FR2960908A1

FR2960908A1 - Rotating machine arrangement for turbomachine of aircraft, has oil lubrication circuit with oil conveying conduit that is extended from aperture toward fixed central axle and rollers

Info

Publication number: FR2960908A1
Application number: FR1054359A
Authority: FR
Inventors: Thierry Cayre; Gerard Philippe Gauthier; Laurent Gille; Serge Rene Morreale
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2011-12-09
Anticipated expiration: 2030-06-03
Also published as: FR2960908B1

Abstract

The arrangement has a case (2) surrounding and turning around a fixed central axle (1). An oil lubrication circuit (7) serves as rollers (4, 5) in the case. The oil lubrication circuit includes an oil conveying conduit provided with an oil inlet aperture to be opened in a case unobstructed annular volume (6) covering the oil. The conduit is extended from the aperture toward the axle and the rollers. The annular volume is defined by an external wall of the case. The conduit includes a bend portion (12) extended under an envelope of a rotating machine, which is exposed to an exterior.

Description

1 AGENCEMENT DE MACHINE TOURNANTE A CIRCUIT DE LUBRIFICATION DEPOURVU DE POMPE 1 ROTATING MACHINE ARRANGEMENT WITH PUMP LUBRICATING CIRCUIT

DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un agencement de machine tournante comprenant un circuit de lubrification qui est dépourvu de pompe. Certains lieux des machines tournantes 10 doivent être lubrifiés, et notamment des paliers de roulement disposés entre le rotor et le stator, des engrenages et des joints dynamiques. Les circuits de lubrification comprennent usuellement un réservoir d'huile, des conduits reliant le réservoir à des 15 gicleurs desservant les lieux de lubrification, et d'autres conduits reliant des récupérateurs d'huile situés autour des lieux où elle a été projetée par les gicleurs et revenant au réservoir. Des pompes doivent être disposées sur chacun de ces conduits. Un échangeur 20 de chaleur doit souvent être disposé sur le conduit de retour au réservoir pour abaisser la température de l'huile. Plusieurs enceintes devant être lubrifiées séparément, un tel circuit de lubrification doit être prévu pour chacune d'elles, quoique le réservoir à 25 huile soit généralement commun à toutes. L'ensemble est assez complexe et volumineux à cause du grand nombre de pompes et d'échangeurs de chaleur, ainsi qu'à cause de la longueur des conduits menant au réservoir. Les machines tournantes usuelles 30 comprennent des arbres tournants engagés dans des carters fixes, où le stator entoure donc le rotor ; 2 mais on en a conçu dont la disposition est inverse, c'est-à-dire que l'arbre central est un axe fixe de support d'un carter tournant qui l'entoure. L'invention présente s'applique à de telles machines et repose sur l'idée que le circuit de lubrification peut alors être dépourvu de pompe et alimenté par la seule énergie cinétique de l'huile accompagnant le carter dans sa rotation. Il est alors possible de disposer le circuit d'alimentation d'huile complètement ou presque à l'intérieur du carter. Sous une forme générale, l'invention est relative à un agencement de machine tournante comprenant un axe central fixe et un carter entourant l'axe et tournant autour de lui, ainsi qu'un circuit de lubrification d'huile desservant des lieux de lubrification inclus dans le carter, caractérisé en ce que le circuit de lubrification est dépourvu de pompe et comprend un conduit d'acheminement d'huile ayant une embouchure d'entrée de l'huile s'ouvrant dans un volume annulaire dégagé du carter servant de bâche à l'huile, le conduit s'étendant à partir de l'embouchure vers l'axe et vers les lieux de lubrification. Plusieurs perfectionnements sont possibles. C'est ainsi que le volume dégagé peut être délimité par une paroi externe du carter, sans nécessiter aucun agencement particulier. Le volume dégagé peut aussi s'étendre au-dessous de certains au moins des lieux de lubrification, et l'huile de lubrification y retombe directement. Des récuperateurs d'huile peuvent toutefois être disposés sans grande complication au- 3 dessous de ces lieux de lubrification et rejoindre le volume dégagé par des trajets d'écoulement descendants. Il est encore avantageux que le conduit d'acheminement d'huile comprenne une portion s'étendant sous une enveloppe de la machine qui est exposée à l'extérieur, de façon à permettre l'échange de la chaleur acquise par l'huile avec l'extérieur. Un