FR3017659B1 - Boitier d'entrainement d'accessoires pour turbomachine - Google Patents
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Description
BOITIER D’ENTRAINEMENT D’ACCESSOIRES POUR TURBOMACHINE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne une boite d’entrainement d’accessoires pour turbomachine, également appelé boitier d’engrenage pour accessoires ou AGB pour « accessory gear box », ou boitier d’engrenages. Une telle boite d’entraînement d’accessoires est destinée à transmettre le mouvement originaire de la turbomachine par l’intermédiaire d’un arbre radial sortant de celle-ci, et à le transmettre à divers accessoires ou équipements annexes à la turbomachine, tels que des pompes, des générateurs d’électricité, etc., qui sont indispensables au fonctionnement de la turbomachine ou à d’autres appareils d’un aéronef propulsé par cette turbomachine. La transmission s’effectue par une chaîne cinématique composée d’engrenages successifs.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR
Le document FR n°13 59910 décrit une boite d’engrenages à fixer sur une turbomachine pour entraîner au moins un équipement annexe à la turbomachine. Cette boite d’engrenages comporte: - un organe de prise de mouvement destiné à engrener avec un arbre radial de la turbomachine, - un carter, - une chaîne cinématique interne au carter. La chaîne cinématique comporte un arbre central qui transmet le mouvement de l’organe de prise de mouvement à au moins un pignon apte à entraîner en rotation au moins un équipement.
Dans ce document, l’arbre central peut atteindre une certaine longueur lorsque le nombre d’équipements à entraîner est important. Or un arbre d’une grande longueur est difficile à guider en rotation, et il peut avoir des problèmes de dynamique, des problèmes d’équilibrage, ou encore de vibrations. En outre, un arbre d’une grande longueur est difficile à fabriquer car les tolérances d’alignement à respecter sont très précises. Pour remédier à ce problème, les documents de l’art antérieur proposent d’utiliser des systèmes de guidage en rotation, des systèmes de contrôle du balourd et des systèmes d’amortissement qui permettent de remédier aux inconvénients des arbres longs. Toutefois, ces dispositifs sont compliqués à mettre en œuvre.
EXPOSE DE L’INVENTION L’invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique en proposant une boite d’engrenages à fixer sur une turbomachine pour entraîner au moins un équipement annexe à la turbomachine qui ne présente plus de problèmes de dynamiques ou de vibrations, qui est plus facile à guider en rotation, et qui est aussi plus facile à fabriquer et à assembler, même lorsque le nombre d’équipements à entraîner en rotation est très important.
Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l’invention, une boite d’engrenages à fixer sur une turbomachine pour entraîner au moins un arbre rotatif d’un équipement annexe à la turbomachine, la boite d’engrenage comportant :
Un organe de prise de mouvement destiné à engrener avec un arbre radial de la turbomachine;
Au moins une chaîne cinématique agencée pour transmettre le mouvement de rotation de l’organe de prise de mouvement à au moins un arbre rotatif d’un équipement, la chaîne cinématique comportant au moins un arbre central relié à l’organe de prise de mouvement par l’intermédiaire d’un engrenage, l’arbre central étant relié à au moins un arbre rotatif d’un équipement par l’intermédiaire d’un engrenage, l’arbre central comportant au moins deux parties, chaque partie étant agencée pour entraîner en rotation au moins un arbre rotatif d’un équipement par l’intermédiaire d’un engrenage lorsque ladite partie est elle-même entraînée en rotation, la première partie étant reliée à l’organe de prise de mouvement par l’intermédiaire d’un engrenage de façon à être entraînée en rotation lorsque l’organe de prise de mouvement est entraîné en rotation, la deuxième partie étant reliée à la première partie par un élément de liaison de façon à ce que la deuxième partie soit entraînée en rotation lorsque la première partie est entraînée en rotation..
