FR3088683A1 - Ensemble pour turbomachine d'aeronef comportant un systeme a lubrifier ainsi qu'un dispositif ameliore d'injection de lubrifiant - Google Patents

Ensemble pour turbomachine d'aeronef comportant un systeme a lubrifier ainsi qu'un dispositif ameliore d'injection de lubrifiant Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un ensemble un ensemble (22) comprenant un système à lubrifier pour turbomachine d'aéronef, ainsi qu'un dispositif d'injection de lubrifiant (24) sur le système à lubrifier, le dispositif (24) comprenant au moins un gicleur (38) configuré pour projeter du lubrifiant, ainsi qu'un organe de collecte de lubrifiant (50) susceptible de collecter du lubrifiant projeté par le gicleur (38) à une pression inférieure à une pression nominale, l'organe (50) communiquant avec un conduit de déport de lubrifiant présentant à son extrémité au moins un orifice de sortie de lubrifiant (60), le conduit étant configuré pour permettre au lubrifiant qui s'échappe de l'orifice (60) de tomber par gravité sur une partie du système à lubrifier.

Description

ENSEMBLE POUR TURBOMACHINE D'AERONEF COMPORTANT UN SYSTEME À LUBRIFIER
AINSI QU'UN DISPOSITIF AMELIORE D'INJECTION DE LUBRIFIANT
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines d'aéronef, et plus précisément à la lubrification de leurs systèmes, comme leurs systèmes d'engrenages, ou encore leurs systèmes de roulements supportant les arbres de ces systèmes d'engrenages.
L'invention s'applique en particulier aux turbomachines comprenant une soufflante entraînée par un réducteur, tel que cela est par exemple connu du document FR 2 987 402 Al.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les turbomachines peuvent comprendre des systèmes d'engrenages, par exemple pour former le réducteur d'entraînement de la soufflante, ou encore pour entraîner les différents accessoires du moteur.
Chaque système d'engrenages est généralement associé à un dispositif d'injection de lubrifiant, destiné à projeter du lubrifiant sur une ou plusieurs roues dentées du système auquel il est associé. Pour ce faire, le dispositif d'injection est classiquement équipé d'un gicleur qui, en conditions normales de pression, permet de projeter le lubrifiant en direction des roues. Cette projection s'effectue avec le lubrifiant sous une pression nominale ou sous une pression supérieure, appliquée par un moyen d'entraînement telle qu'une pompe.
Cependant, il peut exister des phases durant lesquelles le lubrifiant circule dans le dispositif d'injection à une pression inférieure à la pression nominale. Dans ces conditions de basse pression, susceptibles d'être rencontrées par exemple au démarrage ou à l'arrêt de la turbomachine, le/les jets sortant du gicleur peuvent ne pas être assez puissants pour que le lubrifiant atteigne les roues dentées. Celles-ci ne sont alors pas lubrifiées durant la phase concernée.
Il existe par conséquent un besoin d'optimisation des solutions existantes, afin de garantir au mieux la lubrification du système d'engrenages, même en conditions de basse pression du lubrifiant. Ce besoin existe également pour tout autre système à lubrifier de la turbomachine.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Pour répondre au moins partiellement à ce besoin, l'invention a tout d'abord pour objet un ensemble comprenant un système à lubrifier pour turbomachine d'aéronef, ainsi qu'un dispositif d'injection de lubrifiant sur le système à lubrifier, le dispositif comprenant au moins un gicleur configuré pour projeter du lubrifiant.
Selon l'invention, le dispositif d'injection comporte en outre un organe de collecte de lubrifiant susceptible de collecter du lubrifiant projeté par le gicleur à une pression inférieure à une pression nominale, l'organe de collecte communiquant avec un conduit de déport de lubrifiant présentant à son extrémité au moins un orifice de sortie de lubrifiant, le conduit de déport étant configuré pour permettre au lubrifiant qui s'échappe de l'orifice de sortie de tomber par gravité sur une partie du système à lubrifier.
