ces pics de couple peuvent dans certains cas provoquer la rupture d'éléments fusibles prévus dans les équipements précités, avec un risque inacceptable d'arrêt en vol. La tendance actuelle au grossissement des alterno-démarreurs et des générateurs pour répondre aux besoins croissants de puissance électrique dans les avions augmente encore l'importance et le taux d'occurrence de ces problèmes. On est ainsi conduit à sur-dimensionner les trains d'engrenages pour résister à ces pics de couple, ce qui induit une augmentation de la masse d'un train d'engrenages et impose de réaliser des études et usinages précis des pignons du train d'engrenages pour limiter au mieux les jeux d'engrènement, d'utiliser des matériaux coûteux et de réaliser de nombreux essais. La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes de la technique actuelle. A cet effet, elle propose une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur d'avion, comprenant un démarreur et des équipements tels par exemple qu'un générateur, reliés au rotor de la turbomachine par des moyens de transmission de couple comprenant un train d'engrenages, caractérisée en ce que les moyens de transmission de couple comprennent également des moyens d'atténuation des pics de couple de rotation transmis au train d'engrenages au démarrage de la turbomachine et lors du fonctionnement des équipements, ces moyens d'atténuation comprenant des moyens déformables d'absorption des pics de couple et des moyens de dissipation d'énergie. L'adjonction par rapport à la technique antérieure de moyens d'atténuation des pics de couple de rotation permet d'atténuer l'effet des couples d'impact et des couples de décollement sur la chaîne cinématique Ces moyens d'atténuation s'avèrent particulièrement intéressant dans le cas d'un démarreur électrique qui fournit un couple maximum dès sa mise en route. Au-dessus du ralenti, les pics de couple appliqués par les équipements à la chaîne cinématique sont diminués, ce qui évite d'endommager les pignons et les paliers du train d'engrenages. The present invention relates to a turbomachine whose rotor is connected by a gear train to a starter and to equipment such as for example a fuel pump, a unit or a unit of a turbine engine. lubrication system, an alternator, a hydraulic pump and an electric generator. When starting the turbomachine, the starter must drive the rotor of the turbomachine via the gear train and must also drive the various equipment connected to the gear train. The beginning of the rotation of the starter, includes a catch-up of dead races that allows to consume existing games in the gear train and associated equipment. An impact torque appears at the moment of contact between the teeth of the different gears of the gear train. The starter must also overcome a detachment torque due to the resistance to the rotational drive of the equipment and rotor of the turbomachine and in general of the entire drive train. This separation torque is all the more important as the temperature is low, because of the increase in the viscosity of the oil used for the lubrication of the various rotating parts. Above the idle speed, the torque needed to drive the equipment is provided by the rotor of the high pressure compressor. During equipment load changes, strong torque peaks may appear in the gear train, with adverse consequences for gears and bearings. These torque peaks can in certain cases cause the rupture of fusible elements provided in the aforementioned equipment, with an unacceptable risk of stopping in flight. The current trend of magnifying alternator starters and generators to meet the increasing need for electrical power in aircraft further increases the importance and rate of occurrence of these problems. It is thus necessary to oversize the gear trains to resist these torque peaks, which induces an increase in the mass of a gear train and requires accurate studies and machining of the gears of the gear train. gears to best limit meshing games, use expensive materials and perform many tests. The present invention is intended in particular to provide a simple, effective and economical solution to these problems of the current technique. For this purpose, it proposes a turbomachine, such as for example an airplane turbojet, comprising a starter and equipment such as for example a generator, connected to the rotor of the turbomachine by torque transmission means comprising a train gearbox, characterized in that the torque transmission means also comprise means for attenuating the rotational torque peaks transmitted to the gear train at the start of the turbomachine and during the operation of the equipment, these attenuation means comprising deformable means for absorbing torque peaks and energy dissipation means. The addition to the prior art means of attenuation of torque peaks can mitigate the effect of the impact torque and release torque on the kinematic chain These attenuation means are particularly interesting in the case of an electric starter that provides maximum torque from its start. Above the idle speed, the torque peaks applied by the equipment to the drive train are reduced, which avoids damaging the gears and bearings of the gear train.