Ainsi, l’invention propose de diviser l’arbre central en plusieurs parties de façon à ne plus avoir un arbre central d’un seul tenant de grande longueur, mais plusieurs parties d’arbre central de plus petite longueur. On limite ainsi les problèmes de dynamique en limitant la longueur des parties composant l’arbre central. En outre, du fait des tolérances d’assemblage, il est plus facile de produire l’arbre central en plusieurs parties de longueur limitée, plutôt que de le produire en une seule partie de longueur plus importante. La boite d’engrenages selon l’invention est donc plus facile à produire que les boites d’engrenages de l’art antérieur. En outre, le fait d’avoir plusieurs parties permet de reprendre plus facilement les tolérances d’alignement entre ces parties, ce qui facilite la fabrication de l’arbre.
La boite d’engrenage selon l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l’engrenage reliant l’arbre central à l’organe de prise de mouvement est de préférence un engrenage à axes concourants; - l’élément de liaison comporte de préférence un élément fusible configuré pour rompre la liaison entre la première partie et la deuxième partie lorsque le couple de rotation transmis de la première partie à la deuxième partie est supérieur à un couple seuil ; La présence de l’élément fusible permet de protéger la chaîne cinématique de la défaillance d’un équipement. On peut ainsi placer les équipements les plus importants en entrée de la chaîne cinématique de façon à les protéger en cas de défaillance ; - la boite à engrenages comporte de préférence un carter, l’arbre central étant situé dans le carter ; - le carter est de préférence divisé en au moins deux sous-carters, ce qui permet de faciliter la fabrication du carter. En outre, la boite d’engrenages est ainsi composée de modules, comportant chacun un sous carter, une partie d’arbre central, et un ou plusieurs équipements reliés à la partie d’arbre central par l’intermédiaire d’au moins un pignon. Chaque module présente ainsi une longueur limitée ce qui facilite sa fabrication. En outre, les modules peuvent être fabriqués de manière standardisée et ils peuvent aussi être changés facilement, ce qui facilite la maintenance de la boite d’engrenages; - le carter est divisé en autant de sous carters que l’arbre comporte de parties.
Un deuxième aspect de l’invention concerne une turbomachine comportant une boite à engrenages selon le premier aspect de l’invention.
Avantageusement, la turbomachine comporte en outre une pompe à carburant et un groupe de lubrification. Dans ce cas, la pompe à carburant et le groupe de lubrification sont reliés à la première partie de l’arbre central de façon à être entraînés en rotation lorsque la première partie est entraînée en rotation. Ainsi, la pompe à carburant et le groupe de lubrification, qui sont des équipements indispensables au fonctionnement de la turbomachine, sont reliés à la première partie de l’arbre central, de façon à être protégés en cas de défaillance de la deuxième partie de l’arbre central ou de la liaison entre la première et la deuxième partie de l’arbre central.
BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - La figure 1, une vue en perspective d’une boite à engrenages selon un premier mode de réalisation de l’invention ; - La figure 2, une vue de dessus de la boite à engrenages de la figure 1 ; - La figure 3, une vue de dessus d’une variante de la boite à engrenages de la figure 3 ; - La figure 4, une vue en perspective d’une boite à engrenages selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; - La figure 5, une vue d’une partie de la boite à engrenages de la figure 4 ; - La figure 6, une vue d’une autre partie de la boite à engrenages de la figure 4.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l’ensemble des figures.
DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION
La figure 1 représente une boite à engrenages selon un mode de réalisation de l’invention. Cette boite à engrenages comporte un organe de prise de mouvement 1 destiné à engrener avec un arbre radial d’une turbomachine. La boite à engrenages comporte également une chaîne cinématique permettant de transmettre le mouvement de l’organe de prise de mouvement à au moins un arbre rotatif 2a, 2b d’un équipement annexe à la turbomachine.
Pour cela, la chaîne cinématique comporte un arbre central 3 qui est relié à l’organe de prise de mouvement 1 par l’intermédiaire d’un engrenage à axes concourants 4 de sorte que l’arbre central 3 est entraîné en rotation lorsque l’organe de prise de mouvement 1 est entraîné en rotation. L’arbre central 3 est relié aux arbres rotatifs 2a, 2b par l’intermédiaire d’engrenages 5 de façon à ce que les arbres rotatifs 2a, 2b soient entraînés en rotation lorsque l’arbre central 3 est entraîné en rotation.
