FR2960022A1 - Circuit et procede d'alimentation en huile de paliers a roulement d'une turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un circuit et un procédé d'alimentation en huile de paliers à roulement d'une turbomachine, le circuit comprenant un réservoir d'huile (16), un conduit d'huile (18) reliant le réservoir à une pluralité d'enceintes de lubrification (10 à 14) disposées en parallèle et renfermant chacune au moins un palier à roulement, une pompe d'alimentation en huile (26) disposée entre le réservoir et les enceintes de lubrification, une pompe de récupération d'huile (28) montée en aval de chaque enceinte de lubrification, une vanne de pressurisation (32) disposée dans le conduit entre la pompe d'alimentation en huile et les enceintes de lubrification, ladite vanne de pressurisation étant adaptée à s'ouvrir au-delà d'une pression de seuil prédéterminée à son entrée, et un conduit de dérivation (34) reliant l'entrée de la vanne de pressurisation à l'une des enceintes de lubrification pour l'alimenter en huile.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des paliers à roulement d'une turbomachine. Elle vise plus précisément l'alimentation en huile des films d'huile sous pression équipant les paliers à roulement d'une turbomachine aéronautique. Une turbomachine aéronautique comprend plusieurs paliers à roulement (à billes ou à rouleaux) logés dans des enceintes dites de lubrification et qui servent à supporter en rotation les arbres rotatifs de la turbomachine (par exemple les arbres des corps haute et basse pression d'un turboréacteur à double corps). Ainsi, un turboréacteur du type à double corps et double flux comprend généralement un palier à roulement logé dans une enceinte de lubrification située à l'avant (appelé palier avant) et deux paliers à roulement logés dans des enceintes de lubrification situées à l'arrière du turboréacteur (appelés paliers arrière).

Afin d'obtenir un fonctionnement satisfait de ces paliers à roulement, il est nécessaire d'assurer, d'une part la lubrification et le refroidissement des roulements qui les constituent en injectant de l'huile entre leurs bagues, et d'autre part l'amortissement des vibrations engendrées par la rotation des arbres supportés par ces paliers en alimentant en huile sous pression un couche d'huile formée entre la bague extérieure et une pièce de structure des paliers (on parle de « squeeze film »). L'huile utilisée pour assurer la lubrification et le refroidissement des roulements et celle alimentant les films d'amortissement des vibrations provient d'un même circuit d'huile. Typiquement, un tel circuit comprend un conduit d'huile reliant le réservoir d'huile aux différentes enceintes de lubrification qui renferment les paliers à roulement de la turbomachine, une pompe d'alimentation en huile pour prélever de l'huile du réservoir et l'envoyer vers les paliers à roulement, et des pompes de récupération d'huile pour récupérer l'huile ayant alimenté les paliers à roulement et la renvoyer vers le réservoir. La pompe d'alimentation en huile d'un tel circuit est généralement une pompe rotative volumétrique qui est entraînée en rotation par une sortie du boîtier d'accessoires du turboréacteur lui-même entraîné par un prélèvement sur l'arbre haute pression de la turbomachine. Son débit est donc directement proportionnel au régime moteur. Or, sur certaines plages de fonctionnement du moteur, les besoins en terme de débit d'huile ne sont pas les mêmes pour tous les paliers à roulement d'une turbomachine. En particulier, le palier avant du turboréacteur, et plus précisément sa couche d'huile formée pour amortir les vibrations, a besoin d'être alimenté en pression d'huile à un régime de fonctionnement qui est inférieur au ralenti (appelé régime de sous-ralenti). Pour y parvenir, l'une des solutions connues consiste à dimensionner le circuit d'alimentation en huile de telle sorte que les besoins de pression et de débit d'huile soient couverts dans tous les régimes de fonctionnement, et en particulier au régime de sous-ralenti. Cependant, avec une telle solution il est nécessaire de renforcer les éléments des pompes d'alimentation et de récupération du circuit d'huile ce qui alourdit la masse de celui-ci. En effet, le niveau de pression demandé pour un régime de sous-ralenti implique des pressions extrêmes au régime plein gaz. Une autre solution connue consiste à dédier une pompe spéciale pour le palier avant. Outre la nouvelle source de pannes qu'elle présente, son impact sur le bilan de masse est non négligeable.

Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un circuit qui permet de fournir une forte pression d'huile non à seulement à un régime de sous-ralenti, mais aussi à un seul palier à roulement. Ce but est atteint grâce à un circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement d'une turbomachine, comprenant un réservoir d'huile, un conduit d'huile reliant le réservoir à une pluralité d'enceintes de lubrification disposées en parallèle et renfermant chacune au moins un palier à roulement, une pompe d'alimentation en huile disposée dans le conduit entre le réservoir et les enceintes de lubrification pour prélever de l'huile du réservoir et l'envoyer vers les paliers à roulement, et une pompe de récupération d'huile montée en aval de chaque enceinte de lubrification pour récupérer l'huile ayant alimenté les paliers à roulement et la renvoyer vers le réservoir, le circuit comportant en outre, conformément à l'invention, une vanne de pressurisation disposée dans le conduit entre la pompe d'alimentation en huile et les enceintes de lubrification, ladite vanne de pressurisation étant adaptée à s'ouvrir au-delà d'une pression de seuil prédéterminée à son entrée, et un conduit de dérivation reliant l'entrée de la vanne de pressurisation à l'une des enceintes de lubrification pour l'alimenter en huile. La pression de seuil est déterminée de façon à correspondre à la pression d'huile nécessaire pour alimenter le palier à roulement situé dans l'enceinte en question (par exemple le palier situé dans le palier de l'enceinte avant) pour un régime de fonctionnement donné (par exemple le régime de sous-ralenti). Au démarrage, la vanne de pressurisation reste donc fermée et la pression en sortie de la pompe d'alimentation va croître jusqu'à atteindre la pression de seuil prédéterminée. Pendant cette phase, la pression alimentant le palier à roulement situé dans l'enceinte en question va augmenter rapidement jusqu'à atteindre la pression de seuil. Une fois la pression de seuil atteinte, la vanne de pressurisation va s'ouvrir et permettre notamment le maintien de la pression de seuil dans cette enceinte. De la sorte, il est possible d'assurer une alimentation en huile à un niveau de pression élevé et régulé à partir d'un faible régime de fonctionnement du moteur pour un palier à roulement particulier. Un tel circuit présente l'avantage de minimiser le nombre de nouveaux équipements à installer (et donc la masse globale) tout en limitant les risques de panne. Le circuit peut comprendre en outre un conduit de contournement reliant l'entrée de la vanne de pressurisation à sa sortie et destiné à permettre l'alimentation des enceintes de lubrification par un faible débit d'huile. Alternativement, cette alimentation peut être réalisée au moyen d'un débit de fuite ménagé au niveau de la vanne de pressurisation. La vanne de pressurisation peut être du type à fermeture par un clapet monté sur un ressort taré. Le circuit peut comprendre en outre un boîtier d'accessoires et un boîtier de transfert reliés au réservoir par le conduit et disposés en parallèle avec les paliers à roulement. L'invention concerne également un turboréacteur comprenant un circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement tel que défini précédemment.

L'invention concerne encore un procédé d'alimentation en huile de paliers à roulement d'une turbomachine disposés en parallèle dans un circuit d'huile, consistant à prélever de l'huile dans un réservoir d'huile pour l'envoyer dans des enceintes de lubrification renfermant chacune au moins un palier à roulement et récupérer l'huile ayant alimenté les enceintes de lubrification et la renvoyer vers le réservoir. Conformément à l'invention, le procédé consiste à couper le débit d'huile alimentant certaines enceintes de lubrification tant que la pression d'alimentation en huile de l'une des enceintes de lubrification n'a pas atteint une pression de seuil prédéterminée.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique d'un circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue schématique d'un circuit selon un autre mode de réalisation de l'invention.

