WO2025253071A1 - Enceinte de lubrification pour un systeme mecanique d'une turbomachine - Google Patents
Enceinte de lubrification pour un systeme mecanique d'une turbomachineInfo
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Definitions
- the present invention relates to a lubrication chamber for a mechanical system. More specifically, the invention relates to the field of lubrication of a mechanical system of an aircraft.
- Aircraft contain many moving mechanical parts, typically rotating parts such as gears or bearings.
- aircraft incorporate a fluid circuit (typically oil, coolant, or fuel) within a housing or casing containing the moving parts, which are immersed in this fluid.
- a fluid circuit typically oil, coolant, or fuel
- the function of the fluid circuit is to lubricate and/or cool the moving parts.
- Moving parts are subject to wear over their lifetime, for example due to friction resulting from contact between two gears or bearings, or due to intense shocks or friction between rotating parts due to intense and abnormal vibrations propagating in the casing.
- rotating parts are generally metallic, the particles resulting from wear are conductive and usually take the form of metal filings. Furthermore, these parts are most often made of a ferromagnetic metal such as iron, meaning it is attracted to a magnetic element like a magnet.
- a magnetic plug as is well known, consists of a head and a permanent magnet, formed by a magnetic bar, at one end. Such a magnetic plug is strategically positioned in the fluid circuit so that the magnet is immersed in the fluid. The magnetic interaction of the plug's magnet attracts and retains particles as the fluid circulates, thus capturing the particles carried by the lubricating fluid.
- the mechanical magnetic stopper being a simple magnet that captures particles, is controlled manually or visually by an operator during a maintenance operation.
- the magnetic electric plug on the other hand, consists of a magnet and two electrodes electrically insulated from each other.
- the accumulation of metal filings due to magnetic interaction closes a conductive bridge between the two electrodes.
- Appropriate electronics then allow a warning light to be displayed on the dashboard, thus alerting the pilot.
- the particles must be transported, notably by the lubricating fluid, to the magnetic stopper.
- the lubrication function requires that the lubricating fluid be kept within a rotating enclosure.
- a rotating enclosure 10A is schematically illustrated in Figure 1, in which a mechanical system 1 to be lubricated is housed integrally with the closed rotating enclosure.
- a level of liquid 15, for example oil, is maintained by centrifugal force, and a minimum quantity of liquid is retained in the enclosure even when the shaft is stopped.
- This lubrication function interferes with the detection of particles 5. Indeed, the retention of liquid 15, particularly oil, also leads to the retention of any particles potentially generated within the chamber. The particles or filings 5 are trapped by centrifugal force within the rotating chamber. They are therefore not transported to the magnetic stopper. Consequently, they are not detected.
- One solution involves using a rotating mechanical magnetic plug. While such a plug mounted on rotating parts is possible, it is very difficult to implement. The rotating mechanical magnetic plug will generate an imbalance. Furthermore, the centrifugal effect induces significant fluid pressures, particularly oil pressures, which must be taken into account regarding the static seals of the magnetic plug. In addition, an access panel in the fixed housing is required to rotate the shaft and orient the magnetic plug along the panel's axis for access.
- the objective of the present invention is therefore to overcome these drawbacks.
- the invention relates to a lubrication chamber for a mechanical system, in particular an aircraft turbomachine, the chamber comprising:
- annular inlet wall for a lubricating fluid and an annular outlet wall for the lubricating fluid, fixed respectively to a first end and a second end of the cylindrical body
- the lubrication chamber is mobile in rotation around the longitudinal axis, and the outlet wall is shaped to evacuate particles carried by the lubricating fluid under a centrifugal effect, the particles resulting from wear of the mechanical system with which said lubricating fluid is in contact.
- the invention thus proposes a system that allows both the lubrication function to be maintained by ensuring a sufficient level of lubricating fluid in the enclosure and the removal of potential particles generated in the mechanical system.
- the invention makes it possible on the one hand to concentrate the wear particles locally in the rotating part of the enclosure and to force the circulation of the lubricating fluid through the bottom of the rotating part in order to carry away the particles which are stored there.
- the invention allows residual particles to be evacuated by rinsing.
- the lubrication chamber according to the invention may comprise one or more of the following features, taken individually or in combination with each other in all technically possible combinations:
- the outlet wall comprises an annular flange radially delimited between an inner edge and an outer edge, and which presents a surface external to the internal cavity of the lubrication chamber; a cylindrical portion extending axially from the outer edge of the flange towards a free end;
- the outlet wall includes at least one assembly for evacuating particles carried by the lubricating fluid comprising: a scoop and a flange discharge conduit; the scoop being formed in the cylindrical portion of the outlet wall and shaped to concentrate the particles locally under the centrifugal effect; the flange discharge conduit having an internal passage for the circulation of the lubricating fluid, the conduit extending longitudinally from the outer edge of the flange radially towards the inner edge of the flange, the radial direction being perpendicular to the longitudinal axis, and comprising an inlet mouth communicating with the scoop and an outlet orifice for the evacuation of particles carried by the lubricating fluid, the conduit being arranged downstream of the outer surface of the flange;
- the discharge conduit has a peripheral wall extending from the outer surface of the flange, the peripheral wall at least partially delimiting the internal passage for the circulation of the lubricating fluid;
- the outer surface of the flange extends radially between the inner edge and the outer edge, at least partially delimiting the internal passage for the circulation of the lubricating fluid, and a through orifice is provided through the flange forming the inlet of the conduit;
- the outlet wall has an annular cover juxtaposed to the flange and arranged upstream of the flange, the annular cover being shaped to delimit at least partially the internal passage for the circulation of the lubricating fluid and to form the mouth of the discharge conduit;
- the annular cover extends radially between an inner rim and an outer rim, the outer rim of the annular cover being closer to the longitudinal axis than the outer edge of the annular flange;
- the scoop extends circumferentially over an angular sector of the cylindrical portion of the outlet wall between a first end and a second end;
- the inlet of the evacuation duct communicating with the scoop is arranged between the first end and the second end, the first end and the second end each being closer to the longitudinal axis than the inlet of the evacuation duct;
- the inlet of the evacuation duct communicating with the scoop is arranged near the second end, the first end being closer to the longitudinal axis than the second end of the scoop;
- the scoop has a flared shape along the circumferential direction from the first end to the second end;
- the cylindrical portion of the outlet wall extends axially from the outer edge of the flange towards the peripheral wall of the evacuation duct, the cylindrical portion flaring out from the free end of the cylindrical portion towards the peripheral wall of the evacuation duct;
- the invention also relates to a turbomachine, in particular an aircraft turbomachine, comprising a lubrication chamber according to the invention and as described above and a mechanical system to be lubricated housed in the lubrication chamber.