La boite à engrenages est particulièrement remarquable en ce que l’arbre central 3 est divisé en au moins deux parties : une première partie 3a et une deuxième partie 3b reliées entre elles par un élément de liaison 6. L’élément de liaison 6 est un élément d’accouplement d’arbre. Cet élément d’accouplement d’arbre peut par exemple être un élément d’accouplement à chaîne double comportant deux pignons reliés par une chaîne à double rangée fermée sur elle-même, un élément d’accouplement à dentures bombées, un élément d’accouplement à plots métalliques, un joint de Oldham, un joint simple ou double à disques métalliques, un joint à soufflet métallique, un joint métallique taillé en hélicoïde, un joint tripode...
Le fait de diviser l’arbre central 3 en deux parties 3a, 3b permet de faciliter sa fabrication non seulement parce que des parties plus courtes sont plus faciles à fabriquer mais aussi parce que les tolérances de fabrication sur chacune des parties sont ainsi moins dures à respecter. En effet, en divisant l’arbre en au moins deux parties, il est ainsi possible de reprendre le désalignement à la jonction entre les deux parties. En outre, le fait de diviser l’arbre en deux parties permet de réduire les problèmes de vibrations, de balourd et de fréquence de résonnance.
La première partie 3a est reliée à l’organe de prise de mouvement 1 par l’intermédiaire d’un engrenage à axes concourants 4 de façon à être entraînée en rotation lorsque l’organe de prise de mouvement est entraîné en rotation. La deuxième partie 3b est reliée à la première partie 3a par un élément de liaison 6 de façon à être entraînée en rotation lorsque la première partie 3a est entraînée en rotation.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, l’élément de liaison 6 est configuré pour transmettre le couple de rotation de la première partie 3a à la deuxième partie 3b quelque soit ce couple de liaison.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, l’élément de liaison 6 est configuré pour : - transmettre le couple de rotation de la première partie 3a à la deuxième partie 3b tant que ce couple de rotation est inférieur à un couple seuil ; - ne plus transmettre le couple de rotation de la première partie 3a à la deuxième partie 3b lorsque ce couple est supérieur à un couple seuil.
Pour cela, l’élément de liaison 6 comporte de préférence un élément fusible 7 dimensionné pour casser lorsque le couple transmis est supérieur à un couple seuil. L’élément fusible est de préférence une rainure qui peut casser lorsque le couple transmis de la première partie à la deuxième partie est trop important. La présence de cet élément fusible 7 permet de protéger la première partie 3a de la chaîne cinématique lorsque la deuxième partie 3b est défaillante. Ainsi, les équipements 2a les plus indispensables au fonctionnement de la turbomachine sont de préférence reliés à la première partie 3a, tandis que les éléments 2b moins indispensables au fonctionnement de la turbomachine sont reliés à la deuxième partie 2b. Ainsi, on peut relier la pompe à carburant et le groupe de lubrification à la première partie de l’arbre central 2a, tandis que les autres équipements annexes sont reliés à la deuxième partie 2b de l’arbre.
En référence aux figures 4 à 6, l’arbre central 3 est de préférence entouré par un carter 8. Ce carter 8 est de préférence également divisé en plusieurs parties 8a, 8b, 8c. Chaque partie du carter est appelée « sous-carter >> dans la suite. Le carter 8 est de préférence divisé en autant de parties que l’arbre central. Deux sous-carters 8a, 8b, 8c consécutifs sont reliés par des moyens de liaison 10. Ces moyens de liaison 10 peuvent par exemple comporter: - des moyens de centrage permettant d’aligner les deux sous-carters l’un par rapport à l’autre. Ces moyens de centrage comportent par exemple un joint; - des moyens anti-rotation 12 permettant d’éviter que deux sous-carters adjacents ne tournent l’un par rapport à l’autre. Ces moyens anti-rotation peuvent par exemple comporter des moyens de type pion. Selon un mode de réalisation, la liaison deux sous-carter est réalisée par une bobine pincée entre les deux sous-carter. La présence de cette bobine permet de l’utiliser comme pion d’anti rotation et ainsi de réduire le nombre de composants nécessaires . En outre, cette bobine est remplie d’huile et elle permet le transfert d’huile d’un sous carter à l’autre ;;des moyens de fixations 11, comportant par exemple des vis et des écrous, ou alors des vis et des inserts, ou encore des goujons sertis et des écrous.
