FR3135755A1 - Boitier de relais d’accessoires pour une turbomachine - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un boitier de relais d’accessoires pour une turbomachine comprenant un carter fixe, au moins un arbre (17) mobile en rotation autour d’un axe, un ensemble d’étanchéité dynamique (19) monté entre le carter et l’arbre (17) mobile, ledit ensemble d’étanchéité (19) comprenant un élément principal annulaire (22) monté sur l’arbre (17) et comportant une face d’appui (24) coopérant avec une face d’appui complémentaire (25) de l’arbre (17), ledit élément d’étanchéité (22) comprenant une gorge (26) radialement interne dans laquelle est monté un joint annulaire (27). Figure pour l’abrégé : Figure 10
Description
L’invention concerne un boitier de relais d’accessoires pour une turbomachine.
Classiquement, comme représenté en , une turbomachine 1 comprend d'amont en aval une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. L'air entrant dans la turbomachine 1 se divise en un flux d'air primaire (flèche A) qui circule dans une veine d’air dite primaire 8 à l'intérieur des compresseurs basse et haute pression 3, 4 vers la chambre de combustion 5 puis à travers les turbines haute et basse pression 6, 7, et en un flux d'air secondaire (flèches B) qui circule dans une veine d’air dite secondaire 9 contournant les compresseurs 3, 4, la chambre de combustion 5 et les turbines 6, 7. Les veines 8, 9 sont traversées par des bras structuraux 10 s'étendant radialement. Un bras 10 contient un arbre de transmission de puissance 11 s’étendant sensiblement radialement et dont l'extrémité interne est entraînée à rotation par l'arbre du compresseur haute pression 4. L'extrémité radialement externe de l'arbre de transmission de puissance 11 est entraînée en rotation avec une extrémité d’un arbre principal d’un boîtier de relais d’accessoires 12 de la turbomachine 1. Ce boîtier 12 est classiquement agencé dans une nacelle 13 formant une enceinte périphérique de la turbomachine 1.
Comme illustré à la , ce boîtier de relais d’accessoires 12, communément appelé AGB pour « Accessory Gear Box », comprend un carter fixe 14 et un train d’engrenages mobiles comportant une succession de roues dentées cylindriques 15 en prise les unes avec les autres et dont les diamètres sont adaptés de manière certaines roues dentées 15 sont solidaires d’arbres de sortie servant chacun à l’entraînement d’au moins un équipement ou accessoire 16, à une vitesse donnée.
Ces accessoires 16 peuvent comprendre diverses pompes pour la production d'énergie hydraulique, l'alimentation en carburant, la lubrification, des générateurs électriques pour la production de puissance électrique, etc.
Comme cela est représenté à la , chaque accessoire 16 est généralement monté contre l'une des parois latérales du carter 14 et est entraîné par un arbre 17 traversant le carter 14 au niveau d’une ouverture 18 du carter 14 et couplé à l'une des roues dentées 15 du train d'engrenage. Le document FR 2 928 696 décrit un exemple d’un tel boîtier 12.
Compte tenu notamment du fait que le volume interne du carter 14 est lubrifié, il est important d’assurer l’étanchéité entre le volume interne du carter 14 et l’extérieur, en particulier au niveau des ouvertures 18 permettant le passage des arbres 17 précités. Une telle étanchéité est généralement assurée par des ensembles d’étanchéité dynamique 19.
Les figures 3 et 4 illustrent un tel ensemble d’étanchéité dynamique 19, monté entre le carter 14 et un arbre 17 mobile en rotation autour d’un axe X, solidaire d’une roue dentée 15. Cet ensemble d’étanchéité dynamique 19 comporte une partie fixe 20 solidaire du carter 14, un anneau 21 réalisé généralement à base de carbone, et une partie mobile 22 monté autour de l’arbre 17 et solidaire en rotation de l’arbre 17.
La partie mobile 22, également appelée « glace », comporte une face radiale avant 23, en appui sur l’anneau 21 en carbone, et une face radiale arrière 24, en appui sur un épaulement radial 25 de l’arbre 17. La partie mobile 22 comporte en outre une gorge 26 radialement interne dans laquelle est monté un joint torique 27.