échangeur de chaleur spécial au circuit de lubrification peut souvent être omis alors. L'enveloppe peut appartenir à un cône extrême de la machine, soumis à l'arrivée d'air froid, et qui suffit au rafraichissement de l'huile. Le conduit d'acheminement d'huile comprend avantageusement une première portion orthogonale à l'axe finissant sur l'embouchure, puis des portions montées sur l'axe et finissant sur des gicleurs dirigés vers les lieux de lubrification. Le circuit est alors compact, presque entièrement adjacent à l'axe central et occupe peu de place à l'intérieur du carter. TECHNICAL FIELD The invention relates to a rotating machine arrangement comprising a lubrication circuit which is devoid of a pump. Some places of the rotating machines 10 must be lubricated, and in particular rolling bearings disposed between the rotor and the stator, gears and dynamic seals. Lubrication systems usually include an oil reservoir, conduits connecting the reservoir to nozzles serving the lubrication sites, and other conduits connecting oil recuperators located around the locations where it has been projected by the sprinklers. and returning to the tank. Pumps must be placed on each of these ducts. A heat exchanger must often be disposed on the return line to the tank to lower the temperature of the oil. Since several enclosures must be lubricated separately, such a lubrication circuit must be provided for each one, although the oil reservoir is generally common to all. The whole is quite complex and bulky because of the large number of pumps and heat exchangers, and because of the length of the ducts leading to the tank. Conventional rotating machines 30 comprise rotating shafts engaged in stationary housings, where the stator thus surrounds the rotor; 2 but it has been conceived whose arrangement is the opposite, that is to say that the central shaft is a fixed axis of support for a rotating casing which surrounds it. The present invention applies to such machines and is based on the idea that the lubrication circuit can then be devoid of pump and powered by the only kinetic energy of the oil accompanying the housing in its rotation. It is then possible to dispose the oil supply circuit completely or almost inside the housing. In a general form, the invention relates to a rotating machine arrangement comprising a fixed central axis and a casing surrounding the axis and rotating around it, as well as an oil lubrication circuit serving lubrication locations included. in the casing, characterized in that the lubrication circuit is devoid of a pump and comprises an oil conveying duct having an oil inlet mouth opening in an annular clear volume of the casing serving as a tarpaulin. the oil, the duct extending from the mouth towards the axis and towards the lubrication places. Several improvements are possible. Thus, the volume released can be delimited by an outer wall of the housing, without requiring any particular arrangement. The volume released may also extend below at least some of the lubrication sites, and the lubricating oil drops directly there. Oil scavengers can, however, be arranged without much complication below these lubrication points and reach the volume generated by downward flow paths. It is further advantageous for the oil delivery duct to comprise a portion extending under an envelope of the machine which is exposed to the outside, so as to allow the exchange of the heat acquired by the oil with the oil. 'outside. A special heat exchanger to the lubrication circuit can often be omitted then. The envelope can belong to an extreme cone of the machine, subjected to the arrival of cold air, and which is enough to refresh the oil. The oil conveying duct advantageously comprises a first portion orthogonal to the axis terminating on the mouth, then portions mounted on the axis and ending on nozzles directed towards the lubrication sites. The circuit is then compact, almost entirely adjacent to the central axis and occupies little space inside the housing.

Le conduit d'acheminement d'huile peut encore comprendre une portion située sous le cône extrême de la machine et deux portions orthogonales à l'axe reliant la portion située sous le cône à deux des portions montées sur l'axe. The oil delivery duct may further comprise a portion located under the extreme cone of the machine and two portions orthogonal to the axis connecting the portion located under the cone to two of the portions mounted on the axis.

