FR2992680A1 - Tourillon de turbomachine comportant une couronne de recuperation d'un flux d'huile de lubrification avec une pluralite d'orifices - Google Patents

Abstract

Un tourillon (7) adapté pour être entraîné en rotation dans un carter d'une turbomachine, notamment pour aéronef, le tourillon (7) comportant : - un corps principal circonférentiel (70) comprenant une pluralité d'orifices de ventilation (71) adaptés pour permettre la circulation d'une pluralité de flux d'air axiaux (F) d'amont en aval dans la turbomachine, deux orifices de ventilation consécutifs (71) étant reliés par un segment de liaison (72), et - une couronne circonférentielle (8) de récupération d'un flux d'huile de lubrification (H) solidaire du corps principal et radialement intérieure auxdits orifices de ventilation (71), la couronne de récupération (8) comportant une pluralité d'orifices radiaux d'évacuation (81) pour permettre l'évacuation d'une pluralité de flux d'huile radiaux (H) vers l'extérieur, chaque orifice d'évacuation (81) étant aligné radialement avec un segment de liaison (72) du corps principal de manière à permettre que chaque flux d'huile (H) soit évacué entre les flux d'air (F).

Description

TOURILLON DE TURBOMACHINE COMPORTANT UNE COURONNE DE RECUPERATION D'UN FLUX D'HUILE DE LUBRIFICATION AVEC UNE PLURALITE D'ORIFICES D'EVACUATION D'HUILE DE LUBRIFICATION DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR La présente invention concerne le domaine des turbomachines, en particulier pour aéronef, et vise à améliorer la circulation d'huile de lubrification et d'air de ventilation dans une turbomachine.

De manière classique, en référence à la figure 1, un turboréacteur comporte un carter 1 dans lequel sont montés un ou plusieurs corps rotatifs par l'intermédiaire de paliers (non représentés). Un turboréacteur comporte traditionnellement une partie amont de compresseur, une chambre de combustion et une partie aval de turbine, un flux d'air F circulant d'amont en aval dans le turboréacteur. Un tel turboréacteur est par exemple connu de la demande FR 2944557 de la société SNECMA. Les corps rotatifs sont équipés d'aubes radiales pour permettre, d'une part, d'accélérer le flux d'air F dans la chambre de combustion du turboréacteur et, d'autre part, de récupérer l'énergie de la combustion. Comme illustré sur la figure 1, le turboréacteur comporte un corps rotatif comprenant un tourillon circonférentiel 2 relié en amont à un tambour 3 par une liaison boulonnée 4. Dans cet exemple, le tambour 3 correspond à un arbre basse pression du turboréacteur. Le tourillon 2 comporte classiquement un corps principal 20 qui s'étend transversalement à l'axe du turboréacteur et des pièces annulaires d'étanchéité 5,6 qui sont fixées respectivement sur les faces amont et aval du corps principal 20 comme illustré à la figure 1. Les pièces annulaires d'étanchéité 5,6 comportent avantageusement des lamelles d'étanchéité 50, 60 qui coopèrent avec des éléments abradables 15, 16 solidaires du carter 1 du turboréacteur afin de former une veine d'air étanche dans laquelle circule le flux d'air F. Pour permettre la circulation du flux d'air F d'amont en aval à travers le tourillon 2, ce dernier comporte des orifices de ventilation 21 répartis angulairement comme illustré à la figure 1. Par ailleurs, afin de permettre la lubrification et le refroidissement des paliers de guidage des corps rotatifs, le turboréacteur comporte de manière classique un circuit de lubrification. Le circuit de lubrification est contenu dans une enceinte de lubrification qui est disposée intérieurement à la veine de circulation d'air. Sous certaines conditions, un flux d'huile H peut s'échapper de l'enceinte de lubrification et pénétrer dans la veine d'air comme illustré sur la figure 1. Sous l'effet des forces centrifuges, le flux d'huile H est projeté radialement pour être reçu dans une gorge de récupération 61 du tourillon 2 avant d'être drainé en amont pour être réintroduit dans le circuit de lubrification. Lorsque le flux d'huile H est projeté radialement à travers la veine d'air, celui-ci peut rencontrer le flux d'air F dans une zone de croisement Z représentée par un cercle sur la figure 1. Dans cette zone Z, une partie du flux d'huile de lubrification H peut être entraînée en aval par le flux d'air F jusque dans une zone chaude du turboréacteur dans laquelle l'huile de lubrification peut s'enflammer ce qui présente un inconvénient. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION Afin de limiter cet inconvénient, l'invention concerne un tourillon adapté pour être entraîné en rotation dans un carter d'une turbomachine, notamment pour aéronef, le tourillon comportant : - un corps principal circonférentiel comprenant une pluralité d'orifices de ventilation répartis angulairement et adaptés pour permettre la circulation d'une pluralité de flux d'air axiaux d'amont en aval dans la turbomachine, deux orifices de ventilation consécutifs étant reliés par un segment de liaison, et - une couronne circonférentielle de récupération d'un flux d'huile de lubrification solidaire du corps principal et radialement intérieure auxdits orifices de ventilation, la couronne de récupération s'étendant longitudinalement et comportant une pluralité d'orifices radiaux d'évacuation pour permettre l'évacuation d'une pluralité de flux d'huile radiaux vers l'extérieur, chaque orifice d'évacuation étant aligné radialement avec un segment de liaison du corps principal de manière à permettre que chaque flux d'huile soit évacué entre les flux d'air.

