FR3069580A1

FR3069580A1 - Demarreur a turbine pneumatique

Info

Publication number: FR3069580A1
Application number: FR1856791A
Authority: FR
Inventors: Luis Angel Martinez; Kenneth W. Magee; David Rawlins
Original assignee: Unison Industries LLC
Current assignee: Unison Industries LLC
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2019-02-01
Also published as: GB201811742D0; GB2566795A; CN109306903A; US20190032566A1

Abstract

Démarreur (10) à turbine pneumatique pour faire démarrer un moteur, comportant un carter (30) présentant une entrée (32), une sortie (34) et un passage d'écoulement (36) s'étendant entre l'entrée (32) et la sortie (34) pour faire circuler dans celui-ci un flux de gaz. Un élément de turbine est supporté de manière pivotante dans le carter (30) et est disposé dans le passage d'écoulement pour extraire, par rotation, de la puissance mécanique du flux de gaz. Un train d'engrenages (96) est accouplé de manière motrice avec l'élément de turbine, et un arbre d'entraînement (108) coopère avec le train d'engrenages (96), et un arbre de sortie (90) coopère sélectivement pour tourner avec le moteur.

Description

Un moteur d’aéronef, par exemple un moteur à turbine à gaz, coopère, en fonctionnement habituel, avec un démarreur à turbine pneumatique. Les démarreurs à turbines pneumatiques sont ordinairement montés sur le moteur par l’intermédiaire d'une boîte de transmission ou autre système de transmission. La transmission transmet de la puissance du démarreur au moteur pour contribuer au démarrage du moteur. Les organes internes du moteur à turbine à gaz ainsi que du démarreur à turbine pneumatique tournent les uns avec les autres de telle sorte que le démarreur à turbine pneumatique est utilisé pour faire démarrer le moteur.

Selon un premier aspect, la présente invention concerne un démarreur à turbine pneumatique pour faire démarrer un moteur, comportant un carter présentant un passage d'écoulement dans celui ci, un élément de turbine supporté dans le carter de manière à pouvoir tourner et disposé dans le passage d’écoulement pour extraire, par rotation, de la puissance mécanique d’un flux de gaz s’écoulant dans celui-ci, et un arbre d'entraînement coopérant avec l’élément de turbine et ayant une extrémité de sortie apte à délivrer une puissance de rotation au moteur, l’arbre d’entraînement ayant un diamètre supérieur à 19,05 millimètres.

Selon un autre aspect, la présente invention concerne un procédé pour modifier un pignon denté selon la technique antérieure pour un démarreur à turbine pneumatique, le procédé comportant l'agrandissement d’une ouverture centrale d'un pignon denté destinée à recevoir un arbre de 19,05 millimètres (3/4 de pouce) de diamètre afin de définir une ouverture plus grande et l’insertion d’un arbre d'un diamètre supérieur à 19,05 millimètres à travers l’ouverture plus grande.

L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :

la Figure 1 est une vue schématique en perspective d'un moteur à turbine avec un boîtier d'entraînement d’accessoires et un démarreur selon un mode de réalisation de l’invention ;

la Figure 2 est une vue en perspective d'un démarreur utilisable dans le système de moteur de la Figure 1, selon un mode de réalisation de l’invention;

la Figure 3 est une vue en coupe du démarreur de la Figure 2 selon un mode de réalisation de l’invention;

la Figure 4 est une vue partiellement éclatée du démarreur de la Figure 2 selon un mode de réalisation de l’invention;

la Figure 5 est une vue en perspective d'une partie du démarreur de la Figure 2 selon un mode de réalisation de l’invention;

la Figure 6 est une vue agrandie en coupe d'une partie du démarreur de la Figure 2 selon un mode de réalisation de l’invention;

la Figure 7 est une vue partiellement écorchée en perspective du démarreur de la Figure 2 avec une soupape d'entrée dans une seconde position selon un mode de réalisation de l’invention;

la Figure 8 est une vue en coupe d'une partie du démarreur de la Figure 2 avec des parties dans une position d'engrènement selon un mode de réalisation de l’invention;

la Figure 8A est une vue en perspective d'une partie du démarreur de la Figure 2 avec des pièces dans une position d'engrènement selon un mode de réalisation de l’invention ;

la Figure 9 est une vue en coupe de la partie du démarreur de la Figure 8 illustrant la rotation selon un mode de réalisation de Γ invention;

la Figure 10 est une vue en coupe de la partie du démarreur de la Figure 8 illustrant le recul selon un mode de réalisation de l’invention;

la Figure 11 est une vue en coupe d'une partie de démarreur de la Figure 2 avec un pignon denté en prise selon un mode de réalisation de l’invention; et la Figure 11A est une vue en perspective d'une partie du démarreur dans la position illustrée sur la Figure 11 selon un mode de réalisation de l’invention.

La présente invention concerne un mécanisme d'entraînement générant un mouvement cinétique, sous la forme d'un arbre rotatif accouplé avec un équipement rotatif. Un starter de turbine pneumatique en constitue un exemple nullement limitatif. Le démarreur peut avoir plusieurs applications dont, de manière nullement limitative, le démarrage d'un moteur à turbine à gaz, le démarrage d'un moteur à pistons, le démarrage d'un moteur de navire ou autre.

Toutes les indications directionnelles (p.ex. radial, supérieur, inférieur, vers le haut, vers le bas, gauche, droit, latéral, avant, arrière, haut, bas, au-dessus, au-dessous, vertical, horizontal, en sens horaire, en sens anti-horaire) ne sont employées qu'à des fins d'identification pour aider le lecteur à bien comprendre l'invention et ne créent aucune limite, en particulier quant à la position, l'orientation ou l'utilisation de celle-ci. Les indications d'assemblage (p.ex. fixé, accouplé, relié ou réuni) doivent être interprétés dans un sens large) et, sauf mention contraire, peuvent inclure des éléments intermédiaires entre une série d'éléments et le mouvement des éléments les uns par rapport aux autres. De la sorte, les indications de montage n'impliquent pas forcément que deux éléments sont directement reliés et fixes l'un par rapport à Vautre. Les exemples de dessins n'ont qu'une fonction d'illustration et les dimensions, les positions, l’ordre et les tailles relatives apparaissant sur les dessins annexés à la présente description peuvent varier.

