FR3095766A1

FR3095766A1 - Dispositif de drainage continu dans un circuit de lubrification comprenant un réservoir de stockage

Info

Publication number: FR3095766A1
Application number: FR1904897A
Authority: FR
Inventors: Pierrot GUILLOU
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2039-05-10
Also published as: FR3095766B1

Abstract

Un circuit de lubrification en continu d’enceintes (4) d’un moteur d’aéronef comprend un réservoir (19) de récupération et de stockage temporaire du lubrifiant, auquel est associée une pompe (29) d’aspiration de son contenu gazeux, qui rejette l’air, asséché par un déshuileur (27) intermédiaire, à l’extérieur du circuit. Les conduits de drainage (11) des enceintes (4) sont dépourvus de pompes individuelles, le drainage consécutif à l’aspiration étant aidé par la gravité. Figure pour l’abrégé : Figure 2.

Description

Dispositif de drainage continu dans un circuit de lubrification comprenant un réservoir de stockage

Le sujet de l’invention est un dispositif de drainage continu dans un circuit de lubrification, comprenant un réservoir de stockage de lubrifiant, ainsi qu’un circuit de lubrification d’enceintes comprenant ce dispositif.

On s’intéresse ici notamment aux moteurs d’aéronef, qui comprennent diverses enceintes à lubrifier continuellement, notamment pour accomplir une récupération de chaleur contrecarrant leur échauffement. Ces enceintes peuvent contenir des paliers de supports des arbres, des boîtes de vitesses ou d’autres équipements. La circulation continuelle en boucle fait intervenir des réservoirs de stockage temporaires, reliés aux équipements par des conduits d’alimentation et des conduits de drainage. Le fluide parcourant les conduits de drainage peut être soit du lubrifiant liquide pur (généralement de l’huile) ou presque, soit un mélange diphasique du lubrifiant en suspension en gouttelettes dans un gaz porteur (généralement de l’air). Il est habituel de pourvoir chacun des conduits de drainage d’une pompe particulière, adaptée aux fluides et aux débits qu’elles font circuler ; le gaz aboutissant au réservoir en ressort par un conduit de sortie et est rejeté hors de la machine après avoir été asséché à un déshuileur ; le lubrifiant s’accumulant au fond du réservoir en est extrait par un conduit d’alimentation unique, muni d’une pompe également unique, et qui se divise en aval de la pompe d’alimentation pour desservir les équipements.

Le document FR 2687329 A décrit un tel dispositif. On peut citer à titre accessoire les documents EP 2199614 A1 et EP 3150265 A1, qui décrivent respectivement une pompe à lubrifiant et un déshuileur intégré, et un réservoir de stockage à déshuileur intégré.

Les circuits de lubrification existants sont complexes et pesants à cause du grand nombre de pièces qu’il leur faut ajouter pour le stockage temporaire de l’huile, le pompage, et la séparation du lubrifiant et de son gaz porteur à différents endroits. L’objet de l’invention est d’atténuer cette complexité et d’obtenir des circuits de lubrification comprenant un moins grand nombre de pièces et donc plus simples et légers.

Sous un premier aspect, elle concerne un dispositif de drainage continu d’enceintes lubrifiées, comprenant un réservoir de stockage de lubrifiant, une pompe de drainage des enceintes vers le réservoir, et un séparateur du lubrifiant et d’un gaz porteur du lubrifiant, dit un déshuileur, le réservoir comprenant des raccordements d’au moins un conduit de drainage menant aux enceintes et d’un conduit d’alimentation par lequel le lubrifiant ressort du réservoir, caractérisé en ce que la pompe de drainage est située sur un conduit d’exutoire du réservoir, se raccordant au réservoir, distinct du ou des conduits de drainage et du conduit d’alimentation, et le déshuileur est placé sur le conduit d’exutoire entre la pompe et le réservoir.

On remplace donc le pompage direct du fluide drainé des enceintes par un pompage par aspiration du contenu supérieur, occupé par du gaz, du réservoir. Le contenu lubrifiant en suspension dans le gaz est séparé par le déshuileur. Le gaz est donc sec en sortant de la pompe et peut être rejeté. L’avantage obtenu est que les pompes habituellement associées à chaque équipement lubrifié pour le drainer sont remplacées par une pompe unique.