L'invention permet ainsi d'assurer de manière simple, fiable et performante la lubrification du système à lubrifier, même en conditions de basse pression du lubrifiant.
L'invention présente par ailleurs de préférence au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.
Le système à lubrifier est un système d'engrenages comprenant des roues dentées, et l'orifice de sortie est disposé verticalement au-dessus d'au moins l'une des roues dentées, pour que le lubrifiant s'échappant de l'orifice de sortie tombe par gravité sur une partie d'au moins l'une de ces roues dentées.
Cependant, l'invention pourrait s'appliquer à d'autres systèmes à lubrifier, par exemple à un système de roulements supportant les arbres d'un système d'engrenages.
L'orifice de sortie de lubrifiant est agencé dans un espace défini intérieurement par une rangée annulaire de dents de la roue dentée.
Le gicleur est configuré pour projeter du lubrifiant selon au moins un axe de gicleur interceptant une surface de contact des dents de la roue dentée. De préférence, le gicleur est configuré pour projeter du lubrifiant selon au moins deux axes distincts de gicleur interceptant respectivement une surface de contact des dents de deux roues dentées du système d'engrenages, les deux roues engrenant préférentiellement l'une avec l'autre.
De préférence, le système d'engrenages comporte au moins deux roues à denture conique.
De préférence, le système d'engrenages est compris dans un réducteur d'entraînement de soufflante de turbomachine d'aéronef.
Selon une application différente évoquée ci-dessus, le système à lubrifier comprend un roulement d'un arbre de la turbomachine, par exemple un arbre de pignon dans un système d'engrenages.
Quelle que soit l'application envisagée, l'organe de collecte forme un réceptacle, de préférence défini en partie par un barrage de lubrifiant au-dessus duquel passe chaque axe de gicleur. De préférence, chaque axe de gicleur est sensiblement affleurant à une surface supérieure du barrage de lubrifiant. Cet agencement préféré permet de faire une sorte qu'une quantité maximale de lubrifiant soit retenue dans le réceptacle. En effet, lorsque le lubrifiant est projeté à la pression nominale ou à une pression supérieure par le gicleur, le/les jets passent juste au-dessus du barrage pour impacter directement la/les pièces cibles, comme les roues dentées dans le cas d'un système d'engrenages. En cas de pression inférieure, le lubrifiant tombe dans le fond du réceptacle, ou impacte d'abord le barrage pour rejoindre ensuite le fond du réceptacle par gravité. La lubrification s'effectue alors par l'intermédiaire du conduit de déport qui reçoit le lubrifiant collecté dans le réceptacle.
L'invention a également pour objet une turbomachine d'aéronef comprenant un tel ensemble.
Elle a enfin pour objet un procédé de lubrification d'un système à lubrifier compris dans cet ensemble. Le procédé est tel que lorsque du lubrifiant est projeté par le gicleur à une pression inférieure à la pression nominale, la lubrification du système est réalisée à l'aide du conduit de déport recevant du lubrifiant provenant de l'organe de collecte.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;
- la figure 1 représente une vue schématique de côté d'un turboréacteur selon l'invention ;
- la figure 2 représente une vue en perspective d'un ensemble selon l'invention, équipant le turboréacteur montré sur la figure précédente ;
- la figure 3 représente également une vue en perspective de l'ensemble, selon un autre angle de vue ;
- la figure 4 est une vue en perspective du dispositif d'injection de lubrifiant équipant l'ensemble montré sur les figures 2 et 3 ;
- la figure 5 est une vue en coupe prise le long de la ligne V-V de la figure 4 ; et
- la figure 6 est une vue en coupe prise le long de la ligne VI-VI de la figure 3.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
En référence à la figure 1, il est représenté un turboréacteur 1 à double flux et à double corps. Le turboréacteur 1 comporte de façon classique un générateur de gaz 2 de part et d'autre duquel sont agencés un compresseur basse pression 4, et une turbine basse pression 12. Le générateur de gaz 2 comprend un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 8 et une turbine haute pression 10. Par la suite, les termes « avant » et « arrière » sont considérés selon une direction 14 opposée à la direction d'écoulement principale des gaz au sein du turboréacteur, cette direction 14 étant parallèle à l'axe longitudinal 3 du turboréacteur.