Au sens de la présente description, l'expression “vers l'avant” ou “vers l'amont” se rapporte à un fluide s'écoulant vers l'entrée, ou à un organe relativement plus proche de l’entrée en comparaison d'un autre organe. L'expression “vers l'arrière” ou “vers l'aval” se rapporte à une direction vers la sortie d'un passage d'écoulement par rapport au démarreur à turbine pneumatique ou à la position d'un organe relativement plus près de la sortie en comparaison d’un autre organe. En outre, au sens de la présente description, le terme “radial” ou “radialement” se rapporte à une dimension s'étendant entre un axe longitudinal central du moteur et un pourtour extérieur du moteur. Il doit également être entendu que “un ensemble” peut comprendre n'importe quel nombre des éléments respectivement décrits, voire comprendre un seul élément.

Considérant la Figure 1, un. moteur de démarrage ou un démarreur 10 à turbine pneumatique est monté sur un boîtier d'entraînement 12 d'accessoires, ou accessory gear box, d’acronyme AGB en termes anglo-saxons, également appelé carter de transmission, et tous deux sont représentés schématiquement montés sur un moteur 14 à turbine tel qu'un moteur à turbine à gaz. Le moteur 14 à turbine comporte une prise d’air avec une soufflerie 16 qui envoie de l’air dans une zone de compression à haute pression 18. La prise d’air avec une soufflerie 16 et la zone de compression à haute pression sont appelées collectivement ‘section froide’ du moteur 14 à turbine en amont de la combustion. La zone de compression à haute pression 18 fournit de l'air sous haute pression à une chambre de combustion 20. Dans la chambre de combustion, l'air sous haute pression est mélangé à un carburant et brûlé. Les gaz de combustion comprimés chauds passent par une zone 22 de turbine avant de s'échapper du moteur 14 à turbine. Au fur et à. mesure que les gaz comprimé traversent la zone 22 de turbine, la turbine extrait de la puissance de rotation du flux des gaz traversant le moteur 14 de turbine. La turbine à haute pression de la zone 22 de turbine peut être accouplée avec le mécanisme de compression (non représenté) de la zone de compression à haute pression 18 par l'intermédiaire d'un arbre pour fournir de la puissance au mécanisme de compression.

L'AGB 12 est accouplé avec le moteur 14 à turbine, dans la zone 22 de turbine, par l'intermédiaire d’une prise de force mécanique 26. La prise de force mécanique 26 contient de multiples pignons et moyens pour l'accouplement mécanique de l’AGB 12 avec le moteur

1.4 à turbine. Dans des conditions normales de fonctionnement, la prise de force 26 transmet de la puissance du moteur 14 de turbine à l'AGB 12 pour faire fonctionner des accessoires de l’aéronef, par exemple, mais de manière nullement limitative, des pompes à. carburant, des systèmes électriques, et des commandes de climatisation de cabine. Souvent, le démarreur 10 à turbine pneumatique est monté à proximité de l'AGB 12 et/ou de la prise de force 26 du moteur 14 à turbine. Par exemple, le démarreur 10 à turbine pneumatique peut être monté soit, à l'extérieur de la zone d’admission d’air contenant la soufflerie 16, soit sur le générateur de gaz près de la zone de compression à haute pression 18.

En fonctionnement, le démarreur 10 à turbine pneumatique peut servir à lancer la rotation du moteur. Bien que le démarreur 10 à turbine pneumatique ait été représenté comme étant utilisé dans le cadre d'un moteur d’aéronef, il est entendu que la présente invention ne se limite pas à cela. Le démarreur à turbine pneumatique peut être utilisé dans n’importe quel environnement adéquat, y compris dans d'autres applications mobiles ou non mobiles voulues.

Considérant maintenant la Figure 2, un exemple de démarreur 10 à turbine pneumatique y est représenté plus en détail. Globalement, le démarreur 10 à turbine pneumatique comporte un.

carter 30 présentant une entrée 32 et un ensemble de sorties 34. Un passage d’écoulement 36, représenté schématiquement par une flèche, s’étend entre l’entrée 32 et l’ensemble de sorties 34 pour faire circuler dans celui-ci un flux de fluide comprenant, à titre nullement limitatif, un gaz, de Pair comprimé ou autre. Le carter 30 peut être composé de deux ou plus de deux parties combinées les unes avec les autres ou peut être formé d'un seul tenant. Dans les aspects présentés de l'invention, le carter 30 du démarreur 10 à turbine pneumatique présente globalement, disposés en série en ligne, un système d'entrée 38, une section turbine 40, une boîte de transmission 42 et une section entraînement 44. Le démarreur 10 à turbine pneumatique peut être formé à l'aide de n'importe quelles matières et suivant n'importe quels procédés dont, notamment, le moulage sous pression de métaux à grande résistance mécanique et légers tels que l’aluminium, l'acier inoxydable, le fer ou le titane, Le carter 30 et la boîte de transmission 42 peuvent avoir une épaisseur suffisante pour assurer une rigidité mécanique adéquate sans alourdir inutilement le démarreur 10 à turbine pneumatique et donc l'aéronef.

Comme on le voit mieux sur la Figure 3, le système d'entrée 38 comprend un raccord d’entrée 46 qui peut être raccordé à tout conduit approprié acheminant un flux de gaz dont, mais de manière nullement limitative, un chariot à air au sol, un groupe électrogène auxiliaire ou un démarrage par inter-prélèvement à l'aide d'un moteur déjà en marche. Le raccord d’entrée 46 est en communication fluidique avec un plénum d’entrée 48 qui envoie de l'air comprimé dans la section turbine 40 via une ouverture d’entrée 50. Une soupape d'entrée 52 peut ouvrir et fermer sélectivement l’ouverture d’entrée 50. L'ouverture d'entrée 50 est dans l’alignement de la section turbine 40. Plus particulièrement, un axe de rotation Sla été figuré pour la section turbine 40. L'ouverture d'entrée 50 est alignée avec l'axe de rotation 51. Bien que le raccord d’entrée 46 soit orienté vers le haut, il est entendu que l'alimentation en air à travers l’ouverture d’entrée 50 via la soupape d'entrée 52 se fait dans l’alignement de la section turbine 40. Cela permet une plus grande compacité du démarreur 10 à turbine pneumatique.

