FR3071292A1 - Boitier d'entrainement d'accessoires d'une turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une turbomachine (10) comprenant un arbre moteur (28) s'étendant selon un axe longitudinal (X) et relié par un arbre de transmission de puissance (26) à un boîtier d'entraînement d'équipements (34) comportant un train d'engrenages à pignons dentés cylindriques comportant chacun un axe de sortie entrainant un accessoire donné, caractérisée en ce que les axes des pignons dentés cylindriques sont parallèles entre eux et perpendiculaires à un plan contenant l'axe de l'arbre de transmission de puissance (28) et l'axe longitudinal (X).

Description

BOITIER D’ENTRAINEMENT D’ACCESSOIRES D’UNE TURBOMACHINE

DOMAINE [001] La présente invention concerne une turbomachine et plus particulièrement un boîtier d’entraînement d'accessoires.

CONTEXTE [002] Dans une turbomachine, différents équipements, tels que notamment des générateurs électriques pour la production de puissance électrique, des pompes pour l’alimentation en pression de carburant ou d’huile, etc., sont entraînés en rotation par un système d’engrenages relié à un arbre de la turbomachine.

[003] Comme représenté en figure 1, une turbomachine 10 comprend d'amont en aval, le long de son axe longitudinal X, une soufflante 12, un compresseur basse pression 14, un carter intermédiaire 16, un compresseur haute pression 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute pression 21 et une turbine basse pression 22. L'air entrant dans la turbomachine se divise en un flux d'air primaire (flèche A) qui circule dans une veine d’air dite primaire à l'intérieur des compresseurs basse et haute pression 14, 18 vers la chambre de combustion 20, puis à travers les turbines haute et basse pressions 21, 22, et en un flux d'air secondaire (flèches B) qui circule dans une veine d’air dite secondaire contournant le compresseur 14, 18, la chambre de combustion 20 et la turbine 21, 22. Le carter intermédiaire 16 comprend des bras structuraux 24 s'étendant radialement vers l'extérieur. Classiquement, un bras 24 du carter intermédiaire 16 est orienté à six heures par rapport au cadran d’une montre et peut contenir un arbre 26 de transmission de puissance s’étendant sensiblement radialement et dont l'extrémité interne est entraînée en rotation par l'arbre 28 du compresseur haute pression 18. Dans d’autres réalisations, l’arbre de transmission de puissance est logé dans un ras orienté à 8h et ou 9h. L'extrémité radialement externe de l'arbre de transmission de puissance 26 est en prise avec un boîtier d’entraînement d’équipements 30 de la turbomachine, ce boîtier pouvant également être agencé à six heures. Le boîtier 30 est classiquement agencé dans une nacelle 32 formant une enceinte périphérique de la turbomachine. Ce boîtier d’entraînement 30 comprend un train d’engrenages comportant une succession de pignons dentés cylindriques en prise les uns avec les autres et dont les diamètres sont adaptés de manière à ce que les axes de certains pignons servent de sortie pour l’entraînement d’un équipement à une vitesse et un sens donnés. Une telle configuration est particulièrement intéressante puisqu’elle permet de bien adapter la vitesse de rotation avec chaque équipement. Toutefois, ce type de montage s’avère assez volumineux et son installation dans la nacelle impose une augmentation du diamètre de la turbomachine qu’il serait souhaitable de diminuer pour réduire la traînée aérodynamique de la turbomachine.

[004] Ainsi, pour réduire le diamètre de la turbomachine et plus particulièrement l’épaisseur de la nacelle, il a été proposé d’agencer le boîtier d’entraînement d’équipements et les équipements associés dans une zone dite inter-veines. En pratique, cette zone inter-veines se situe axialement au niveau du compresseur haute pression entre les veines primaire et secondaire, c’est-à-dire entre une paroi annulaire interne définissant radialement vers l’extérieur la veine annulaire primaire et une paroi annulaire externe définissant radialement vers l’intérieur la veine annulaire secondaire. Comme on peut le constater sur la figure 1, il convient de limiter l’encombrement radial du boîtier d’entraînement pour que celui-ci n’impacte par les écoulements d’air dans les veines primaire et secondaire.

