FR3026776A1 - Dispositif de transmission de puissance pour une turbomachine d'aeronef - Google Patents

Abstract

Dispositif de transmission de puissance pour une turbomachine (10), caractérisé en ce qu'il comprend un support annulaire de paliers (26) dont la périphérie interne est reliée à deux paliers à roulement (24, 52), un premier (52) desdits paliers à roulement comportant une bague interne (54) montée autour d'un manchon (55) sensiblement cylindrique autour duquel est également montée une roue conique (22) de renvoi qui est configurée pour être engrenée avec un pignon conique (20) d'un arbre de renvoi sensiblement radial par rapport à un axe (A) de révolution du support.

Description

Dispositif de transmission de puissance pour une turbomachine d'aéronef DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif de transmission de puissance pour une turbomachine, en particulier d'aéronef. ETAT DE L'ART Une turbomachine comprend un moteur qui, dans le cas d'un turboréacteur à double corps, comporte deux arbres, respectivement basse pression (BP) et haute pression (HP), qui s'étendent le long de l'axe longitudinal de la turbomachine. Les arbres BP et HP sont en général tubulaires et montés l'un à l'intérieur de l'autre. On a déjà proposé d'entraîner un équipement de la turbomachine au moyen d'un arbre de renvoi sensiblement radial (par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine). C'est notamment le cas lorsque l'équipement est monté dans une nacelle qui entoure le moteur de la turbomachine. L'arbre de renvoi transmet une puissance mécanique entre un arbre de la turbomachine et un équipement tel qu'une boîte d'accessoires, aussi appelée AGB qui est l'acronyme de l'expression anglaise Accessory Gear Box. Cet arbre de renvoi est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un jeu de pignons ou roues coniques. Une roue conique de renvoi est solidaire en rotation de l'arbre HP et est engrainée avec une seconde roue ou un pignon conique qui est monté sur une extrémité radialement interne de l'arbre de renvoi.

La demande EP-A1-1 813 792 de la demanderesse décrit des pignons ou roues coniques de ce type. Pour entraîner un autre équipement de la turbomachine, tel qu'un générateur électrique, on a déjà imaginé de prélever de la puissance du moteur au moyen d'un autre arbre de renvoi.

Des études ont permis de démontrer qu'un prélèvement de puissance additionnel sur l'arbre HP réduit la marge au pompage du compresseur HP et pourrait être trop contraignant d'un point de vue performance et opérabilité. Le prélèvement de puissance devrait donc être réalisé sur l'arbre BP au moyen d'un jeu de pignons ou roues coniques supplémentaire.

De façon connue, l'arbre radial qui sert à prélever de la puissance sur l'arbre HP, s'étend à l'intérieur d'un bras creux en forme de dièdre sensiblement radial d'un carter intermédiaire de la turbomachine. Le carter intermédiaire est disposé entre des compresseurs BP et HP de la turbomachine, et ses bras s'étendent dans la veine d'écoulement d'air entre ces compresseurs. L'arbre radial qui servirait à prélever de la puissance sur l'arbre BP, devrait également s'étendre à l'intérieur d'un bras creux du carter intermédiaire et pourrait être situé avec le premier arbre radial sensiblement dans un même plan transversal.