Cela permet de ne pas sur-dimensionner le train d'engrenages et donc de ne pas augmenter sa masse. This makes it possible not to over-size the gear train and therefore not to increase its mass.

Avantageusement, les moyens d'atténuation des pics de couple sont intégrés au train d'engrenages, ce qui évite une augmentation du porte-à-faux des équipements. Les moyens d'atténuation des pics de couple peuvent également être agencés entre le train d'engrenages et les équipements ou bien être intégrés à au moins certains des équipements. Selon différents modes de réalisation de l'invention, les moyens d'atténuation des pics de couple comprennent un visco-coupleur ou un différentiel à glissement limité ou un amortisseur de torsion du type utilisé dans un embrayage de véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine ; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un train d'engrenages relié à des équipements et à un démarreur d'une turbomachine telle que celle de la figure 1 ; la figure 3 représente schématiquement une chaîne cinématique reliant des équipements, le démarreur, le train d'engrenages et le turboréacteur, selon la technique antérieure ; - la figure 4 représente schématiquement la chaîne cinématique reliant des équipements, le démarreur, le train d'engrenages et le turboréacteur, et comprenant des moyens d'atténuation de pics de couple selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1, qui représente une turbomachine 10 comprenant d'amont en aval une soufflante 12, un compresseur basse pression 14, un carter intermédiaire 16, un compresseur haute pression 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute pression 21 et une turbine basse pression 22. L'air entrant dans la turbomachine se divise en un flux d'air primaire (flèches A) qui circule à l'intérieur des compresseurs basse et haute pression 14, 18 vers la chambre de combustion 20 puis à travers les turbines haute et basse pression 21, 22, et en un flux d'air secondaire (flèches B) qui contourne le compresseur 14, 18, la chambre de combustion 20 et la turbine 21, 22. Le carter intermédiaire 16 comprend des bras structuraux 24 s'étendant radialement vers l'extérieur. Un des bras 24 du carter intermédiaire 16 contient un arbre radial 26 dont l'extrémité interne est reliée par un couple de pignons coniques à l'arbre d'entraînement 28 du compresseur haute pression 18. L'extrémité radialement externe de l'arbre radial 26 est reliée par un autre couple de pignons coniques à l'entrée d'un boîtier 32, représenté en figure 2, comprenant un train d'engrenages 34 comportant des pignons 36 d'entraînement d'une pluralité d'équipements, tels que par exemple, une unité de lubrification 38, une pompe hydraulique 40, un démarreur 42, un générateur 44, une pompe à carburant 46 et un déshuileur 48. La chaîne cinématique de la technique antérieure, qui relie les équipements 50, le démarreur et le train d'engrenages 52 et le turboréacteur 54, est représentée schématiquement en figure 3. Advantageously, the means of attenuation of the torque peaks are integrated in the gear train, which avoids an increase in the overhang of the equipment. The means for attenuating the torque peaks can also be arranged between the gear train and the equipment or be integrated with at least some of the equipment. According to various embodiments of the invention, the means for attenuating the torque peaks comprise a visco-coupler or a limited slip differential or a torsion damper of the type used in a motor vehicle clutch. The invention will be better understood and other details, advantages and features of the invention will appear on reading the following description given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. schematic in axial section of a turbomachine; Figure 2 is a schematic perspective view of a gear train connected to equipment and a starter of a turbomachine such as that of Figure 1; 3 schematically shows a kinematic chain connecting equipment, the starter, the gear and the turbojet, according to the prior art; - Figure 4 schematically shows the kinematic chain connecting equipment, the starter, the gear train and the turbojet, and comprising means for attenuation of torque peaks according to the invention. Referring firstly to FIG. 1, which shows a turbomachine comprising, upstream to downstream, a fan 12, a low-pressure compressor 14, an intermediate casing 16, a high-pressure compressor 18, a combustion chamber 20, a high-pressure turbine 21 and a low-pressure turbine 22. The air entering the turbomachine is divided into a primary air flow (arrows A) which circulates inside the low and high pressure compressors 14, 18 towards the chamber combustion 20 and then through the high and low pressure turbines 21, 22, and a secondary air flow (arrows B) which bypasses the compressor 14, 18, the combustion chamber 20 and the turbine 21, 22. The crankcase intermediate 16 includes structural arms 24 extending radially outwardly. One of the arms 24 of the intermediate casing 16 contains a radial shaft 26 whose inner end is connected by a pair of bevel gears to the drive shaft 28 of the high-pressure compressor 18. The radially outer end of the radial shaft 26 is connected by another pair of bevel gears to the inlet of a housing 32, shown in FIG. 2, comprising a gear train 34 comprising sprockets 36 for driving a plurality of equipment, such as for example for example, a lubrication unit 38, a hydraulic pump 40, a starter 42, a generator 44, a fuel pump 46 and a de-oiler 48. The kinematic chain of the prior art, which connects the equipment 50, the starter and the train gear 52 and the turbojet engine 54, is shown diagrammatically in FIG.