[005] De plus, l’encombrement axial doit être réduit par rapport à un boîtier d’entraînement comme décrit précédemment pour éviter que celle-ci ne s’étende trop vers l’aval et soit impacté par le rayonnement thermique de la chambre de combustion. Enfin, l’encombrement circonférentiel du boîtier d’entraînement doit aussi être réduit par rapport à un positionnement dans la nacelle puisque l’espace inter-veines est déjà utilisé pour faire passer diverses conduites et éléments de la turbomachine et que le diamètre à cet endroit est également moins important qu’au niveau de la nacelle.

[006] Il a déjà été proposé un agencement circonférentiel autour de l’arbre 28. Cet agencement particulier présente un inconvénient majeur en terme de maintenance. En effet, pour avoir accès et monter ou enlever un accessoire, il est nécessaire de disposer d’un espace axial de retrait amont ou aval important. Un espace de retrait permet de retirer et de sortir un accessoire sans buter contre les accessoires adjacents.

[007] Toutefois, un tel espace ne permet de réduire le diamètre de turbomachine que de manière limitée. La présente invention vise à répondre aux problèmes techniques précédemment décrits de manière simple, efficace et peu coûteuse.

RESUME DE L’INVENTION [008] A cet effet, la présente invention concerne un boîtier d’entraînement d’équipements pour une turbomachine comprenant un arbre moteur s’étendant selon un axe longitudinal et relié par un arbre de transmission de puissance à un boîtier d’entraînement lequel comporte un train d’engrenages à pignons dentés cylindriques comportant chacun un axe de sortie, caractérisé en ce que les axes des pignons dentés cylindriques sont parallèles entre eux et perpendiculaires à un plan contenant l’axe de l’arbre de transmission de puissance et l’axe longitudinal.

[009] L’agencement particulier des pignons permet de limiter axialement et radialement l’encombrement de la boîte d’entraînement. En effet, la position axiale des pignons permet d’associer à chaque arbre deux accessoires différents montés chacun d’un côté dudit pignon. De plus, cet agencement particulier permet de supprimer l’espace de retrait nécessaire à l’intérieur de la turbomachine. En effet, le retrait des accessoires peut être réalisé par un mouvement de translation transversal aux pignons, si bien qu’une simple ouverture des capots de la turbomachine offre un accès direct aux accessoires et leur manipulation directe par mouvement de translation.

[010] Cet agencement est notamment particulièrement avantageux par rapport à ceux, pour lesquels seul un côté des pignons peut être utilisé, et/ou un espace de retrait important est nécessaire pour effectuer les opérations de montage et de démontage durant les phases de maintenance.

[011] L’extrémité radialement externe de l’arbre de transmission de puissance peut comprendre un pignon conique en prise avec au moins un pignon conique d’entrée du train d’engrenages. Dans une réalisation, la turbomachine selon l’invention comprend deux pignons coniques d’entrée. Cette dernière configuration présente l’avantage de réduire la masse du train d’engrenages en autorisant un placement des équipements ou accessoires les plus puissants, c’est-à-dire nécessitant un maximum de couple pour leur fonctionnement, en prise avec l’axe des pignons coniques d’entrée.

[012] Les axes desdits pignons coniques d’entrée peuvent être sensiblement parallèles l’un l’autre et plus préférentiellement coaxiaux.

[013] L’ entraînement du train d’engrenage, et donc des pignons, est ainsi facilement réalisé.

[014] Les axes des pignons peuvent être agencés suivant une rangée longitudinale radialement interne et une rangée longitudinale radialement externe.

[015] Ces rangées permettent de limiter l’encombrement longitudinal ou axial du train d’engrenage et donc de la boîte d’entraînement.

[016] Les axes de sortie de la rangée interne peuvent être décalés longitudinalement par rapport aux axes de sortie de la rangée externe.