Comme cela est visible en figure 1, une roue conique de renvoi 10 est montée au voisinage d'une extrémité amont de l'arbre HP 12. Comme décrit dans ce qui précède, cette roue 10 est engrenée avec un pignon conique d'un premier arbre de renvoi qui n'est pas visible en figure 1. La roue de renvoi 10 est disposée en aval du plan transversal P précité dans lequel s'étendent les arbres de renvoi. Par ailleurs, la denture de cette roue de renvoi 10 est située sur une circonférence de diamètre D1, centrée sur l'axe longitudinal de la turbomachine. L'arbre HP 12 entoure l'arbre BP 14 qui se prolonge vers l'amont au-delà de l'arbre HP 12. La partie d'extrémité amont de l'arbre BP 14 est entourée par une partie d'extrémité aval d'un arbre de soufflante 16. Le second arbre de renvoi 18 porte un pignon conique 20 qui est engrené avec une roue conique de renvoi 22 montée sur l'arbre de soufflante 16. La roue de renvoi 22 est entraînée en rotation par l'arbre BP 14 par l'intermédiaire de l'arbre de soufflante 16. La roue de renvoi 22 est disposée en amont du plan transversal P précité dans lequel s'étendent les arbres de renvoi. La denture de cette roue 22 est située sur une circonférence de diamètre D2, centrée sur l'axe longitudinal de la turbomachine. D2 est supérieur à D1 dans l'exemple représenté. Les arbres de la turbomachine sont centrés et guidés en rotation au moyen de paliers à roulement. La roue de renvoi 22 est ici montée en aval d'un palier à rouleaux 24 dont la bague externe est fixée à un support de palier 26 solidaire du stator de la turbomachine. La bague interne du palier 24 est montée sur l'arbre de soufflante 16 et prend appui axialement par son extrémité amont sur un épaulement annulaire de ce arbre. Un écrou 28 est vissé sur l'extrémité aval de l'arbre de soufflante 16 et prend appui axialement sur la roue de renvoi 22 qui prend appui axialement sur la bague interne du palier 24 pour la solliciter contre l'épaulement précité de l'arbre 16. La bague externe du palier 24 a un diamètre interne inférieur à D2 dans l'exemple représenté. Cette architecture présente des inconvénients liés au montage et à la qualité de la transmission entre l'arbre BP 14 et l'arbre de renvoi 18. Lors du montage, les différents modules de la turbomachine sont en général assemblés par engagement axial d'un module dans ou sur un autre module. Ainsi, le module de soufflante est assemblé par engagement axial de l'arbre de soufflante 16 sur l'arbre BP 14, jusqu'à engrènement de la roue conique de renvoi 22 avec le pignon de l'arbre de renvoi 18. Toutefois, compte tenu de la configuration et des diamètres précités, ce montage est complexe et peut conduire à un endommagement des dentures du pignon 20 et de la roue 22. De plus, la référence de position axiale de l'arbre de soufflante 16 est située au niveau d'un palier de butée 30 qui est située en amont et très éloignée de la zone d'engrènement du pignon 20 et de la roue 22 (distance longitudinale L). Du fait des déformations mécaniques, des dilatations thermiques, et des tolérances de fabrication et d'assemblage, les positions relatives du pignon 20 et de la roue 22 ne sont pas maîtrisées. La qualité du contact entre les dentures du pignon 20 et de la roue 22 et la durée de vie des dents ne sont donc plus assurées.

Il existe donc un besoin d'une solution permettant notamment d'augmenter la qualité de l'engrènement (au moyen d'une chaine de cote réduite) et de faciliter le montage et/ou la fabrication (au moyen d'un ensemble fonctionnel à monter dans puis avec le rotor de soufflante).

Bien que cela ne soit pas visible en figure 1, l'engrènement pour le prélèvement de puissance sur le corps HP est situé à proximité d'un palier de butée qui est situé directement en aval de la roue de renvoi 10, ce qui contribue à la qualité de la transmission (faibles débattements axiaux et radiaux).

La présente invention apporte une solution simple, efficace et économique à ce besoin. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose à cet effet un dispositif de transmission de puissance pour une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend un support annulaire de paliers dont la périphérie interne est reliée à deux paliers à roulement, un premier desdits paliers à roulement comportant une bague interne montée autour d'un manchon sensiblement cylindrique autour duquel est également montée une roue conique de renvoi qui est configurée pour être engrenée avec un pignon conique d'un arbre de renvoi sensiblement radial par rapport à un axe de révolution du support. L'invention permet d'une part de simplifier le montage de la turbomachine dont le montage par module est autorisé. L'arbre de soufflante peut être engagé axialement sur l'arbre BP et démonté axialement de cet arbre sans intervention sur la roue de renvoi qui peut être considérée comme portée par le manchon. Par ailleurs, l'engrènement pour la transmission de puissance depuis le corps BP peut maintenant être situé à proximité d'un palier qui sert de butée axiale de référence pour le renvoi d'angle et contribue donc à une amélioration de la qualité de la transmission.

Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - la roue conique est serrée axialement contre ladite bague interne au moyen d'un écrou vissé sur ledit manchon, - ledit premier palier à roulement comprend une bague externe reliée à une bride annulaire de fixation à la périphérie interne du support de palier, - lequel un second desdits paliers à roulement comprend une bague interne comportant un prolongement cylindrique autour duquel est monté ledit 10 manchon qui comprend des cannelures internes complémentaires de cannelures externes dudit prolongement, - ledit prolongement cylindrique définit un espace annulaire radialement interne de réception d'un écrou, et - la bague interne dudit premier palier est intercalée axialement entre un 15 rebord annulaire externe du manchon et ladite roue. La présente invention concerne encore une turbomachine, comportant au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus. La turbomachine peut comprendre un moteur comprenant deux arbres, respectivement basse pression et haute pression, s'étendant le long 20 de l'axe longitudinal de la turbomachine, l'arbre basse pression entraînant en rotation un arbre de soufflante autour duquel est monté ledit dispositif Le manchon et l'arbre basse pression sont de préférence configurés pour que l'arbre de soufflante soit monté par engagement axial entre l'arbre basse pression et le manchon. 25 DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : 30 - la figure 1 est une demi vue schématique partielle en coupe longitudinale d'une turbomachine, - la figure 2 est une demi vue schématique partielle en coupe longitudinale d'une turbomachine selon l'invention, - la figure 3 est une vue à plus grand échelle d'une partie de la figure 2, - la figure 4 est une vue schématique en perspective et en coupe axiale d'un système de transmission de la turbomachine de la figure 2, - la figure 5 est une demi vue schématique en coupe longitudinale de la turbomachine de la figure 2 dont l'arbre de soufflante a été retiré, et illustre une étape de montage/démontage de cette turbomachine, et - la figure 6 est une vue correspondant à celle de la figure 5 et représentant une variante de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE Dans la figure 2, les éléments déjà décrits dans de qui précède en référence à la figure 1 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. La turbomachine de la figure 2 comprend classiquement d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz, une soufflante, un compresseur basse BP, un compresseur HP, une chambre de combustion, une turbine HP, une turbine BP et une tuyère d'éjection des gaz de combustion. Les rotors du compresseur BP et de la turbine BP sont solidaires en rotation et liés entre eux au moyen de l'arbre BP 14 qui s'étend le long de l'axe longitudinal A de la turbomachine. Les rotors du compresseur HP et de la turbine HP sont solidaires en rotation et liés entre eux au moyen de l'arbre HP 12 qui s'étend le long de l'axe A. Les arbres 12, 14 sont tubulaires et engagés l'un à l'intérieur de l'autre, l'arbre HP 12 de plus grand diamètre s'étendant autour de l'arbre BP 14 de plus petit diamètre.

La soufflante comprend un rotor qui est relié à l'arbre 16 entraîné par l'arbre BP 14. L'arbre de soufflante 16 comprend une partie d'extrémité aval qui entoure une partie d'extrémité amont de l'arbre BP et qui est rendue solidaire en rotation de cet arbre par un jeu de cannelures 32. Chaque palier 24, 30 de la turbomachine comprend une bague interne et une bague externe qui définissent entre elles un chemin de roulement de billes ou rouleaux. La bague interne de chaque palier est montée sur un arbre et sa bague externe est fixée à un support de palier 34, 26 de forme annulaire, qui est lui-même fixé à un stator de la turbomachine. Le palier 30 est un palier de butée à billes et le palier 24 est un palier à rouleaux.

