FR3013386A1

FR3013386A1 - Dispositif de lubrification pour une turbomachine

Info

Publication number: FR3013386A1
Application number: FR1361408A
Authority: FR
Inventors: Jeremy Vielcanet; Caroline Frantz; Antoine Laigle
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-05-22
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: GB2536583A; FR3013386B1; US20160290162A1; GB201608915D0; US10273826B2; GB2536583B; WO2015075348A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de lubrification pour une turbomachine, comportant une conduite (23) d'arrivée d'huile équipée d'une pompe (24) d'alimentation en huile et de moyens de régulation (30) situés en aval de la pompe d'alimentation (24), une conduite d'alimentation (26) destinée à alimenter en huile un organe à lubrifier et une conduite de recyclage (27) débouchant en amont de la pompe d'alimentation (24), les moyens de régulation (30) permettant de diriger tout ou partie du débit d'huile issu de la conduite d'arrivée (23) vers la conduite d'alimentation (26) et/ou vers la conduite de recyclage (27).

Description

13 3 86 1 Dispositif de lubrification pour une turbomachine La présente invention concerne un dispositif de lubrification pour une turbomachine, telle par exemple qu'une turbomachine d'avion.

L'invention s'applique notamment à une turbomachine de type à « open rotor », c'est-à-dire comportant une soufflante non carénée. Une telle turbomachine, connue notamment de la demande de brevet FR 2 940 247, comporte classiquement un corps haute pression comprenant un compresseur haute pression et une turbine haute-pression couplés en rotation par un premier arbre, et un corps additionnel comportant un compresseur basse pression et une turbine de pression intermédiaire, couplés en rotation par un second arbre. La turbomachine comporte en outre une turbine libre de puissance, formant une turbine basse pression et comportant un premier rotor (ou rotor interne) et un second rotor (ou rotor externe). La turbomachine comporte également un système d'hélices contrarotatives, à savoir respectivement une première hélice et une seconde hélice entraînées par la turbine basse-pression via un réducteur de vitesses à train épicycloïdal. Le système d'hélices comporte également un stator.