- the invention also relates to an aircraft comprising a lubrication chamber according to the invention and as described above and a mechanical system to be lubricated housed in the lubrication chamber.
- - Figure 1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a rotating lubrication chamber according to the prior art
- - Figure 2 represents a schematic cross-sectional view of an aircraft, in particular a helicopter, to which the invention applies;
- FIG. 3 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a lubrication chamber according to the invention.
- FIG. 4 is a three-dimensional schematic view of the upstream side of an annular outlet wall of the lubrication chamber of Figure 3 according to a first embodiment
- FIG. 5 represents a schematic three-dimensional view of the downstream side of the annular outlet wall of Figure 4.
- Figure 7 represents Figure 6 during lubrication
- FIG. 8 illustrates an enlarged front view of a scoop from Figure 4.
- Figure 9 represents the annular outlet wall of Figure 5 during particle recovery
- FIG. 10 is a three-dimensional schematic view of the upstream side of a first part of an annular outlet wall of the lubrication chamber of Figure 3 according to a second embodiment
- FIG. 11 is a three-dimensional schematic view of the upstream side of an assembled annular outlet wall of the lubrication chamber of Figure 3 according to the second embodiment;
- FIG. 12 illustrates an enlarged local cross-sectional view of the exit annular wall of Figure 11;
- Figure 13 represents Figure 12 during lubrication
- FIG. 14 illustrates an enlarged front view of a scoop from Figure 10
- Figure 15 represents a local enlarged view of the first part of an exit annular wall of Figure 10 during particle recovery;
- FIG. 16 schematically represents a front view of the first part of an annular outlet wall of Figure 10 during the rotation of the lubrication chamber
- Figure 17 schematically represents a front view of the first part of an annular outlet wall of Figure 10 when the lubrication chamber rotation is stopped.
- Elements with the same function in the different implementations have the same reference numerals in the figures.
- the scales and proportions are not strictly to scale for illustrative and clarity purposes.
- the terminology axial, radial and transverse will be adopted without limitation with reference to the trihedron A, R, T indicated in the figures, the axial axis A being parallel to the longitudinal axis of the lubrication chamber according to the invention.
- axial and axially are defined with respect to the axial axis A, which is parallel to the longitudinal axis C of the lubrication chamber.
- radial and radially are defined with respect to the axis R, which is perpendicular to the longitudinal axis C of the lubrication chamber.
- the invention applies to any type of aircraft comprising a turbomachine and in particular to a helicopter as schematically illustrated in Figure 2.
- the helicopter 100 comprises a fuselage 101 and is equipped with a main rotor 102 associated with a rotating wing for lift and propulsion, as well as a tail rotor 103 for anti-torque.
- the rotors 102 and 103 are driven by a propulsion system or group 104.
- the propulsion system 104 includes a main gearbox 105 or MGB whose function is to transmit power from the main turboshaft engine to the rotors 102, 103 to set them in motion.
- the main gearbox 105 conventionally comprises gears forming one or more reduction stages.
- a first drive shaft 106 connects the main gearbox 105 to the main rotor 102.
- the turbomachine 107 is equipped with a free turbine 111.
- the free wheel 109 allows the main rotor 102 of the helicopter to rotate without driving the free turbine 111 of the turbomachine 107 into autorotation.
- This freewheel 109 is housed in a closed rotating enclosure, ensuring proper lubrication and correct operation even when the oil supply to the enclosure is interrupted. Since this freewheel 109 is a critical component for aircraft operation, particularly during autorotation, any potential damage must be detected as early as possible.
- the aim of the invention is to provide a lubrication chamber that allows both the lubrication function to be maintained by ensuring an adequate oil level while also ensuring the removal of potential particles resulting from wear of the mechanical system housed in the lubrication chamber, in particular the freewheel, with which the lubricating fluid has been in contact.
- mechanical system 1 is a speed reducer of a turbomachine.
- the invention also applies to any mechanical system of an aircraft, in particular a mechanical system related to a turbomachine of the aircraft, for example in the case of hybridization with the use of an associated electric machine and gas turbine involving the use of a freewheel.
- mechanical system 1 is a freewheel, specifically of a helicopter, as described previously.
- the turbomachine typically includes a lubrication system (not shown).