La soupape d’entrée 52 peut être n'importe quelle soupape d'entrée et a été représentée ici à titre d’exemple sous la forme d'une soupape pneumatique d'entrée. La soupape d'entrée 52 est disposée au moins partiellement dans l’ouverture d'entrée 50 et est mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture. Un actionnent pneumatique peut être utilisé pour faire venir la soupape d'entrée 52 dans sa position d'ouverture. La source de puissance pneumatique pour l'actionneur peut être de l'air comprimé fourni, par exemple, par un groupe électrogène auxiliaire (APU), de l'air de soutirage provenant du compresseur d’un autre moteur, d’un chariot au sol ou autre. Dans certains cas, Pair comprimé fourni au démarreur 10 à turbine pneumatique et à la soupape d’entrée 52 n'est pas régulé et est à un niveau de pression supérieur à ce que peut nécessiter le fonctionnement du démarreur 10 à turbine pneumatique. Certaines soupapes d'entrée 52 peuvent donc également, être conçues sous la forme d’un régulateur de pression pour ainsi réguler la pression du flux d’air vers le démarreur à turbine pneumatique.

L’air comprimé peut être introduit, au niveau d’un orifice, dans une cavité 56 présente dans un siège 58 de soupape. Quelle que soi? la source spécifique de l'air comprimé, l’air fourni pousse la soupape d’entrée 52 pour la faire passer de la position de fermeture à une position d'ouverture (Figure 7). Un élément de sollicitation 60 peut être inclus pour pousser la soupape d'entrée 52 vers la position de fermeture si de l'air comprimé n'est plus envoyé dans la cavité 56. L’élément de sollicitation 60 peut être n'importe quel mécanisme approprié et a été représenté ici, à titre d'exemple nullement limitatif, sous la forme d'un ressort hélicoïdal.

Si la soupape d'entrée 52 est dans la position d'ouverture, de l'air comprimé est envoyé dans le plénum d’entrée 48, passe par l'entrée 32 du carter, un canal d'écoulement 62, et sort du carter 30 par l'ensemble de sorties 34. Le canal d'écoulement 62 comprend une partie à écoulement axial 64 formée à travers un système de couronne 66 monté dans le carter 30, tout près de l'entrée 32. Le système de couronne 66 comprend une ouverture centrale 68 et un ensemble d'injecteurs 70 espacés sur son pourtour (mieux représentés sur la Figure 4), qui font corps avec et font saillie radialement depuis une surface du système de couronne 66. Une entrée du canal d'écoulement 62 est constituée par l'orifice central 68 et les seules sorties sont celles définies par les injecteurs 70 du système de couronne 66.

Dans la section turbine 40 est présent un ensemble de rotors ou d'éléments de turbine. Dans l'exemple illustré, un premier élément 72 de turbine et un second élément 74 de turbine forment un élément de turbine jumelée et sont montés de manière à pouvoir tourner dans le carter 30 sur la section turbine 40 et sont disposés dans le passage d'écoulement 36 (Figure 5) pour extraire, par rotation, de la puissance mécanique du flux de gaz s'écoulant dans le passage d'écoulement 36. Le premier élément 72 de turbine et le second élément 74 de turbine définissent respectivement un premier et un second étages de la section turbine 40. En particulier, le premier élément 72 de turbine et le second élément 74 de turbine comprennent des roues sur le pourtour desquelles se trouvent un certain nombre d'aubes ou d'injecteurs. Les injecteurs 76 du premier élément 72 de turbine sont alignés avec les injecteurs 70 du système de couronne 66 et sont faiblement espacés par rapport à la surface intérieure du carter 30. Une couronne intermédiaire 80 pourvue d'injecteurs 82 peut être intercalée entre le premier élément 72 de turbine et le second élément 74 de turbine. Les injecteurs 78 du second élément 74 de turbine peuvent être alignés avec les injecteurs 82 de la couronne intermédiaire 80 et être faiblement espacés par rapport à la surface intérieure du carter 30.

Le premier élément 72 de turbine peut être considéré comme un rotor de premier étage et le second élément 74 de turbine peut être considéré comme un rotor de second étage. De même, le système de couronne 66 peut être considéré comme un premier stator ou un premier étage de distributeur et la couronne intermédiaire 80 peut être considérée comme un second stator ou un second étage de distributeur. Le système de couronne 66 a été représenté pourvu de seize injecteurs 70. La couronne intermédiaire a été représentée pourvue de vingt-quatre injecteurs 82. Les premier et second étages d’injecteurs ont l'un et l'autre un nombre d’injecteurs supérieur à ce qu'on trouvait ordinairement dans les démarreurs de cette taille selon la technique antérieure (respectivement 14 et 22). Les injecteurs supplémentaires 70, combinés à un plus grand nombre d’injecteurs 82, permettent au démarreur 10 à turbine pneumatique de consommer davantage d’air et à une plus haute pression en comparaison d'équipements selon la technique antérieure. Cela permet un couple supérieur, de 70 psig, ou pound per square inch gauge en termes anglo-saxons, correspondant à environ 482.632 kPa en unité SI, soit 26 % de plus que d'autres démarreurs selon la technique antérieure. Bien que seize injecteurs 70 et vingt-quatre injecteurs 82 figurent dans la description, un nombre plus grand ou plus petit d'injecteurs peuvent être inclus sur au moins un des systèmes de couronne 66, couronne intermédiaire 80 ou autre. Par exemple, à titre nullement limitatif, la couronne intermédiaire 80 comprend vingt-cinq injecteurs 82.

Le premier élément 72 de turbine et le second élément 74 de turbine sont accouplés par l'intermédiaire d’un arbre de sortie 90. Plus particulièrement, le premier élément 72 de turbine et le second élément 74 de turbine peuvent comprendre chacun une partie centrale formant moyeu 92 clavetée sur une première partie de l'arbre de sortie 90. L'arbre de sortie 90 est supporté, de manière à pouvoir tourner, par une paire de paliers 94.