Plus particulièrement, le train épicycloïdal comporte un planétaire tournant autour d'un axe, engrenant avec des satellites autour d'axes appartenant à un porte-satellites, les satellites engrenant avec une couronne dentée radialement externe, elle-même portée par un arbre de couronne. L'arbre de couronne est couplé en rotation au second rotor. Par ailleurs, l'arbre du planétaire est couplé en rotation au premier rotor. De plus, l'arbre du porte-satellites est couplé en rotation à la première hélice et l'arbre de la couronne est couplé en rotation à la seconde hélice. La turbomachine comporte un circuit d'huile assurant notamment 30 la lubrification, le refroidissement du réducteur de vitesses à train épicycloïdal et des roulements supportant les parties tournantes. Ce circuit comporte une conduite d'arrivée d'huile équipée d'une pompe d'alimentation en huile et le cas échéant de moyens de régulation situés en aval de la pompe d'alimentation, une conduite d'alimentation destinée à alimenter en huile le réducteur de vitesses et une conduite de recyclage 5 débouchant en amont de la pompe d'alimentation, les moyens de régulation permettant de diriger tout ou partie du débit d'huile issu de la conduite d'arrivée vers la conduite d'alimentation et/ou vers la conduite de recyclage. La pompe, à cylindrée fixe, est entraînée en rotation par un organe mobile d'un relais d'accessoires, situé à proximité, via un arbre de 10 puissance. Compte tenu des contraintes d'encombrement, il est en effet relativement compliqué de raccorder un arbre de puissance (c'est-à-dire un arbre permettant de transmettre un couple relativement important, par exemple compris entre 90 et 900 N.m ) à un organe mobile du réducteur de 15 vitesses à train épicycloïdal. Or, l'entraînement en rotation d'une telle pompe d'alimentation en huile ne peut être effectué que par l'intermédiaire d'un arbre de puissance. On rappelle qu'un relais d'accessoires ou A.G.B. (« Accessory Gear Box », en anglais) comporte un boîtier contenant un certain nombre 20 d'engrenages reliés à des équipements ou accessoires, comme par exemple un générateur électrique, un démarreur, un alternateur, des pompes hydrauliques, à carburant, à huile, etc... Afin d'entraîner ces différents engrenages, une partie de la puissance de la turbomachine est prélevée au niveau du corps haute pression par l'intermédiaire d'un arbre 25 de prise de mouvement. Les vitesses de rotation des différents organes mobiles du relais d'accessoires sont donc directement dépendantes de la vitesse de rotation du corps haute pression de la turbomachine. A contrario, les vitesses de rotation des différents organes mobiles du train épicycloïdal ne sont pas directement dépendantes de la 30 vitesse de rotation du corps haute pression, mais sont directement dépendantes des vitesses de rotation des rotors de la turbine basse- pression. Les besoins en huile du train épicycloïdal sont donc découplés de la vitesse de rotation du corps haute pression. Le circuit d'huile, et en particulier la pompe, est dimensionné pour couvrir le besoin maximal en débit d'huile et suralimente donc en huile le train épicycloïdal en dehors du point de fonctionnement pour lequel la pompe a été dimensionnée. Cette suralimentation est combinée à une capacité limitée d'évacuation de l'huile du fait de la structure du réducteur de vitesses, en particulier à faibles vitesses de rotation (évacuation de l'huile par effet centrifuge). Il existe donc un risque de noyer le réducteur de vitesses, ce qui affecte son fonctionnement, dégrade ses performances ainsi que sa durée de vie, génère des échauffements et crée des balourds. Afin de remédier à ce problème, les moyens de régulation précités peuvent comporter une vanne pilotée électriquement via un calculateur, en fonction de la vitesse de la turbine basse-pression, de manière à réduire si nécessaire le débit d'huile envoyé vers le réducteur de vitesses. De tels moyens de régulation électroniques ou électriques sont de type «actifs », c'est-à-dire nécessitent un événement particulier (signal de consigne), et peuvent ainsi générer des pannes. Il existe donc un besoin d'améliorer la fiabilité et la robustesse de ces moyens de régulation. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose un dispositif de lubrification pour une turbomachine, comportant une conduite d'arrivée d'huile équipée d'une pompe d'alimentation en huile et de moyens de régulation situés en aval de la pompe d'alimentation, une conduite d'alimentation destinée à alimenter en huile un organe à lubrifier et une conduite de recyclage débouchant en amont de la pompe d'alimentation, les moyens de régulation permettant de diriger tout ou partie du débit d'huile issu de la conduite d'arrivée vers la conduite d'alimentation et/ou vers la conduite de recyclage, la pompe étant entraînée par au moins un organe rotatif d'un relais d'accessoires de la turbomachine, caractérisé en ce que les moyens de régulation comportent un organe mobile en translation dont la position permet d'adapter les débits d'huile dirigés vers la conduite d'alimentation et vers la conduite de recyclage, respectivement, ledit organe mobile étant couplé à un régulateur centrifuge apte à modifier la position dudit organe mobile en fonction de la vitesse de rotation d'un arbre d'entrée du régulateur. De cette manière, les moyens de régulation sont de type mécanique, ce qui permet d'améliorer la robustesse et la fiabilité de ces derniers. La pompe est entraînée par un organe rotatif du relais d'accessoires ou A.G.B., par exemple par l'intermédiaire d'un arbre de puissance. On notera que, dans le cas de l'A.G.B., les contraintes d'encombrement sont moins importantes que dans le cas du réducteur de vitesses. Aussi, il est possible de prélever un couple important au niveau de l'A.G.B, par l'intermédiaire d'un arbre de puissance, afin d'entraîner la pompe. On notera également que l'entraînement en rotation du régulateur centrifuge nécessite un couple relativement faible. De préférence, le régulateur centrifuge comporte : - un arbre d'entrée rotatif, - un organe de sortie mobile en translation, lié à l'organe mobile 20 des moyens de régulation, - une première et une seconde biellettes comportant chacune une première et une seconde extrémités, les premières extrémités des première et deuxième biellettes étant articulées l'une à l'autre au niveau d'un premier organe de pivot déplaçable en translation parallèlement à 25 l'arbre d'entrée rotatif, - une troisième et une quatrième biellettes comportant chacune une première et une seconde extrémités, les premières extrémités des troisième et quatrième biellettes étant articulées respectivement sur les secondes extrémités des première et seconde biellettes, respectivement au 30 niveau d'un deuxième et d'un troisième organes de pivot, les secondes extrémités des troisième et quatrième biellettes étant articulées l'une à l'autre au niveau d'un quatrième organe de pivot fixe par rapport à l'arbre d'entrée rotatif, - une cinquième et une sixième biellettes comportant une première et une seconde extrémité, les premières extrémités des cinquième et sixième biellettes étant articulées l'une à l'autre au niveau du quatrième organe de pivot, - une septième et une huitième biellettes comportant une première et une seconde extrémités, les premières extrémités des septième et huitième biellettes étant articulées respectivement sur les secondes extrémités des cinquième et sixième biellettes, respectivement au niveau d'un cinquième et d'un sixième organes de pivot, les secondes extrémités des septième et huitième biellettes étant articulées l'une à l'autre au niveau d'un septième organe de pivot déplaçable en translation parallèlement à l'arbre d'entrée rotatif, - l'un au moins des deuxième, troisième, cinquième et sixième organes de pivot comportant au moins une masselotte, - l'organe de sortie mobile en translation étant lié au premier et/ou au septième organes de pivot. De préférence, les premier, quatrième et septième organes de pivot sont montés coulissant le long de l'arbre d'entrée rotatif du régulateur centrifuge. Dans ce cas, au moins un organe élastique de rappel peut être agencé pour écarter le premier organe de pivot du quatrième organe de pivot et/ou pour écarter le quatrième organe de pivot du septième organe de pivot. En outre, les moyens de régulation peuvent comporter au moins un distributeur à tiroir mobile, la position du tiroir permettant d'adapter les débits d'huile dirigés vers la conduite d'alimentation et vers la conduite de recyclage, respectivement.