- the lubrication system comprises a main lubrication circuit and an auxiliary lubrication circuit for the mechanical system 1, with the main and auxiliary circuits connected to the lubrication chamber 10.
- the lubrication system may further include a device for injecting the lubricating fluid. 15 in the lubrication chamber 10. The injection device is connected to the main circuit and the auxiliary circuit. Fluid injection is illustrated by arrow FE.
- the main circuit typically includes a feed pump connected to a main reservoir (not shown).
- the feed pump is configured, for example, to draw the lubricating fluid 15 from the main reservoir and to supply the injection device with lubricating fluid 15.
- the main circuit also includes a return circuit connected to the main reservoir.
- the return circuit includes a recovery pump configured to recover the lubricating fluid 15 exiting the lubrication chamber and return it to the main reservoir.
- Figure 3 schematically represents in longitudinal section a lubrication chamber according to the invention.
- the lubrication chamber 10 according to the invention is mobile in rotation about an axis of rotation.
- Figure 3 illustrates the lubrication chamber 10 in operation, i.e., rotating about the axis of rotation.
- the lubrication chamber 10 comprises a cylindrical body 12, an annular inlet wall 14 of a lubricating fluid 15 and an annular outlet wall 16 of the lubricating fluid.
- the cylindrical body 12 extends along a longitudinal axis C between a first end 12A and a second end 12B.
- the longitudinal axis C coincides with the axis of rotation of the lubrication chamber.
- the longitudinal axis C is parallel to the axial direction A.
- the longitudinal axis of the cylindrical body is also the longitudinal axis of the lubrication chamber.
- the cylindrical body 12 is hollow.
- the lubrication chamber 10 includes an internal cavity 18 radially delimited by the cylindrical body 12.
- the mechanical system 1 to be lubricated is housed in the internal cavity.
- the internal cavity 18 is further delimited axially by the annular entrance wall 14 or upstream wall and the annular exit wall 16 or downstream wall.
- upstream and downstream are defined with respect to a main direction F of circulation of the lubrication fluid 15 inside the lubrication enclosure 10, and here along the axial direction A which coincides with the longitudinal axis C, i.e. from right to left with reference to Figure 3.
- the annular inlet wall 14 of the lubricating fluid is fixed to the first end 12A cylindrical body by any suitable fastening means.
- the annular entrance wall 14 has a principal axis parallel, and preferably coaxial, to the longitudinal axis C of the internal cavity.
- the annular entrance wall 14 extends radially between an inner edge 14A and an outer edge 14B.
- the terms “internal” and “external” are used without limitation to refer to the radial distance from the longitudinal axis C around which the lubrication chamber extends.
- the term “internal” defines an area radially closer to the longitudinal axis of the lubrication chamber, as opposed to the term “external.” Therefore, the internal edge 14A is radially closer to the longitudinal axis C of the lubrication chamber than the external edge 14B.
- the inlet annular wall 14 has an inlet orifice 142 for the lubricating fluid.
- the inlet orifice 142 is circumferentially delimited by the inner edge 14A of the inlet annular wall.
- the inlet port 142 is configured to be fluidically connected to the injection device to supply lubrication fluid 15 to the lubrication chamber.
- the annular outlet wall 16 of the lubricating fluid is fixed to the second end 12B of the cylindrical body by any suitable fastening means.
- the exit annular wall 16 has a principal axis parallel, and preferably coaxial, to the longitudinal axis C of the internal cavity.
- Figures 4 to 14 describe embodiments of such an annular outlet wall 16 of a lubrication chamber 10 according to the invention. More specifically, Figures 4 to 9 represent a first embodiment and Figures 10 to 17, a second embodiment.
- the outlet wall 16 is shaped to evacuate particles 5 carried along by the lubricating fluid 15 under a centrifugal effect.
- the particles 5 result from wear of the mechanical system 1 with which the lubricating fluid 15 is in contact.
- the outlet wall 16 comprises an annular flange 22, a cylindrical portion 24 and at least one evacuation assembly 26 for particles carried by the lubricating fluid 15.
- the annular flange 22 is radially delimited between an inner edge 22A and an outer edge 22B.
- annular flange 22 extends axially between an upstream surface 22C and a downstream surface 22D.
- the downstream surface 22D is an external surface to the internal cavity 18 of the lubrication chamber 10.
- the upstream surface 22C is an internal surface to the internal cavity 18 of the lubrication chamber 10.
- the upstream surface 22C axially delimits the internal cavity 18 of the lubrication chamber 10.
- the annular outlet wall 16 has an outlet 162 for the lubricating fluid through which the fluid can overflow during the rotation of the lubrication chamber. More specifically, the annular flange 22 has an outlet 162 for the lubricating fluid.
- the outlet 162 is through-hole, that is to say it opens on one side into the upstream surface 22C and on the other side into the downstream surface 22D.
- the outlet 162 is circumferentially delimited by the inner edge 22A of the annular flange 22.
- the outlet port 162 is configured to be fluidly connected to the lubrication system and in particular to a recovery tank (not shown) of the lubrication fluid 15 which may possibly exit through the outlet port under centrifugal force during the rotation of the lubrication chamber as illustrated by the arrows Fs.
- the cylindrical portion 24 extends axially from the outer edge 22B of the flange 22 towards a free end 24A upstream of the flange 22.
- the cylindrical portion 24 extends radially between an internal circumferential surface 24C and an external circumferential surface 24D.