De manière avantageuse, la couronne de récupération permet de collecter de manière circonférentielle tout flux d'huile s'échappant d'une enceinte de lubrification de la turbomachine. En outre, la présence d'orifices d'évacuation judicieusement alignés avec les segments de liaison permet d'éviter que le flux d'huile soit entraîné vers l'aval par les flux d'air ce qui est avantageux. Un tel tourillon possède une structure simple et peut être avantageusement installé en lieu et place d'un tourillon selon l'art antérieur. De manière préférée, au moins un segment de liaison aligné radialement avec un orifice d'évacuation de la couronne de récupération comporte des moyens de guidage d'un flux d'huile radial. De préférence encore, les moyens de guidage se présentent sous la forme d'une rainure radiale. Les moyens de guidage permettent de canaliser le flux d'huile lors de son déplacement radial de manière à éviter qu'il ne pénètre dans les orifices de ventilation. Une rainure radiale est simple à mettre en oeuvre et permet de former une gorge limitant toute dispersion d'huile. Selon un aspect préféré, les moyens de guidage se présentent sous la forme d'un canal de guidage de manière à empêcher une circulation des flux d'huile à proximité des orifices de ventilation. De préférence, le canal de guidage possède une section en U afin que les bords latéraux du canal de guidage bloquent toute circulation des flux d'huile vers les orifices de ventilation.

Il va de soi que les canaux de guidage pourraient être fermés et présenter une section circulaire ou aplatie. De manière préférée, les moyens de guidage, de préférence un canal de guidage, sont rapportés sur le segment de liaison afin d'éviter un usinage du corps principal du tourillon qui serait susceptible de diminuer sa durée de vie. Une telle forme de réalisation est avantageuse pour des orifices de ventilation allongés, de préférence, de forme oblongue. De préférence encore, les moyens de guidage, en particulier, un canal de guidage, sont solidaires de la couronne circonférentielle de manière à faciliter l'assemblage du tourillon et un positionnement précis des moyens de guidage par rapport aux orifices d'évacuation de la couronne circonférentielle. De préférence toujours, le tourillon comporte une gorge circonférentielle de récupération des flux d'huile de lubrification radialement extérieure auxdits orifices de ventilation. Une telle gorge de récupération permet avantageusement de récupérer l'huile qui est passée entre les orifices de ventilation. Une fois stockée dans la gorge, l'huile de lubrification peut être conduite au lieu désiré, par exemple, dans un circuit de drainage d'huile de lubrification.

De préférence, la gorge de récupération comporte des moyens de drainage du flux d'huile de lubrification. De manière préférée, les moyens de drainage sont des orifices de drainage, qui débouchent, de préférence, dans un circuit de drainage d'huile de lubrification. Selon un aspect préféré de l'invention, le tourillon comportant des lamelles d'étanchéité radiales adaptées pour coopérer avec un élément abradable du carter de la turbomachine, la couronne de récupération est radialement extérieure auxdites lamelles d'étanchéité. Ainsi, tout débordement d'huile issue des lamelles d'étanchéité est projeté radialement vers l'extérieur sous l'effet des forces centrifuges pour être capté par la couronne de récupération.