L'arbre de sortie 90 sert d'organe rotatif d'entrée pour un train d'engrenages 96 disposé dans un intérieur 98 de la boîte de transmission 42. Le train d'engrenages 96 peut comprendre n'importe que système de pignons, dont, à titre nullement limitatif, un système de train épicycloïdal ou un système d'engrenage à pignons. L'arbre de sortie 90 accouple le train d'engrenages 96 avec les premier et second éléments 72, 74 de turbine, ce qui permet la transmission de puissance mécanique au train d'engrenages 96. L'intérieur 98 de la boîte de transmission 42 peut contenir un lubrifiant (non représenté) dont, à titre nullement limitatif, une graisse ou une huile pour assurer la lubrification ou ie refroidissement des pièces mécaniques contenues dans celle-ci, telles que le train d'engrenages 96.

Un élément de retenue 100 peut être monté sur la boîte d'engrenages 42 et peut être présent pour coiffer l'intérieur 98 de la boîte de transmission 42. L'élément de retenue 100 peut comprendre une plaque 102 munie d'un orifice 104 à travers laquelle peut s'étendre l'arbre de sortie 90. Bien qu'on ait employé ici le mot “plaque”, il sera entendu que cette partie de l'élément de retenue 100 n'est pas forcément plane. Dans l'exemple illustré, la plaque 102 possède, à titre d'exemple nullement limitatif, un profil non plan ou étagé.

Il sera entendu que l'éiément de retenue 100 peut avoir n'importe quel forme, profil, contour ou autre adéquat. Dans l'exemple illustré, une partie périphérique peut être montée entre le carter et la boîte de transmission et la plaque 102 comprend une partie centrale qui s'étend jusque dans le boîtier avec l'orifice 104 ménagé dans celle-ci. Le corps ou la plaque 102 peut comprendre une partie tronconique. Ce n'est pas forcément le cas et l'élément de retenue 100 peut être n'importe quel moyen de retenue conçu pour empêcher ou limiter la sortie du lubrifiant d'un intérieur de la boîte de transmission 42. Il sera entendu que l’arbre de sortie 90 et l’élément de retenue 100 peuvent assurer une étanchéité aux fluides.

L'élément de retenue 100 est apte à maintenir la graisse dans la boîte de transmission 42 pendant une durée de vie de la boîte de transmission. Il est envisagé que lorsqu’un lubrifiant tel que de la graisse se trouve dans l'intérieur 98, l'élément de retenue 100 puisse retenir le lubrifiant dans l'intérieur 98. Cela limite la migration de lubrifiants dans le carter 30 et entraîne une amélioration de la lubrification des engrenages, si bien que la boîte de transmission 42 ne sèche pas, ce qui posait un problème dans les systèmes selon la technique antérieure. Par ailleurs, il n'est pas nécessaire d'ajouter une quantité supplémentaire pendant la durée de vie du système.

Une sortie du train d'engrenages 96 peut coopérer avec une première extrémité 106 d'un arbre d'entraînement 108. L'arbre d'entraînement rotatif 108 peut être réalisé avec n'importe quelles matières et suivant n'importe quels procédés dont, à titre nullement limitatif, l'extrusion ou l'usinage d'alliages métalliques à haute résistance tels que ceux contenant de l'aluminium, du fer, du nickel, du chrome, du titane, du tungstène, du vanadium ou du molybdène. Le diamètre de l'arbre d'entraînement 108 peut être fixe ou varier sur la longueur de celui-ci.

Dans la boîte de transmission 42 peut se trouver un orifice 110 à travers lequel la première extrémité 106 de l’arbre d'entraînement 108 peut s'étendre pour engrener avec le train d'engrenages 96. Un second carter 112 peut coopérer avec la boîte de transmission 42. L'arbre d'entraînement 108 peut être monté dans le second carter 112 de manière à pouvoir tourner.

Par exemple, une seconde extrémité 116 de l'arbre d'entraînement 108 peut être montée pour tourner dans un dispositif de palier 118 supporté et logé dans un carter d’extrémité 120. Le carter d'extrémité 120 peut être monté de n^!importe quelle manière appropriée sur le second carter 112. Le carter d’extrémité 120 est formé et monté de façon que sa surface intérieure de paroi présente un faible espacement concentrique par rapport à la structure qu’il contient et il a une extrémité butant et boulonnée contre l’extrémité du second carter 112. Le second carter 112 et le carter d’extrémité 120 sont fixés de manière à être coaxiaux avec le carter 30 et le second carter 112. De la sorte, le carter comprend une pluralité de sections assemblées les unes avec les autres.

Le carter d’extrémité 120 est découpé à une extrémité extérieure 122 pour découvrir une partie de l’arbre d’entraînement 108 et un pignon .124 coopérant, avec celui-ci. Dans l’exemple illustré, l’extrémité 122 peut être considérée comme le bas du carter d’extrémité 120 et peut laisser voir un dessous de l’arbre d’entraînement 108 et du pignon 124. Le carter d’extrémité 120 contient aussi un système d’embrayage 126 coopérant avec l’arbre d’entraînement 108. Dans l’exemple illustré, une cannelure 132 munie d’une partie à filetage hélicoïdal 134 (Figure 7) fait coopérer l’arbre d’entraînement 108 et le système d’embrayage 126. Le système d’embrayage 126 peut comprendre n’importe quel moyen d’accouplement dont, à titre nullement limitatif, des pignons, des cannelures, un mécanisme d’embrayage ou des combinaisons de ceuxci. Dans l’exemple illustré, le système d’embrayage 126 comprend une cannelure 136 d’embrayage ayant un filetage intérieur hélicoïdal 138 complémentaire de celui de la partie à filetage hélicoïdal 134. Un second élément 140 d’embrayage peut coopérer sélectivement avec la cannelure 1.36 d'embrayage par l'intermédiaire d'une liaison à dentelures 142. Plus particulièrement, les faces opposées ou adjacentes de la cannelure 136 d’embrayage et du second élément 140 d’embrayage sont respectivement munies de dentelures inclinées

B complémentaires 144 et 146 de transmission de couple, pouvant se mettre en prise les unes avec les autres (Figure 4). Les dentelures 144 et 146 ne constituent qu'un exemple nullement limitatif de la variété des configurations en dents de scie pour créer une liaison par embrayage unidirectionnel à roue libre.

