FR3098258A1

FR3098258A1 - Pompe à engrenages basculante pour turbomachine, incorporable à un circuit de lubrification de moteur d’aéronef

Info

Publication number: FR3098258A1
Application number: FR1907392A
Authority: FR
Inventors: Emmanuel Fabrice Marie BARET; Serge René Morreale
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2039-07-03
Also published as: FR3098258B1

Abstract

La pompe comprend un corps mobile (22) en rotation dans un corps immobile (21), qui bascule entre deux positions de butée (28, 29) opposées, tout en opérant une commutation de jonction de conduits (32, 33, 34, 35) selon le sens de rotation, qui peut s’inverser, des roues dentées (25, 26) de cette pompe à engrenage. Le basculement s’opère simplement par la résultante des forces de pression du fluide entre l’admission et le refoulement. On obtient un sens de circulation invariable de l’huile vers un équipement à lubrifier (9), indépendamment d’inversions de sens de rotation de l’engrenage. Figure pour l’abrégé : Figure 4.

Description

Pompe à engrenages basculante pour turbomachine, incorporable à un circuit de lubrification de moteur d’aéronef

L’invention présente concerne une pompe à engrenages basculante pour turbomachine, qu’on peut incorporer à un circuit de lubrification de moteur d’aéronef.

Une application, toutefois non exclusive, qu’on peut envisager pour elle est la lubrification auxiliaire de certains équipements de moteur d’aéronef, comme des boîtes de réducteurs de vitesses qu’il faut lubrifier en permanence. Une application particulièrement envisagée, sans être non plus exclusive, est la lubrification d’un réducteur de vitesse situé entre deux corps tournants du moteur, comme un arbre de soufflante et un arbre d’un corps basse pression du moteur, qui tournent à un rapport de vitesse fixe. De tels équipements comprennent souvent un circuit principal de lubrification, et un circuit auxiliaire auquel on s’intéresse plus particulièrement ici et dont la pompe est entraînée par un des arbres entre lesquels le réducteur de vitesse est placé.

Les équipements doivent être lubrifiés en toutes circonstances quand le rotor principal tourne pour éviter leur endommagement, mais certaines circonstances particulières peuvent empêcher le fonctionnement normal de la pompe responsable de la lubrification principale. Cela peut être le cas si le corps tournant qui l’entraîne tourne dans le sens inverse du sens habituel, en aspirant alors l’huile présente dans le réducteur et la refoulant dans la bâche d’alimentation, tandis que le réducteur reste entraîné. Cela peut se produire dans des conditions de roue libre (« wing milling ») des corps tournants du moteur, par exemple au sol sous l’effet du vent ou en vol à moteur éteint, quand la soufflante peut tourner en sens inverse du sens normal.

Le sujet premier de l’invention est une pompe à engrenages perfectionnée, conçue pour assurer la circulation du fluide qu’elle refoule dans un sens uniforme, quel que soit le sens de rotation de l’arbre qui la meut. La lubrification de l’équipement subsiste donc en toutes circonstances, et même si le circuit principal de lubrification est arrêté.

D’autres avantages de l’invention sont une certaine simplicité et légèreté de la pompe, en comparaison par exemple à un dispositif auquel on pourrait facilement penser et qui comprendrait deux pompes dont chacune serait conçue pour assurer la lubrification dans un sens respectif de rotation de l’arbre moteur.

Sous une forme générale, la pompe à engrenages pour turbomachine comprend un corps mobile tournant sur le corps immobile autour d’un axe de rotation entre deux positions de butée opposées, le corps mobile contenant une chambre de pompage occupée par un engrenage de pompage, l’engrenage comprenant une roue dentée motrice ayant un axe de rotation coïncidant avec l’axe de rotation du corps mobile, le corps immobile comprenant deux raccords à des conduits, le corps mobile comprenant un conduit passant la chambre de pompage et possédant deux extrémités opposées, les extrémités se joignant chacune respectivement à un des raccords à une première des positions de butée, et à un autre des raccords à une seconde des positions de butée.

Le corps mobile et le corps immobile peuvent comprendre une interface de glissement où ils sont en contact ou quasi-contact, et les raccords et extrémités peuvent alors avantageusement déboucher à cette interface en se joignant, ce qui réduit les difficultés de maintien d’étanchéité aux commutations de connexion. Cette interface de glissement peut être circulaire pour assurer la concentricité des corps, ou plane pour assurer leur maintien l’un sur l’autre.

