FR3108943A1

FR3108943A1 - Boitier d’engrenages pour turbomachine, turbomachine associée

Info

Publication number: FR3108943A1
Application number: FR2003298A
Authority: FR
Inventors: Boris Pierre Marcel MORELLI; Jordane Emile André Peltier
Original assignee: Safran Transmission Systems SAS
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2040-04-02
Also published as: FR3108943B1

Abstract

BOITIER D’ENGRENAGES POUR TURBOMACHINE , TURBOMACHINE ASSOCIÉE L’invention se rapporte à un boitier d’engrenages (100) pour turbomachine comprenant un carter (101), des pignons (110, 111) engrenés les uns avec les autres et disposés à l’intérieur du carter (101), le carter (101) comprenant une paroi extérieure (102) et une paroi intérieure (103) espacées d’une distance (d) de manière à former un passage intermédiaire (106), la paroi intérieure (103) comprenant une pluralité d’orifices (104) débouchants dans le passage intermédiaire (106). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3

Description

BOITIER D’ENGRENAGES POUR TURBOMACHINE, TURBOMACHINE ASSOCIÉE

DOMAINE DE L'INVENTION

L’invention se rapporte au domaine général des turbomachines.

L’invention concerne plus particulièrement un boitier d’engrenages pour turbomachine. En outre, l’invention se rapporte à une turbomachine comportant ledit boitier d’engrenages.

ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION

Dans une turbomachine, une partie de la puissance générée est utilisée pour entraîner différents accessoires, nécessaires au fonctionnement de la turbomachine, tels qu’un générateur électrique, une pompe de lubrification ou encore une pompe à carburant. Pour ce faire, la turbomachine comporte généralement un boitier d'engrenages d'entrée (IGB : Inlet Gear Box), un arbre d'entraînement radial (RDS : Radial Drive Shaft), un boîtier d'engrenages de transfert (TGB : Transfer Gear Box) et un boitier d'engrenages d'accessoires (AGB : Accessory Gear Box) supportant les différents accessoires. Lorsque l'arbre moteur est entraîné en rotation, il entraine mécaniquement les différents accessoires par l'intermédiaire de l’IGB, du RDS, du TGB puis de l’AGB. L’IGB et le TGB assurent un renvoi d'angle qui permet de passer d’un système de rotation longitudinal à un système de rotation transversal par des mécanismes d’engrenages.

La figure 1 est une vue en coupe axiale d’un exemple de TGB de turbomachine de l’état de la technique.

En référence à la figure 1, le TGB 50 comprend un carter 51 à l’intérieur duquel un pignon 52 conique est engrené avec un autre pignon 53 conique pour former un renvoi d’angle. La lubrification et le refroidissement des pignons 52, 53 sont assurés par des moyens de pulvérisation (non représentés) configurés pour pulvériser de l’huile, illustrée par une flèche en trait discontinu, notamment en direction de la denture 54, 55 des pignons 51, 52. Après usage, l’huile est aspirée et collectée par des moyens de récupération 56 disposés au fond du TGB 50.

Afin d’éviter les problèmes de barbotage et de barattage, la denture 54, 55 de chacun des pignons 52, 53 est en partie carénée par un déflecteur 57, 58. Le déflecteur 57, 58 assure la séparation du flux d’air chaud généré par la rotation des pignons 52, 53, illustré par une flèche en trait plein, des écoulements d’huile dans le TGB 50 afin d’éviter que des gouttelettes d’huile ne soit piégées dans le flux d’air chaud et conduise à leur échauffement.

Cependant, malgré la présence des déflecteurs 57, 58, il subsiste des problèmes de circulation et de rétention d’huile dans le TGB 50 qui sont responsables de l’échauffement des composants, notamment des pignons 52, 53, et d’une augmentation des pertes de charges dans le TGB 50.

Dans ce contexte, l’invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique identifiés ci-dessus, notamment en proposant une solution permettant de limiter la rétention d’huile dans un boitier d’engrenages de turbomachine.