Le pignon 124 est représenté placé sur l'arbre d’entraînement 108 à la seconde extrémité 116 au voisinage immédiat d’un côté de sortie du système d'embrayage 126. Plus particulièrement, le pignon 124 est accouplé ou fait corps avec le second élément 140 d’embrayage. Le pignon 124 est conçu pour être mis en prise avec et séparé d'un pignon denté 150 du moteur (Figure 7), par exemple dans la direction coaxiale de l’arbre d’entraînement 108. Le démarreur 10 à turbine pneumatique est monté en liaison avec le moteur 14 de turbine de telle sorte que l’arbre d'entraînement 108 soit parallèle aux dents du pignon sur et délimitant la limite périphérique du pignon denté 150 du moteur.

Un système pour approcher ou éloigner le pignon .124 par rapport au pignon denté 150 du moteur peut comprendre un piston 128, un système d’indexation 130 et une électrovanne 152. L’électrovanne 152 peut être n’importe quelle électrovanne appropriée. Dans l'exemple illustré, l'électrovanne commande l'entrée d’air dans un orifice 154 relié à une extrémité fermée 156 du second carter 112. L’électrovanne 152 peut également commander l'entrée d'air dans l'orifice de fonctionnement 54 de soupape.

La Figure 4 illustre mieux le fait que le carter 30 comprend une paroi périphérique 60 définissant un intérieur 162 et un extérieur 164. L’ensemble de sorties 34 se trouve dans une zone médiane du carter, le long de la paroi périphérique 160, après le second élément 74 de turbine. Dans l'exemple illustré, la paroi périphérique 160 est une paroi périphérique cylindrique. La paroi périphérique peut être formée de n'importe quelle manière appropriée, notamment avec la possibilité d'avoir une épaisseur de paroi de 2,54 mm (0,100 pouce). L'ensemble de sorties 34 peut s'étendre sur une partie du pourtour de la paroi périphérique, il peut notamment s'étendre sur 270 degrés ou plus du pourtour. Dans l’exemple illustré, l'ensemble de sorties 34 comprend une pluralité de sorties ou orifices espacés sur environ 360 degrés sur le pourtour de la paroi périphérique 160. L'ensemble de sorties 34 représenté comprend de multiples rangées de sorties, bien qu'il soit entendu qu'il n'en va pas forcément ainsi. Les sorties 34 peuvent être situées, organisées ou orientées à n'importe quels endroits appropriés et de n'importe quelles manières appropriées. L'ensemble de sorties 34 représenté comprend des orifices d'échappement 34a et 34b de dimensions variables. Ces différences de dimensions peuvent être de nature purement esthétique ou peuvent servir à satisfaire d'autres exigences, notamment en ayant des dimensions créant de petites ouvertures d'échappement, par taraudage de trous de vissage, etc. Dans l’exemple illustré figurent trente-deux grands orifices d’échappement 34a et huit petits orifices d’échappement 34b. Il est envisagé que les orifices d'échappement 34a et 34b puissent avoir des dimensions appropriées, notamment, mais d'une manière nullement limitative, que les grands orifices d’échappement 34a puissent mesurer 15,875 millimètres (5/8 de pouce) et que les petits orifices d’échappement 34b puissent mesurer 11,1125 millimètres (7/16 de pouce). Il sera entendu que, selon d’autres possibilités, un orifice d’échappement d’une seule dimension puisse être présent, que des dimensions supplémentaires puissent être présentes et que n'importe quel nombre d’orifices des diverses dimensions puissent être présents. Les sorties 34 peuvent comprendre n'importe quels orifices appropriés pour créer un passage d'échappement à faible résistance afin que le gaz quitte le démarreur 10 à turbine pneumatique. Bien que d'autres formes, profils, contours possibles puissent être utilisés, des sorties rondes 34 sont représentées à titre d’exemples. Par ailleurs, il sera entendu que plus les sorties 34 couvrent une grande surface, plus la résistance opposée au gaz est faible et moins il y a de contre-pression. La contre-pression peut être mesurée entre le rotor de second étage et l’échappement. Des aspects de l'invention donnent une contre-pression de I psig (6.894757 kPa) ou moins. C'est moins que dans les équipements selon la technique antérieure qui ont une contre-pression atteignant 10 psig (68.94757 kPa).

La figure 5 représente plus clairement une grille ou grille de rétention 166 disposée par rapport au carter 30. La grille de rétention 166 peut être située dans l'intérieur 162 du carter 30, en amont de l’ensemble de sorties 34. La grille de rétention 166 peut se trouver tout près du second élément 74 de turbine. Plus particulièrement, elle peut être située tout prés de l'échappement du second élément 74 de turbine et axialement entre le second élément 74 de turbine et l'ensemble de sorties 34. Bien que la grille de rétention 166 puisse être montée de n’importe quelle manière appropriée dans le carter 30, elle a été représentée montée sur un moyeu porteur 168 du palier 94, lequel constitue un dispositif de retenue axiale conçu pour retenir la grille de rétention 166 axialement par rapport au carter 30. La grille de rétention 166 peut s'étendre jusqu'à buter contre la paroi périphérique formant le carter 30.

La grille de rétention 166 peut être réalisée de n’importe quelle manière appropriée, notamment elle peut comprendre une plaque munie d'ouvertures 167, une tôle perforée munie d’ouvertures 167, ou un grillage muni d'ouvertures 167. La grille de rétention 166 peut être réalisée en n'importe quelle matière adéquate dont, à titre nullement limitatif, l'acier inoxydable et avoir des ouvertures de n'importe quelles dimensions et présenter n'importe quel pourcentage de surface ouverte. Dans l'exemple illustré, la grille de rétention 166 a 60 % de surface ouverte pour assurer une meilleure rétention mais sans augmentation sensible de la contre-pression.

Entre autres, la grille de rétention 166, combinée à la série de sorties 34 et à leurs petites dimensions, crée un passage sinueux pour que le gaz sorte du démarreur 10 à turbine pneumatique. La grille de rétention 166, en combinaison avec l'ensemble de sorties 34 et leurs petites dimensions, réduit le risque que des étincelles, des particules ou autres débris ne s’échappent du carter 30. La Figure 6 est une vue agrandie en coupe d’une partie du démarreur 1 0 à turbine pneumatique représentant un exemple de passage sinueux 170. La création de tels passages sinueux peut être particulièrement utile si du métal ou autres impuretés pénètrent dans le carter par l'entrée 32. Ces débris peuvent créer des étincelles dans l'intérieur 162 du carter 30 et la. présence de la grille de rétention 166 ainsi que des sorties 34 de petit diamètre contrarie la sortie des étincelles du carter 30. La grille de rétention 166 ainsi que de sorties 34 de petit diamètre peuvent également constituer plusieurs formes de rétention mécanique en cas de défaillance d’une partie du démarreur 10 à turbine pneumatique.