Le compresseur basse pression 4 et la turbine basse pression 12 forment un corps basse pression, et sont reliés l'un à l'autre par un arbre basse pression 11 centré sur l'axe 3. De même, le compresseur haute pression 6 et la turbine haute pression 10 forment un corps haute pression, et sont reliés l'un à l'autre par un arbre haute pression 13 centré sur l'axe 3 et agencé autour de l'arbre basse pression 11. Les arbres sont supportés par des paliers de roulement 19, qui sont lubrifiés en étant agencés dans des enceintes d'huile. Il en est de même pour le moyeu de soufflante 17, également supporté par des paliers de roulement 19.
Le turboréacteur 1 comporte par ailleurs, à l'avant du générateur de gaz 2 et du compresseur basse pression 4, une soufflante 15 qui est ici agencée directement à l'arrière d'un cône d'entrée d'air du moteur. La soufflante 15 est rotative selon l'axe 3, et entourée d'un carter de soufflante 9. Préférentiellement, cette soufflante n'est pas entraînée directement par l'arbre basse pression 11, mais entraînée indirectement par cet arbre via un réducteur 20, ce qui lui permet de tourner avec une vitesse plus lente. Le réducteur 20 est également logé dans une enceinte d'huile pour permettre sa lubrification, comme cela sera détaillé ci-après.
En outre, le turboréacteur 1 définit une veine primaire 16 destinée à être traversée par un flux primaire, ainsi qu'une veine secondaire 18 destinée à être traversée par un flux secondaire situé radialement vers l'extérieur par rapport au flux primaire.
En référence à présent aux figures 2 à 6, il est représenté un ensemble 22 spécifique à l'invention, comprenant le réducteur 20 muni d'un système d'engrenages, ainsi qu'un dispositif d'injection de lubrifiant 24 associé au réducteur 20.
Comme évoqué précédemment, le réducteur 20 se trouve dans une enceinte d'huile 26 schématisée sur les figures 2 et 3. Il comprend des roues dentées, dont seules certaines d'entre elles ont été représentées. Il s'agit ici de deux roues à denture conique, présentant des axes de rotation 29a, 29b sensiblement orthogonaux.
Les deux roues 27a, 27b présentent une conception identique ou similaire. Aussi, seule la roue dentée 27a sera décrite ci-après. Elle comprend une rangée annulaire de dents 30a centrée sur l'axe de rotation 29a. Cette rangée annulaire, qui forme la denture conique, définit intérieurement un espace libre 32 également centré sur l'axe 29a. L'espace 32 est fermé axialement par un moyeu 34, et ouvert du côté opposé. Au niveau de ce côté, l'espace 32 est traversé axialement par un support de roue 36 raccordé au moyeu.
Le support de roue 36 est intégré à un bloc qui comporte également le dispositif d'injection de lubrifiant 24. Ce dernier comprend, de manière classique, un gicleur 38 conçu pour projeter du lubrifiant sur l'une ou sur les deux roues dentées 27a, 27b. Pour ce faire, le gicleur 38 est alimenté en lubrifiant sous pression par une pompe 40 schématisée sur la figure 3, de préférence entraînée mécaniquement par la rotation de l'arbre haute pression 13, via un système de transmission (non représenté). Après avoir été projeté sur la/les roues 27a, 27b, le lubrifiant tombe par gravité dans le fond dans l'enceinte 26, pour ensuite être récupéré et refroidi avant d'être à nouveau dirigé vers le gicleur 38, toujours via la pompe 40.