L'agencement est compatible avec une circulation d'air de pressurisation dans le carter. Dans le cas où un conduit d'évacuation de l'air de pressurisation est susceptible d'entraîner un brouillard d'huile, ce conduit peut être aussi muni d'un déshuileur. 4 L'agencement de machine décrit jusqu'ici peut être adopté sur une seule enceinte, notamment l'enceinte située la plus en avant d'une turbomachine, qui donne sur le cône d'entrée refroidi par l'air ambiant et qui offre une possibilité de refroidir l'huile sans échangeur de chaleur, comme on l'a vu ci-dessus. L'agencement de machine est alors caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'enceintes de lubrification et une pluralité de circuits de lubrification qui leur sont respectivement associés, un des circuits de lubrification étant conforme à ce qui précède et étant isolé des autres, lesdits autres circuits de lubrification comprenant des portions externes aux enceintes, munies de pompes et d'échangeurs de chaleur et aboutissant à un réservoir à huile commun. L'invention concerne encore une turbomachine comportant un agencement conforme à ce qui précède, et un aéronef comprenant cette turbomachine. L'invention sera maintenant décrite en détail en liaison aux figures suivantes : la figure 1 illustre une réalisation de l'invention, la figure 2 est un détail de la réalisation, la figure 3 illustre une autre réalisation de l'invention, et la figure 4 illustre un circuit de lubrification complet de la machine. 30 Une première réalisation de l'invention apparaît à la figure 1. Elle est appliquée à l'avant 25 d'une turbomachine d'aéronef comprenant un axe (1) central fixe et un carter (2) porteur de pales d'hélice (3), tournant autour de l'axe (1) en étant monté sur lui par deux roulements (4 et 5). Les roulements (4 et 5 5) contenus dans le carter (2) doivent être lubrifiés, de même que, éventuellement, d'autres éléments non représentés comme des engrenages ou des joints dynamiques. L'intérieur du carter (2) comprend un volume dégagé (6) de révolution (forme annulaire ou conique) qui s'étend entre les roulements (4 et 5) et qui constitue une bâche d'huile. Ce volume dégagé (6) peut être formé par la paroi extérieure du carter (2), dans un renflement central du carter (2) et s'étendre sur la plus grande partie de la longueur du carter (2). The arrangement is compatible with a pressurizing air flow in the crankcase. In the case where a pressurizing air discharge duct is likely to cause an oil mist, this duct may also be provided with a de-oiler. The machine arrangement described so far can be adopted on a single enclosure, in particular the enclosure located furthest in front of a turbomachine, which faces the inlet cone cooled by the ambient air and which offers a possibility of cooling the oil without heat exchanger, as seen above. The machine arrangement is then characterized in that it comprises a plurality of lubrication chambers and a plurality of lubrication circuits which are respectively associated with them, one of the lubrication circuits being in accordance with the foregoing and being isolated from the others said other lubrication circuits comprising portions external to the enclosures, provided with pumps and heat exchangers and terminating in a common oil reservoir. The invention also relates to a turbomachine comprising an arrangement according to the above, and an aircraft comprising this turbomachine. The invention will now be described in detail with reference to the following figures: FIG. 1 illustrates one embodiment of the invention, FIG. 2 is a detail of the embodiment, FIG. 3 illustrates another embodiment of the invention, and FIG. 4 illustrates a complete lubrication circuit of the machine. A first embodiment of the invention appears in FIG. 1. It is applied to the front of an aircraft turbomachine comprising a fixed central axis (1) and a propeller blade casing (2). 3), rotating about the axis (1) by being mounted on it by two bearings (4 and 5). The bearings (4 and 5 5) contained in the housing (2) must be lubricated, as well as, possibly, other elements not shown as gears or dynamic seals. The interior of the housing (2) comprises a clear volume (6) of revolution (annular or conical shape) which extends between the bearings (4 and 5) and which constitutes an oil cover. This clear volume (6) can be formed by the outer wall of the housing (2) in a central bulge of the housing (2) and extend over most of the length of the housing (2).