Les moyens de liaison pourraient également comporter un collier V-band.
Ainsi, la boite d’engrenage est composé de modules 9a, 9b, 9c indépendants reliés entre eux, chaque module comportant : - une partie 3a, 3b, 3c d’arbre central ; - un sous-carter 8a, 8b, 8c entourant cette partie d’arbre central.
La maintenance de la boite d’engrenages est ainsi simplifiée puisque chaque module peut être changé indépendamment des autres modules. En outre, la boite d’engrenages est ainsi plus facile à fabriquer.
Naturellement, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l’invention. L’invention n’est notamment pas limitée aux éléments de liaison décrits en référence aux figures, ni aux moyens de liaison décrits.
Claims (4)
- REVENDICATIONS1. Boite d’engrenages à fixer sur une turbomachine pour entraîner au moins un arbre rotatif (2a, 2b) d’un équipement annexe à la turbomachine, la boite d’engrenage comportant : Un organe de prise de mouvement (!) destiné à engrener avec un arbre radial de la turbomachine; Au moins une chaîne cinématique agencée pour transmettre le mouvement de rotation de l'organe de prise de mouvement (1) à au moins un arbre rotatif (2a, 2b) d’un équipement, la chaîne cinématique comportant au moins un arbre central (3) relié à l’organe de prise de mouvement (1) par l'intermédiaire d'un engrenage (4), l’atbre central (3) étant relié à au moins un arbre rotatif (2a, 2b) d’un équipement par l'intermédiaire d’un engrenage (5), l’arbre central (3) comportant au moins deux parties (3a, 3b), chaque partie (3a, 3b) étant agencée pour entraîner en rotation au moins un arbre rotatif (2a, 2b) d’un équipement par l’intermédiaire d’un engrenage (4) lorsque ladite partie (3a, 3b) est elle-même entraînée en rotation, la première partie (3a) étant reliée à l’organe de prise de mouvement (1) par intermédiaire d’un engrenage de façon à être entraînée en rotation lorsque l'organe de prise de mouvement (1) est entraîné en rotation, la deuxième partie (3b) étant reliée à la première partie (3a) par un élément de liaison (6) de façon à ce que la deuxième partie (3b) soit entraînée en rotation lorsque la première partie (3a) est entraînée en rotation, Caractérisé en ce que la boite à engrenages comporte en outre un carter (8), l’arbre central (3) étant situé dans le carter (8), le carter (8) étant divisé en au moins deux sous-carters (8a, 8b, 8c), te carter (8) étant divisé en autant de sous-carters (8a, 8b) que l’arbre central (3) comporte de parties (3a, 3b).
- 2. Boite à engrenages selon la revendication précédente, dans laquelle l’élément de liaison (6) comporte un élément fusible (7) configuré pour rompre la liaison entre ia première partie (3a) et la deuxième partie (3b) lorsque 1e couple de rotation transmis de la première partie (3a) à la deuxième partie (3b) est supérieur à un couple seuil.
- 3. Turbomachine comportant une boite à engrenages selon l’une des revendications précédentes.
- 4. Turbomachine selon la revendication précédente, comportant en outre une pompe à carburant et un groupe de lubrification, dans laquelle la pompe à carburant et te groupe de lubrification sont reliés à la première partie de l'arbre central de façon à être entraînés en rotation lorsque te première partie est entraînée en rotation.
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