De manière préférée, la couronne de récupération s'étend longitudinalement jusqu'au droit des lamelles d'étanchéité. Ainsi, la longueur de la couronne est adaptée pour collecter le flux d'huile s'échappant des lamelles d'étanchéité tout en étant de longueur réduite pour limiter sa masse. De préférence, la couronne de récupération s'étend longitudinalement vers l'aval depuis le corps principal du tourillon. Selon un aspect de l'invention, le tourillon comporte un corps auxiliaire circonférentiel de section en U de manière à définir une base en contact plan avec le corps principal, une branche radialement supérieure formant la couronne de récupération et une branche radialement inférieure sur laquelle sont formée des lamelles d'étanchéité radiales adaptées pour coopérer avec un élément abradable du carter de la turbomachine. De manière avantageuse, le corps auxiliaire permet d'assurer la de collecte d'éventuelles fuites d'huile de lubrification. De manière préférée, le corps principal et le corps auxiliaire sont reliés ensemble par une pluralité de liaisons boulonnées de manière à faciliter le montage et la maintenance.

L'invention vise également une turbomachine, notamment pour aéronef, comportant un carter et un corps axial monté rotatif dans le carter, le corps rotatif comportant un tourillon tel que présenté précédemment.

PRESENTATION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une turbomachine selon l'art antérieur ; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une turbomachine avec un tourillon selon l'invention ; la figure 3 est une représentation schématique du corps auxiliaire circonférentiel du tourillon de la figure 2 ; la figure 4 est une représentation schématique rapprochée de la circulation du flux d'huile et du flux d'air pour le tourillon de la figure 2 ; la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une turbomachine selon l'art antérieur ; la figure 6 est une vue en perspective d'un tourillon selon l'art antérieur ; la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une turbomachine selon l'invention ; et la figure 8 est une vue en perspective d'un tourillon selon l'invention.

Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE En référence à la figure 2 représentant un turboréacteur selon l'invention, celui-ci comporte un carter 1 dans lequel est monté un corps rotatif haute pression et un corps rotatif basse pression par l'intermédiaire de paliers (non représentés). Le turboréacteur comporte dans cet exemple une partie amont de compresseur, une chambre de combustion et une partie aval de turbine, un flux d'air F circulant d'amont en aval dans le turboréacteur. Les corps rotatifs sont équipés d'aubes radiales pour permettre, d'une part, d'accélérer le flux d'air F dans la chambre de combustion du turboréacteur et, d'autre part, de récupérer l'énergie de la combustion. Comme illustré sur la figure 2, le turboréacteur comporte un corps rotatif basse pression comprenant un tourillon circonférentiel 7 s'étendant longitudinalement à un axe X-X et relié en amont à un tambour axial 3 par une pluralité de liaisons boulonnées 4. Toujours en référence à la figure 2, le tourillon 7 comporte un corps principal 70 qui s'étend sensiblement longitudinalement à l'axe X-X et une pièce annulaire d'étanchéité amont 5 qui est fixée sur la face amont du corps principal 70 comme illustré à la figure 2. La pièce annulaire d'étanchéité amont 5 comporte avantageusement des lamelles d'étanchéité 50 qui sont adaptées pour coopérer avec des éléments abradables 15 solidaires du carter 1 du turboréacteur afin de former une veine d'air étanche dans laquelle circule le flux d'air F.

Le corps principal 70 du tourillon 7 s'étend sensiblement dans un plan radial et comporte une pluralité d'orifices de ventilation 71 répartis angulairement et circonférentiellement sur le corps principal 70 de manière à permettre la circulation du flux d'air axial F d'amont en aval à travers le tourillon 7 comme illustré sur les figures 2 à 4. Comme illustré sur la figure 4, deux orifices de ventilation consécutifs 71 sont reliés par un segment de liaison 72 qui s'étend dans un plan sensiblement transversal à l'axe X-X du tourillon 7. Dans cet exemple, un flux d'huile H est susceptible de circuler sur la face aval du tourillon 7. Le corps principal 70 comporte en outre une pluralité d'orifices de fixation axiaux 76 répartis angulairement et circonférentiellement sur le corps principal 70 pour permettre le passage de vis de fixation afin de relier solidairement le tambour 3 avec le tourillon 7 par des liaisons boulonnées 4. Dans cet exemple, les orifices de fixation axiaux 76 du tourillon 7 sont situés radialement intérieurs aux orifices de ventilation 71 comme illustré sur la figure 2.

Dans cet exemple, en référence aux figures 2 à 4, le tourillon 7 comporte un corps auxiliaire circonférentiel 9 de section en U de manière à définir une base 82 en contact plan avec le corps principal 70, une branche radialement supérieure formant une couronne de récupération 8 et une branche radialement inférieure 83 sur laquelle sont formée des lamelles d'étanchéité radiales 85 adaptées pour coopérer avec un élément abradable 16 du carter 1 du turboréacteur.