- the outlet wall 16 advantageously includes a fixing flange 28 extending radially outwards from the free end 24A of the cylindrical portion 24 of the outlet wall.
- the fixing flange 28 is shaped to fix the outlet wall to the cylindrical body 12 of the lubrication chamber 10 by any suitable fastening means.
- the fixing flange 28 includes several through holes 282.
- each through hole 282 is intended to receive, for example, a fixing screw which also passes through a complementary fixing flange of the cylindrical body 12 of the lubrication chamber 10 for securing by a screw-nut system.
- the outlet wall 16 includes several evacuation sets 26 for particles carried by the lubricating fluid, the sets being distributed angularly around the main axis of the outlet wall 16, coinciding with the longitudinal axis C of the enclosure 10.
- the evacuation assemblies 26 are regularly distributed angularly around the longitudinal axis C.
- the outlet wall 16 has seven particle evacuation sets 26 according to the first embodiment illustrated in figures 4 to 9.
- the scoop 30 is advantageously shaped to concentrate the particles 5 locally under the centrifugal effect in order to evacuate them from the lubrication chamber 10.
- the scoop 30 extends circumferentially over an angular sector of the cylindrical portion 24 of the outlet wall 16 between a first end 30A and a second end 30B.
- the 40 outlet conduit of the flange 22 has an internal passage 402 for the circulation of the lubricating fluid 15.
- the conduit 40 extends longitudinally from the outer edge 22B of the flange radially towards the inner edge 22A of the flange.
- the conduit 40 can extend longitudinally in a direction inclined relative to the radial direction R between the outer edge 22B and the inner edge 22A of the flange.
- the conduit 40 includes an inlet mouth 404 communicating with the scoop 30 and an outlet orifice 406 for the evacuation of particles 5 carried by the lubricating fluid 15.
- the conduit 40 is arranged downstream of the outer surface 22D of the flange 22.
- the discharge conduit 40 has a peripheral wall 408 extending from the outer surface 22D of the flange. More precisely, the peripheral wall 408 of the discharge conduit 40 extends downstream of the outer surface 22D of the flange along the axial direction A. The peripheral wall 408 at least partially delimits the internal passage 402 for the circulation of the lubricating fluid 15.
- the cross-section of the internal passage 402 of the conduit advantageously has a rectangular shape.
- the peripheral wall 408 comprises two end portions 408B connected by a central portion 408C.
- the central portion 408C extends in a plane substantially parallel to the outer surface 22D of the flange, while the end portions 408B extend from the outer surface 22D of the flange in a direction substantially perpendicular to the outer surface 22D of the flange.
- the peripheral wall 408 has a U-shaped cross-section.
- the internal passage section 402 of the conduit may have another shape, for example circular or partially circular.
- the outer surface 22D of the flange 22 extends radially in continuous material between the inner edge 22A and the outer edge 22B, thus at least partially defining the internal passage 402 for the circulation of the lubricating fluid 15. More precisely, such an outer surface 22D of the flange 22 defines the upstream end of the internal passage 402 for the circulation of the lubricating fluid, while the peripheral wall 408 of the conduit defines it downstream and in a transverse direction T, perpendicular to the radial axis R.
- a through orifice 50 is provided through the flange 22, forming the inlet 404 of the conduit to communicate with the scoop 30.
- the through orifice 50 opens upstream of the inner surface 22C of the flange into the scoop 30 and downstream of the outer surface 22D into the conduit 40 evacuation.
- the through orifice 50 is advantageously provided radially near the outer edge 22B of the flange, and more precisely as close as possible to the inner surface 24C of the cylindrical portion 24 at the level of the scoop 30 so as to collect the particles 5 transported by the lubricating fluid and concentrated in the scoop.
- such an outer surface 22D, and in particular an extension of the outer surface towards the outer edge 22B which partially delimits the internal passage 402 for the circulation of the lubricating fluid 15 forms a barrier 22E that forces the circulation of the lubricating fluid through the bottom of the rotating housing, and more specifically, as close as possible to the cylindrical portion 24.
- the lubricating fluid is thus forced to pass through the through orifice 50, then "goes up” the conduit 40 towards the longitudinal axis C, and finally overflows outwards through the outlet 406 of the conduit.
- This forced circulation through the conduit allows for its rinsing by removing the particles 5 to the outside of the rotating lubrication housing 10.
- arrow F1 illustrates the level of the lubricating fluid 15 in the housing during its rotation.
- Arrows F2 illustrate the forced circulation of the lubricating fluid, and arrow F3 schematically shows the overflow of the lubricating fluid 15 to the outside of the housing 10 through the outlet 406 of the conduit 40.
- the evacuation conduit 40 is juxtaposed to the outer surface 22D of the flange improving the compactness of the outlet wall 16 of the lubrication chamber 10.
- the scoop 30 is advantageously shaped to locally concentrate the particles 5 under the centrifugal effect for the purpose of their evacuation from the lubrication chamber 10.
- the scoop 30 includes an intermediate portion 30C which is radially further from the longitudinal axis C than at least one of the ends of the scoop 30 as illustrated in Figure 8.
- Figure 8 shows an enlarged front view of an example of a scoop 30.
- This intermediate portion 30C which concentrates the particles 5 to be evacuated, is advantageously arranged opposite the inlet 404 of the discharge duct 40. More precisely, the inlet 404 of the discharge duct 40 communicates directly with the intermediate portion 30C of the scoop 30.
- the inlet mouth 404 of the evacuation conduit 40 communicating with the scoop 30 is arranged between the first end 30A and the second end 30B.