Description détaillée de modes de réalisation L'invention est applicable à différents types de turbomachines ayant plusieurs paliers à roulement, et notamment à un turboréacteur du type à double corps et double flux ayant un palier à roulement situé à l'avant (appelé « palier avant ») et deux paliers à roulement situés à l'arrière (appelés « paliers arrière »). Afin de tenir aux charges radiales et axiales, un tel turboréacteur comprend en effet plusieurs paliers à roulement destinés à supporter en rotation les arbres des corps basse et haute pression du turboréacteur. Plus précisément, les arbres des corps basse et haute pression sont supportés à leur extrémité avant par un palier avant et à leur extrémité arrière par deux paliers arrière. Pour garantir un fonctionnement satisfait de ces paliers à roulement, il est nécessaire d'assurer, d'une part la lubrification et le refroidissement des roulements qui les constituent, et d'autre part l'amortissement des vibrations engendrées par la rotation des arbres supportés par ces paliers.

En pratique, les paliers à roulements sont logés dans des enceintes de lubrification (à savoir ici une enceinte 10 renfermant le palier avant, et deux enceintes 12, 14 renfermant les paliers arrière) et de l'huile sous pression est injectée dans ces enceintes par des buses d'injection entre les bagues de roulement de chacun de ces paliers. L'huile est ensuite refoulée ou centrifugée vers l'extérieur des enceintes de lubrification en évacuant par transfert calorique la chaleur produite par les roulements des paliers. En outre, de l'huile sous pression est confinée entre la bague extérieure et une pièce de structure des paliers. Cette huile sous pression qui est ainsi présente à la surface de contact entre la bague extérieure et la pièce de structure des paliers sous la forme d'un film d'huile (appelé « squeeze film ») permet de jouer un rôle d'amortisseur des vibrations engendrées par la rotation des arbres des corps basse et haute pression. On pourra se référer aux documents EP 1,406,026 et EP 1,375,941 qui montrent des exemples de réalisation de paliers à roulement munis d'un refroidissement et d'un squeeze film. L'huile utilisée pour le refroidissement, la lubrification et l'alimentation des squeeze films des paliers à roulement est acheminée via un même circuit d'alimentation en huile. La figure 1 représente de façon très schématique un circuit d'alimentation en huile des paliers à roulement selon l'invention. Le circuit comprend notamment un réservoir d'huile 16 et un conduit d'huile 18 reliant le réservoir aux enceintes de lubrification 10 à 14, ces enceintes étant disposées en parallèle les unes par rapport aux autres. Le conduit d'huile 18 relie également le réservoir à un boîtier d'accessoires 20 du turboréacteur et à un boîtier de transfert 22 également disposés en parallèle par rapport aux enceintes. Le circuit comprend également une pompe d'alimentation en huile 26 qui est disposée dans le conduit 18 entre le réservoir 16 et les enceintes de lubrification 10 à 14 et les boîtiers 20, 22 pour prélever de l'huile du réservoir et l'envoyer dans ces éléments. En particulier, le conduit d'huile débouche au niveau des paliers à roulement au niveau des buses d'injection d'huile (non représentées). Pour chaque enceinte de lubrification, il est aussi prévu une pompe de récupération d'huile 28 qui est montée dans le conduit d'huile en aval des enceintes pour récupérer l'huile ayant alimenté les paliers à roulement et la renvoyer vers le réservoir 16. De même, une même pompe de récupération d'huile 28 permet de récupérer l'huile ayant alimenté les boîtiers 20, 22. Les pompes d'alimentation en huile 26 et de récupération d'huile 28 sont montées au sein d'un même bloc 30 appelé « groupe de lubrification ». Ces pompes sont des pompes rotatives volumétriques et sont entraînées en rotation par un prélèvement sur l'arbre haute pression du turboréacteur. Selon l'invention, le circuit d'alimentation en huile comprend en outre une vanne de pressurisation 32 qui est disposée dans le conduit