La bague externe du palier 24 est ici fixée par une série de vis axiales 36a fusibles à la périphérie interne du support de palier 26 dont la périphérie externe est fixée par une autre série de vis axiales 36b fusibles au stator de la turbomachine. Les vis fusibles 36a, 36b forment des moyens de découplage, respectivement radial et axial. Chaque moyen de découplage est destiné à se rompre lorsqu'il est soumis à des efforts supérieurs à un seuil prédéterminé. C'est par exemple le cas lors d'un événement de rupture et de perte d'une aube de soufflante. La turbomachine est équipée de deux arbres de renvoi dont un seul est visible en figure 2. L'arbre de renvoi non visible s'étend sensiblement radialement par rapport à l'axe A, qui est un axe de révolution du support 26, l'arbre de renvoi étant utilisé pour prélever de la puissance sur l'arbre HP afin d'entraîner un équipement de la turbomachine, tel qu'un AGB. Cet arbre de renvoi s'étend à l'intérieur d'un bras creux d'un carter intermédiaire de la turbomachine, disposé entre les compresseurs BP et HP. L'extrémité radialement externe de l'arbre de renvoi peut être située dans une nacelle de la turbomachine, qui entoure le moteur et sert de compartiment de montage de plusieurs équipements dont l'AGB. L'extrémité radialement interne de l'arbre de renvoi est équipée d'un pignon conique qui est engrené avec la roue conique de renvoi 10. La roue de renvoi 10 est solidaire en rotation de l'arbre HP 12. L'autre arbre de renvoi 18 s'étend sensiblement radialement par rapport à l'axe A et est utilisé pour prélever de la puissance sur l'arbre BP afin d'entraîner un autre équipement de la turbomachine, tel qu'un générateur électrique. Cet arbre de renvoi 18 s'étend à l'intérieur d'un autre bras creux du carter intermédiaire, qui est de préférence diamétralement opposé à celui traversé par le premier arbre de renvoi.