- the inlet mouth 404 is further centered between the first end 30A and the second end 30B.
- the first end 30A and the second end 30B of the scoop are each closer to the longitudinal axis C than the inlet 404 of the discharge duct.
- the scoop 30 includes a first slope P1 between the first end 30A and the intermediate portion 30C, and a second slope P2 between the second end 30B and the intermediate portion 30C, in order to concentrate the particles in the intermediate portion 30C under centrifugal force when the lubrication chamber 10 rotates around its longitudinal axis C.
- the two slopes P1 and P2 are shown schematically in Figure 4 by arrows.
- the slopes can be linear, as illustrated in Figure 4, or curvilinear, as in the example shown in Figure 8.
- the slopes P1 and P2 can have the same value but opposite directions. Alternatively, the slopes P1 and P2 can have different values.
- the intermediate portion 30C is thus arranged between the first end 30A and the second end 30B of the scoop opposite the inlet mouth 404 of the evacuation conduit 40. More precisely, the inlet mouth 404 of the evacuation conduit 40 communicates directly with the intermediate portion 30C of the scoop 30.
- the inlet mouth 404, and in particular the through orifice 50, is advantageously provided as close as possible radially to the inner surface 24C of the cylindrical portion 24 at the level of the intermediate portion 30C of the scoop 30 so as to collect the particles 5 transported by the lubricating fluid and concentrated in the intermediate portion 30C.
- the inlet mouth 404 and in particular the through orifice 50, has a perimeter of which at least a portion is radially further away from the longitudinal axis C than the portion of the inner surface 24C forming the intermediate portion 30C of the scoop 30 in order to allow more easily the circulation of the fluid in the conduit 40 and the evacuation of the particles 5 outside the lubrication enclosure 10.
- the scoop 30 may have other shapes.
- the scoop may have a single slope.
- the intermediate portion 30C is arranged at one of the two ends 30A, 30B of the scoop.
- the cylindrical portion 24 of the outlet wall extends axially from the outer edge 82B of the flange towards the peripheral wall 408 of the discharge conduit 40.
- the cylindrical portion 24 advantageously flares out from its free end 24A towards the peripheral wall 408 of the discharge conduit, i.e., from upstream to downstream, in order to reinforce the forced circulation of the lubricating fluid 15 and particles 5 within the conduit for their removal from the lubrication chamber.
- the cylindrical portion has a slope represented by an arrow P in Figure 6.
- the cylindrical portion is radially further from the longitudinal axis C towards the peripheral wall than towards its free end 24A.
- the geometry of the outlet wall 16 according to this first embodiment advantageously allows the particles to be concentrated locally in the cylindrical portion 24, and in particular in the scoops 30 by centrifugal effect when the enclosure 10 is rotating, and forces the circulation of the lubricating liquid through the cylindrical portion 24 in order to carry away the particles stored there.
- the scoops 30, under the centrifugal effect allow the particles to be concentrated at the mouth 404 of the conduits 40. Still under the centrifugal effect, the particles 5 accumulate in the bottom of the conduits 40, that is to say against the outer edge of the flange and the cylindrical portion 24.
- the dam 22E forces the circulation of the lubricating fluid through the cylindrical portion 24 and the outer edge of the flange into the conduits 40.
- the lubricating fluid is forced through the opening 404 in the direction of the longitudinal axis C and finally overflows outwards through the outlet 406 of the conduit.
- This forced circulation through the conduit 40 allows for its rinsing by removing the particles 5 to the outside of the rotating lubrication chamber 10 as illustrated in Figure 7.
- Particles 5 that are not removed during steady-state operation, i.e., at constant rotational speed, are removed during shutdown phases. Indeed, when the rotational speed drops to zero, the upper conduits 40 ( Figure 9) empty themselves of the lubricating fluid they contain by gravity. The arrows F4 illustrate this flushing of the conduits 40 and the removal of the lubricating fluid. The lubricating fluid then carries the residual particles outside the enclosure, allowing them to be drawn towards a magnetic plug at the next start-up.
- a second embodiment is illustrated in figures 10 to 17.
- the outlet wall 16 according to this second embodiment differs from the outlet wall 16 according to the first embodiment in that the outlet wall 16 is formed of two parts cooperating with each other: a first part similar to the outlet wall of the first embodiment in which only the flange is modified, and a cover 70.
- the outlet wall 16 comprises an annular flange 82, a cylindrical portion 24, a cover 70 and at least one evacuation assembly 26 for particles carried by the lubricating fluid 15.
- the annular flange 82 is radially delimited between an inner edge 82A and an outer edge 82B.
- annular flange 82 extends axially between an upstream surface 82C and a downstream surface 82D.
- the downstream surface 82D is an external surface to the internal cavity 18 of the lubrication chamber 10.
- the cylindrical portion 24 extends axially from the outer edge 82B of the flange 82 towards a free end 24A upstream of the flange 22.
- the cylindrical portion 24 extends radially between an internal circumferential surface 24C and an external circumferential surface 24D.
- the exit wall 16 advantageously includes a fixing rim 28 as described previously in the first embodiment.
- the cover 70 is annular in shape and has a main axis coaxial with the main axis of the flange and therefore coaxial with the longitudinal axis C of the lubrication chamber 10.
- the cover 70 is radially delimited by an internal rim 70A and an external rim 70B.
- cover 70 extends axially between an upstream surface 70C and a downstream surface 70D.