La Figure 7 est une vue partiellement écorchée en perspective du démarreur à turbine pneumatique et illustre des exemples de dimensions pour le démarreur 1 0 à turbine pneumatique. Par exemple, une longueur totale (L) du démarreur 10 à turbine pneumatique peut être approximativement inférieure à 50 cm (19,7 pouces). Par ailleurs encore, la longueur du démarreur 10 à turbine pneumatique depuis la surface de montage (en 112) du moteur jusqu'à l'extrémité arrière du démarreur à l'entrée 32 peut être inférieure à 39 cm (15,33 cm). L'extension de l'extrémité 122 peut être inférieure à 9,7 cm (3,82 pouces). A titre d’exemple nullement limitatif, le diamètre (Hl) du démarreur 10 à turbine pneumatique, qui inclut globalement la hauteur à l'exception du système d'entrée 38, de l'électrovanne 152 et des tuyaux souples/accessoires, peut être égal ou inférieur à 15,63 cm (6,1.5 pouces), la partie cylindrique du carter 30 pouvant notamment avoir un diamètre de 14.6 cm (5,75 pouces) ou moins. La hauteur (H2), système d'entrée compris, peut être égale ou inférieure à 17,17 cm (6,76 pouces). La hauteur (H3), électrovanne 152 comprise, peut être égale ou inférieure à 23,5 cm (9,25 pouces).

La Figure 7 montre aussi que des aspects de la présente invention incluent le fait qu'un orifice d'alimentation secondaire ou orifice 148 d’alimentation en air peut être inclus dans le système d'entrée 3 8. Il est envisagé que le démarreur 10 à turbine pneumatique puisse assumer une double fonction ou finalité et servir aussi de point d'alimentation en air sous pression. Plus particulièrement, l’orifice 1.48 d'alimentation en air est relié au flux du gaz sous pression dans le démarreur 10 à turbine pneumatique et conçu pour assurer une alimentation secondaire en gaz sous pression à partir du démarreur 10 à turbine pneumatique. L'orifice 148 d'alimentation en air peut permettre à un utilisateur d'accéder à de l'air sous pression présent dans le plénum 48 du carter 30, de préférence quand la soupape d'entrée 52 est dans la position de fermeture. Par exemple, selon un aspect nullement limitatif de l'invention, l’orifice 148 d’alimentation en air peut être conçu avec une interface pour constituer sélectivement un orifice d’alimentation en air ou gaz sous pression pour un autre outil ou dispositif pneumatique. A cette fin, l'orifice 148 d'alimentation eu air peut constituer un orifice 148 conçu pour permettre à un utilisateur ou un opérateur de recevoir ou d'utiliser le gaz issu de la source sous pression via le démarreur 10 à turbine pneumatique, sans structures intermédiaires, passages d’écoulement, raccords, convertisseurs d'interface supplémentaires ou autres. Selon un aspect nullement limitatif de l'invention, l'orifice 148 d'alimentation en air peut prendre la forme d’un orifice de 1,5875 cm (5/8 de pouce) à filetage conique au standard américain (NPT). Bien que cela ne soit pas représenté, il sera entendu qu’un bouchon peut être présent dans le démarreur 10 à turbine pneumatique et que de tels bouchons peuvent être conçus pour fermer sélectivement l'orifice d’alimentation secondaire 148,

La Figure 7 représente aussi la soupape d’entrée 52 en position d'ouverture. Pendant 1e fonctionnement, l'électrovanne 152 peut commander un écoulement d’air envoyé à l’orifice 54, par exemple via une tubulure (non représentée), A mesure que de l’air remplit la cavité 56, la soupape d’entrée 52 appuie contre l'élément de sollicitation 60 et la soupape d'entrée 52 vient dans la position d'ouverture représentée sur la Figure 7. L'air sous pression envoyé dans le plénum d'entrée 48 passe alors par l’entrée 32 du carter, un canal d'écoulement 62 et entraîne les premier et second éléments 72 er 74 de turbine avant de sortir dans une zone médiane du carter 30 via l'ensemble de sorties 34. Ainsi, lorsque la soupape d’entrée 52 est dans la position d'ouverture, de l'air comprimé peut traverser la soupape d’entrée 52 et pénétrer dans la section turbine 40. L'air sous pression frappe les premier et second éléments 72 et 74 de turbine en les faisant tourner à une vitesse relativement grande.

Puisque la soupape d’entrée est décrite comme étant actionnée par de l'air sous pression, on peut la considérer comme une soupape pneumatique. Cependant, il sera entendu que d’autres mécanismes et actionneurs de soupapes possibles peuvent être utilisés. S'il n’est plus envoyé d'air dans la cavité 56, l’élément de sollicitation 60 peut retourner dans son état non comprimé et faire revenir la soupape d'entrée 52 dans la position de fermeture (Figure 3). Quand la soupape d'entrée 52 est dans la position de fermeture, l'écoulement d'air comprimé vers la section turbine 40 peut être empêché.

En fonctionnement normal, quand on souhaite faire démarrer le moteur 14 de turbine, le pignon 124 est déplacé vers la droite de telle sorte que le pignon 124 engrène avec le pignon denté 150 du moteur. Plus particulièrement, quand les premier et second éléments et 74 de turbine sont entraînés, ils font tourner l'arbre de sortie 90, L’arbre de sortie 90 sert d’entrée pour le train d’engrenages 96, lequel fait à son tour tourner l'arbre d'entraînement 108. Un couple est transmis, par l'intermédiaire de la cannelure 132, de la partie filetée 134 au système d’embrayage 126, au pignon 124 à l'aide d’une liaison par cannelures, et enfin au pignon denté 150 du moteur.

A mesure que le moteur 14 s’allume et acquiert un fonctionnement autonome, le pignon denté 150 du moteur peut entraîner le pignon à une vitesse plus grande que celle de l'arbre d’entraînement 108. Les dentelures .144 et 146 patinent de telle sorte que le démarreur à turbine pneumatique ne soit pas entraîné à de grandes vitesses du moteur.