L'extrémité radialement externe de l'arbre de renvoi peut également être située dans la nacelle et son extrémité radialement interne est équipée du pignon conique 20 qui est engrené avec la roue conique de renvoi 22. La roue de renvoi 22 est solidaire en rotation de l'arbre BP 14. Elle est montée sur l'arbre de soufflante 16 qui est lui-même monté sur l'arbre BP 14. Toutefois, comme cela est visible aux figures 2 et 3, la roue 22 est montée sur l'arbre de soufflante 16 par l'intermédiaire d'une partie tournante d'un système de transmission 38, qui est montée par engagement axial sur l'arbre de soufflante 16, le système de transmission comportant une partie fixe reliée, dans l'exemple représenté, au support de palier 26 de façon à ce que le système de transmission 38 soit retenu par ce support de palier lors d'un démontage de l'arbre de soufflante. Le dispositif de transmission de puissance selon l'invention comprend le support de palier 26, les paliers à roulement 24 et 52, la roue de renvoi 22 et le manchon 55. Autrement dit, ce dispositif comprend le support de palier 26, le palier à roulement 24 et au moins une partie du système de transmission 38. Dans la figure 3, les références 40 et 42 désignent respectivement les bagues interne et externe du palier 24. La bague interne 40 est montée sur l'extrémité aval de l'arbre de soufflante 16 et est serrée axialement contre un épaulement annulaire de cet arbre au moyen d'un écrou 44 qui est vissé depuis l'aval sur l'extrémité aval de l'arbre 16 et prend appui axialement sur la bague 40. La bague 40 comprend un prolongement cylindrique 46 vers l'aval qui s'étend au-dessus de l'écrou 44 et qui comprend des cannelures rectilignes externes 48. Comme on le voit en figure 3, le prolongement 46 de la bague 40 définit un espace annulaire dans lequel est engagée au moins une partie de l'écrou 44. La bague externe 42 du palier 24 est reliée à une bride annulaire externe 50 qui est appliquée sur une face radiale amont d'une bride annulaire interne du support de palier 26 et qui est fixée à cette bride par les vis fusibles 36a. Le système de transmission 38 comprend un palier à roulement 52 ici à billes dont la bague externe 56 est fixée au support de palier 26 et dont la bague interne 54 est montée sur un manchon 55 qui est lui-même monté sur le prolongement 46 de la bague 40. Le manchon 55 comprend des cannelures rectilignes internes 58 qui sont complémentaires des cannelures 48, et est monté sur le prolongement 46 par translation axiale depuis l'aval. Le manchon 55 s'étend au-delà de l'extrémité aval du prolongement 46 de la bague 40. La bague interne 54 est en appui axial vers l'amont sur un rebord annulaire externe 57 situé à l'extrémité amont du manchon 55. La bague externe 56 est reliée à une bride annulaire externe 62 qui est appliquée sur une face radiale aval de la bride annulaire interne du support de palier 26. La bride du support de palier 26 est ainsi serrée entre les brides 50, 62 et fixée à ces brides au moyen des vis fusibles 36a précitées. La roue de renvoi 22 est montée sur le manchon 55 et est fixée au moyen d'un écrou 64 qui est vissé depuis l'aval sur l'extrémité aval du manchon 55 et qui prend appui axialement sur la roue 22 pour la maintenir serrée contre la bague interne 54 du palier 52, qui est elle-même sollicitée par cet écrou 64 contre le rebord annulaire 57 du manchon. La roue 22 comprend essentiellement trois parties : une paroi radialement interne 22a sensiblement cylindrique, une paroi de support 22b sensiblement radiale, et une denture externe conique 22c. La paroi 22a comprend des cannelures rectilignes internes 65 engagées dans des cannelures rectilignes externes de forme complémentaire du manchon 55. La paroi 22b s'étend radialement vers l'extérieur depuis l'extrémité amont de la paroi 22a.

Le système de transmission 38 selon l'invention est assemblé de la façon suivante. Le palier 52 est monté axialement sur le manchon 55 par translation axiale depuis l'aval, jusqu'à ce que sa bague interne 54 prenne appui axialement vers l'amont sur le rebord amont 57 du manchon. La roue 22 est ensuite montée axialement sur le manchon 55 par translation axiale depuis l'aval, jusqu'à ce que ses cannelures 58 s'engagent dans les cannelures 48 du manchon et qu'il prenne appui par sa paroi 22a sur la bague interne 54 du palier 52. L'écrou 64 est ensuite vissé sur l'extrémité aval du manchon 55 pour serrer et immobiliser axialement la bague 54 et la roue 22. Le système de transmission 38 équipé de la roue 22 peut alors être fixé au support de palier 26, au moyen de la bride 62 reliée à la bague externe 56 de son palier 52. Le support de palier 26 peut alors être fixé par sa périphérie externe au carter intermédiaire de façon à ce que la roue 22 soit mise en prise avec le pignon de l'arbre de renvoi 18 s'étendant à l'intérieur d'un bras de ce carter intermédiaire. La bride 50 reliée à la bague externe 42 du palier à rouleaux 24 peut ensuite être montée sur la bride du support de palier 26 et fixée à ce support de palier et à la bride 62 par les vis fusibles 36a. L'arbre BP 14 est alors assemblé par translation axiale depuis l'aval jusqu'à ce que son extrémité amont soit située en amont du système de transmission 38, comme cela est visible en figure 5. Comme on le voit en figure 2, cet ensemble ne gêne pas le montage et le démontage de l'arbre de soufflante 16, ce dernier pouvant être engagé axialement depuis l'amont dans l'espace annulaire délimité, d'une part, par l'arbre BP 14, et, d'autre part, par la bague externe 42 et le manchon 55. Avant cet engagement, l'arbre de soufflante 16 est équipé de la bague interne 40 et des rouleaux du palier 24 ainsi que de l'écrou 44 d'immobilisation axiale de la bague 40 (figure 3). L'arbre de soufflante 16 est engagé par translation axiale depuis l'amont jusqu'à ce que les cannelures 32 des arbres 14, 16 s'engagent les unes dans les autres, les rouleaux du palier 24 s'engagent dans la bague externe 42, et que les cannelures 48 du prolongement 46 de la bague interne 40 de ce palier s'engagent dans les cannelures 58 du manchon 55.