[017] Les accessoires peuvent ainsi être espacés les uns des autres pour éviter leur échauffement et faciliter leur accessibilité par exemple.

[018] Les axes de sortie des pignons peuvent être alignés suivant une seule rangée longitudinale.

[019] Une unique rangée d’alignement des axes de sortie des pignons permet de limiter l’encombrement radial du train d’engrenage et donc de la boîte d’entraînement.

[020] Le pignon principal peut se trouver à l’une des extrémités du train d’engrenage.

[021] Le pignon principal peut être situé longitudinalement entre deux pignons secondaires.

[022] Chaque sortie peut entraîner un équipement donné.

[023] Le boîtier d’entraînement d’équipements peut être agencé au voisinage d’un compresseur haute pression ou basse pression, radialement à l’extérieur de celui-ci, dans un espace inter-veines séparant une veine annulaire d’air primaire d’une veine annulaire d’air secondaire [024] Le boîtier d’entraînement d’équipements peut être agencé dans une nacelle entourant une roue de soufflante.

[025] Selon une autre caractéristique de l’invention, l’arbre de transmission de puissance est logé dans un bras radial d’un carter intermédiaire, le bras étant orienté à six heures par rapport au cadran d’une montre.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [026] 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.

la figure 1 est une vue schématique en coupe d’une turbomachine comprenant un boîtier d’entraînement selon l’art antérieur ;

la figure 2 est une vue en perspective de dessus d’un boîtier d’entraînement d’accessoires selon une première forme de réalisation l’invention ;

la figure 3 est une vue schématique montrant l’agencement du train d’engrenage du boîtier d’entraînement d’accessoires selon la première forme de réalisation ;

la figure 4 est une vue en perspective montrant l’agencement du train d’engrenage du boîtier d’entraînement d’accessoires selon la première forme de réalisation ;

la figure 5 est une vue schématique montrant l’agencement du train d’engrenage du boîtier d’entraînement d’accessoires selon une deuxième forme de réalisation ;

la figure 6 est une vue schématique montrant l’agencement du train d’engrenage du boîtier d’entraînement d’accessoires selon une troisième forme de réalisation ;

la figure 7 est une vue schématique d’une turbomachine comprenant un boîtier d’accessoires selon l’invention.

la figure 8 est une vue simplifiée montrant le boîtier d’entraînement positionné dans un espace inter-veines de la turbomachine ;

la figure 9 est une vue simplifiée montrant le boîtier d’entraînement positionné sous la soufflante de la turbomachine ;

la figure 10 est une vue schématique montrant le montage et démontage des accessoires sur le boîtier d’entraînement, et la figure 11 est une vue schématique montrant le montage et démontage des accessoires sur le boîtier d’entraînement de l’art antérieur, à titre de comparaison.

DESCRIPTION DETAILLEE [027] Les éléments classiques de la turbomachine décrite en référence à la figure 1 sont conservés dans la présente description tout comme leur référence numérique.

[028] On a représenté, sur la figure 2, un boîtier d’entraînement 34 sur lequel sont montés des accessoires 36 de la turbomachine. A titre d’exemple, les accessoires montés sur le boîtier sont des alternateurs et pompes 36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f, 36g, et 36h.

[029] Comme représenté sur les figures 3 à 6, le boîtier 34 est destiné à être intégré dans une turbomachine telle que la turbomachine 10 de la figure

1.

[030] Le boîtier 34 comprend une enveloppe externe 38 pourvue d’une première partie 38a et d’une seconde partie 38b. La première partie 38a comprend une première face 40 et d’une seconde face 42 opposées l’une à l’autre et comportant chacune une série de perçages permettant le passage de l’arbre d’entraînement de chaque accessoire.

[031] La seconde partie 38b comporte un manchon principal 44 cylindrique à section circulaire et deux manchons secondaires 46 cylindriques à section circulaire, s’étendant sensiblement perpendiculairement aux faces 40, 42 de la première partie et dans des sens opposés.

