FR2981993A1 - Pompe a engrenages a cylindree variable pour turbomachine d'aeronef - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une pompe à engrenages (1) à cylindrée variable pour turbomachine d'aéronef, comprenant un carter (2) ainsi que deux roues dentées primaires (4) de transport d'un fluide. De plus, elle comprend une roue dentée secondaire (8) agencée entre les roues dentées primaires (4) avec lesquelles elle engrène, cette roue secondaire (8) étant conçue pour pouvoir être déplacée axialement relativement aux roues primaires (4), de manière à faire varier la cylindrée de la pompe.

Description

POMPE A ENGRENAGES A CYLINDREE VARIABLE POUR TURBOMACHINE D'AERONEF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des pompes à cylindrée variable pour turbomachine d'aéronef. L'invention trouve une application privilégiée en tant que pompe à carburant pour turbomachine d'aéronef. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE De l'art antérieur, il est connu une pompe à carburant pour turbomachine d'aéronef, dont la conception est dite « à engrenages ». Globalement, elle utilise le profil combiné de deux roues dentées pour transvaser et augmenter la pression d'un fluide. Les roues dentées sont côte à côte et tournent en sens opposé, permettant alors de loger le fluide entre les dents de chaque roue et la paroi du carter. En tournant, les roues dentées entraînent le fluide à faire le tour par l'extérieur de ces deux roues. La pompe à engrenages est conçue pour atteindre le débit et la pression nécessaires permettant l'injection moteur et le fonctionnement des différents asservissements. Cependant, avec une cylindrée fixe, il peut être nécessaire de faire recirculer une partie du carburant non utilisée. Outre la perte d'énergie, cette recirculation conduit à une complexification du système de carburant, et donc à une augmentation de la masse et du coût de ce dernier. Pour résoudre ce problème, il a été proposé des pompes à cylindrée variable, de conceptions dites « à palettes » ou « à pistons ». Néanmoins, ces technologies restent à optimiser en durée de vie. Par ailleurs, dans d'autres domaines que celui de l'aéronautique, il a été proposé des pompes à engrenages à cylindrée variable. La variation de la cylindrée peut être créée de diverses manières, comme par la commande de l'entraxe des roues dentées, la commande de la position axiale relative des roues, ou encore par la présence d'un distributeur mobile pour réguler le diagramme aspiration / refoulement avec récupération de l'énergie. La solution de commande de la position axiale relative des roues dentée est intéressante, mais les conceptions connues à ce jour ne sont pas applicables au domaine aéronautique. De plus, cette solution est sujette à des frottements importants au niveau des pièces mobiles permettant la variation de la cylindrée, ce qui impacte aussi la durée de vie de la pompe. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur. Pour ce faire, l'invention a pour objet une pompe à engrenages à cylindrée variable pour turbomachine d'aéronef, comprenant un carter ainsi que deux roues dentées primaires de transport d'un fluide.

Elle comprend de plus une roue dentée secondaire agencée entre lesdites roues dentées primaires avec lesquelles elle engrène, ladite roue dentée secondaire étant conçue pour pouvoir être déplacée axialement relativement auxdites roues dentées primaires, de manière à faire varier la cylindrée de la pompe. L'invention est remarquable en ce que la roue dentée secondaire, en engrenant avec les deux roues primaires, constitue un élément bien équilibré mécaniquement. La cinématique proposée permet un guidage linéaire performant à l'aide des roues primaires, comparable à celui rencontré dans un ensemble piston/cylindre. Ainsi, le déplacement de cette roue secondaire relativement aux roues primaires, pour faire varier la cylindrée, est donc plus aisé, et moins sujet aux frottements. La pompe selon l'invention présente par conséquent une durée de vie satisfaisante. Naturellement, le nombre de roues peut être supérieur à trois. Dans ce cas de figure, toutes les 20 roues agencées entre les deux roues d'extrémité de la série s'avèrent parfaitement équilibrées mécaniquement. Dans le cas préféré de trois roues, celles-ci forment alors l'équivalent dedeux pompes travaillant en parallèle, sur un circuit hydraulique 25 commun ou sur des circuits indépendants. De préférence, la pompe comprend un dispositif permettant de déplacer axialement ladite roue dentée secondaire, relativement auxdites roues dentées primaires. Ce dispositif peut être de toute 30 conception réputée appropriée par l'homme du métier, par exemple mécanique, et/ou hydraulique, et/ou pneumatique. Il peut par exemple s'agir d'un dispositif mécanique et/ou hydraulique permettant de déplacer axialement ladite roue dentée secondaire, relativement auxdites roues dentées primaires, ou, inversement, d'un dispositif mécanique et/ou hydraulique permettant de déplacer axialement lesdites roues dentées latérales relativement à ladite roue dentée centrale.