3026 776 11 Dans la variante représentée en figure 6, la bague externe 56 du palier 52 est reliée à la bride externe 62 par une épingle 66 à section en C ou L, cette épingle étant configurée pour se déformer plastiquement en direction radiale, par écrasement radial local, lorsqu'elle est soumise à des 5 efforts radiaux supérieurs à un certain seuil, correspondant par exemple au cas précité de perte d'une aube de soufflante. La liaison glissante formée par les cannelures 48, 58 offre une liberté axiale totale et ne perturbe pas le fonctionnement du moyen de découplage axial formé par les vis fusibles 36b situées à la périphérie externe du 10 support de palier 26. L'effet sur le moyen de découplage radial formé par les vis fusibles 36a situées à la périphérie interne du support de palier 26 est cependant plus problématique. Il faut pouvoir garantir que le chemin d'effort neutralisé grâce à ce découplage n'est pas remplacé par un autre passant par le palier 52. Ceci est évité grâce à l'épingle 66 qui peut amortir 15 les efforts précités. Le palier 52 ne risque ainsi pas de transmettre ces efforts. L'épingle 66 pourrait être ajourée et comprendre une rangée annulaire d'orifices traversants, comme une cage d'écureuil. Dans une autre variante non représentée, il serait possible d'intégrer plusieurs paliers au système de transmission 38. Ce système pourrait par 20 exemple comprendre un doublet palier à billes et palier à rouleaux.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de transmission de puissance pour une turbomachine (10), caractérisé en ce qu'il comprend un support annulaire de paliers (26) dont la périphérie interne est reliée à deux paliers à roulement (24, 52), un premier (52) desdits paliers à roulement comportant une bague interne (54) montée autour d'un manchon (55) sensiblement cylindrique autour duquel est également montée une roue conique (22) de renvoi qui est configurée pour être engrenée avec un pignon conique (20) d'un arbre de renvoi sensiblement radial par rapport à un axe (A) de révolution du support.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la roue conique (22) est serrée axialement contre ladite bague interne (54) au moyen d'un écrou (64) vissé sur ledit manchon (55).
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit premier palier à roulement (52) comprend une bague externe (56) reliée à une bride annulaire (62) de fixation à la périphérie interne du support de palier (26).
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un second (24) desdits paliers à roulement comprend une bague interne comportant un prolongement cylindrique (46) autour duquel est monté ledit manchon (55) qui comprend des cannelures internes (58) complémentaires de cannelures externes (48) dudit prolongement.
5. 5. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ledit prolongement cylindrique (46) définit un espace annulaire radialement interne de réception d'un écrou (44).
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la bague interne (54) dudit premier palier (52) est intercalée axialement entre un rebord annulaire externe (57) du manchon et ladite roue (22).
7. 7. Turbomachine (10) d'aéronef, comportant au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
8. 8. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, dans laquelle elle comprend un moteur comprenant deux arbres, respectivement basse pression (14) et haute pression (12), s'étendant le long de l'axe longitudinal de la turbomachine, l'arbre basse pression entraînant en rotation un arbre de soufflante autour duquel est monté ledit dispositif.
9. 9. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le manchon (55) et l'arbre basse pression (14) sont configurés pour que l'arbre de soufflante soit monté par engagement axial entre l'arbre basse pression et le manchon.10