L'invention concerne également une turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de lubrification du type précité, une première et une seconde hélices contrarotatives entraînées en rotation au moyen d'une turbine basse pression, par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesses, par exemple à train épicycloïdal, l'arbre d'entrée du régulateur étant entraîné en rotation par un élément du réducteur de vitesses ou de la turbine basse-pression, la conduite d'alimentation étant destinée à alimenter en huile le réducteur de vitesses. Dans ce cas, la position de l'organe de sortie mobile du régulateur centrifuge est fonction de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée précité, l'organe de sortie du régulateur étant couplé à l'organe mobile des moyens de régulation. De cette manière, le régulateur centrifuge est entraîné par la turbine basse-pression ou le train épicycloïdal (appartenant à la « Power Gear Box » ou P.G.B.), à l'aide d'un arbre destiné à transmettre un faible couple, et nécessitant par conséquent un encombrement moins important.

De préférence, la turbomachine peut comporter un corps haute pression comportant un compresseur haute pression et une turbine haute-pression couplés en rotation par un premier arbre, et un corps additionnel comportant un compresseur basse pression et une turbine de pression intermédiaire, couplés en rotation par un second arbre, la vitesse de rotation de l'organe rotatif du relais d'accessoires étant dépendante (par exemple un multiple) de la vitesse de rotation de l'arbre du corps haute-pression. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages 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 demi-vue en coupe longitudinale d'une turbomachine à soufflante non carénée de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue de détail d'une partie de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de lubrification de l'art antérieur, - la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif de lubrification selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique du régulateur centrifuge du dispositif selon l'invention.