Ainsi l’invention selon un premier aspect concerne un boitier d’engrenages pour turbomachine comprenant un carter, deux pignons engrenés ensemble et disposés à l’intérieur du carter, le carter comprenant une double paroi formée par une paroi extérieure et une paroi intérieure, espacées l’un de l’autre d’une distance d de manière à délimiter un passage de drainage d’huile entre la paroi extérieure et la paroi intérieure, la paroi intérieure étant destinée à recevoir de l’huile de lubrification des pignons et comprenant une pluralité d’orifices débouchants dans le passage intermédiaire de drainage d’huile débouchant à l’extérieur du carter.

L’invention selon le premier aspect permet de résoudre les problèmes préalablement cités.

Grâce aux orifices ménagés dans la paroi intérieure du carter, l’huile projetée par les pignons sous l’effet de la force centrifuge et/ou en suspension dans le boitier d’engrenages est isolée du flux d’air chaud généré par la rotation des pignons lors de son passage à travers lesdits orifices. L’huile isolée du flux d’air chaud est ensuite collectée dans le passage intermédiaire de drainage d’huile avant son évacuation.

Ainsi, la solution selon l’invention permet d’améliorer la récupération, la circulation ainsi que le drainage de l’huile dans le boitier d’engrenages. En outre, elle permet de diminuer la rétention d’huile dans le boitier d’engrenages et donc de réduire les pertes de charges et d’échauffement dans le boîtier d’engrenages.

Par ailleurs, il s’agit d’une solution simple et peu couteuse dans la mesure où il suffit d’ajouter au carter d’un boitier d’engrenages classique, une paroi supplémentaire munie d’orifices, i.e. la paroi intérieure, participe à une meilleure récupération, une meilleure circulation et un meilleur drainage de l’huile dans le boitier d’engrenages.

Le boitier d’engrenages selon le premier aspect de l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le passage de drainage d’huile est raccordé à une ouverture ménagée dans la paroi extérieure et qui débouche à l’extérieur du carter.

Selon un mode de réalisation non limitatif, les orifices présentent une forme circulaire.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le boitier comprend des moyens d’aspiration de l’huile de lubrification des pignons située dans le passage de drainage d’huile.

Selon un mode de réalisation non limitatif, les moyens d’aspiration comportent une pompe.

Selon un mode de réalisation non limitatif, la paroi interne comprend une première portion et une deuxième portion reliées entre-elles par un coude, la première portion de la paroi interne s’étendant au droit d’un des deux engrenages et la deuxième portion de la paroi s’étendant au droit de l’autre des deux engrenages.

Selon un mode de réalisation non limitatif, les orifices sont arrangés selon une structure lattice. Une structure lattice est formée par un motif géométrique élémentaire qui se répète de manière périodique dans l'espace. En particulier une structure lattice peut être une matrice d’orifices mais d’autres structures de type lattice pourraient également être utilisées.

Selon un mode de réalisation non limitatif les orifices de la paroi intérieure sont arranges en matrice de sorte à recevoir l’huile de lubrification des pignons.

Par ailleurs, selon un deuxième aspect, l’invention se rapporte à une turbomachine comportant au moins un boitier d’engrenages selon le premier aspect de l’invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :

est une vue en coupe axiale d’un boitier d’engrenages selon l’art antérieur,

est une vue en coupe axiale d’une turbomachine comprenant au moins un boitier d’engrenages selon l’invention,

est une vue en coupe axiale d’un boitier d’engrenages selon un mode de réalisation de l’invention.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

L’invention concerne un boitier d’engrenages 100 pour turbomachine 1.

La figure 2 représente de façon schématique une coupe longitudinale d’une turbomachine 1 à double flux comportant au moins un boitier d’engrenages 100 selon l'invention.