Le démarrage de la turbomachine est réalisé grâce au couple d'entraînement en rotation (flèches pleines) fourni par le démarreur au train d'engrenages qui entraîne en rotation les équipements 50 et le turboréacteur. En réaction au couple moteur du démarreur, les équipements 50 ainsi que le turboréacteur 54 génèrent des couples résistants (flèches pointillés) qui s'appliquent au démarreur et au train d'engrenages. Au début de la rotation du démarreur 42, il est nécessaire de consommer les jeux entre les dentures des pignons 36 du train d'engrenages pour amener les dentures des pignons 36 en prise les unes avec les autres. Ce rattrapage des jeux provoque un couple d'impact sur le train d'engrenages. The start of the turbomachine is achieved by the rotational drive torque (solid arrows) supplied by the starter to the gear train which rotates the equipment 50 and the turbojet engine. In response to the engine torque of the starter, the equipment 50 and the turbojet engine 54 generate strong torques (dashed arrows) that apply to the starter and the gear train. At the beginning of the rotation of the starter 42, it is necessary to consume the clearances between the teeth of the gears 36 of the gear train to bring the teeth of the gears 36 into engagement with each other. This catch of the games causes a couple of impact on the gear train.

Au-dessus du ralenti, le couple d'entraînement est fourni par le turboréacteur 54 et transmis par l'intermédiaire du train d'engrenages 52 aux équipements 50. En réaction, les équipements 50 génèrent un couple résistant transmis à travers le train d'engrenages 52 au turboréacteur 54. Above the idle speed, the driving torque is provided by the turbojet engine 54 and transmitted via the gear train 52 to the equipment 50. In response, the equipment 50 generates a resisting torque transmitted through the train of gears 52 to the turbojet engine 54.

Lors des modifications de charge des équipements 50, par exemple pour fournir davantage d'électricité, de pression..., des pics de couple sont appliqués au train d'engrenages 52. L'invention se propose de réduire les effets néfastes précédemment décrits sur le train d'engrenages 52, en utilisant des moyens d'atténuation des pics de couple comprenant des moyens déformables d'absorption des pics de couple et des moyens de dissipation d'énergie de ces pics de couple. Les moyens déformables d'absorption des pics de couple permettent de diminuer l'amplitude des contraintes appliquées au train d'engrenages 52 et les moyens de dissipation d'énergie permettent de diminuer l'énergie de ces contraintes. Les moyens 56 d'atténuation de pics de couple sont intercalés dans la chaîne cinématique entre les équipements 50 et le train d'engrenages 52 (figure 4). During load changes of the equipment 50, for example to provide more electricity, pressure ..., torque peaks are applied to the gear train 52. The invention proposes to reduce the harmful effects previously described in FIG. the gear train 52, using torque peak attenuation means comprising deformable means for absorbing the torque peaks and means for dissipating energy of these torque peaks. The deformable means of absorption of the torque peaks make it possible to reduce the amplitude of the stresses applied to the gear train 52 and the energy dissipation means make it possible to reduce the energy of these stresses. The means 56 for attenuating torque peaks are interposed in the drive train between the equipment 50 and the gear train 52 (FIG. 4).