Les figures 1 et 2 représentent une turbomachine 1 à soufflante non carénée, dite « open rotor » connue du document FR 2940247. Celle-ci comporte un corps haute pression comprenant un compresseur haute pression 2 et une turbine haute-pression 3 couplés en rotation par un premier arbre 4, et un corps additionnel comportant un compresseur basse pression 5 et une turbine de pression intermédiaire 6, couplés en rotation par un second arbre 7. Une chambre de combustion 8 est située entre le compresseur haute pression 2 et la turbine haute pression 3. La turbomachine 1 comporte en outre une turbine libre de puissance 9, formant une turbine basse pression et comportant un premier rotor 10 (ou rotor interne) et un second rotor 11 (ou rotor externe), visibles à la figure 2. La turbomachine 1 comporte également un système d'hélices contrarotatives, à savoir respectivement une première hélice 12 et une seconde hélice 13 entraînées par la turbine basse-pression 9 via un réducteur de vitesses à train épicycloïdal 14. Le système d'hélices comporte également un stator 15. Plus particulièrement, le train épicycloïdal 14 comporte un planétaire 16 tournant autour de l'axe A de la turbomachine, engrenant avec des satellites 17 autour d'axes B appartenant à un porte-satellites 18, les satellites 17 engrenant avec une couronne 19 dentée radialement externe, elle-même portée par un arbre de couronne 20. L'arbre 20 de la couronne 19 est couplé en rotation au second rotor 11. Par ailleurs, l'arbre 21 du planétaire 16 est couplé en rotation au premier rotor 10. De plus, l'arbre 22 du porte-satellites 18 est couplé en rotation à la première hélice 12 et l'arbre 20 de la couronne est couplé en rotation à la seconde hélice 13.

La turbomachine 1 comporte un circuit d'huile assurant notamment la lubrification et le refroidissement du réducteur de vitesses 14 à train épicycloïdal. Ce circuit comporte classiquement une conduite d'arrivée d'huile 23 reliée en amont à un réservoir 23a et équipée d'une pompe 24 d'alimentation en huile et de moyens de régulation 25 situés en aval de la pompe d'alimentation 24, une conduite d'alimentation 26 destinée à alimenter en huile le réducteur de vitesses 14 et une conduite de recyclage 27 débouchant par exemple en amont de la pompe d'alimentation 24, les moyens de régulation 25 permettant de diriger tout ou partie du débit d'huile issu de la conduite d'arrivée 23 vers la conduite d'alimentation 26 et/ou vers la conduite de recyclage 27. La pompe 24, à cylindrée fixe, est entraînée en rotation par un organe mobile d'un relais d'accessoires (non représenté), situé à proximité, via un arbre de puissance 28. Comme vu précédemment, les vitesses de rotation des différents organes mobiles du relais d'accessoires sont directement dépendantes (c'est-à-dire des multiples) de la vitesse de rotation du corps haute pression de la turbomachine. Les moyens de régulation précités comportent une vanne 25 pilotée électriquement via un calculateur, en fonction de la vitesse de la turbine basse-pression, de manière à réduire si nécessaire le débit d'huile envoyé vers le réducteur de vitesses 14. De tels moyens de régulation électroniques ou électriques sont de type «actifs », c'est-à-dire nécessitent un événement particulier (par exemple un signal de consigne 29), et peuvent alors générer des pannes. Il existe donc un besoin d'améliorer la fiabilité et la robustesse de ces moyens de régulation 25. Pour cela, comme cela est illustré à la figure 4, une forme de réalisation de l'invention propose de remplacer l'électrovanne 25 par un distributeur 30 comportant organe mobile en translation, par exemple un tiroir 31, dont la position permet d'adapter les débits d'huile dirigés vers la conduite d'alimentation et vers la conduite de recyclage. L'organe mobile 31 est couplé à un régulateur centrifuge 32 (mieux visible à la figure 5) apte à modifier la position dudit organe mobile 31 en fonction de la vitesse de rotation d'un arbre d'entrée 33 du régulateur 32. Plus particulièrement, le régulateur centrifuge 32 comporte : - l'arbre d'entrée rotatif 33, - un organe de sortie 34 mobile en translation, lié à l'organe mobile 31 du distributeur 30, - une première et une seconde biellettes 35, 36 comportant chacune une première et une seconde extrémités, les premières extrémités des première et deuxième biellettes 35, 36 étant articulées l'une à l'autre au niveau d'un premier organe de pivot 37 déplaçable en translation le long de l'axe de l'arbre d'entrée rotatif 33, - une troisième et une quatrième biellettes 38, 39, comportant chacune une première et une seconde extrémités, les premières extrémités des troisième et quatrième biellettes 38, 39 étant articulées respectivement sur les secondes extrémités des première et seconde biellettes 35, 36, respectivement au niveau d'un deuxième et d'un troisième organes de pivot 40, 41, les secondes extrémités des troisième et quatrième biellettes 38, 39 étant articulées l'une à l'autre au niveau d'un quatrième organe de pivot 42 fixe par rapport à l'arbre d'entrée rotatif 33, - une cinquième et une sixième biellettes 43, 44 comportant une première et une seconde extrémités, les premières extrémités des cinquième et sixième biellettes 43, 44 étant articulées l'une à l'autre au niveau du quatrième organe de pivot 42, - une septième et une huitième biellettes 45, 46 comportant une première et une seconde extrémités, les premières extrémités des septième et huitième biellettes 45, 46 étant articulées respectivement sur les secondes extrémités des cinquième et sixième biellettes 43, 44, respectivement au niveau d'un cinquième et d'un sixième organes de pivot 47, 48, les secondes extrémités des septième et huitième biellettes étant articulées l'une à l'autre au niveau d'un septième organe de pivot 49 déplaçable en translation le long de l'axe de l'arbre d'entrée rotatif 33. L'un au moins des deuxième, troisième, cinquième et sixième organes de pivot 40, 41, 47, 48 (ici les organes de pivot 47 et 48) comporte au moins une masselotte 50 (ici deux masselottes 50, une sur chaque organe de pivot 47 et 48). Par ailleurs, l'organe de sortie 34 du régulateur 32 est lié au premier et/ou au septième organe de pivot 37, 49 coulissants. Un organe élastique de rappel, tel par exemple qu'un ressort de compression hélicoïdal 51, est agencé pour écarter le premier organe de pivot 37 du quatrième organe de pivot 42, écartant également par conséquent le septième organe de pivot 49 du quatrième organe de pivot 42, du fait des liaisons entre les biellettes 35, 36, 38, 39, 43, 44, 45, 46. L'arbre d'entrée 33 du régulateur 32 est entraîné en rotation par un élément du train épicycloïdal 14 ou de la turbine basse-pression 9.