Dans la suite de la description, les termes « interne », « externe », « radial » et « axial » sont utilisés en référence à la position d'une pièce ou d’une surface par rapport à l’axe longitudinal X-X de la turbomachine 1. En outre, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence au sens d’écoulement du flux d’air dans la turbomachine 1 illustré sur la figure 2 par une flèche. En outre, on entend par « pignons », tous types de pièces mécaniques dentées et destinées à coopérer avec une ou plusieurs pièces dentées afin de transmettre un mouvement de rotation.

La turbomachine 1 d'axe longitudinal X-X comporte un carter de soufflante 2, un corps basse-pression 3, un corps haute-pression 4, une chambre de combustion 5 ainsi qu’un boîtier d'entraînement d'accessoires 6, appelé AGB. Le boitier d’entrainement d’accessoires 6 entraine mécaniquement différents accessoires (non représentés) tels qu’une pompe à carburant, un générateur électrique, une pompe de lubrification, une pompe hydraulique, un démarreur etc. de la turbomachine 1.

Le corps basse-pression 3 comporte un arbre basse-pression 7 centré sur l'axe longitudinal X-X de la turbomachine 1, une soufflante 8 montée sur l'extrémité amont de l'arbre basse-pression 7, un compresseur basse-pression 9 fixé sur la soufflante 8, en aval de celle-ci, et une turbine basse-pression 20 montée sur l'extrémité aval de l'arbre basse-pression 7. Le corps haute-pression 4 comporte un arbre haute-pression 21 disposé concentriquement autour de l'arbre basse-pression 7, un compresseur haute-pression 23 monté sur l'arbre haute-pression 21 et une turbine haute-pression 24 montée sur l'extrémité aval de l'arbre haute-pression 21. Les compresseurs 9, 23 et turbines 20, 24 des corps basse pression 3 et haute pression 4 de la turbomachine 1 ont été représentés avec une unique rangée d'aubes afin de faciliter leur compréhension.

Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 2, l’AGB 6 est positionné vis-à-vis de l’axe longitudinal X-X radialement à l’extérieur du carter de la soufflante 2. Naturellement, l’AGB pourrait être disposé autre part, par exemple dans la nacelle ou encore dans la zone dite « core » de la turbomachine 1. Le train d’engrenages de l’AGB 6 est entraîné en rotation par l'intermédiaire d’un boitier d'engrenages d'entrée 35 appelé IGB, d’un arbre d’entrainement radial 25 et d’un boitier d'engrenage de transfert 36 appelé TGB.

En particulier, l’arbre haute-pression 21 de la turbomachine 1 est relié à l’arbre d’entrainement radial 25 par l’intermédiaire de l’IGB 35. L’IGB 35 comprend un carter 30 à l’intérieur duquel sont logés un pignon d’entrée 26 monté sur une extrémité radialement externe de l’arbre d’entrainement radial 25 et un pignon de sortie 22 monté sur une extrémité amont de l'arbre haute-pression 21. Le pignon de sortie 22 de l’arbre haute-pression 21 est engrené avec le pignon d’entrée 26 de l’arbre d’entrainement radial 25 de manière à former un renvoi d’angle de sorte que la rotation de l'arbre haute-pression 21 autour de l'axe X-X entraine une rotation de l’arbre d’entrainement radial 25 autour de son axe de rotation Y-Y.

Par ailleurs, l’arbre d’entrainement radial 25 est relié à l’arbre d’entrée 29 par l’intermédiaire du TGB 36. En particulier, le TGB 36 comprend un carter 31 à l’intérieur duquel sont logés un pignon de sortie 27 monté sur l’extrémité radialement interne de l’arbre d’entrainement radial 25 et un pignon d’entrée 28 monté sur une extrémité aval de l’arbre d’entrée 29. Le pignon de sortie 27 de l’arbre d’entrainement radial 25 est engrené avec le pignon d’entrée 28 de l’arbre d’entrée 29 de l’AGB 6 en formant un renvoi d'angle de sorte que la rotation de l’arbre d’entrainement radial 25 autour de l’axe Y-Y entraine la rotation de l’arbre d'entrée 29 autour de son axe de rotation Z-Z.