Ladite partie mobile 22 comporte également des spires hydrodynamiques (non représentées) débouchant d’une part au niveau de la périphérie radialement externe de la partie mobile 22 et d’autre part au niveau de la face radiale avant 23. Ces spires hydrodynamiques agissent à la manière d’un compresseur centrifuge, lors de la rotation de l’arbre 17 et de la partie mobile 22, et permettent d’aspirer de l’air issu de l’interface entre l’anneau en carbone 21 et la partie mobile 22, au niveau de la face radiale avant 23 de façon à le diriger à l’extérieur, au niveau de la périphérie externe de la partie mobile 22.
Ainsi, lorsque la vitesse de rotation de l’arbre 17 est faible, le contact entre l’anneau fixe 21 et la partie mobile 22 permet de limiter les fuites.
Lorsque la vitesse de rotation de l’arbre 17 augmente, le flux d’air traversant les spires hydrodynamiques augmente et permet un décollement entre ledit anneau 21 et la face radiale avant 23 de la partie mobile 22. L’air est alors dirigé de l’extérieur vers l’intérieur du carter 14, ce qui permet également d’éviter des fuites d’huile à l’extérieur du carter 14.
Il a été constaté que la face arrière 24 de la partie mobile 22 tendait à se décoller de l’épaulement radial 25 de l’arbre 17, parfois de façon non homogène sur la circonférence. Un tel décollement est néfaste pour l’étanchéité, seul l’appui continu de la partie mobile 22 sur cet épaulement 25 permettant de garantir le bon positionnement de ladite partie mobile 22.
Il est également nécessaire d’assurer un couplage ou un arrêt en rotation de la partie mobile 22 par rapport à l’arbre 17.
Pour remédier aux problèmes précités, la présente divulgation concerne un boitier de relais d’accessoires pour une turbomachine comprenant :
- un carter fixe,
- au moins deux roues dentées engrenant l’une avec l’autre et logées dans le carter,
- au moins un arbre mobile en rotation autour d’un axe et couplé en rotation à l’une des roues dentées,
- un ensemble d’étanchéité dynamique monté entre le carter et l’arbre mobile, ledit ensemble d’étanchéité comprenant un élément principal annulaire monté sur l’arbre et comportant une face d’appui coopérant avec une face d’appui complémentaire de l’arbre, ledit élément d’étanchéité comprenant une gorge radialement interne dans laquelle est monté un joint annulaire, caractérisé en ce que ledit joint est apte à être déplacé axialement dans la gorge depuis une première extrémité axiale de la gorge vers une seconde extrémité axiale de la gorge, ladite seconde extrémité étant située du côté de la face d’appui et étant opposée axialement à ladite première extrémité, l’ensemble d’étanchéité dynamique comprenant en outre au moins un organe de poussée disposé dans la gorge et configuré pour se déplacer axialement et venir en appui axial sur le joint de sorte à ce que le joint soit maintenu en appui axial sur la seconde extrémité axiale de la gorge.
Les termes axial, radial et circonférentiel sont définis par rapport à l’axe de rotation de l’arbre mobile.
L’organe de poussée permet ainsi de placer le joint en appui sur la seconde extrémité axiale de la gorge de façon à maintenir la face d’appui de l’élément principal de l’ensemble d’étanchéité sur la face d’appui complémentaire de l’arbre.
Un tel appui permet de garantir une bonne étanchéité.
L’organe de poussée peut être actionné directement ou par l’intermédiaire d’un outil, par un opérateur.
Le joint peut être un joint en élastomère.
Le joint peut être un joint torique.
L’arbre peut être couplé en rotation à une roue dentée.
Ledit organe de poussée peut être maintenu axialement en position par frottement sur l’arbre.
Ainsi, afin de déplacer axialement l’organe de poussée de manière à déplacer et plaquer le joint contre la seconde extrémité de la gorge, il est nécessaire de vaincre ces efforts de frottement, ces derniers permettant ensuite de garantir le maintien du joint en position.
L’organe de poussée peut être annulaire ou être formé de plusieurs secteurs angulaires régulièrement répartis sur la circonférence, autour de l’axe.
L’organe de poussée peut être un anneau fendu élastiquement déformable.
Un tel organe de poussée peut ainsi être mis en place aisément dans la gorge et assurer le maintien en position par frottement sur l’arbre.
L’organe de poussée peut être en polymère, par exemple en un matériau de type PEEK ou PTFE.