[032] Le manchon principal 44 comprend une ouverture 48 débouchant à l’extérieur du boîtier 34 et une ouverture opposée débouchant à l’intérieur du boîtier 34.

[033] Comme on le voit sur la figure 2, le manchon principal 44 et les manchons secondaires 46 forment ensemble un T.

[034] A l’intérieur de l’enveloppe 38, le boîtier 34 comprend au moins un train d’engrenage 50 qui s’étend longitudinalement entre les deux faces 40, 42 de l’enveloppe 38 (figure 4). Le train d’engrenage 50 est formé par une pluralité de pignons dentés 52, 54. Chaque pignon 52, 54 comporte un axe de sortie 52a, 54a parallèle aux axes de sortie 52a, 54a des autres pignons 52, 54 et, à sa périphérie externe, des dents aptes à venir en prise avec les dents d’un pignon 52, 54 adjacent de sorte que les pignons 52, 54 soient engrainés deux à deux.

[035] Le train d’engrenage 50 comporte un pignon principal 52, également appelé pignon d’entrée 52 et une pluralité de pignons secondaires 54. Le pignon principal 52 présente une périphérie externe conique pourvue d’une première denture et une portion cylindrique à section circulaire portant une seconde denture coopérant avec un pignon secondaire 54 du train pour entraîner en rotation chacun des pignons secondaire 54 du train 50 par engrenage.

[036] Selon une première forme de réalisation illustrée aux figures 2 à 4, les axes 52a, 54a des pignons 52, 54 sont agencés suivant une première rangée longitudinale R1 et une seconde rangée longitudinale R2 écartées l’une de l’autre.

[037] Le pignon principal 52 est situé à une extrémité du train d’engrenage 50 et engraine un pignon secondaire 54 de l’une des deux rangées R1, R2, qui engraine à son tour un pignon secondaire 54 de l’une ou l’autre des deux rangées R1, R2. Un pignon secondaire 54 de l’une des deux rangées R1, R2 peut ainsi engrainer un pignon secondaire 54 de la même rangée R1, R2 ou un pignon secondaire 54 de l’autre rangée R1, R2.

[038] Selon une deuxième forme de réalisation illustrée en figure 5, les axes 52a, 54a de sortie des pignons 52, 54 sont alignés suivant une seule rangée R3, le pignon principal 52 se trouvant à l’une des extrémités du train d’engrenage 50.

[039] Selon une troisième forme de réalisation illustrée à la figure 6, les axes de sortie 52a, 54a des pignons 52, 54 sont alignés suivant une seule rangée R3, le pignon principal 52 étant situé longitudinalement entre deux pignons secondaires 54. Le pignon principal peut être monté à l’une des extrémités du train d’engrenage ou bien être situé longitudinalement entre deux pignons secondaires.

[040] Lorsque le boîtier 34 est assemblé, l’axe 52a, 54a de chacun des pignons 52, 54 vient se loger dans un perçage de la première face 40 et un perçage de la seconde face 42 en vis-à-vis l’un de l’autre. Ainsi, l’axe 52a, 54a de chacun des pignons 52, 54 fais saillie de part et d’autre du boîtier 34. [041] Les accessoires 36 précités sont alors montés sur le boîtier 34, de part et d’autre de celui-ci. De préférence, les alternateurs 36a seront montés sur le ou les axe(s) de sortie 52a du ou des pignon(s) d’entrée 52.

[042] Lorsque le boîtier 34 selon la première forme de réalisation est monté dans la turbomachine 10, la première rangée R1 est une rangée radialement interne et la seconde rangée R2 est une rangée radialement externe par exemple.

[043] Dans la turbomachine 10, le boîtier 34 est relié à un arbre moteur, par exemple l’arbre 28 du compresseur, au moyen de l’arbre 26 de transmission de puissance.

[044] L’arbre 26 de transmission de puissance est inséré dans le manchon principal 44. Pour éviter les fuites d’huile notamment, une cavité étanche sera formée autour de l’arbre 44, l’étanchéité étant également réalisée à la liaison avec le boîtier d’accessoires au niveau du manchon 44.