Pour un meilleur équilibrage, ladite roue dentée secondaire est préférentiellement la roue menante. Néanmoins, la roue menante pourrait être l'une des deux roues primaires, sans sortir du cadre de l'invention.

De préférence, ladite roue dentée secondaire définit avec chacune des deux roues dentées primaires, ainsi qu'avec le carter, une zone d'admission du fluide ainsi qu'une zone de refoulement du fluide.

De préférence, pour améliorer encore davantage l'équilibrage de la roue dentée secondaire, les roues dentées primaires et la roue dentée secondaire ont des axes coplanaires, et/ou présentent le même nombre de dents. Néanmoins, les axes des roues peuvent ne pas être coplanaires, et leurs nombres de dents différents. De préférence, le guidage des roues est réalisé par des paliers lisses ou par des paliers à éléments roulants, ou par une combinaison des deux.

Le guidage de ces roues est réalisé par exemple par des paliers lisses indépendants, ou par des paliers monoblocs, du type « lunettes ». D'autre part, le guidage des roues est de 5 préférence réalisé par des paliers mobiles compensés, et/ou par des paliers fixes. Les roues peuvent par ailleurs être solidaires en translation de leurs arbres respectifs. Dans ce cas, elles peuvent être réalisées d'une seule 10 pièce avec les arbres, ou bien être rapportées ultérieurement sur ces derniers. Dans ce cas de figure, chaque roue destinée à être déplacée en translation est alors mise en mouvement conjointement avec son arbre associé. Alternativement, ces roues peuvent être 15 montées mobiles en translation sur leurs arbres respectifs, par exemple via un montage glissant. Dans ce cas, seules les roues sont translatées, les arbres restant quant à eux fixes en translation. Enfin, il est noté qu'au moins l'un des 20 paliers de guidage des roues est préférentiellement alimenté en fluide sous pression, afin de réduire les frottements du guidage avec le carter. Dans un tel cas, l'alimentation en fluide sous pression s'effectue entre le carter et le palier concerné, de préférence par le 25 biais d'une ou plusieurs poches hydrostatiques. De préférence, la pompe est une pompe à carburant. Enfin, l'invention a également pour objet une turbomachine d'aéronef comprenant une pompe telle 30 que définie ci-dessus, dont la vitesse de rotation de la roue menante est de préférence fonction de la vitesse de rotation de l'arbre moteur de la turbomachine. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; - la figure 1 représente une vue coupe 10 d'une pompe selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, cette coupe étant prise le long de la ligne I-I de la figure 2 ; - la figure 2 représente une vue en coupe prise le long de la ligne II-II de la figure 1 ; 15 - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1, avec la pompe présentant une cylindrée modifiée ; - les figures 4a à 4d sont des vues de réalisations possibles pour la partie en coupe prise le 20 long de la ligne IV-IV de la figure 3 ; et - la figure 5 représente une vue similaire à celle de la figure 1, selon une alternative de réalisation. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS 25 En référence aux figures 1 et 2, il est représenté une pompe de carburant à engrenages, à cylindrée variable, pour turbomachine d'aéronef, par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur.