L’élément principal peut comporter au moins une ouverture reliant axialement une face accessible depuis l’extérieur dudit élément principal et la gorge, ladite ouverture étant destinée au passage d’un outil d’actionnement de l’organe de poussée et/ou au passage d’une partie dudit organe de poussée.
Ainsi, selon une variante, un outil peut être utilisé pour actionner le déplacement axial de l’organe de poussée et maintenir le joint en appui sur la seconde extrémité de la gorge, ledit outil traversant au moins partiellement ladite ouverture. Selon une autre variante, il est possible que l’organe de poussée comporte une partie d’actionnement traverse ladite ouverture et s’étend à l’extérieur de l’élément principal, l’actionnement de l’organe de poussée pouvant être réalisé directement par appui axial sur ladite partie d’actionnement.
Ladite face accessible depuis l’extérieur de l’élément principal, appelée également face avant, est une face opposée à la face d’appui de l’élément principal, appelée également face arrière.
Les faces avant et arrière peuvent être parallèles et s’étendre chacune dans la direction radiale.
L’ensemble d’étanchéité dynamique peut comporter une partie fixe destinée à être solidaire du carter, un anneau par exemple réalisé à base de carbone. La face avant de l’élément principal peut venir en appui sur l’anneau.
L’organe de poussée peut comporter une partie annulaire radiale apte à venir en appui sur le joint et une partie cylindrique s’étendant autour de l’arbre.
Ladite partie cylindrique assure le guidage axial de l’organe de poussée sur l’arbre et peut également assurer le frottement sur l’arbre.
L’organe de poussée peut comporter une collerette apte à venir en appui sur le joint et une partie cylindrique s’étendant autour de l’arbre, la collerette s’étendant radialement à une extrémité de la partie cylindrique.
L’élément principal peut comporter au moins un doigt s’étendant depuis ladite face d’appui de l’élément principal et engagé dans un logement complémentaire de l’arbre mobile, ou inversement.
Le couplage en rotation entre l’élément principal et l’arbre mobile est ainsi assuré efficacement par l’intermédiaire du ou des doigts.
Le nombre de doigts est par exemple égal à trois.
La face d’appui et la face d’appui complémentaire peuvent s’étendre radialement.
L’élément principal peut être couplé en rotation à l’arbre et comporte des spires hydrodynamiques débouchant d’une part au niveau de la périphérie radialement externe de l’élément principal et d’autre part au niveau d’une face opposée à la face d’appui de l’élément principal.
Le couplage en rotation de l’élément principal par rapport à l’arbre permet ainsi notamment d’assurer le bon fonctionnement de telles spires, qui agissent à la manière d’un compresseur centrifuge.
Le présent document concerne également une turbomachine comportant un boitier de relais d’accessoires selon l’une des revendications précédentes.
La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur d’aéronef.
L’aéronef peut être un avion.
Le présent document concerne également un ensemble comprenant un boitier de relais d’accessoires du type précité et un outil d’actionnement, ledit outil comportant une partie d’actionnement apte à venir en appui sur une partie d’actionnement complémentaire de l’organe de poussée.
Ladite partie d’actionnement peut être apte à être introduite dans l’ouverture reliant axialement l’extérieur dudit élément principal et la gorge.
L’outil d’actionnement peut être annulaire et s’étendre autour de l’arbre, au moins en partie.
La partie d’actionnement peut être formée de plusieurs doigts d’actionnement, régulièrement répartis sur la circonférence, aptes à traverser chacun une ouverture ou une même ouverture annulaire débouchant dans la gorge, chaque doigt étant apte à venir en appui sur l’organe de poussée.
Le présent document concerne également un procédé de montage d’un ensemble du type précité, comprenant les étapes consistant à :
- disposer le joint d’étanchéité et l’organe de poussée dans la gorge de l’élément principal,
- monter l’ensemble d’étanchéité sur l’arbre,
- déplacer axialement l’organe de poussée à l’aide de l’outil d’actionnement de façon à plaquer ledit joint sur la seconde extrémité de la gorge.
Un tel procédé peut être mis en œuvre aisément et permet de garantir une bonne étanchéité dynamique entre le carter et l’arbre.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente divulgation apparaîtront dans la description détaillée suivante, se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Les figures 5 à 10 illustrent un boitier de relais d’accessoires 12 selon une forme de réalisation du présent document.
Celui-ci comporte, comme précédemment un ensemble d’étanchéité dynamique 19 monté entre le carter 14 et l’arbre mobile 17.