[045] A son extrémité radialement externe, l’arbre 26 de transmission de puissance comprend un pignon conique 56 qui vient en prise avec le pignon principal 52 (et plus particulièrement avec la portion conique) du train d’engrenages 50.

[046] Le boîtier 34 peut comprendre deux trains d’engrenage 50 en vis-àvis l’un de l’autre. Les axes de sortie 52a, 54a d’un premier train d’engrenage 50 peuvent ainsi déboucher de la première face 40 de l’enveloppe 38, les axes de sortie 52a, 54a du second train d’engrenage 50 débouchant alors de la seconde face 42 de l’enveloppe 38.

[047] Dans une réalisation particulière, les accessoires 36 peuvent être répartis sur les deux faces 40, 42 du boîtier 34 de sorte que le centre de gravité de l’ensemble formé du boîtier 34 et de ses accessoires 36 soit sensiblement dans un plan longitudinal passant par l’axe X de la turbomachine 10.

[048] La figure 7, illustre l’intégration du boîtier d’équipement dans la turbomachine 10. Dans un premier cas de figure, le boîtier 34 est intégré dans la nacelle 32 de la turbomachine 10 (traits continus). Dans un second cas de figure, le boîtier 34 est intégré dans un espace inter-veines 58 situé radialement entre la veine principale et la veine secondaire (traits pointillés). [049] Les figures 8 et 9 illustrent des détails de l’intégration du boîtier 34 pour chaque intégration représentée sur la figure 7. Le boîtier 34 représenté est un boîtier 34 selon la première forme de réalisation. Il est toutefois précisé que la figure 8 ne représente que partiellement le boîtier 34.

[050] Sur la figure 8, le boîtier 34 est intégré dans une zone core, au niveau de l’espace inter-veines 58, c’est-à-dire entre les veines primaires et secondaires. Plus précisément, le boîtier 34 est ici intégré sous le compresseur haute pression 18.

[051] L’ espace inter-veines 58 est délimité radialement par un carter radialement interne 60 et un carter radialement externe 62. Avantageusement, une trappe de visite (non représentée) est prévue sur le carter radialement externe 62 pour permettre l’accès au boîtier 34.

[052] Sur la figure 9, le boîtier 34 est situé dans la nacelle 32 qui est délimitée par une paroi radialement interne 64 formant une paroi de la veine secondaire, et par une paroi radialement externe 66 formant l’enveloppe externe de la turbomachine 10. La paroi radialement externe 66 comprend un capot 68 (voir figure 10) permettant l’accès à l’intérieur de la nacelle 32 et notamment au boîtier 34. On comprend que le capot peut également permettre un accès à l’espace inter-veines.

[053] La figure 10 montre l’un des principaux avantages offerts par le boîtier 34 selon l’invention. Cet avantage réside dans le fait de monter ou démonter facilement un accessoire 36. La position transversale des accessoires 36, c’est-à-dire perpendiculairement à l’axe X de la turbomachine 10, permet de monter ou démonter les accessoires 36 sur ou en dehors de l’axe de sortie 52a, 54a du pignon destiné à l’entraîner sans qu’il ne soit prévu d’espace de retrait à cet effet. Ainsi, lorsque le capot 68 est dans sa position d’ouverture et qu’il laisse accès à l’intérieur de la nacelle 32, seul un mouvement de translation parallèle aux axes 52a, 54a des pignons 52, 54 est possible.

[054] Les rectangles en traits pointillés représentent les accessoires 36, lorsqu’ils sont démontés du boîtier, dans une position dans laquelle ils ne peuvent pas buter contre les accessoires 36 adjacents. On remarque sur figure 10 que lorsque le capot 68 est dans sa position fermée (représentée en traits pointillés) il est très proche des accessoires, ce qui limite l’espace perdu entre les accessoires 36 et le capot 68, au bénéfice de la diminution des dimensions de la turbomachine 10 et donc sa traînée.