Un circuit de lubrification (7) comprend un conduit d'acheminement d'huile composé de plusieurs portions, successivement à partir de l'amont : une portion d'entrée (8) orthogonale à l'axe (1) et finissant en amont sur une embouchure (9) représentée aussi à la figure 2 ; une première portion (10) d'entrée le long de l'axe (1) et dirigée vers l'avant au-delà du carter (2) ; une deuxième portion radiale (11) ; une portion (12) de forme coudée s'étendant sous l'enveloppe extérieure d'un cône (13) situé à l'avant de la machine ; une troisième portion radiale (14) dans le prolongement de la deuxième ; et une portion de distribution (15) qui est une deuxième portion montée le long de l'axe (1) et munie de gicleurs (16 et 17) desservant respectivement les roulements (4 et 5), sur lesquels ils projettent l'huile de lubrification. 6 L'huile de lubrification séjourne dans le carter (2), et s'accumule au fond du volume dégagé (6), contre la face interne du carter (2) sous l'effet de la gravité et de la force centrifuge. L'embouchure (9) est plongée dans cette accumulation d'huile près du fond du renflement central du carter (2). Elle s'ouvre dans le sens opposé à la rotation du carter (2) : quand celui-ci tourne, il communique une partie de son mouvement à l'huile et en refoule constamment un débit dans le circuit de lubrification (7) en le faisant entrer par l'embouchure (9). L'énergie cinétique de l'huile lui confère une charge hydraulique suffisante pour lui faire parcourir le circuit de lubrification (7) jusqu'aux gicleurs (16 et 17), quoique aucune pompe ne soit présente sur ce circuit. L'huile est dirigée d'abord vers l'axe (1), puis vers l'avant avant de passer à l'intérieur du cône (13), où elle est refroidie de façon importante par l'air extérieur qui s'écoule le long du cône (13). On évite ainsi un chauffage excessif de l'huile en l'absence de tout échangeur de chaleur spécial au circuit de lubrification (7). L'huile projetée sur les roulements (4 et 5) retombe au fond du carter (2), soit directement dans le volume dégagé (6), s'il s'étend au- dessus de ces roulements (4 et 5), soit en s'écoulant sur des surfaces obliques situées sur les côtés du carter (2) ou appartenant à des pièces fixes jouant le rôle de récupérateurs d'huile. Un tel récupérateur (18) peut être constitué par une paroi conique interne d'un carter fixe de raccordement (19) du cône (13) au carter 7 tournant (2), cette paroi conique s'étendant jusqu'à proximité du roulement (4) situé à l'avant. L'embouchure (9) a en général une section oblongue, s'allongeant en direction axiale, pour posséder une section d'ouverture importante sans dépasser du niveau d'huile. Un orifice (20) de remplissage d'huile peut être prévu, par exemple au sommet (à 12 heures) du carter de raccordement (19), à travers la paroi conique du récupérateur (18). Un filtre (21) de l'huile peut être ajouté dans le circuit de lubrification (7) et consister en un maillage fin complété par un bouchon magnétique à la jonction des portions (11 et 12), c'est-à-dire à la partie la plus basse du circuit de lubrification (7) après la portion d'entrée (8), la portion (12) s'étendant à 6 heures. L'intérieur du carter (2) peut être alimenté par de l'air de pressurisation à travers un joint à labyrinthe ou un joint carbone (22) situé entre l'arrière du carter (2) et l'axe (1). L'air ressort par un jeu (23) entre l'avant du carter (2) et le carter de raccordement (19). En variante, comme le montre la figure 3, ce jeu pourrait être fermé par un joint hydraulique (24) établi sur la paroi conique du récupérateur (18) et s'étendant jusque près du carter tournant (2) en plongeant dans l'huile, interdisant ainsi le passage d'air. Un tube de dégazage (25) situé le long de l'axe (1) et quittant le carter (2) par l'arrière est alors ajouté. Il est muni d'un déshuileur (26) d'un genre connu, illustré par exemple par les documents FR-A-2 696 655 et FR-A-2 742 804 de la société demanderesse. 8 On passe à la figure 4. Une turbomachine complète comprend en général plusieurs enceintes d'huile où s'effectuent une lubrification, par exemple une enceinte à huile avant (27), une enceinte à huile intermédiaire (28) et une enceinte à huile arrière (29). La disposition classique, reprise ici pour les deux dernières, consiste à utiliser des circuits de lubrification externes à ces enceintes et s'étendant jusqu'à un réservoir (30) à huile commun. Un conduit d'alimentation (31) s'étend du réservoir (30) jusqu'à l'enceinte à huile intermédiaire (28) et l'enceinte à huile arrière (29) après une bifurcation, et des conduits de retour (32 et 33) s'étendent de l'enceinte à huile intermédiaire (28) et de l'enceinte à huile arrière (29) au réservoir (30). Chacun des conduits (31, 32 