- the upstream surface 70C and the downstream surface 70D are substantially flat.
- the upstream 70C and downstream 70D surfaces are substantially parallel to each other.
- each extends in a plane transverse to the main axis, parallel to the longitudinal axis C of the lubrication chamber.
- the downstream surface 70D is arranged opposite the upstream surface 82C of the flange.
- the cover 70 is thus advantageously shaped to be inserted into the cylindrical portion 24 such that the downstream surface 70D is juxtaposed with the upstream surface 82C of the flange.
- the outer rim 70B of the cover is radially closer to the longitudinal axis C than the cylindrical portion 24 and the outer rim 82B of the flange 82.
- the upstream surface 70C of the cover 70 is an internal surface to the internal cavity 18 of the lubrication chamber 10.
- the upstream surface 70C axially delimits the internal cavity 18 of the lubrication chamber 10.
- the annular outlet wall 16 has an outlet 162 for the lubricating fluid. More specifically, the outlet 162 is circumferentially delimited by the inner edge 82A of the annular flange 82 and the inner rim 70A of the cover 70.
- the inner edge 82A of the annular flange 82 and the inner rim 70A of the cover 70 have a similar contour in both shape and size.
- the outlet 162 is through, that is to say it opens on one side into the upstream surface 70C of the cover and on the other side into the downstream surface 82D of the flange.
- the through outlet 162 can be radially delimited by a cylindrical piece connecting the inner edge 82A of the annular flange 82 to the inner rim 70A of the cover 70.
- This piece can be shrink-fitted to the annular flange 82 and the cover 70.
- this piece can be formed in continuity of material with the annular flange 82 and/or with the cover 70.
- the cover 70 and the annular flange 82 form a single piece.
- the single piece is formed from a continuous material by 3D printing or additive manufacturing.
- the cover 70 is attached to the annular flange 82 (or vice versa) by brazing or any other suitable method.
- the outlet wall 16 includes at least one evacuation assembly 26 for particles carried by the lubricating fluid 15.
- the outlet wall 16 includes several evacuation sets 26 for particles carried by the lubricating fluid, the sets being distributed angularly around the main axis of the outlet wall 16, coinciding with the longitudinal axis C of the enclosure 10.
- the evacuation assemblies 26 are regularly distributed angularly around the longitudinal axis C.
- the outlet wall 16 has six particle evacuation sets 26.
- each particle evacuation assembly 26 comprises a scoop 30 and an associated flange discharge conduit 40.
- the scoop 30 is formed in the cylindrical portion 24 of the outlet wall 16, and more precisely in the inner surface 24C of the cylindrical portion 24.
- the scoop 30 is advantageously shaped to concentrate the particles 5 locally under the centrifugal effect in order to evacuate them from the lubrication chamber 10.
- the scoop 30 extends circumferentially over an angular sector of the cylindrical portion 24 of the outlet wall 16 between a first end 30A and a second end 30B.
- the flange 82 comprises at least one open cavity 90 delimited by a peripheral wall 92.
- the peripheral wall 92 of the open cavity 90 extends downstream of the outer surface 82D of the flange 82 along the axial direction A.
- the wall The peripheral wall 92 at least partially delimits the internal passage 402 for the circulation of the lubricating fluid 15 in the conduit 40.
- the peripheral wall 92 of the open cavity 90 forms at least partially a peripheral wall 408 of the conduit 40 and thus at least partially delimits the internal passage 402 for the circulation of the lubricating fluid 15.
- the open cavity 90 forms at least partially the internal passage 402 for the circulation of the lubricating fluid 15.
- the open cavity 90 and the conduit 40 extend longitudinally from the outer edge 82B of the flange radially towards the inner edge 82A of the flange.
- the conduit 40 extends longitudinally in a direction inclined relative to the radial direction R between the outer edge 22B and the inner edge 22A of the flange.
- the conduit 40 can extend longitudinally along the radial direction R between the outer edge 22B and the inner edge 22A of the flange.
- the cross-section of the internal passage 402 of the conduit advantageously has a rectangular shape.
- the peripheral wall 408 comprises two end portions 408B connected by a central portion 408C.
- the central portion 408C extends in a plane substantially parallel to the outer surface 22D of the flange, while the end portions 408B extend from the outer surface 22D of the flange in a direction substantially perpendicular to the outer surface 22D of the flange.
- the peripheral wall 408 has a U-shaped cross-section.
- the internal passage section 402 of the conduit may have another shape, for example circular or partially circular.
- the annular cover 70 is shaped to delimit at least partially the internal passage 402 for the circulation of the lubricating fluid 15. More specifically, the outer surface 70D of the cover 70 delimits upstream the internal passage 402 for the circulation of the lubricating fluid while the peripheral wall 408 of the conduit delimits it downstream and in a transverse direction T perpendicular to the radial axis R.
- the annular cover 70 is shaped to form an opening 404 of the evacuation conduit 40 communicating with the scoop 30.
- the external rim 70B of the annular cover 70 is closer to the longitudinal axis C than the external rim 82B of the annular flange 82 to leave a passage between the scoop 30 and the conduit 40 thus forming the opening 404 of the conduit.
- the conduit 40 further includes an outlet 406 for the evacuation of particles 5 carried by the lubricating fluid 15.
- the annular cover 70 thus forms a barrier 70E, forcing the circulation of the lubricating fluid through the bottom of the rotating housing, specifically as close as possible to the cylindrical portion 24.