Cet ensemble 19 est comprend une partie mobile 22 formant un élément principal annulaire monté sur l’arbre 17, comportant une face radiale avant 23, destinée à venir en appui sur un anneau 21 en carbone, et une face radiale arrière 24, destinée à venir en appui sur un épaulement radial 25 de l’arbre 17. L’élément principal 22 comporte en outre une gorge radialement interne 26.
La gorge 26 comporte une extrémité avant 26a, une extrémité arrière 26b et une surface de fond 26c ( ). Les extrémités 26a, 26b sont formées par des surfaces annulaires radiales. La surface de fond 26c est formée par une surface cylindrique.
Une ouverture annulaire 28 s’étend axialement entre la face avant 23 et l’extrémité avant 23a de la gorge 26.
L’élément principal 22 comporte également des spires hydrodynamiques (non représentées) débouchant d’une part au niveau de la périphérie radialement externe de l’élément principal 22 et d’autre part au niveau de la face radiale avant 23. Ces spires hydrodynamiques agissent, comme précédemment, à la manière d’un compresseur centrifuge, lors de la rotation de l’arbre 17 et de l’élément principal 22, et permettent d’aspirer de l’air au niveau de la face radiale avant 23, de façon à la diriger à l’extérieur, au niveau de la périphérie externe de l’élément principal 22.
L’élément principal 22 comporte de plus des doigts 22a s’étendant depuis ladite face arrière 24. Chaque doigt 22a est engagé par complémentarité de forme dans un logement complémentaire 17a de l’arbre mobile 17, de façon à assurer un couplage en rotation de l’élément principal 22 et de l’arbre 17.
Un joint torique 27 en élastomère et un organe de poussée 29 en polymère sont montés dans la gorge 26. Le joint torique 27 est situé en arrière de l’organe de poussée 29.
L’organe de poussée 29 est un anneau fendu, élastiquement déformable. L’organe de poussée 29 comporte une partie annulaire radiale 29a apte à venir en appui sur le joint 27 et une partie cylindrique 29b s’étendant autour de l’arbre 17 et apte à traverser l’ouverture annulaire 28 de l’élément principal 22.
La partie cylindrique assure le guidage axial de l’organe de poussée sur l’arbre et assure également un frottement sur l’arbre.
L’organe de poussée et le joint sont déplaçables en translation vers l’arrière, dans la gorge, de manière à plaquer et à maintenir axialement le joint sur l’extrémité arrière de la gorge.
Les figures 7 à 10 illustrent le montage d’un tel ensemble d’étanchéité 19 sur l’arbre 17 du boîtier de relais d’accessoires 12.
Comme illustré à la , le joint 27 et l’organe de poussée 29 sont montés dans la gorge 26. Un tel montage est ici permis par la possibilité de déformation du joint 27 et de l’organe de poussée 26.
L’ensemble formé par l’élément principal 22, le joint 27 et l’organe de poussé 29 est ensuite engagé sur l’extrémité correspondante de l’arbre 17 ( ) puis déplacé axialement vers l’arrière jusqu’à ce que la face arrière 24 de l’élément principal 22 soit en appui sur l’épaulement 25 de l’arbre 17 ( ).
L’organe de poussée 29 est ensuite repoussé vers l’arrière au moyen d’un outil 31. Ledit outil 31 est annulaire et comporte un corps 32 avant à partir duquel s’étend une partie d’actionnement annulaire 33 apte à être engagée dans l’ouverture annulaire 28. En particulier, l’extrémité arrière de l’outil 31 est en appui sur l’extrémité avant de la partie cylindrique 29b de l’organe de poussée 29. De cette manière, le joint 27 est plaqué en appui sur l’extrémité arrière 26b de la gorge 26.
L’outil 31 peut alors être retiré, l’organe de poussée 29 étant maintenu en position axiale par frottement sur l’arbre 17, de sorte que le joint 27 est également maintenu plaqué sur l’extrémité arrière 26b de la gorge 26 après retrait de l’outil 31.
On garantit ainsi le maintien en appui de la face arrière 24 sur l’épaulement 25, de manière à assurer une bonne étanchéité dynamique entre le carter fixe 14 et l’arbre mobile 17, au moyen de l’ensemble d’étanchéité 19.