Le démarreur 10 à turbine pneumatique est en outre conçu pour remplir une fonction d’indexation si le pignon 124 bute contre une des dents du pignon denté 150 pendant qu'il est actionné vers la droite pour engrener. La Figure 8 est une vue en coupe d’une partie du démarreur lors d'un engrènement. 11 sera entendu que la partie du démarreur 10 à turbine pneumatique représentée sur les figures 8 à 11A est représentée, pour plus de clarté, avec l’ouverture du carter d’extrémité 120 orientée vers le haut.

Quand de l'air sous pression est introduit dans l’extrémité fermée 156 du second carter 112 via l'orifice 154, le piston 128, le système d’indexation 130, le système d'embrayage 126 et le pignon 124 sont poussés vers le carter d'extrémité 120 comme indiqué par la flèche 172. Finalement, il est supposé que le pignon 124 engrène avec le pignon denté du moteur. Cependant, lorsque se produit un engrènement, le mouvement du pignon 1 24est contrarié par la venue des dents en butée contre les dents du pignon denté 150 du moteur. Plus particulièrement, les dents du pignon 124 heurtent les dents du pignon denté 150 du moteur, L'indexation a lieu quand l'engrènement entre le pignon 124 et le pignon denté 150 du moteur n'est pas obtenu du premier coup.

Considérant maintenant la Figure 9, du fait de la force agissant sur le piston 128 et le système d'indexation 130, illustrée par une flèche 174, un mécanisme interne dans le système d'indexation 130 tourne à l'intérieur de la cannelure 136 d’embrayage à dentelures comme illustré par la flèche 176. Bien que le système d'indexation 130 puisse tourner suivant n'importe quel angle, il est envisagé que le système d’indexation 130 tourne d'environ une demi-dent de pignon. Il sera entendu que le pignon 124 et la cannelure 136 d'embrayage à cannelures restent immobiles pendant le mouvement d’indexation.

Après que l’engrènement a eu lieu, le piston 128, le système d'indexation 130, le système d'embrayage 126 et le pignon 124 sont écartés du carter d’extrémité 120, comme illustré par une .flèche 178 sur la Figure 10. Pendant ce recul, un ressort 180 à l’intérieur du système d’indexation 130 commence à ré-indexer le pignon 124. La nouvelle position du pignon est établie à mesure que le ressort se relâche pendant le recul. Une fois que le pignon 124 a tourné et réalisé l'indexation voulu, le ressort 180 tire le système d'arbre d'entraînement 108 pour le ramener dans la position de recul complet et, sous l’action de l’air à l'arrière du piston 12.8, l'arbre d’entraînement 108 avance une fois encore pour se mettre en prise avec le pignon denté 150 du moteur. Un nouvel engrènement est alors tenté avec le pignon 124 dans une nouvelle position définie par l'indexation. Comme illustré sur la Figure 1.1, le pignon 124 peut engrener correctement avec le pignon denté 150 du moteur.

Les avantages liés au démarreur décrit ici comprennent L'impossibilité d'un entraînement indésirable, vers l'arrière, du démarreur pour moteur à turbine. L'impossibilité de l'entraînement vers l’arrière permet de réduire l'usure des pièces décrites ici, en particulier de l’arbre d'entraînement et de l’arbre de sortie. L'usure réduite prolonge quant à elle la durée de vie des pièces. Le démarreur décrit ici permet de réduire le coût de l'entretien et facilite la remise en état. Le mécanisme d’engrènement du démarreur exécute toutes les fonctions normales d’amortissement des chocs, d'indexation, de fonctionnement en roue libre, de séparation automatique des dentelures, etc.

La disposition de l'ensemble de sorties autour de la paroi périphérique cylindrique 160 permet un échappement sur 360 degrés depuis divers orifices. Dans les démarreurs comportant moins d'orifices d’échappement, l’échappement est plus concentré et les possibilités quant à l’endroit où peut être monté le démarreur ou à l'orientation du montage de celui-ci sans boucher ni obstruer les orifices. Inversement, l’ensemble de sorties décrit plus haut permet une souplesse dans le montage du démarreur 10 à turbine pneumatique. 11 suffit de monter le démarreur 10 à turbine pneumatique eu divers points spécifiques, dont l’entrée 32 et le pignon 124. Comme le système d’entrée 38 peut être amené à tourner de n’importe quelle manière pour autant qu'un flux d'air aligné soit créé à l'entrée 32, cela permet de nombreuses orientations du démarreur 10 à turbine pneumatique.

La présente invention permet également que davantage de puissance soit extraite du second étage. Dans les équipements selon la technique antérieure, la répartition de la puissance est ordinairement de 70 % de la puissance issue du premier étage (un étage est la combinaison d’un stator et d'un rotor) et de seulement 30 % de celle du second étage. Dans la présente invention, ia répartition de la puissance est de 54-46 %. Une combinaison des injecteurs plus nombreux et d’un décalage dans les injecteurs des stators permet une plus grande extraction de puissance dans le second étage.

Un arbre de sortie plus grand permet la transmission du couple supérieur créé par cette extraction de puissance accrue. Plus particulièrement, la présente invention permet également l'utilisation d'un arbre d'entraînement 108 d'un plus grand diamètre dans un pignon selon la technique antérieure. A titre d'exemple nullement limitatif, un diamètre de 22,225 millimètres (7/8 de pouce) peut être utilisé, ce qui constitue une augmentation par rapport à des diamètres d'arbres habituels. Un tel arbre plus grand permet une plus grande répartition du couple. Il est possible d'inclure des aspects nullement limitatifs de l'invention, selon lesquels des plus petits diamètres d'arbres (p. ex. des diamètres inférieurs à 22,225 millimètres, soit 7/8 de pouce) peuvent être utilisés. Par ailleurs encore, il est envisagé qu'un pignon selon la technique antérieure puisse être modifié par agrandissement d'une ouverture centrale du pignon, qui est apte à recevoir un arbre de 19,05 millimètres (3/4 de pouce) afin de définir une ouverture de plus grandes dimensions. Une fois celle-ci agrandie, un arbre de plus de 19,05 millimètres peut alors être inséré dans ou à travers l'ouverture de plus grandes dimensions. L'ouverture centrale peut être agrandie de n'importe quelle manière appropriée, notamment par perçage ou attaque chimique.