La pompe peut avantageusement être une pompe volumétrique, adaptée donc à extraire un débit volumétrique constant de gaz du réservoir.

Certaines caractéristiques permettent d’améliorer le dispositif, notamment en le rendant plus simple et fiable. C’est ainsi que la pompe peut comprendre un arbre d’entrainement qui traverse le déshuileur et entraîne un élément de séparation par centrifugation du déshuileur : le même arbre entraîne alors les deux constituants dynamiques du dispositif.

Un premier filtrage du lubrifiant peut être réalisé, avant qu’il n’atteigne le déshuileur, si le conduit d’exutoire comprend une portion perforée d’entrée qui pénètre dans une portion supérieure du réservoir ; et si le conduit d’exutoire comprend une portion creuse de l’arbre d’entrainement, il peut alors être avantageux que cette portion perforée d’entrée soit solidaire de l’arbre d’entrainement : un dispositif unique peut alors servir à la fois à l’entraînement en rotation des constituants dynamiques du dispositif et à l’aspiration du gaz.

D’après une autre possibilité utile à la compacité du dispositif, celui-ci peut être configuré pour que le réservoir, le déshuileur et la pompe comprennent une enveloppe commune, et le déshuileur comprenne une chambre de récupération de lubrifiant, munie de parois d’interception et de ruissellement du lubrifiant et communiquant avec le réservoir par des perçages de retour du lubrifiant.

D’après une autre disposition avantageuse pour contribuer à la séparation du lubrifiant et du gaz porteur dans le réservoir et à la décantation de celui-là, le réservoir peut comprend deux volumes superposés et séparés par une paroi perforée, le raccordement du conduit d’alimentation donnant dans l’un des volumes, le raccordement de l’au moins un conduit de drainage et le conduit d’exutoire dans l’autre des volumes.

Un autre aspect de l’invention est un circuit de lubrification en continu comprenant au moins une enceinte lubrifiée, un conduit d’alimentation de l’enceinte muni d’une pompe d’alimentation, un conduit de drainage de l’enceinte, le conduit d’alimentation et le conduit de drainage menant à un réservoir, comprenant le dispositif de drainage suivant ce qui précède, ledit réservoir correspondant au réservoir de récupération du dispositif, le dispositif est placé au-dessous de l’enceinte (d’après une direction verticale, quand le circuit de lubrification est à une orientation normale à son fonctionnement), le conduit de drainage est dépourvu de pompe, et le déshuileur et la pompe de drainage surplombent le réservoir (d’après cette direction verticale).

Combinée à la dépression accomplie dans le réservoir par la pompe qui lui est associée, il apparaît que la gravité est suffisante à drainer les équipements des débits souhaités, que le fluide drainé soit liquide ou essentiellement liquide, ou gazeux avec le lubrifiant en suspension. Les conduits de drainage peuvent en général et sans inconvénient se rejoindre avant d’arriver au réservoir, afin de simplifier le circuit et de diminuer le nombre de raccordements au réservoir. On peut envisager un unique raccordement de conduit de drainage au réservoir, résultant de la jonction des conduits de drainage individuels issus des équipements, ou encore une division des conduits de drainage en deux réseaux, aboutissant au réservoir par des raccordements respectifs, le premier réseau étant parcouru essentiellement par le lubrifiant liquide et l’autre des réseaux par le mélange diphasique composé du gaz porteur et du lubrifiant en suspension.

Les différents aspects, caractéristiques et avantages de l’invention, mentionnés ci-dessus et d’autres, seront maintenant décrits plus en détail au moyen des figures suivantes, qui décrivent une réalisation de l’invention, à titre purement illustratif :

illustre cependant un circuit de lubrification classique ;

un circuit de lubrification modifié conformément à l’invention ;

le dispositif de drainage et stockage temporaire.