Claims (10)
- Boitier de relais d’accessoires (12) pour une turbomachine (1) comprenant :
- un carter (14) fixe,
- au moins deux roues dentées (15) engrenant l’une avec l’autre et logées dans le carter (14),
- au moins un arbre (17) mobile en rotation autour d’un axe (X) et couplé en rotation à l’une des roues dentées (15),
- un ensemble d’étanchéité dynamique (19) monté entre le carter (14) et l’arbre (17) mobile, ledit ensemble d’étanchéité (19) comprenant un élément principal annulaire (22) monté sur l’arbre (17) et comportant une face d’appui (24) coopérant avec une face d’appui complémentaire (25) de l’arbre (17), ledit élément d’étanchéité (22) comprenant une gorge (26) radialement interne dans laquelle est monté un joint annulaire (27), caractérisé en ce que ledit joint (27) est apte à être déplacé axialement dans la gorge (26) depuis une première extrémité axiale (26a) de la gorge (26) vers une seconde extrémité axiale (26b) de la gorge (26), ladite seconde extrémité (26b) étant située du côté de la face d’appui (24) et étant opposée axialement à ladite première extrémité (26a), l’ensemble d’étanchéité dynamique (19) comprenant en outre au moins un organe de poussée (29) disposé dans la gorge (26) et configuré pour se déplacer axialement et venir en appui axial sur le joint (27) de sorte à ce que le joint (27) soit maintenu en appui axial sur la seconde extrémité axiale (26b) de la gorge (26). - Boitier de relais d’accessoires (12) selon la revendication précédente dans lequel ledit organe de poussée (29) est maintenu axialement en position par frottement sur l’arbre (17).
- Boitier de relais d’accessoires (12) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’organe de poussée (29) est un anneau fendu élastiquement déformable.
- Boitier de relais d’accessoires (12) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément principal (22) comporte au moins une ouverture (28) reliant axialement une face accessible depuis l’extérieur dudit élément principal (22) et la gorge (26), ladite ouverture (28) étant destinée au passage d’un outil (31) d’actionnement de l’organe de poussée (29) et/ou au passage d’une partie dudit organe de poussée (29).
- Boitier de relais d’accessoires (12) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’organe de poussée (29) comporte une collerette (29a) apte à venir en appui sur le joint (27) et une partie cylindrique (29b) s’étendant autour de l’arbre (17), la collerette (29a) s’étendant radialement à une extrémité de la partie cylindrique (29b).
- Boitier de relais d’accessoires (12) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément principal (22) comporte au moins un doigt (22a) s’étendant depuis ladite face d’appui (24) de l’élément principal (22) et engagé dans un logement complémentaire (17a) de l’arbre (17) mobile, ou inversement.
- Boitier de relais d’accessoires (12) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément principal (22) est couplé en rotation à l’arbre (17) et comporte des spires hydrodynamiques débouchant d’une part au niveau de la périphérie radialement externe de l’élément principal (22) et d’autre part au niveau d’une face (23) opposée à la face d’appui (24) de l’élément principal (22).
- Turbomachine (1) comportant un boitier de relais d’accessoires (12) selon l’une des revendications précédentes.
- Ensemble comprenant un boitier de relais d’accessoires (12) selon l’une des revendications 1 à 7 et un outil d’actionnement (31), ledit outil (31) comportant une partie d’actionnement (32) apte à venir en appui sur une partie d’actionnement complémentaire (29b) de l’organe de poussée (29).
- Procédé de montage d’un ensemble selon la revendication précédente, comprenant les étapes consistant à :
- disposer le joint (27) d’étanchéité et l’organe de poussée (29) dans la gorge (26) de l’élément principal (22),
- monter l’ensemble d’étanchéité (19) sur l’arbre (17),
- déplacer axialement l’organe de poussée (29) à l’aide de l’outil d’actionnement (31) de façon à plaquer ledit joint (27) sur la seconde extrémité (26b) de la gorge (26).
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| FR2204916A FR3135755B1 (fr) | 2022-05-23 | 2022-05-23 | Boitier de relais d’accessoires pour une turbomachine |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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| FR3114353A1 (fr) * | 2020-09-21 | 2022-03-25 | Safran Transmission Systems | Joint dynamique amélioré pour l’étanchéité d’un module de moteur d’aéronef |
-
2022
- 2022-05-23 FR FR2204916A patent/FR3135755B1/fr active Active
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