Par ailleurs, la rupture d'arbres classiques de 19,05 millimètres (3/4 de pouce) de diamètre est courante, car les opérateurs peuvent chercher à de nombreuses reprises à lancer le démarreur pneumatique. Par exemple, dans certaines circonstances, le démarreur pneumatique ne fera pas démarrer le moteur et l'opérateur tentera à nouveau de lancer le démarreur pneumatique alors que des parties du démarreur pneumatique tourneront encore. L'interaction avec le pignon fixe et l'arbre d'entraînement à diamètre classique remis en marche provoque une rupture de l’arbre qui rend inutile le démarreur pneumatique. Le diamètre plus grand envisagé ici donnera un équipement plus robuste.

Par ailleurs encore, des aspects de la présente invention comprennent un procédé pour réaliser un démarreur de turbine pneumatique, comportant renfermement d'un élément de turbine dans une paroi périphérique entre une entrée et un ensemble de sorties pour définir un passage de fluide et la création d'un passage sinueux entre l'élément de turbine et un extérieur de la paroi périphérique par la mise en place d'une grille de rétention entre l'élément de turbine et l'ensemble de sorties. Le passage sinueux est conçu de manière à retarder l'expulsion d'un fragment via l'ensemble de sorties. Cela peut inclure l'arrêt ou le ralentissement d'un tel fragment. Par ailleurs encore, des aspects révèlent que la grille disposée dans l'intérieur peut, être conçue pour atténuer l'expulsion de particules enflammées depuis l'intérieur du carter. Pendant l'utilisation, la grille et les sorties peuvent aussi constituer un passage sinueux à suivre par une étincelle entre l'élément de turbine et un extérieur de la paroi périphérique.

LISTE DES REPERES

Démarreur à turbine pneumatique

Boîtier d'entraînement d'accessoires

Moteur à turbine

Soufflerie

Zone de compression à haute pression

Chambre de combustion

Zone de turbine

Prise de puissance mécanique

Carder

Entrée

Ensemble de sorties

Passage d'écoulement

Système d'entrée

Section turbine

Boîte de transmission

Section entraînement

Raccord d’entrée

Plénum d'entrée

Ouverture d'entrée

Axe de rotation

Soupape d'entrée

Orifice de fonctionnement de soupape

Cavité

Siège de soupape

Elément de sollicitation

Canal d’écoulement

Partie à écoulement axial

Système de couronne

Orifice central

Ensemble d’injecteurs

Premier élément de turbine

Second élément de turbine

Injecteurs

Couronne intermédiaire

Injecteurs

Arbre de sortie

Partie formant moyeu

Paire de paliers

Train d'engrenages

Intérieur

Elément de retenue

Plaque

Orifice

Première extrémité

Arbre d'entraînement

Orifice

Second carter

Seconde extrémité

Dispositif de palier

Carter d'extrémité

Extrémité

Pignon (124)

Système d'embrayage

Piston

Système d'indexation

Cannelure

Partie filetée

Cannelure d'embrayage à dentelures Filetage intérieur hélicoïdal Second élément d'embrayage Liaison à dentelures

Dentelures

Orifice d'alimentation en air

Pignon denté du moteur

Electrovanne

Orifice

156 Extrémité fermée

160 Paroi périphérique

162 Intérieur

164 Extérieur

166 Grille de rétention

168 Moyeu

170 Passage sinueux

172 Flèche vers le carter d'extrémité 120

174 Flèche illustrant la force agissant sur le piston 128 et le système d'indexation

130

176 Flèche illustrant un mécanisme interne dans le système d’indexation 130 tournant à l’intérieur de la cannelure 136 d'embrayage à dentelure

178 Flèche illustrant que le piston 128, le système d'indexation 130, le système d'embrayage 126 et le pignon 124 sont écartés du carter d'extrémité 120

180 Ressort

Claims

REVENDICATIONS

1. Démarreur (10) à turbine pneumatique pour faire démarrer un moteur, comportant :

un carter (30) présentant un passage d'écoulement s’étendant dans celui-ci ;

un élément (72, 74) de turbine supporté dans le carter (30) de manière à pouvoir tourner et disposé dans le passage d’écoulement pour extraire, par rotation, de la puissance mécanique d'un flux de gaz s'écoulant dans celui-ci ; et un arbre d’entraînement (108) coopérant avec l'élément (72, 74) de turbine et ayant une extrémité de sortie apte à délivrer une puissance de rotation au moteur, l'arbre d'entraînement (108) ayant un diamètre supérieur à 19,05 millimètres.
2. Démarreur (10) à turbine pneumatique selon la revendication 1, dans lequel l’arbre d’entraînement (108) a un diamètre de 22,225 millimètres à l’extrémité de sortie.
3. Démarreur (10) à turbine pneumatique selon la revendication 1, dans lequel l’extrémité de sortie de l'arbre d’entraînement (108) est située dans un pignon denté et coopère avec celui-ci par l'intermédiaire d’un système d’embrayage.
4. Démarreur (10) à turbine pneumatique selon la revendication 1, dans lequel l’élément (72, 74) de turbine comprend un premier rotor formant un premier étage et un second rotor formant un second étage.
5. Démarreur (10) à turbine pneumatique selon la revendication 4, comportant en outre un premier stator (66) en amont du premier rotor (72), le premier stator (66) comprenant 16 injecteurs (70).
6. Démarreur (10) à turbine pneumatique selon la revendication 4, comportant en outre un second stator (80) en amont du second rotor (74), le second stator (80) comprenant 24 injecteurs (82) ou plus.
7. Démarreur (10) à turbine pneumatique selon la revendication 1, comportant en outre un train d’engrenages (96) monté de manière motrice entre l'élément (72, 74) de turbine et l’arbre d’entraînement (108).
8. Démarreur (10) à turbine pneumatique selon la revendication 1, dans lequel le carter (30) comprend en outre une paroi périphérique (160).
9. Démarreur (10) à turbine pneumatique selon la revendication 8, dans lequel le carter (30) comprend un ensemble d’orifices (34) espacés sur le pourtour de la paroi périphérique.
10. Démarreur (10) à turbine pneumatique selon la revendication 9, dans lequel l’ensemble d’ouvertures (34) sont espacés sur environ 360 degrés sur le pourtour de la paroi périphérique.