- the lubricating fluid is thus forced to pass through the opening 404, then "ascends" the conduit 40 towards the longitudinal axis C, and finally overflows outwards through the outlet 406 of the conduit.
- This forced circulation through the conduit allows for its rinsing by removing the particles 5 to the outside of the rotating lubrication housing 10.
- the scoop 30 is advantageously shaped to concentrate the particles 5 locally under centrifugal effect for the purpose of their evacuation from the lubrication chamber 10.
- the scoop 30 extends circumferentially over an angular sector of the cylindrical portion 24 of the outlet wall 16 between a first end 30A and a second end 30B.
- the second end 30B is radially further from the longitudinal axis C than the first end 30A of the scoop 30 as illustrated in Figure 14.
- Figure 14 is an enlarged front view of an example of a scoop 30.
- the scoop 30 includes a slope between the first end 30A and the second end 30B. This slope can be linear or curvilinear, as in the example shown in Figure 14.
- This second end 30B concentrating the particles 5 to be evacuated is advantageously arranged with respect to the inlet mouth 404 of the evacuation conduit 40. More precisely, the inlet mouth 404 of the evacuation conduit 40 communicates directly with the second end 30B of the scoop 30.
- the scoop 30 has a flared shape in the circumferential direction from the first end 30A to the second end 30B.
- the scoop is wider at the second end 30B than at the first end 30A in the axial direction.
- scoop 30 can have other shapes. According to one variant, scoop 30 may have a shape similar to that described previously in the first embodiment.
- the shape of the scoop in this second embodiment can be applied to the first embodiment.
- the cylindrical portion 24 of the outlet wall extends axially from the outer edge 82B of the flange towards the peripheral wall 408 of the discharge conduit 40.
- the cylindrical portion 24 advantageously flares out from its free end 24A towards the peripheral wall 408 of the discharge conduit, i.e., from upstream to downstream, in order to reinforce the forced circulation of the lubricating fluid 15 and particles 5 within the conduit for their removal from the lubrication chamber.
- the cylindrical portion has a slope represented by an arrow P in Figure 12. In other words, the cylindrical portion is radially further from the longitudinal axis C towards the peripheral wall than towards its free end 24A.
- the geometry of the outlet wall 16 according to this second embodiment advantageously allows the particles to be concentrated locally in the cylindrical portion 24, and in particular in the scoops 30 by centrifugal effect when the enclosure 10 is rotating, and forces the circulation of the lubricating liquid through the cylindrical portion 24 in order to carry away the particles stored there (figure 13).
- the scoops 30, under the centrifugal effect allow the particles to be concentrated at the mouth 404 of the conduits 40. Still under the centrifugal effect, the particles 5 accumulate in the bottom of the conduits 40, that is to say against the outer edge of the flange and the cylindrical portion 24.
- the dam 70E forces the circulation of the lubricating fluid through the cylindrical portion 24 and the outer edge of the flange into the conduits 40, as illustrated in Figures 13 and 15.
- the cover has been omitted for clarity.
- the lubricating fluid 15 is forced through the opening 404 in the direction of the longitudinal axis C and finally overflows outwards through the outlet 406 of the conduit.
- This forced circulation through the conduit 40 flushes it by removing the particles 5 from the outside of the rotating lubrication housing 10, as illustrated in Figures 13, 15, and 17.
- Figure 16 shows the front view of the outlet wall 16 when the enclosure is rotating.
- the lubricating fluid 15 fills the cavity by centrifugal force, ensuring good lubrication of the mechanical system to be lubricated until reaching the orifice 162 of the outlet wall where the excess liquid can be evacuated by overflow.
- Particles 5 that are not removed during steady-state operation, i.e., at constant rotational speed, are removed during shutdown phases. Indeed, when the rotational speed drops to zero, the conduits 40 in the upper part ( Figure 17) empty by gravity of the lubricating fluid they contain. The lubricating fluid then carries the residual particles outside the enclosure, allowing them to be drawn towards a magnetic plug at the next start-up.
- the geometry of the outlet wall 16 according to this second embodiment improves the rinsing of the conduits 40 and increases the removal rate of particles 5.
- the scoops 30 are asymmetrical centrifugal concentration cells for the filings, relative to the conduit inlet 404. Under nominal rotation, the particles 5 are concentrated at the conduit inlet 404 and in the scoops 30 ( Figure 16).
- the centrifugal lubricating fluid ring breaks before the rotation comes to a complete stop ( Figure 17).
- the lubricating fluid reservoir 100 is therefore stationary during this transitional shutdown phase, while the housing 10, and consequently the outlet wall 16, advantageously continues to rotate by inertia: the scoops 30 make several passes through the lubricating fluid reservoir 100, drawing a small quantity of lubricating fluid with each pass.
- the scoop 30, loaded with lubricating fluid continues to rotate and reaches a sufficient height, it empties by gravity through the conduit. This emptying carries away the particles and rinses the conduits to the outside of the rotating housing 10.
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Abstract
L'invention concerne une enceinte de lubrification (10) pour un système mécanique (1), comprenant : - un corps cylindrique (12) s'étendant selon un axe longitudinal (C), - une paroi annulaire d'entrée (14) d'un fluide de lubrification (15) et une paroi annulaire de sortie (16) du fluide de lubrification fixées respectivement à des extrémités (12A, 12B) du corps cylindrique, - une cavité interne (18) délimitée radialement par le corps cylindrique (12) et axialement par les parois annulaires d'entrée (14) et de sortie (16), et logeant le système mécanique (1) à lubrifier. Selon l'invention, l'enceinte de lubrification (10) est mobile en rotation autour de l'axe longitudinal (C), et la paroi de sortie (16) est conformée pour évacuer des particules (5) entrainées par le fluide de lubrification (15) sous un effet centrifuge, les particules (5) résultant d'une usure du système mécanique (1) avec lequel ledit fluide de lubrification est en contact.