d'huile 18 entre la pompe d'alimentation en huile 26 et les enceintes de lubrification 10 à 14 et les boîtiers 20, 22, et un conduit de dérivation 34 reliant l'entrée de la vanne de pressurisation à l'enceinte avant 10. La vanne de pressurisation 32 est apte à restreindre fortement, voire à fermer complètement, la section de passage et donc le débit d'huile circulant dans le conduit 18 tant que la pression d'huile à son entrée est inférieure à une pression de seuil prédéterminée Ps, et à s'ouvrir au-delà cette pression de seuil P. De préférence, la vanne de pressurisation est du type à fermeture par un clapet, celui-ci étant maintenu en position fermée par un ressort taré pour se comprimer au-delà de la pression de seuil Ps à l'entrée de la vanne. Une telle vanne est de conception simple et de coût peu élevé. Grâce au conduit de dérivation 34, la pression de l'huile alimentant l'enceinte de lubrification avant 10 va augmenter fortement et rapidement pour atteindre la pression de seuil Ps, et ce, dès les très faibles régimes de fonctionnement du turboréacteur. De la sorte, la vanne de pressurisation 32 réduit fortement, voire empêche, l'alimentation en huile des enceintes de lubrification arrière 12, 14 et des boîtiers 20, 22 tant que la pression à son entrée n'a pas atteint la pression de seuil P. Pendant cette phase, la pression d'huile alimentant l'enceinte avant 10 - et donc le palier avant - par l'intermédiaire du conduit de dérivation 34 augmente jusqu'à atteindre la pression de seuil P. Une fois la pression de seuil Ps atteinte, la vanne de pressurisation s'ouvre et permet de maintenir la pression d'huile dans l'enceinte avant 10 au niveau P.

A titre d'exemple, on pourra choisir une valeur de 6 bars comme pression de seuil P. Cette valeur correspond au niveau de pression que l'on cherche à obtenir pour assurer un amortissement efficace des vibrations engendrées par les arbres des corps basse et haute pression supportés par le palier avant 10 lorsque le turboréacteur tourne à un régime de sous-ralenti (par exemple de l'ordre de 6000 tours/min, à comparer à un régime de ralenti de l'ordre de 12000 tours/min pour l'arbre du corps haute pression). Comme la pompe d'alimentation en huile envoie un débit d'huile proportionnel au régime de fonctionnement du turboréacteur, le palier avant sera alimenté en huile sous pression aux très faibles régimes de fonctionnement (et en particulier au régime de sous-ralenti). En effet, la vanne de pressurisation étant fermée à ces régimes, toute la pression d'huile générée par la pompe d'alimentation en huile est destinée à alimenter le palier avant via le conduit de dérivation.

On notera que l'intégration d'une telle vanne de pressurisation dans le conduit d'huile ne remet pas en cause la sécurité du turboréacteur. En effet, en cas de blocage en position ouverte de la vanne, un capteur de pression absolue située en entrée de la vanne permettra de déceler le problème par détection d'une pression anormalement basse (respectivement anormalement haute) pour un régime de fonctionnement donné. Il en est de même en cas de blocage en position entrouverte. En cas de non ouverture de la vanne, le turboréacteur étant alors dans une phase de démarrage, l'arrêt de celui-ci préservera son intégrité. Enfin, en cas de non fermeture de la vanne, le risque pour le moteur est minime tant qu'une grande succession de démarrages n'est pas demandée. En liaison avec la figure 2, on décrira maintenant un autre mode de réalisation du circuit d'alimentation en huile selon l'invention. Ce circuit d'alimentation en huile se distingue de celui décrit en référence à la figure 1 en ce qu'il comprend en outre un conduit de contournement 36 reliant l'entrée de la vanne de pressurisation 32 à sa sortie. Ce conduit de contournement permet, d'une part d'alimenter toutes les enceintes de lubrification 10 à 14 et les boîtiers 20, 22 par un faible débit d'huile, et d'autre part d'assurer que l'on obtienne un couple pression/débit d'huile dans l'enceinte avant 10 au régime voulu de fonctionnement du moteur.