Le circuit de lubrification de la figure 1 comprend un réservoir de stockage 1 au bas duquel se raccorde un conduit d’alimentation 2 menant à une pompe d’alimentation 3, puis à diverses enceintes 4 lubrifiées comprenant des enceintes de paliers de support d’arbres tournants, des bâches à huile, des boîtes d’engrenage et autres ; ces enceintes 4 appartiennent à l’art connu des turbomachines et ne seront pas décrites plus en détail ici. Le conduit d’alimentation 2 se divise en bifurcations 5 pour desservir chacune d’elles directement, ou par l’intermédiaire d’une autre des enceintes 4. Le circuit comporte un premier déshuileur 6, situé au sommet du réservoir de stockage 1 et auquel se raccorde un conduit d’évacuation d’air huilé 7, qui aboutit à un second déshuileur 8 (qui peut aussi recevoir de l’air huilé originaire de certaines des enceintes 4 par un conduit 9). Le second déshuileur 8 permet d’obtenir un débit d’air (ou plus général de gaz porteur du lubrifiant) sec qui est évacué hors du circuit de lubrification par un conduit de sortie 10. Les enceintes 4 et le second déshuileur 8 possèdent des conduits de drainage 11 qui aboutissent à des pompes de drainage 12. Les pompes de drainage 12 sont chacune associées à une enceinte unique 4, ou éventuellement un petit nombre d’enceintes, et donc aussi nombreuses ou presque qu’elles. Les pompes de drainage 12 et la pompe d’alimentation 3 sont disposées côte à côte de manière à être entraînées par un même arbre 13. Les pompes de drainage 12 alimentent un conduit de retour d’huile 14 qui aboutit au premier déshuileur 6, qui sépare donc du gaz porteur la plus grande partie du lubrifiant en la laissant tomber dans le réservoir de stockage 1. Les caractéristiques de drainage sont donc réglées séparément pour les différentes enceintes 4, en fonction des pompes de drainage 12 qui leur sont respectivement associées et de ses caractéristiques de débit et de pression d’aspiration. Le fluide pompé, différent selon les enceintes 4, peut être soit du lubrifiant liquide pur ou essentiellement pur, soit de l’air huilé, ou plus généralement du gaz porteur contenant une suspension du lubrifiant en gouttelettes.

Le circuit de lubrification modifié d’après l’invention est représenté à la figure 2. On y retrouve la pompe d’alimentation 3 entraînée par l’arbre 13, et la portion du conduit d’alimentation 2 menant aux enceintes 4 par les bifurcations 5 ; le reste du circuit est toutefois modifié, et les conduits de drainage 11, originaires des enceintes 4, confluent ici entre eux pour former deux réseaux de drainage 15 et 16, transportant respectivement du lubrifiant liquide et le mélange diphasique de gaz porteur du lubrifiant en suspension, et qui finissent en deux conduits finaux de drainage 17 et 18 aboutissant au sommet d’un réservoir de stockage 19 modifié selon l’invention. Il est conforme à l’invention que le réservoir de stockage 19 soit placé sous les enceintes 4, c’est-à-dire à une position verticalement inférieure dans une position normale du circuit de lubrification à son fonctionnement et de la machine qui le contient. Le fond du réservoir de stockage 19 est muni d’une portion amont 20 du conduit d’alimentation 2, qui aboutit à la pompe d’alimentation 3. Le gaz porteur parvenant au réservoir de stockage 19 sort du réservoir de stockage 19 et du circuit de lubrification par un conduit d’exutoire 21. Le second déshuileur 8 extérieur est ici omis car inutile.