Le gicleur 38 présente ici deux buses 42, chacune prévue pour créer un jet de lubrifiant 44 selon un axe de gicleur 46. Ces buses sont configurées de manière à ce que chacun des deux axes de gicleur 46 intercepte la surface de contact des dents 30a, 30b de l'une des deux roues 27a, 27b, respectivement. De cette manière, en conditions normales de pression du lubrifiant, les deux roues peuvent être lubrifiées de manière satisfaisante par des jets 44 qui restent sensiblement droits jusqu'à leur impact sur les surfaces de contact des dents 30a, 30b, engrenant les unes avec les autres.
Les deux axes de gicleur 46 s'inscrivent par exemple dans un plan fictif parallèle aux axes de rotation 49a, 49b des roues, mais d'autres orientations peuvent être adoptées pour ces axes, sans sortir du cadre de l'invention.
La forme droite des jets 44 est obtenue dans la plupart des conditions de fonctionnement de la turbomachine, dans lesquelles le lubrifiant est projeté par les buses du gicleur à une pression nominale, ou à une pression supérieure. L'invention présente la particularité d'offrir une conception assurant la lubrification du réducteur 20 même en conditions de basse pression, par exemple durant la phase de démarrage au cours de laquelle le lubrifiant peut présenter une pression inférieure à la pression nominale, lorsqu'il est introduit dans le gicleur.
Pour ce faire, le dispositif d'injection 24 est équipé d'un organe de collecte de lubrifiant 50, agencé sous les buses 42 du gicleur 38. Cet organe 50 est intégré au bloc précité, et il prend la forme d'un réceptacle défini en partie par un fond 52, par la paroi latérale du gicleur située sous les buses 42, et par un barrage de lubrifiant 54 opposé à cette paroi latérale de gicleur. De cette manière, lorsque le lubrifiant est projeté par les buses 42 à une pression inférieure à la pression nominale, il adopte une trajectoire T2 non-droite (typiquement parabolique du fait de la gravité) schématisée sur la figure 5, qui conduit le jet à impacter la surface intérieure du barrage 54 en forme de muret. Après cet impact, le lubrifiant peut s'écouler par gravité jusque dans le fond du réceptacle. Pour une pression d'injection encore plus faible, le lubrifiant adopte une trajectoire T3 moins tendue, l'amenant directement vers le fond 52 du réceptacle. Dans le cas de pression très faibles (non représenté), le lubrifiant peut s'écouler sur la paroi latérale du gicleur dès sa sortie des buses 42, pour rejoindre le fond du réceptacle.
Toutes ces configurations permettent au réceptacle 50 de collecter le lubrifiant projeté à faible pression. En cas de pression nominale ou de pression supérieure à cette pression nominale, la forme sensiblement droite des jets leur fait adopter la trajectoire Tl confondue avec les axes de gicleur 46, du moins dans la partie amont des jets passant au-dessus du barrage 54. A cet égard, il est noté que les axes 46 sont sensiblement affleurant à une surface supérieure 55 du barrage 54, comme cela a été schématisé sur la figure 5. Par conséquent, le barrage ne perturbe pas les jets tant que ceux-ci présentent une pression au moins égale à la pression nominale. En revanche, dès que la pression est inférieure à cette pression nominale, les jets sont stoppés par le barrage 54, qui permet au réceptacle 50 de collecter le lubrifiant.
Pour acheminer le lubrifiant collecté au plus près de l'une des roues dentées du réducteur, l'invention prévoit un conduit de déport 56 communiquant avec le réceptacle 50. Le conduit 56 est réalisé à travers une extension 58 prolongeant le réceptacle 50 en direction de l'espace libre 32 de la roue dentée 27a. L'une des extrémités du conduit de déport 56 communique ainsi avec ce réceptacle, tandis que l'extrémité opposée forme un orifice de sortie de lubrifiant 60 agencé dans l'espace libre 32, comme cela est le mieux visible sur la figure 6. Cet orifice 60 se situe ainsi verticalement au-dessus d'une partie intérieure de la rangée annulaire de dents 27a, au niveau d'une portion inférieure de cette rangée. La direction verticale considérée correspond à la direction de la hauteur, avec la turbomachine présentant son axe 3 sensiblement parallèle au sol (position telle qu'adoptée lorsque l'aéronef est au sol, à l'arrêt). Enfin, il est indiqué que l'orifice 60 est décalé axialement du moyeu 34 de la roue 27a, comme cela est le mieux visible sur la figure 6. Selon l'axe 29a, cet orifice 60 se situe en effet entre le moyeu 34 et une extrémité axiale des dents 30a.