La section du conduit de contournement 36 est calibrée pour garantir le passage d'un débit d'huile minimal pour assurer un fonctionnement satisfait des paliers à roulement aux très faibles régimes de fonctionnement du turboréacteur (c'est-à-dire avant l'ouverture de la vanne de pressurisation). A titre d'exemple, ce conduit de contournement laissera passer à ces très faibles régimes de fonctionnement environ 5 à 10% du débit d'huile qui serait passé par le conduit d'huile 18 si celui-ci n'était pas fermé par la vanne de pressurisation. Une variante de réalisation de cet autre mode de réalisation du circuit selon l'invention consiste à pratiquer directement dans la vanne de pressurisation un débit de fuite. Par exemple, dans le cas d'une vanne à clapet, ce débit de fuite peut être réalisé en faisant en sorte que le clapet ne soit pas totalement fermé dans la position de fermeture de la vanne, ou en pratiquant une faible section de passage d'huile dans le clapet.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement d'une turbomachine, comprenant : un réservoir d'huile (16) ; un conduit d'huile (18) reliant le réservoir à une pluralité d'enceintes de lubrification (10 à 14) disposées en parallèle et renfermant chacune au moins un palier à roulement ; une pompe d'alimentation en huile (26) disposée dans le conduit entre le réservoir et les enceintes de lubrification pour prélever de l'huile du réservoir et l'envoyer vers les paliers à roulement ; et une pompe de récupération d'huile (28) montée en aval de chaque enceinte de lubrification pour récupérer l'huile ayant alimenté les paliers à roulement et la renvoyer vers le réservoir ; caractérisé en ce qu'il comporte en outre : une vanne de pressurisation (32) disposée dans le conduit entre la pompe d'alimentation en huile et les enceintes de lubrification, ladite vanne de pressurisation étant adaptée à s'ouvrir au-delà d'une pression de seuil prédéterminée à son entrée ; et un conduit de dérivation (34) reliant l'entrée de la vanne de pressurisation à l'une des enceintes de lubrification pour l'alimenter en huile.
2. 2. Circuit selon la revendication 1, comprenant en outre un conduit de contournement (36) reliant l'entrée de la vanne de pressurisation (32) à sa sortie et destiné à permettre l'alimentation des enceintes de lubrification par un faible débit d'huile.
3. 3. Circuit selon la revendication 1, dans lequel la vanne de pressurisation présente un débit de fuite destiné à permettre l'alimentation des enceintes de lubrification par un faible débit d'huile.
4. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la vanne de pressurisation (32) est du type à fermeture par un clapet monté sur un ressort taré.
5. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un boîtier d'accessoires (20) et un boîtier de transfert (22) reliés au réservoir par le conduit et disposés en parallèle avec les paliers à roulement.
6. 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans comprenant une enceinte de lubrification (10) située à l'avant de la turbomachine et deux enceintes de lubrification (12, 14) situées à l'arrière de la turbomachine, le conduit de dérivation (34) reliant l'entrée de la vanne de pressurisation (32) à l'enceinte de lubrification située à l'avant.
7. 7. Turbomachine comprenant un circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
8. 8. Procédé d'alimentation en huile de paliers à roulement d'une turbomachine disposés en parallèle dans un circuit d'huile, consistant à : prélever de l'huile dans un réservoir d'huile (16) pour l'envoyer dans des enceintes de lubrification (10 à 14) renfermant chacune au moins un palier à roulement ; et récupérer l'huile ayant alimenté les enceintes de lubrification et la renvoyer vers le réservoir ; caractérisé en ce qu'il consiste à couper le débit d'huile alimentant certaines enceintes de lubrification tant que la pression d'alimentation en huile de l'une des enceintes de lubrification n'a pas atteint une pression de seuil prédéterminée.