Une construction plausible est caractérisée en ce que le corps immobile comprend un rebord extérieur circulaire de centrage du corps mobile, qui est circulaire, et dans lequel le corps mobile tourne, et l’interface de glissement est à une face intérieure radialement du corps immobile et une face extérieure, radialement, du corps mobile.

L’invention est aussi relative à un circuit de lubrification de moteur d’aéronef comprenant une telle pompe où la roue dentée est entraînée par un élément du rotor du moteur qui est susceptible de tourner dans deux sens opposés.

Cet élément de rotor peut porter un compresseur et/ou un Fan d’entrée du moteur, plus facilement sujet au « windmilling ».

L’invention est encore relative à un moteur d’aéronef comprenant un tel circuit de lubrification comme circuit auxiliaire de lubrification d’un réducteur du rotor.

L’art antérieur relatif aux dispositifs à inversion de sens de rotation d’un moyen moteur d’une pompe de lubrification comprend les documents US 2016/222975 A1, US 2017/122330 A1, et US 2016/146048 A1. Ces dispositifs sont plus compliqués que celui de l’invention ; le troisième, qui est le plus proche car il repose sur l’emploi d’une pompe unique, a néanmoins l’inconvénient de nécessiter des conduits supplémentaires équipés de clapet anti-retour qu’on veut éviter ici.

L’invention sera maintenant décrite dans ses différents aspects, caractéristiques et avantages, au moyen des figures suivantes, qui en illustrent une réalisation purement illustrative :

est une vue générale d’un moteur d’aéronef indiquant une position possible de l’invention,

représente plus précisément les alentours de la pompe,

une vue en transparence de la pompe,

un premier état de la pompe,

un autre état de la pompe,

une vue partielle du premier état d’une deuxième réalisation,

une vue partielle du deuxième état de la deuxième réalisation,

une vue en coupe diamétrale de la deuxième réalisation.

On se reporte à la figure 1. Une turbomachine qui est un moteur d’aéronef comprend, dans une nacelle 1 annulaire, un stator 2 aussi annulaire, et un rotor 3 tournant dans un évidement central du stator 2, ce rotor 3 comprenant un corps basse pression 4 et un corps haute pression 5 concentriques. Le corps basse pression 4 est prolongé par une soufflante 6 à l’amont de la turbomachine et de l’écoulement des gaz qui la traverse. La turbomachine comprend des compresseurs, une chambre de combustion et des turbines, qui sont des éléments classiques sur lesquels on ne reviendra pas, en aval de la soufflante 6. La réalisation représentée comprend une veine primaire 7 principale, s’étendant autour du rotor 3 et entourée par le stator 2, et une veine secondaire 8 entourant le stator 2 et entourée par la nacelle 1, et la soufflante 6 s’étend devant la veine primaire 7 comme devant la veine secondaire 8 ; mais cette configuration n’est pas nécessaire pour implanter l’invention.

Un réducteur 9 de vitesse relie les rotations du corps basse pression 4 à celles de la soufflante 6, et il doit être lubrifié en permanence dès qu’il n’est plus à l’arrêt. On dispose donc un circuit de lubrification (un circuit auxiliaire, en sus d’un autre circuit, qui est un circuit principal que l’invention ne modifie pas), représenté sommairement à la figure 2, et qui comprend une bâche à huile 10 d’alimentation, un conduit de lubrification 11 originaire de la bâche à huile 10, s’étendant jusqu’au réducteur 9 et comprenant une pompe 12, qu’il traverse, chargée d’assurer la circulation de l’huile vers le réducteur 9. La pompe 12 est entraînée par des engrenages extérieurs 13 à partir d’une denture 14 dépendant d’un arbre de soufflante 15, entraîné par la soufflante 6 et connecté au réducteur 9. Le corps basse pression 4 est aussi connecté au réducteur 9. La pompe 12 peut être adjacente à un roulement 16 servant au support de l’arbre de soufflante 15 par une portée cylindrique 17 du stator 2, sans que cela soit essentiel.