Lors du démarrage de la turbomachine, les moyens d'atténuation 56 fonctionnent dès la mise en route du démarreur, ce qui permet de limiter l'effet des couples d'impact dus à l'engrènement des pignons du train d'engrenages 52. Au-dessus du ralenti, le couple moteur fourni par la turbomachine 54 est appliqué aux équipements dont les variations de charge génèrent des pics de couple qui sont absorbés et amortis au moins en partie par les moyens d'atténuation 56 intercalés entre le train d'engrenages 52 et les équipements 50. Les moyens d'atténuation 56 peuvent être intégrés au train d'engrenages 34, ce qui limite le porte-à-faux des équipements. En variante, seuls certains des équipements 50 peuvent comprendre des moyens d'atténuation de pics de couple, tels que par exemple le générateur 44 et la pompe hydraulique 40 qui génèrent des pics de couple importants en fonctionnement. L'utilisation des moyens d'atténuation 56 permet de diminuer la masse du train d'engrenages 34, 52 par rapport à la technique antérieure. De plus, l'invention permet d'augmenter la durée de vie à la fois du train d'engrenages 34, 52 et des différents éléments de la chaîne cinématique car celle-ci n'est plus soumise à d'importants pics de couple au démarrage et en vol. Les frais d'étude et de réalisation des pignons du train d'engrenages peuvent également être diminués. Les moyens d'atténuation peuvent comprendre un visco-coupleur, un différentiel à glissement limité ou un amortisseur de torsion du type utilisé dans un embrayage de véhicule automobile, ces moyens étant bien connus de l'homme du métier et n'ayant pas à être décrits de façon détaillée dans la présente demande de brevet. When starting the turbomachine, the attenuation means 56 operate as soon as the starter is started, which makes it possible to limit the effect of the impact torques due to the meshing of the gears of the gear train 52. above the idle speed, the engine torque supplied by the turbomachine 54 is applied to equipment whose load variations generate torque peaks which are absorbed and damped at least in part by the attenuation means 56 interposed between the gear train 52 and the equipment 50. The attenuation means 56 can be integrated in the gear train 34, which limits the overhang of the equipment. As a variant, only some of the equipment 50 may comprise means for attenuating torque peaks, such as, for example, the generator 44 and the hydraulic pump 40 that generate high torque peaks in operation. The use of the attenuation means 56 reduces the mass of the gear train 34, 52 compared to the prior art. In addition, the invention makes it possible to increase the service life of both the gear train 34, 52 and the various elements of the drive train as this is no longer subject to significant torque peaks at the moment. start up and in flight. The costs of studying and producing the gears of the gear train can also be reduced. The attenuation means may comprise a visco-coupler, a limited slip differential or a torsion damper of the type used in a motor vehicle clutch, these means being well known to those skilled in the art and not having to be described in detail in this patent application.

Claims

REVENDICATIONS1. Turbomachine, such as for example an aircraft turbojet, comprising a starter (42) and equipment (50) such as for example a generator (44) and a fuel pump (44) connected to the rotor (28) the turbomachine (10) by torque transmission means comprising a gear train (34), characterized in that the torque transmission means also comprise means (56) for attenuating the rotational torque peaks transmitted to the gear train (34, 52) at the start of the turbomachine and during the operation of the equipment (50), these attenuation means (56) comprising deformable torque peak absorption means and dissipation means, 'energy.

2. The turbomachine according to claim 1, characterized in that the means of attenuation of the torque peaks (56) are integrated in the gear train (34, 52).

3. Turbomachine according to claim 1, characterized in that the means for attenuating the torque peaks (56) are arranged between the gear train (34, 52) and the equipment (50).

4. The turbomachine according to claim 1, characterized in that torque peak attenuation means (56) are integrated with at least some of the equipment (50).

5. Turbomachine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the attenuation means (56) comprise a visco-coupler, a limited slip differential or a torsion damper of the type used in a motor vehicle clutch. .