Par conséquent, en s'échappant par l'orifice de sortie 60, le lubrifiant qui n'est plus sous pression tombe par gravité sur l'extrémité intérieure des dents 30a. En cas d'une pression plus élevée, le lubrifiant peut prendre la forme d'un faible jet sortant de l'orifice 60 et impactant le moyeu 34 de la roue 27a. Dans tous les cas, la rotation de la roue 27a permet de répandre le lubrifiant sur toute cette roue, ainsi que sur l'autre roue 27b via la coopération entre leurs dentures en rotation. Néanmoins, le dispositif 24 pourrait également incorporer un système analogue pour lubrifier directement l'autre roue 27b en cas de pression inférieure à la valeur nominale, sans sortir du cadre de l'invention.
Il est entendu que si le système à lubrifier est un système d'engrenages à roues dentées, les roues dentées peuvent comprendre des roues à denture droite (cylindrique), et l'orifice de sortie 60 peut être disposé verticalement au-dessus d'une denture droite d'une roue.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dont la portée est délimitée par les revendications annexées.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Ensemble (22) comprenant un système à lubrifier pour turbomachine d'aéronef, ainsi qu'un dispositif d'injection de lubrifiant (24) sur le système à lubrifier, le dispositif (24) comprenant au moins un gicleur (38) configuré pour projeter du lubrifiant, caractérisé en ce que le dispositif d'injection (24) comporte en outre un organe de collecte de lubrifiant (50) susceptible de collecter du lubrifiant projeté par le gicleur (38) à une pression inférieure à une pression nominale, l'organe de collecte (50) communiquant avec un conduit de déport de lubrifiant (56) présentant à son extrémité au moins un orifice de sortie de lubrifiant (60), le conduit de déport (56) étant configuré pour permettre au lubrifiant qui s'échappe de l'orifice de sortie (60) de tomber par gravité sur une partie du système à lubrifier.
  2. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système à lubrifier est un système d'engrenages (20) comprenant des roues dentées (27a, 27b), et l'orifice de sortie (60) est disposé verticalement au-dessus d'au moins l'une des roues dentées (27a).
  3. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice de sortie de lubrifiant (60) est agencé dans un espace (32) défini intérieurement par une rangée annulaire de dents (30a) de la roue dentée (27a).
  4. 4. Ensemble selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le gicleur (38) est configuré pour projeter du lubrifiant selon au moins un axe de gicleur (46) interceptant une surface de contact des dents (30a) de la roue dentée (27a).
  5. 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gicleur (38) est configuré pour projeter du lubrifiant selon au moins deux axes distincts de gicleur (46, 46) interceptant respectivement une surface de contact des dents (30a, 30b) de deux roues dentées (27a, 27b) du système d'engrenages, les deux roues engrenant préférentiellement l'une avec l'autre.
  6. 6. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système à lubrifier comprend un roulement d'un arbre de la turbomachine, par exemple un arbre de pignon dans un système d'engrenages (20).
  7. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de collecte (50) forme un réceptacle, de préférence défini en partie par un barrage de lubrifiant (54) au-dessus duquel passe chaque axe de gicleur (46, 46).
  8. 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque axe de gicleur (46, 46) est de préférence sensiblement affleurant à une surface supérieure (55) du barrage de lubrifiant (54).
  9. 9. Turbomachine (1) d'aéronef comprenant un ensemble (22) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  10. 10. Procédé de lubrification d'un système à lubrifier compris dans un ensemble (22) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lorsque du lubrifiant est projeté par le gicleur (38) à une pression inférieure à la pression nominale, la lubrification du système est réalisée à l'aide du conduit de déport (56) recevant du lubrifiant provenant de l'organe de collecte (50).
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