La base 82 du corps auxiliaire 9 s'étend radialement et comporte une pluralité d'orifices de fixation axiaux 84 répartis angulairement et circonférentiellement pour permettre le passage de vis de fixation afin de relier solidairement le tambour 3, le tourillon 7 et le corps auxiliaire 9 par des liaisons boulonnées 4.

Comme illustré aux figures 2 à 3, la branche radialement supérieure 8 du corps auxiliaire 9 s'étend longitudinalement, c'est-à-dire orthogonalement au corps principal 70, et possède une longueur inférieure à celle de la branche radialement inférieure 83. La branche radialement supérieure 8 forme une couronne de récupération 8 qui s'étend au droit des lamelles d'étanchéité 85 s'étendant radialement vers l'extérieur depuis la branche radialement inférieure 83 afin de collecter tout flux d'huile H s'échappant via les lamelles d'étanchéité 85 sous l'effet des forces centrifuges comme illustré sur la figure 4. La couronne de récupération 8 comporte une pluralité d'orifices radiaux d'évacuation 81 pour permettre l'évacuation d'une pluralité de flux d'huile radiaux H vers l'extérieur. Les orifices d'évacuation 81 sont répartis angulairement et circonférentiellement de manière à permettre une évacuation homogène du flux d'huile de lubrification H. Selon l'invention, comme illustré à la figure 4, chaque orifice d'évacuation 81 est aligné radialement avec un segment de liaison 72 du corps principal 70 de manière à permettre que chaque flux d'huile H soit évacué entre les flux d'air F.

Ainsi, contrairement à l'art antérieur, il n'existe pas de zone de rencontre entre les flux d'air F et d'huile H ce qui limite le risque d'entraînement d'un flux d'huile H avec le flux d'air F en aval du turboréacteur. Dans cet exemple, le nombre d'orifices d'évacuation 81 est inférieur au nombre de segments de liaison 72, de préférence, trois fois inférieur. De préférence encore, en référence à la figure 2, le corps principal 70 du tourillon 7 comporte une gorge circonférentielle de récupération 73 des flux d'huile de lubrification H radialement extérieure auxdits orifices de ventilation 71. Une fois en contact avec les parois de la gorge de récupération 73, le flux d'huile de lubrification H est moins susceptible d'être perturbé par les flux d'air F. De préférence toujours, la gorge de récupération 73 comporte des moyens de drainage 74 du flux d'huile de lubrification qui se présentent, par exemple, sous la forme d'orifices radiaux ou obliques. Selon une forme de réalisation préférée, au moins un segment de liaison 72 comporte des moyens de guidage d'un flux d'huile radial H afin de permettre l'acheminement du flux d'huile H depuis les orifices d'évacuation 81 de la couronne 8 vers la gorge de récupération 73. A titre d'exemple, les moyens de guidage se présentent sous la forme d'une rainure radiale ou d'un canal radial. Au cours du fonctionnement du turboréacteur, en référence à la figure 4, des flux d'air F circulent d'amont en aval à travers les orifices de ventilation 71 du tourillon 7. Autrement dit, les flux d'air F qui traversent le tourillon 7 sont séparés les uns des autres étant donné que les segments de liaison 72 empêchent la circulation du flux d'air F. Lorsqu'un flux d'huile H s'échappe du circuit de lubrification du turboréacteur via les lamelles d'étanchéité 85, le flux d'huile H est éjecté radialement vers l'extérieur du fait des forces centrifuges dans la couronne de récupération 8 qui s'étend au droit des lamelles d'étanchéité 85. Ainsi, l'huile de lubrification H est récupérée circonférentiellement par la couronne de récupération 8 qui stocke temporairement l'huile de lubrification H afin de l'évacuer radialement vers l'extérieur jusqu'à la gorge de récupération 73 du tourillon 7.