et 33) doit être muni d'une pompe (34) pour assurer la circulation de l'huile (alimentation et récupération), et, en pratique, d'un filtre fin en alimentation (35) et une crépine (35a) en récupération. A lubrication circuit (7) comprises an oil conveying duct composed of several portions, successively from the upstream: an inlet portion (8) orthogonal to the axis (1) and ending upstream on a mouth (9) also shown in Figure 2; a first input portion (10) along the axis (1) and directed forwardly beyond the housing (2); a second radial portion (11); a portion (12) of bent shape extending under the outer casing of a cone (13) located at the front of the machine; a third radial portion (14) in the extension of the second; and a distribution portion (15) which is a second portion mounted along the axis (1) and provided with nozzles (16 and 17) respectively serving the bearings (4 and 5), on which they project the oil. lubrication. 6 The lubricating oil remains in the housing (2), and accumulates at the bottom of the open volume (6), against the inner face of the housing (2) under the effect of gravity and centrifugal force. The mouth (9) is immersed in this accumulation of oil near the bottom of the central bulge of the housing (2). It opens in the opposite direction to the rotation of the housing (2): when it rotates, it communicates part of its movement to the oil and constantly delivers a flow in the lubrication circuit (7) in the entering through the mouth (9). The kinetic energy of the oil gives it a sufficient hydraulic load to make it run through the lubrication circuit (7) to the nozzles (16 and 17), although no pump is present on this circuit. The oil is directed first to the axis (1), then to the front before passing inside the cone (13), where it is cooled significantly by the outside air flowing along the cone (13). This avoids excessive heating of the oil in the absence of any special heat exchanger to the lubrication circuit (7). The oil projected on the bearings (4 and 5) drops to the bottom of the housing (2), either directly in the open space (6), if it extends above these bearings (4 and 5), or by flowing on oblique surfaces located on the sides of the housing (2) or belonging to fixed parts acting as oil collectors. Such a recuperator (18) may consist of an internal conical wall of a fixed casing (19) for connecting the cone (13) to the rotating casing (2), this conical wall extending in proximity to the bearing ( 4) located at the front. The mouth (9) generally has an oblong section, elongating axially, to have a large opening section without exceeding the oil level. An oil filling opening (20) may be provided, for example at the top (at 12 o'clock) of the connection housing (19), through the conical wall of the recuperator (18). A filter (21) of the oil can be added in the lubrication circuit (7) and consist of a fine mesh complemented by a magnetic plug at the junction of the portions (11 and 12), that is to say at the lowest part of the lubrication circuit (7) after the inlet portion (8), the portion (12) extending to 6 hours. The interior of the housing (2) can be fed with pressurizing air through a labyrinth seal or a carbon seal (22) located between the rear of the housing (2) and the axis (1). The air is released by a clearance (23) between the front of the housing (2) and the connection housing (19). Alternatively, as shown in Figure 3, this clearance could be closed by a hydraulic seal (24) established on the conical wall of the recuperator (18) and extending to near the rotating housing (2) by dipping into the oil , thus prohibiting the passage of air. A degassing tube (25) located along the axis (1) and leaving the housing (2) from the rear is then added. It is provided with a de-oiler (26) of a known kind, illustrated for example by the documents FR-A-2 696 655 and FR-A-2 742 804 of the applicant company. FIG. 4. A complete turbomachine generally comprises a plurality of oil chambers in which lubrication takes place, for example a front oil chamber (27), an intermediate oil chamber (28) and an oil chamber. rear (29). The conventional arrangement, repeated here for the last two, is to use external lubrication circuits to these enclosures and extending to a tank (30) common oil. A supply duct (31) extends from the tank (30) to the intermediate oil chamber (28) and the rear oil enclosure (29) after a bifurcation, and return ducts (32 and 33) extend from the intermediate oil chamber (28) and the rear oil chamber (29) to the tank (30). Each of the conduits (31, 32 and 33) must be provided with a pump (34) to ensure the circulation of the oil (supply and recovery), and, in practice, a fine filter in the feed (35) and a strainer (35a) in recovery.