La pompe 12 va maintenant être décrite en premier lieu au moyen de la figure 3. Elle comporte un corps immobile 21 boulonné au stator du moteur, et un corps mobile 22 circulaire, en forme de disque dans un logement également circulaire, délimité par un rebord extérieur 23 du corps immobile 21. Le corps mobile 22 contient une chambre de pompage 24 occupée par un engrenage composé de deux roues dentées 25 et 26. La première des roues dentées 25 est placée au centre du corps mobile 22. Il s’agit d’une roue motrice, entraînée par un axe 27 menant aux engrenages extérieurs 13 et entraîné par eux. La seconde roue dentée 26 de l’engrenage est entraînée par la première et occupe une position excentrée dans le corps mobile 22. Comme le rebord extérieur 23 est circulaire, de même que le bord de corps mobile 22, celui-ci peut tourner dans le corps immobile 21 autour d’un axe de rotation coïncidant avec celui de l’axe 27 et de la première roue dentée 25. Le mouvement de corps mobile 22 est toutefois limité par deux butées 28 et 29 établies à la périphérie du corps mobile 22 et qui peuvent heurter tour à tour un taquet 30 sur le rebord extérieur 23.

On aborde les figures 4 et 5. Un conduit de pompage 31 est creusé dans le corps mobile 22, passe par la chambre de pompage 24, et ses extrémités opposées 32 et 33 s’ouvrent à la périphérie du corps mobile 22. Et le corps immobile 21 est pourvu de deux raccords 34 et 35 à deux portions 11a et 11b du conduit de lubrification 11, dont la première aboutit à la bâche à huile 10 et la seconde au réducteur 9. Les raccords 34 et 35, ainsi que les extrémités du conduit de pompage 31, débouchent donc à une interface de glissement 39, ici circulaire et assurant leur concentricité, du corps mobile 22 et du corps immobile 21.

La position représentée à la figure 4 illustre un premier état de la pompe 12, dans lequel une première des butées 28 repose sur le taquet 30 (solidaire du corps 21) et la roue dentée motrice 25 tourne dans le sens trigonométrique. Les extrémités 32 et 33 du conduit de pompage 31 se joignent alors respectivement au premier raccord 34 et au second raccord 35. Comme la circulation du lubrifiant est causée par le mouvement de rotation des roues dentées 25 et 26, qui entraînent le liquide au bord de la chambre de pompage 24, la circulation s’établit de la seconde extrémité 33 à la première extrémité 32, en aspirant du lubrifiant de la bâche à huile 10 pour le refouler vers le réducteur 9, ce qui correspond au fonctionnement normal et recherché du dispositif. La pression étant plus forte du côté du refoulement que du côté d’aspiration, la résultante de ses forces dans la chambre de pompage 24 (l’influence de la pression dans le conduit de pompage 31 étant négligeable) s’exerce vers le haut de la figure 4 et se traduit par un moment de rotation du corps mobile 22 dans le sens trigonométrique, qui maintient la première butée 28 sur le taquet 30.

Mais si la rotation de l’axe 27 s’inverse, ainsi que le sens de rotation des roues dentées 25 et 26, la résultante des forces de pression s’inverse aussi, et fait basculer le corps mobile 22 dans le sens horaire, jusqu’à ce que la seconde butée 29 repose sur le taquet 30, donnant alors l’état de la figure 5. On observe que la première extrémité du conduit de pompage 31 se joint maintenant au premier raccord 34, et la seconde extrémité 33 au second raccord 35. Comme le sens de pompage dans la chambre de pompage 24 s’est aussi inversé, l’inversion des connexions a pour effet que le sens de circulation de l’huile s’effectue toujours de la bâche à huile 10 au réducteur 9 par la portion 11a du conduit de lubrification 11, puis le conduit de pompage 31, puis la portion 11b. Le sens normal de circulation est donc maintenu quel que soit le sens de rotation de l’axe 27, après un bref basculement du corps mobile 22 à chaque inversion éventuelle du sens de rotation de l’axe 27.

Dans les réalisations usuelles, le basculement s’effectue dans un petit angle, d’une dizaine de degrés environ. Les extrémités 32 et 33, et les raccords 34 et 35, sont répartis à des positions angulaires écartées en conséquence. Cela peut être rendu possible par une bifurcation d’une des extrémités 32 ou 33 ou d’un des raccords 34 et 35, ici une bifurcation du premier raccord 34, dont une première branche 36 se joint à la seconde extrémité 33 à l’état de la figure 4, et une seconde branche 37 à l’extrémité 32 à l’état de la figure 5.

Le corps mobile 22 peut être posé sur une face de fond du corps immobile 21 par des billes ou d’autres moyens permettant une rotation facile. Le conduit de pompage 31, de même que les raccords 34 et 35 peuvent pour leur plus grande partie s’étendre dans un même plan.