Ainsi, en fonctionnement, les masselottes 50 sont éloignées par effet centrifuge de l'axe de rotation 33, entrainant le déplacement de l'organe de sortie mobile 34 et de l'organe mobile 31 du distributeur 30. Par conséquent, la position de l'organe mobile 31 du distributeur 30, et donc le débit d'huile alimentant le réducteur de vitesses 14, est fonction de la vitesse de rotation dudit réducteur de vitesses 14. On évite ainsi tout risque de suralimentation en huile du réducteur de vitesses 14 et on améliore, par conséquent, son fonctionnement. Par ailleurs, de tels moyens de régulation, de type « passifs », sont relativement fiables, par comparaison avec l'utilisation d'électrovannes 25 commandées par exemple. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au domaine des turbomachines de type « open rotor » mais peut également s'appliquer à d'autres turbomachines comportant un réducteur, tels par exemple qu'un turbopropulseur ou qu'un turboréacteur à réducteur de vitesses. 30

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de lubrification pour une turbomachine (1), comportant une conduite (23) d'arrivée d'huile équipée d'une pompe (24) d'alimentation en huile et de moyens de régulation (30) situés en aval de la pompe d'alimentation (24), une conduite d'alimentation (26) destinée à alimenter en huile un organe (14) à lubrifier et une conduite de recyclage (27) débouchant en amont de la pompe d'alimentation (24), les moyens de régulation (30) permettant de diriger tout ou partie du débit d'huile issu de la conduite d'arrivée (23) vers la conduite d'alimentation (26) et/ou vers la conduite de recyclage (27), la pompe (24) étant entraînée par au moins un organe rotatif d'un relais d'accessoires de la turbomachine (1), caractérisé en ce que les moyens de régulation comportent un organe (31) mobile en translation dont la position permet d'adapter les débits d'huile dirigés vers la conduite d'alimentation (26) et vers la conduite de recyclage (27) respectivement, ledit organe mobile (31) étant couplé à un régulateur centrifuge (32) apte à modifier la position dudit organe mobile (31) en fonction de la vitesse de rotation d'un arbre d'entrée (33) du régulateur (32).
2. Dispositif de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur centrifuge (32) comporte : - un arbre d'entrée (33) rotatif, - un organe de sortie (34) mobile en translation, lié à l'organe mobile (31) des moyens de régulation (30), - une première et une seconde biellettes (35, 36) comportant chacune une première et une seconde extrémités, les premières extrémités des première et deuxième biellettes (35, 36) étant articulées l'une à l'autre au niveau d'un premier organe de pivot (37) déplaçable en translation parallèlement à l'arbre d'entrée rotatif (33), - une troisième et une quatrième biellettes (38, 39) comportant chacune une première et une seconde extrémités, les premières extrémitésdes troisième et quatrième biellettes (38, 39) étant articulées respectivement sur les secondes extrémités des première et seconde biellettes (35, 36), respectivement au niveau d'un deuxième et d'un troisième organes de pivot (40, 41), les secondes extrémités des troisième et quatrième biellettes (38, 39) étant articulées l'une à l'autre au niveau d'un quatrième organe de pivot (42) fixe par rapport à l'arbre d'entrée rotatif (33), - une cinquième et une sixième biellettes (43, 44) comportant une première et une seconde extrémités, les premières extrémités des cinquième et sixième biellettes (43, 44) étant articulées l'une à l'autre au niveau du quatrième organe de pivot (42), - une septième et une huitième biellettes (45, 46) comportant une première et une seconde extrémités, les premières extrémités des septième et huitième biellettes (45, 46) étant articulées respectivement sur les secondes extrémités des cinquième et sixième biellettes (43, 44), respectivement au niveau d'un cinquième et d'un sixième organes de pivot (47, 48), les secondes extrémités des septième et huitième biellettes (45, 46) étant articulées l'une à l'autre au niveau d'un septième organe de pivot (49) déplaçable en translation parallèlement à l'arbre d'entrée rotatif (33), - l'un au moins des deuxième, troisième, cinquième et sixième organes de pivot (40, 41, 47, 48) comportant au moins une masselotte (50), l'organe de sortie (34) mobile en translation étant lié au premier et/ou au septième organes de pivot (37, 49).
3. Dispositif de lubrification selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un organe élastique de rappel (51) est agencé pour écarter le premier organe de pivot (37) du quatrième organe de pivot (42) et/ou pour écarter le quatrième organe de pivot (42) du septième organe de pivot (49).
4. Dispositif de lubrification selon l'une des revendications 1 à 3, 30 caractérisé en ce que les moyens de régulation comportent au moins un distributeur (30) à tiroir (31) mobile, la position du tiroir (31) permettantd'adapter les débits d'huile dirigés vers la conduite d'alimentation (26) et vers la conduite de recyclage (27), respectivement.
5. Turbomachine (1) caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de lubrification selon l'une des revendications 1 à 4, une première et une seconde hélices (12, 13) contrarotatives entraînées en rotation au moyen d'une turbine basse pression (9), par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesses (14), par exemple à train épicycloïdal, l'arbre d'entrée (33) du régulateur (32) étant entraîné en rotation par un élément du réducteur de vitesses (14) ou de la turbine basse-pression (9), la conduite d'alimentation (26) étant destinée à alimenter en huile le réducteur de vitesses (14).
6. Turbomachine (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps haute pression comportant un compresseur haute pression (2) et une turbine haute-pression (3) couplés en rotation par un premier arbre (4), et un corps additionnel comportant un compresseur basse pression (5) et une turbine de pression intermédiaire (6), couplés en rotation par un second arbre (7), la vitesse de rotation de l'organe rotatif du relais d'accessoires étant dépendante de la vitesse de rotation de l'arbre du corps haute-pression.