Un échangeur de chaleur (36) entre l'huile et soit de l'eau, soit du carburant alimentant la machine équipe encore les conduits de retour (32 et 33). Toutefois, l'invention permet d'éviter cette disposition et l'ensemble de ces composants pour l'enceinte à huile avant (27), qui est délimitée principalement par le carter tournant (2), dont le circuit de lubrification est complètement autonome et interne à cette enceinte (27), c'est-à-dire au carter (2).30 A heat exchanger (36) between the oil and either water or fuel supplying the machine still equips the return ducts (32 and 33). However, the invention avoids this arrangement and all of these components for the front oil chamber (27), which is defined mainly by the rotating housing (2), the lubrication circuit is completely autonomous and internal to this enclosure (27), that is to say to the housing (2).

Claims

REVENDICATIONS1. Rotary machine arrangement comprising a fixed central axis (1) and a housing (2) surrounding the axis and rotating about it, and an oil lubrication circuit (7) serving lubrication locations (4, 5). ) included in the housing (2), characterized in that the lubrication circuit is devoid of a pump and comprises an oil conveying conduit having an oil inlet opening (9) opening in a volume annular uncut (6) of the oil sump, the duct extending from the mouth towards the axis (1) and to the lubrication locations (4, 5).

2. Rotary machine arrangement according to claim 1, characterized in that the clear volume (6) is delimited by an outer wall of the housing (2).

Rotary machine arrangement according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the volume released extends below at least some of the lubrication points (4, 5).

Rotary machine arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that it comprises oil recuperators (18) arranged below the lubrication points and leading to the volume evolved by means of feedthroughs. downflow. 10

5. Rotary machine arrangement according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the oil conveying conduit comprises a portion (12) extending under an envelope of the machine which is exposed to the outside.

6. Rotary machine arrangement according to claim 5, characterized in that the casing belongs to an extreme cone (13) of the machine.

7. Rotary machine arrangement according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the oil conveying conduit comprises a portion (8) orthogonal to the axis (1) ending on the mouth, and portions (10, 15) mounted on the axis and terminating on nozzles (16, 17) directed to the lubrication sites (4, 5).

8. Rotary machine arrangement according to claims 6 and 7, characterized in that the oil conveying conduit further comprises a portion (12) located under the cone shell (13) and two portions (11, 14). orthogonal to the axis connecting the portion under the cone to two of the portions (10, 15) mounted on the axis.

9. Rotary machine arrangement according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the oil lubrication circuit is fully included in the housing, and possibly in the cone and a portion (19) of the intermediate machine. to the crankcase and the cone. 11

10. Rotary machine arrangement according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a circulation of pressurizing air in the housing.

11. Rotary machine arrangement according to claim 10, characterized in that it comprises a discharge duct (25) of the pressurizing air, which is provided with a de-oiler (26). 10

12. Rotary machine arrangement, characterized in that it comprises a plurality of lubrication chambers (27, 28, 29) and a plurality of lubrication circuits which are respectively associated with them, one of the lubrication circuits being in accordance with any of claims 1 to 11 and being isolated from the others, said other lubrication circuits comprising external portions (31, 32, 33) to the enclosures, provided with pumps (34) and heat exchangers (36) and terminating in a common oil reservoir (30).

13. Turbomachine, characterized in that it comprises an arrangement according to any one of the preceding claims.

14. Aircraft, characterized in that it comprises a turbomachine according to claim 13.