Le réservoir de stockage 19 et les pièces qui lui sont associés sont décrits à la figure 3. Une enveloppe 22 du réservoir de stockage 19 est traversée des raccordements 23, 24 et 25 des conduits de drainage aval 17 et 18 et du conduit d’alimentation amont 20. Elle comporte une excroissance extérieure 26 qui renferme un déshuileur 27 au-dessus du volume intérieur 27 du réservoir de stockage 19, et une pompe volumétrique 29 au-dessus du déshuileur 27. La pompe volumétrique 29 est entraînée par un arbre d’entrainement 30 qui se prolonge à travers le déshuileur 27 et s’étend dans une portion supérieure 31 du volume intérieur 28 ; il prend là l’aspect d’un axe creux 32 dont la paroi est pourvue de perçages 33 communiquant avec la portion supérieure 31. L’axe creux 32 est soutenu par des paliers 34 et 35 dont l’un est encastré dans l’enveloppe 22 et l’autre est soutenu par une paroi perforée 36 qui s’étend à peu près à mi-hauteur du volume intérieur 28 et sépare sa portion supérieure 31 d’une portion inférieure 37 ; cette paroi perforée 36 correspond à un tranquilliseur d'écoulement, comme il sera développé plus loin. L’arbre d’entrainement 30 peut être un arbre radial d’une turbomachine ou un arbre autonome, raccordé à une boîte d’engrenage ou même à un moteur électrique ; il peut être complètement indépendant de l’arbre 13 entraînant la pompe d’alimentation 3.

Le déshuileur 27 comprend une chambre 38 dans laquelle tourne une membrane 39 ellipsoïdale, munie de perçages 40 et entraînée par l’axe creux 32. La chambre 38 communique avec l’intérieur de la pompe volumétrique 29 par un orifice 41. Le conduit d’exutoire 21 se raccorde au sommet de la pompe volumétrique 29.

Le fonctionnement de l’invention sera maintenant décrit. Le lubrifiant, entrant dans le volume interne 28 du réservoir de stockage 19 par les réseaux de drainage 15 et 16, coule le long de ses parois, ou tombe directement dans la portion inférieure 37, en traversant les perçages de la paroi perforée 36 de tranquillisation. La portion inférieure 37 est le siège d’une atmosphère calme dans laquelle le lubrifiant peut décanter et être soutiré à un état pur par la pompe d’alimentation 3. L’atmosphère de la portion supérieure 31 est un mélange diphasique de gaz porteur et de lubrifiant en suspension que la pompe volumétrique 29 aspire par des perçages 33 de l’axe creux 32. Le mélange s’élève dans la partie creuse 44 l’axe creux 32 et parvient dans le déshuileur 27, en passant par l’intérieur de la membrane 39, qui le soumet à une centrifugation. Les gouttelettes de lubrifiant sont projetées vers la paroi latérale 42 de la chambre 38, ruissellent sur elle et retournent au volume interne 28, à travers des perçages 43 établis à travers l’enveloppe 22 entre lui et le fond de la chambre 38. Le gaz porteur peut alors être considéré comme asséché, avant d’être rejeté par le conduit d’exutoire 21 correspondant à un orifice de refoulement 45 de la pompe volumétrique 29. Le second déshuileur 8 de la conception connue, nécessaire pour compléter l’action du déshuileur 6 intégré au réservoir de stockage 1 qui est soumis à l’arrivée d’un mélange riche en lubrifiant liquide, ne l’est plus ici puisque le déshuileur 27 intégré au réservoir de stockage 19 modifié est parcouru seulement par du gaz changé en gouttelettes, donc à teneur en lubrifiant beaucoup plus réduite, grâce à la décantation dans le volume interne 28.

Il a été constaté que la pompe volumétrique 29 unique, réglée pour extraire un débit volumétrique constant de gaz, permettait à elle seule de produire un drainage suffisant de l’ensemble des enceintes 4, en produisant une régulation des débits extraits de chacune, même en cas jonctions de leurs conduits de drainage 11, à condition de permettre leur écoulement naturel, par gravité, dans le réservoir de stockage 19. Le regroupement des conduits de drainage 11 en deux réseaux 15 et 16 seulement, parvenant au réservoir de stockage 19 par les deux raccordements 23 et 24, pourrait être le meilleur pour satisfaire à un bon écoulement, en maintenant la séparation entre l’état monophasique ou diphasique du fluide drainé.

L’axe creux 32 pourra rester immobile et il n’est d’ailleurs pas nécessaire qu’il s’étende dans le volume interne 28, mais sa rotation, la centrifugation des gouttelettes déposées sur lui, qui en résulte, et la filtration produite par les perçages 33 peuvent améliorer la séparation des deux phases en amont du déshuileur 27.