La pompe 1 présente un carter 2 renfermant trois roues dentées de transport de carburant. Il s'agit de deux roues primaires 4 d'axes parallèles 6, et d'une roue secondaire 8 d'axe 10 interposée entre les deux roues 4. Les roues 4, 8 ont de préférence le même nombre de dents, sont de préférence à dentures droites, et leurs axes 6, 10 sont coplanaires. La roue secondaire 8, qui est ici la roue centrale, engrène de part et d'autre avec chacune des roues primaires 4 constituant alors des roues latérales. Chacune des roues dentées primaires 4 est de préférence solidaire d'un arbre 12 centré sur le même axe, et supporté par au moins un palier 14 lisse ou à éléments roulants, fixé au carter 2. Sur les figures, il a été représenté des paliers 14 lisses. De la même manière, la roue dentée secondaire est de préférence solidaire d'un arbre 16 centré sur le même axe, et supporté par au moins un palier de roulement 18 lisse ou à éléments roulants, fixé au carter 2. Ici, les roues sont réalisées d'une seule pièce avec leurs arbres respectifs. Comme cela est le mieux visible sur la figure 2, dans l'alignement des trois roues 4, 8, la partie extérieure de chaque roue primaire 4 est en étroite coopération avec une surface cylindrique intérieure 20 du carter, de section en forme d'arc de cercle. Lorsque les dents transitent par cette portion du carter, un contact ou un très faible jeu est recherché afin de confiner le carburant dans les espaces inter-dents.

De manière analogue, les parties inférieure et supérieure de la roue secondaire 8 est en étroite coopération avec des surfaces cylindriques intérieures 24 du carter, de section en forme d'arc de cercle. Ici aussi, lorsque les dents transitent par ces portions du carter, un contact ou un très faible jeu est recherché. De plus, la roue dentée secondaire 8 définit avec chacune des deux roues dentées primaires 4, ainsi qu'avec le carter 2, une zone 28 d'admission du fluide ainsi qu'une zone 30 de refoulement du fluide. A l'extrémité de chacune de ces zones 28, 30, le carter présente une entrée/sortie du carburant. A cet égard, il est noté que la pompe présente donc deux zones d'admission 28 séparées l'une de l'autre, ainsi que deux zones de refoulement 30 également séparées l'une de l'autre. Néanmoins, un même distributeur (non représenté) peut alimenter les deux zones 28 en carburant, de même qu'un collecteur (non représenté) peut être implanté de manière à collecter le carburant sortant des deux zones de refoulement 30. Dans le mode de réalisation préféré représenté, la roue menante est la roue secondaire 8, son arbre 16 étant ainsi couplé à un système d'entraînement en rotation 34 uniquement représenté schématiquement. Les deux roues primaires 4 sont quant à elles des roues menées. En fonctionnement, la roue 8 tourne dans un sens qui est opposé au sens dans lequel tourne les deux autres roues 4, comme cela a été schématisé par les flèches de la figure 2. Le carburant entre dans chacune des deux zones d'admission 28, avant d'être confiné par les surfaces 20 dans les espaces inter-dents. La rotation des roues 4 conduit alors le carburant à faire le tour par l'extérieur de ces deux roues, d'une manière similaire à celle rencontrée sur les pompes à 5 engrenages classique de l'art antérieur, à deux roues uniquement. Le carburant quitte ensuite les espaces inter-dents lorsque ceux-ci s'ouvrent dans les zones de refoulement 30, après avoir quitté les surfaces intérieures cylindres 20 de confinement. Le carburant 10 s'échappe ensuite en dehors de la pompe avec une pression accrue, vers l'aval du système de carburant. L'une des particularités de la présente invention réside dans la possibilité de faire varier la position axiale de l'ensemble roue 8 / arbre 16, par 15 rapport aux roues 4 qui restent fixes vis-à-vis du carter 2. Un dispositif mécanique 40, permettant un tel déplacement, est préférentiellement couplé directement à la roue 8, comme cela a été schématisé sur la figure 1. Ce dispositif 40, de conception quelconque réputée 20 appropriée par l'homme du métier, pourrait alternativement consister à déplacer uniquement la roue 8 par rapport à l'arbre arbre 16, comme cela sera explicité ci-après en référence à la figure 5. La cylindrée de la pompe 1 dépend 25 directement de la longueur axiale de coopération entre les dents de la roue 8 et les dents des roues 4. Sur la figure 1, la longueur maximale « Ll » de coopération entre les dents conduit à une cylindrée correspondant à la valeur maximale, puisque les dents coopèrent sur 30 l'intégralité ou presque de leur longueur.