[055] Au contraire, dans l’art antérieur, tel qu’illustré schématiquement sur la figure 11, pour monter ou démonter un accessoire 36, il est nécessaire de disposer, en amont ou en aval de l’accessoire 36 selon sa position dans la turbomachine 10, d’un espace de retrait permettant de déplacer l’accessoire 36 sans qu’il ne bute contre les accessoires 36 adjacents. L’espace de retrait est matérialisé par les rectangles en traits pointillés sur la figure 11. Cet espace de retrait forme alors des zones de la turbomachine 10 qui sont inutilisables, ce qui augmente les dimensions de la turbomachine 10 et donc sa traînée.

[056] Par ailleurs, les différentes formes de réalisation précédemment décrites permettent d’adapter l’encombrement du boîtier 34 à son logement, c’est-à-dire à l’espace inter-veines 58 ou à la nacelle 32. Ainsi, selon son positionnement, l’encombrement du boîtier 34 peut être réduit longitudinalement, c’est-à-dire suivant l’axe X de la turbomachine 10, en utilisant la première forme de réalisation, ou radialement en utilisant la deuxième ou troisième forme de réalisation.

[057] Bien entendu, le boîtier 34 peut également comporter une première portion selon la première forme de réalisation et une seconde partie selon la deuxième forme de réalisation par exemple.

Claims (11)

1. Boîtier d’entraînement (34) d’équipements pour une turbomachine (10) comprenant un arbre moteur (28) s’étendant selon un axe (X) longitudinal et relié par un arbre de transmission de puissance (26) audit boîtier d’entraînement (34) lequel comporte un train d’engrenages (50) à pignons (52, 54) dentés cylindriques comportant chacun un axe de sortie (52a, 54a), caractérisé en ce que les axes (52a, 54a) des pignons (52, 54) dentés cylindriques sont parallèles entre eux et perpendiculaires à un plan contenant l’axe de l’arbre de transmission de puissance (26) et l’axe longitudinal (X).

2. Boîtier d’entraînement selon la revendication 1, dans lequel l’extrémité radialement externe de l’arbre de transmission de puissance (26) comprend un pignon (56) conique en prise avec au moins un pignon (52) conique d’entrée du train d’engrenages (50).

3. Boîtier d’entraînement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les axes (52a, 54a) des pignons (52, 54) sont agencés suivant une rangée (R1) longitudinale radialement interne et une rangée (R2) longitudinale radialement externe.

4. Boîtier d’entraînement selon la revendication 3, dans lequel les axes de sortie (52a, 54a) de la rangée interne (R1) sont décalés longitudinalement par rapport aux axes de sortie (52a, 54a) de la rangée (R2) externe.

5. Boîtier d’entraînement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les axes de sortie (52a, 54a) des pignons (52, 54) sont alignés suivant une seule rangée (R3) longitudinale.

6. Boîtier d’entraînement selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le pignon principal (52) se trouve à l’une des extrémités du train d’engrenage (50).

7. Boîtier selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le pignon principal (52) est situé longitudinalement entre deux pignons secondaires (54).

8. Boîtier d’entraînement selon l’une des revendications 1 à 7, 5 dans lequel chaque sortie (52a, 54a) entraîne un équipement donné.

9. Turbomachine (10) comprenant un boîtier d’entraînement selon l’une des revendications 1 à 8, dans laquelle le boîtier d’entraînement d’équipements (34) est agencé au voisinage d’un compresseur haute pression (18) ou basse pression (14) de la turbomachine (10), radialement à

10 l’extérieur de celui-ci, dans un espace inter-veines (58) séparant une veine annulaire d’air primaire d’une veine annulaire d’air secondaire.

10. Turbomachine (10) selon la revendication 9, dans laquelle le boîtier d’entraînement d’équipements (34) est agencé dans une nacelle (32) entourant une roue de soufflante (12) de la turbomachine (10).

15 11. Turbomachine selon la revendication 9, dans laquelle l’arbre (26) de transmission de puissance est logé dans un bras radial d’un carter intermédiaire, le bras étant orienté à six heures par rapport au cadran d’une montre.