L’avantage le plus important de l’invention reste la simplification des circuits de lubrification de turbomachines par exemple, comprenant de multiples enceintes lubrifiées, en remplaçant les pompes de drainage, associées à chaque conduit de drainage et un nombre égal ou peu inférieur à celui des enceintes, par une pompe d’aspiration unique à l’exutoire du réservoir de stockage.

Claims

Dispositif de drainage continu d’enceintes lubrifiées d’un moteur d’aéronef, comprenant un réservoir (19) de stockage de lubrifiant, une pompe (29) de drainage des enceintes (4) vers le réservoir, et un séparateur du lubrifiant et d’un gaz porteur du lubrifiant dit un déshuileur (27), le réservoir comprenant des raccordements (23, 24, 25) d’au moins un conduit de drainage menant aux enceintes et d’un conduit d’alimentation par lequel le lubrifiant ressort du réservoir, caractérisé en ce que la pompe de drainage est située sur un conduit d’exutoire (21, 32) du réservoir, se raccordant au réservoir (19) distinct du ou des conduits de drainage et du conduit d’alimentation, et le déshuileur (27) est placé sur le conduit d’exutoire entre la pompe (29) et le réservoir (19).
Dispositif de drainage continu d’enceintes lubrifiées suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe est une pompe volumétrique.
Dispositif de drainage continu d’enceintes lubrifiées suivant l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pompe (29) comprend un arbre d’entrainement (30) qui traverse le déshuileur (27) et entraîne un élément (39) de séparation par centrifugation du déshuileur (27).
Dispositif de drainage continu d’enceintes lubrifiées suivant l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit d’exutoire (32) comprend une portion perforée (33) d’entrée, pénétrant dans une portion supérieure (31) du réservoir (19).
Dispositif de drainage continu d’enceintes lubrifiées suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit d’exutoire (32) comprend une portion creuse (44) de l’arbre d’entrainement (30), et la portion perforée d’entrée (33) est solidaire de l’arbre d’entrainement.
Dispositif de drainage continu d’enceintes lubrifiées suivant l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le réservoir (19), le déshuileur (27) et la pompe (29) comprennent une enveloppe (22) commune, et le déshuileur (27) comprend une chambre (38) de récupération de lubrifiant, munie de parois (42) d’interception et de ruissellement du lubrifiant et communiquant avec le réservoir par des perçages (43) de retour du lubrifiant.
Dispositif de drainage continu d’enceintes lubrifiées suivant l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réservoir comprend deux volumes (31, 37) superposés et séparés par une paroi perforée (36), le raccordement (25) du conduit d’alimentation donnant dans l’un des volumes, le raccordement (23, 24) de l’au moins un conduit de drainage, et le conduit d’exutoire (21, 32), donnant dans l’autre des volumes.
Circuit de lubrification en continu comprenant au moins une enceinte lubrifiée (4) d’un moteur d’aéronef, un conduit d’alimentation (2, 20) de l’enceinte muni d’une pompe d’alimentation (3), un conduit de drainage (11) de l’enceinte, le conduit d’alimentation et le conduit de drainage menant à un réservoir, caractérisé en ce qu’il comprend le dispositif de drainage suivant l’une quelconque des revendications précédentes, ledit réservoir correspond au réservoir de récupération du dispositif, le dispositif est placé au-dessus de l’enceinte d’après une direction verticale dans une orientation normale du circuit, le conduit de drainage est dépourvu de pompe, et le déshuileur et la pompe de drainage surplombent le réservoir dans ladite direction verticale.
Circuit de lubrification en continu suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité d’enceintes lubrifiées, munies de conduits de drainages respectifs qui confluent hors du réservoir, le réservoir comprenant un unique raccordement de conduit de drainage.
Circuit de lubrification en continu suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité d’enceintes lubrifiées, munies de conduits de drainages respectifs qui confluent hors du réservoir, le réservoir comprenant un unique raccordement de conduit de drainage hors du réservoir en formant deux réseaux (15, 16) de drainage, le réservoir comprenant deux raccordements de conduits de drainage respectivement raccordés aux réseaux, l’un des réseaux transportant du lubrifiant sans le gaz porteur, l’autre des réseaux transportant un mélange du lubrifiant et du gaz porteur.