En revanche, sur la figure 3, la longueur plus faible « L2 » de coopération entre les dents des roues 4, 8 conduit à une cylindrée de valeur inférieure, ici à peu près 75% de la cylindrée maximale. Cette longueur L2 est obtenue grâce au dispositif 40 suite à un déplacement en translation de la roue 8 par rapport à l'arbre 16, qui continue d'être capable d'entraîner cette roue 8 en translation. Sur la figure 3, la roue 8 est ainsi déplacée vers le bas avec l'arbre 16, relativement aux roues 4, ce déplacement conduisant l'extrémité basse de la roue dentée 8 à pénétrer dans une contre-forme 40 solidaire en rotation. Cette contre-forme 40 permet d'assurer une certaine étanchéité en bout de roue 8, et limite ainsi considérablement les pertes de rendement volumétrique. Elle est ici fixe en translation par rapport aux roues 4, et donc également par rapport au carter 2. Pour rappel, de manière classique, la contre-forme 40 présente des creux 42 au sein desquels sont logées les dents 8a de la roue 8, comme cela a été schématisé sur les figures 4a à 4c, qui sont trois alternatives de réalisation qui divergent seulement par le diamètre extérieur de la contre-forme 40. La figure 4d est encore une autre réalisation, dans laquelle la contre-forme 40 prend la forme d'une pluralité de joints, de préférence de section circulaire, ces joints étant logés dans le fond des cavités séparant les dents 8a consécutives. A l'autre extrémité de la roue 8, un palier 44, solidaire en translation de cette même roue 8 et en appui sur ses dents, permet d'assurer une fonction analogue d'étanchéité et de guidage. Ce palier 44, agencé autour de la roue centrale 8 et fixe en rotation par rapport au carter tout en étant mobile en translation vis-à-vis de celui-ci, peut servir de piston de commande pour la régulation de la cylindrée de la pompe, en entraînant avec lui la roue 8. De façon similaire, chaque roue 4 est équipée à l'une de ses extrémités d'une contre-forme 46, de conception identique ou similaire à celle de la contre-forme 40.

Cette contre-forme 46 se déplace en translation avec la roue 8 et le palier 44, et est solidaire en rotation de la roue 4 associée. L'entraînement de chaque contre-forme 46 peut s'effectuer par poussée de la roue 8, et/ou par pression régulée.

A l'autre extrémité de la roue 4, un palier de guidage 48 permet aussi de renforcer la fonction d'étanchéité, en étant plaqué contre les dents et agencée fixement par rapport au carter 2. Selon une alternative de réalisation montrée sur la figure 5, la roue 8 n'est plus réalisée d'une seule pièce avec l'arbre 16, mais prend la forme d'une couronne dentée montée glissante sur l'arbre 16 afin de pouvoir être déplacée en translation par rapport à ce dernier. Le montage glissant est assuré à l'aide d'une clavette 50 entre l'arbre 16 et l'intérieur de la couronne 8, cette clavette permettant par ailleurs une solidarisation en rotation des deux éléments. Ainsi, pour faire varier la cylindrée de la pompe, seule la couronne dentée 8 est déplacée en translation par le dispositif mécanique 40, l'arbre 16 restant fixe.

5 10 Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Pompe à engrenages (1) à cylindrée variable pour turbomachine d'aéronef, comprenant un carter (2) ainsi que deux roues dentées primaires (4) de transport d'un fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus une roue dentée secondaire (8) agencée entre lesdites roues dentées primaires (4) avec lesquelles elle engrène, ladite roue dentée secondaire (8) étant conçue pour pouvoir être déplacée axialement relativement auxdites roues dentées primaires (4), de manière à faire varier la cylindrée de la pompe.
2. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif mécanique (40) permettant de déplacer axialement ladite roue dentée secondaire (8), relativement auxdites roues dentées primaires (4).
3. 3. Pompe selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que ladite roue dentée secondaire (8) est la roue menante.
4. 4. Pompe selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que l'une desdites deux roues dentées primaires (4) est menante.
5. 5. Pompe selon l'une quelconque des 30 revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite roue dentée secondaire (8) définit avec chacunedes deux roues dentées primaires (4), ainsi qu'avec le carter (2), une zone d'admission du fluide (28) ainsi qu'une zone de refoulement du fluide (30).
6. 6. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les roues dentées primaires (4) et la roue dentée secondaire (8) ont des axes (6, 10) coplanaires.
7. 7. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les roues dentées primaires (4) et la roue dentée secondaire (8) ont le même nombre de dents.
8. 8. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est une pompe à carburant.
9. 9. Turbomachine d'aéronef comprenant une 20 pompe à engrenages (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.