Pour éviter la rencontre entre le flux d'huile H et les flux d'air F, le flux d'huile H stocké temporairement par la couronne de récupération 8 est évacué en une pluralité de flux d'huile élémentaires H via les orifices d'évacuation 81 qui sont chacun alignés avec des segments de liaison 72 du corps principal 70. Comme illustré à la figure 4, chaque flux d'huile radial H se déplace vers l'extérieur entre deux flux d'air axiaux F en étant protégé par les segments de liaison 72. Ainsi, il n'existe pas de risque que de l'huile soit entraînée par les flux d'air axiaux F en aval du turboréacteur. Il a été présenté un tourillon 7 avec un corps principal 70 indépendant du corps auxiliaire 9 mais il va de soi que l'invention s'applique également à un tourillon comportant un corps principal et un corps auxiliaire formant un ensemble monobloc. Une deuxième forme de réalisation de l'invention est décrite en référence aux figures 5 à 8. Les références utilisées pour décrire les éléments de structure ou fonction identique, équivalente ou similaire à celles des éléments de la figure 2 sont les mêmes, pour simplifier la description. D'ailleurs, l'ensemble de la description de la forme de réalisation de la figure 2 n'est pas reprise, cette description s'appliquant aux éléments des figures 5 à 8 lorsqu'il n'y a pas d'incompatibilités. Seules les différences notables, structurelles et fonctionnelles, sont décrites.

En référence aux figures 5 à 7, le tourillon 7 comporte un corps principal 70 qui s'étend obliquement à un plan radial et comporte une pluralité d'orifices de ventilation 71 répartis angulairement et circonférentiellement sur le corps principal 70 de manière à permettre la circulation du flux d'air axial F d'amont en aval à travers le tourillon 7 comme illustré sur la figure 5. Dans cet exemple, un flux d'huile H est susceptible de circuler sur la face amont du tourillon 5.

Comme illustré sur la figure 6, deux orifices de ventilation consécutifs 71 du corps principal 70 sont reliés par un segment de liaison 72. Dans cette deuxième forme de réalisation, les orifices de ventilation 71 sont oblongs, leur longueur s'étendant radialement comme illustré à la figure 6 de manière à augmenter le débit d'air.

De manière similaire à la première forme de réalisation, en référence aux figures 8 et 9, le tourillon 7 comporte un corps auxiliaire circonférentiel 9 comportant une couronne de récupération 8 qui comprend une pluralité d'orifices radiaux d'évacuation 81 pour permettre l'évacuation d'une pluralité de flux d'huile radiaux H vers l'extérieur comme illustré à la figure 8. Les orifices d'évacuation 81 sont répartis angulairement et circonférentiellement de manière à permettre une évacuation homogène du flux d'huile de lubrification H. Toujours en référence à la figure 8, chaque orifice d'évacuation 81 est aligné radialement avec un segment de liaison 72 du corps principal 70 de manière à permettre que chaque flux d'huile H soit évacué entre les flux d'air F, i.e. entre les orifices de ventilation 71. Dans cette forme de réalisation, les orifices de ventilation oblongs 71 perturbent la circulation du flux d'huile H sur les segments de liaison 72, le flux d'huile H pouvant dévier de sa direction de circulation radiale. A cet effet, comme présenté précédemment, au moins un segment de liaison 72 comporte des moyens de guidage d'un flux d'huile radial H afin d'éviter toute déviation le long des orifices de ventilation oblongs 71. Dans cet exemple, en référence à la figure 8, le corps auxiliaire circonférentiel 9 comporte une pluralité de canaux de guidage 86 qui sont montés sur les segments de liaison 72, en regard, des orifices d'évacuation 81. Chaque canal de guidage 86 s'étend selon le segment de liaison 72 sur lequel il est destiné à être monté, la section transversale d'un canal de guidage possède, de préférence, une forme de U de manière à empêcher tout déviation du flux d'huile H lors de sa circulation entre des orifices de ventilation consécutifs 71, en particulier, lorsqu'ils sont oblongs. Dans cet exemple, les orifices d'évacuation 81 débouchent en regard de la base du U des canaux de guidage 86 de manière à ce que les branches du U empêchent toute circulation d'un flux d'huile dans les orifices de ventilation adjacents 71 comme illustré à la figure 8. De manière alternative, les canaux de guidage 86 peuvent être fermés et présenter une section circulaire ou aplatie.

De manière préférée, en référence à la figure 8, la couronne circonférentielle 8 et les canaux de guidage 86 sont solidarisés par soudage. Le corps auxiliaire 9 peut ainsi être monté de manière simple et rapide sur le corps principal 70 du tourillon 7. En outre, les orifices d'évacuation 81 sont alignés de manière précise avec les canaux de guidage 86 du fait de leur solidarisation avec la couronne circonférentielle 8 ce qui est avantageux. L'utilisation de canaux de guidage 86 rapportés sur le tourillon 7 est plus avantageuse que la formation de canaux dans le corps principal 70 du tourillon 7 étant donné qu'un usinage peut fragiliser la structure du tourillon 7. Une telle forme de réalisation est particulièrement avantageuse lorsque les orifices de ventilation 71 sont allongés.