Dans la suite de la description, on entend par « boitier d’engrenages » aussi bien l’IGB, que l’AGB ou le TGB de la turbomachine 1. De manière générale, le terme « boitier d’engrenages » désigne tous types de boitier de turbomachine comprenant un ou plusieurs mécanisme(s) d’engrenages. En outre, les pignons 110, 111 et le carter 101 du boitier d’engrenages 100 décrit ci-après peuvent être aussi bien les pignons et le carter de l’IGB, de l’AGB ou du TGB.

La figure 3 représente une coupe axiale d’un boitier d’engrenages 100 selon un mode de réalisation de l’invention.

Comme on peut le voir sur la figure 3, le boitier d’engrenages 100 comporte un carter 101 à l’intérieur duquel sont disposés un premier pignon 110 et un deuxième pignon 111 coniques, d’axes de rotation, respectivement, A et B. Naturellement, les pignons 110, 111 peuvent présenter une autre forme, par un exemple il peut s’agir de pignons droits. En outre, le boitier d’engrenages 100 peut comprendre plus de deux pignons.

Par ailleurs, le premier pignon 110 et le deuxième pignon 111 comportent une denture 112, 113 et un fût 114, 115. Selon le mode de réalisation de la figure 3, la denture 112, 113 est hélicoïdale et le fût 114, 115 est un arbre creux. Le premier pignon 110 et le deuxième pignon 111 sont guidés en rotation par des paliers à roulements 130, 131 montés sur le fût 114, 115, respectivement, du premier pignon 110 et du deuxième pignon 111. La denture 112, 113 des premier et deuxième pignons 110, 111 est en partie carénée par un déflecteur 120, 121.

La lubrification et le refroidissement des pignons 110, 111 sont assurés par des moyens de pulvérisation (non représentés) qui projettent de l’huile froide, représentée par des flèches en trait discontinu, en direction des paliers à roulements 130, 131 et des dentures 112, 113 des pignons 110, 111. Après usage, l’huile projetée par les premier et deuxième pignons 111, 112 est recueillie au fond du boitier d’engrenages 100 par des moyens de récupération 105. Avantageusement, les moyens de récupération 105 comportent une pompe (non représentée) qui permet d’aspirer l’huile vers le fond du boitier d’engrenages 100.

Par ailleurs, le carter 101 comprend une paroi extérieure 102 et une paroi intérieure 103 fixée à la paroi extérieure 102 de sorte à former une double paroi. À noter que les termes « intérieure », « extérieure » à l’intérieur et l’extérieur du boitier d’engrenage. On comprendra ainsi que la paroi intérieure 103 est plus proche des pignons 110, 111 que la paroi extérieure 102.

La paroi intérieure 103 est en vis-à-vis de la paroi extérieure 102 et s’étend de manière sensiblement parallèle à celle-ci. La paroi extérieure 102 et la paroi intérieure 103 délimitent un passage dit de drainage d’huile 106. Avantageusement, la paroi extérieure 102 et la paroi intérieure 103 sont espacées d’une distance d correspondant à la largeur du passage de drainage d’huile 106. Selon le mode de réalisation illustré à la figure 3, la paroi intérieure 103 s’étend à l’intérieur du boitier d’engrenages selon une distance inférieure à la distance selon laquelle s’étend la paroi extérieure 102, la paroi extérieure délimitant la surface externe du boitier d’engrenages. Plus précisément, une partie du carter 101 du boitier d’engrenages est formée d’une seule paroi, i.e. la paroi extérieure 102, tandis que l’autre partie du carter 101 du boitier d’engrenages est formée d’une double paroi, i.e. la paroi extérieure 102 et la paroi intérieure 103. Comme on peut le voir sur la figure 3, la paroi intérieure 103 s’étend au droit des pignons 110, 111.. Dans une variante de réalisation non illustrée, l’ensemble du carter 101 est formé d’une double paroi, i.e. la paroi extérieure 102 et la paroi intérieure 103.