Dans une variante différente de réalisation, représentée aux figures 6 à 8, les raccords 34’ et 35’ s’étendant toutefois sous le corps mobile 22, et comprennent, le conduit de pompage 31’, des extrémités coudées 38 perpendiculaires au reste et orientées vers une interface de glissement 40 plane séparant la face de fond du corps immobile 21 et la face inférieure du corps mobile 22. Un jeu réduit ou nul sépare les corps 21 et 22 à cette interface de glissement 40, qui peut donc contribuer au support du corps mobile 22 par le corps immobile 21, selon le montage. Les problèmes d’étanchéité sont encore réduits avec cette conception. Cette configuration n’interdit en rien l’utilisation d’éléments additionnels d’étanchéités (aux interfaces des conduits), sans qu’ils soient toutefois obligatoires. Une autre différence de la conception précédente est que les raccords 34’ et 35’ sont tous deux munis d’une bifurcation, et qu’ils sont identiques, et désignés en symétrie dans le corps immobile 21. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est le même que le précédent : les commutations de sens de rotation de l’axe moteur de la pompe 12 produisent une inversion de la force intérieure résultante de pression, en basculement du corps mobile 22, et une interversion de connexions entre chacun des raccords 34’ et 35’ et chacune des extrémités du conduit de pompage 31, afin de maintenir un sens de circulation invariable du lubrifiant dans le conduit de lubrification 11.

Claims

Pompe à engrenages pour turbomachine, comprenant un corps immobile (21), un corps mobile (22) tournant sur le corps immobile autour d’un axe de rotation entre deux positions de butée (23, 29) opposées, le corps mobile contenant une chambre de pompage (24) occupée par un engrenage (25, 26) de pompage, l’engrenage comprenant une roue dentée motrice (25) ayant un axe de rotation coïncidant avec l’axe de rotation du corps mobile, le corps immobile (21) comprenant deux raccords (34, 35, 34’, 35’) à des conduits (11a, 11b), le corps mobile (22) comprenant un conduit de pompage (31, 31’) passant par la chambre de pompage et possédant deux extrémités (32, 33) opposées, les extrémités se joignant chacune respectivement à un des raccords à une première des positions de butée, et à un autre des raccords à une seconde des positions de butée.
Pompe à engrenages selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’un au moins des raccords (34), ou l’une au moins des extrémités, est bifurqué (36, 37).
Pompe à engrenages selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les raccords et les extrémités donnent sur une interface de glissement du corps mobile et du corps immobile, et l’interface de glissement est circulaire.
Pompe à engrenages selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les raccords et les extrémités donnent sur une interface de glissement du corps mobile et du corps immobile, et l’interface de glissement est plane.
Pompe à engrenages selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps immobile (21) comprend un rebord extérieur (23) circulaire de centrage du corps mobile, qui est circulaire, et dans lequel le corps mobile (22) tourne, et l’interface de glissement est à une face intérieure radialement du corps immobile et une face extérieure, radialement, du corps mobile.
Circuit de lubrification de moteur d’aéronef, comprenant une pompe selon l’une quelconque des revendications précédentes, la roue dentée motrice (25) étant entraînée par un élément du rotor du moteur qui est susceptible de tourner dans deux sens opposés.
Moteur d’aéronef comprenant le circuit de lubrification selon la revendication 6, où l’élément de rotor porte un compresseur d’entrée du moteur.
Moteur d’aéronef selon l’une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le circuit de lubrification est un circuit auxiliaire de lubrification d’un réducteur du rotor.
Moteur d’aéronef selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l’équipement (9) est un réducteur de vitesse de rotation, et le corps tournant (15, 6) est un corps de soufflante (6) de la turbomachine, le réducteur étant placé entre le corps de soufflante et un corps basse pression (4) de la turbomachine.
Moteur d’aéronef selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l’équipement (9) est un réducteur de vitesse de rotation, et le circuit de lubrification comprend encore une bâche à huile (10) d’alimentation, et un conduit de lubrification (11) originaire de la bâche à huile (10), s’étendant jusqu’au réducteur (9) et qui traverse la pompe (12).
Moteur d’aéronef selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la pompe (12) est adjacente à un roulement (16) servant de support à un arbre (15) porteur d’une denture (14) reliée à des engrenages (13) entraînant la pompe (12).