En outre, la paroi intérieure 103 comprend des orifices 104 débouchants dans le passage de drainage d’huile 106. Avantageusement, les orifices 104 sont configurés pour isoler l’huile projetée par les pignons 110, 111 du flux d’air généré par la rotation des pignons 110, 111. Avantageusement, les pignons 110, 111 sont disposés à proximité de la paroi intérieure 103 du carter 101, de sorte qu’après usage, l’huile projetée par les pignons 110, 111 soit évacuée directement dans le passage de drainage d’huile 106. Les ouvertures 104 ménagées dans la paroi intérieure 103 présentent, de préférence, une forme circulaire. Naturellement, les ouvertures 104 peuvent présenter une autre forme, par exemple elliptique, carrée etc. En outre, la paroi intérieure 103 du carter 101 peut être formée à partir d’une mousse solide, par exemple à base de plastique, de métal etc.

L’huile collectée dans le passage de drainage d’huile 106 est ensuite évacuée au fond du boitier d’engrenages 100 par des moyens d’aspiration 105 de l’huile de lubrification des pignons. Avantageusement, les moyens d’aspiration 105 sont raccordés au passage de drainage d’huile 106 via une ouverture 107 ménagée dans la paroi extérieure 102 du carter 101, au fond du carter 101 et qui permet l’évacuation de l’huile. En outre, les moyens d’aspiration peuvent comprendre une pompe pour faciliter le drainage de l’huile située dans le passage de drainage d’huile 106.

Avantageusement, la paroi extérieure 102 et la paroi intérieure 103 du carter 101 sont partielles rapportées ou intégrées, i.e. coulées, à la fonderie.

Claims

Boitier d’engrenages (100) pour turbomachine (1) comprenant un carter (101), deux pignons (110,111) engrenés ensemble et disposés à l’intérieur du carter (101), caractérisé en ce que le carter (101) comprend une double paroi formée par une paroi extérieure (102) et une paroi intérieure (103) espacées l’une de l’autre d’une distance (d) de manière à délimiter un passage de drainage d’huile (106) entre la paroi extérieure (102) et la paroi intérieure (103), la paroi intérieure (103) étant destinée à recevoir de l’huile de lubrification des pignons (110,111) et comprenant une pluralité d’orifices (104) débouchants dans le passage de drainage d’huile (106) et le passage de drainage d’huile débouchant à l’extérieur du carter (101).
Boitier d’engrenages (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices (104) sont configurés pour séparer l’huile de lubrification projetée par les pignons (110,111) d’un flux d’air généré par la rotation des pignons (110,111).
Boitier d’engrenages (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le passage de drainage d’huile (106) est raccordé à une ouverture (107) ménagée dans la paroi extérieure (102) et qui débouche à l’extérieur du carter (101).
Boitier d’engrenages (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les orifices (104) présentent une forme circulaire.
Boitier d’engrenages (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les orifices sont arrangés selon une structure lattice.
Boitier d’engrenages (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les orifices de la paroi intérieure sont arrangés en matrice de sorte à recevoir l’huile de lubrification des pignons.
Boitier d’engrenages (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’aspiration (105) de l’huile de lubrification des pignons située dans le passage de drainage d’huile (106).
Boitier d’engrenages (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d’aspiration (105) comportent une pompe.
Boitier d’engrenages (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la paroi interne comprend une première portion et une deuxième portion reliées entre-elles par un coude, la première portion de la paroi interne s’étendant au droit d’un des deux engrenages et la deuxième portion de la paroi interne s’étendant au droit de l’autre des deux engrenages.
Turbomachine (1) caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un boitier d’engrenages (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.