Description
DESCRIPTION
TITRE DE L’INVENTION : ENCEINTE DE LUBRIFICATION POUR UN SYSTEME MECANIQUE D’UNE TURBOMACHINE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne une enceinte de lubrification pour un système mécanique. Plus précisément, l’invention concerne le domaine de la lubrification d’un système mécanique d’un aéronef.
TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans les aéronefs, il existe de nombreuses pièces mécaniques en mouvement, typiquement des pièces rotatives, telles que des engrenages ou des roulements.
Généralement, ces pièces ou systèmes mécaniques nécessitent d’être lubrifiées pour leur bon fonctionnement. A cet effet, les aéronefs comportent un circuit de liquide (typiquement de l’huile, du liquide de refroidissement ou du carburant) à l’intérieur d’une enceinte ou carter contenant les pièces en mouvement qui baignent dans ledit liquide. De façon générale, la fonction du circuit de liquide est de permettre la lubrification et/ou le refroidissement des pièces en mouvement
Les pièces en mouvement sont amenées à s'user au cours de leur vie, par exemple en raison du frottement résultant du contact entre deux roues dentées ou de roulements, ou bien en raison de chocs ou frottements intenses entre pièces rotatives dus à des vibrations intenses et anormales se propageant dans le carter.
Quelle que soit sa cause, l'usure des pièces entraine la formation de particules qui se détachent des pièces et sont entraînées par le liquide dans le circuit de liquide.
Dans la mesure où les pièces rotatives sont généralement métalliques, les particules résultant de l'usure des pièces sont conductrices et se présentent généralement sous la forme de limaille. Qui plus est, les pièces sont le plus souvent réalisées en un métal du type ferromagnétique comme le fer, c'est-à-dire apte à être attiré par un élément magnétique tel qu'un aimant.
La détection des particules et notamment des limailles, les particules métalliques, est indispensable pour détecter les endommagements potentiels des pièces mécaniques en rotation, telles que des roulements, une pignonnerie, des composants de transmissions mécanique...
Cette détection est aujourd’hui assurée par des bouchons magnétiques, qu’ils soient électriques ou non.
De manière connue, un bouchon magnétique comporte à une extrémité une tête et un aimant permanent formé par un barreau magnétique. Un tel bouchon magnétique est stratégiquement positionné dans le circuit de liquide de manière à ce que l’aimant soit plongé dans le circuit de liquide. L’interaction magnétique de l’aimant du bouchon permet d’attirer les particules lors de la circulation du liquide et de les retenir, donc de capturer les particules transportées par le fluide de lubrification.
Les opérateurs sur site doivent alors vérifier périodiquement l'état de ces bouchons magnétiques, prélever les particules piégées sur le barreau magnétique et faire analyser ces particules. A partir du résultat de ces analyses, il est possible d'identifier la nature et la géométrie des particules prélevées. En fonction du lieu de prélèvement du bouchon, on peut alors circonscrire le ou les éléments affectés par l'usure et prendre les mesures qui garantiront l'intégrité de l’aéronef et la sécurité du vol.
Le bouchon magnétique mécanique, étant un simple aimant qui capture les particules, contrôlé manuellement ou visuellement par un opérateur lors d’une opération de maintenance.
Le bouchon magnétique électrique est quant à lui composé d’un aimant et de deux électrodes isolées électriquement l’une de l’autre. L’accumulation de limailles sous l’effet de l’interaction magnétique ferme un pont conducteur entre les deux électrodes. Une électronique adaptée permet alors d’afficher un voyant au tableau de bord et ainsi de prévenir le pilote.
Pour que ces systèmes fonctionnent, il faut que les particules soient transportées, notamment par le fluide de lubrification jusqu’au bouchon magnétique.
Dans les cas particuliers des arbres tournants, la fonction lubrification impose de conserver le fluide de lubrification dans une enceinte tournante. Une telle enceinte 10A est illustrée schématiquement sur la figure 1 , dans laquelle un système mécanique 1 à lubrifier est logé solidairement de l’enceinte tournante fermée. Un niveau de liquide 15, par exemple de l’huile, est assuré par effet centrifuge et une quantité de liquide minimum est conservée dans l’enceinte même en phase d’arrêt.
Cette fonction lubrification s’oppose à la détection des particules 5. En effet, la rétention de liquide 15, notamment d’huile, génère également une rétention des potentielles particules générées dans l’enceinte. Les particules ou limailles 5 sont piégées par effet centrifuge dans l’enceinte tournante. Elles ne sont donc pas transportées jusqu’au bouchon magnétique. Par conséquent, elles ne sont pas détectées.
Une solution consiste en l’emploi d’un bouchon magnétique mécanique tournant. Un tel bouchon embarqué sur les pièces tournantes est possible mais très contraignant à mettre en oeuvre. En effet, le bouchon magnétique mécanique tournant va générer un balourd. De plus, l’effet centrifuge induit des pressions de liquide, et notamment d’huile, importantes dont il faut tenir compte au niveau des étanchéités statiques du bouchon magnétique. En outre, une trappe dans le carter fixe est nécessaire pour faire tourner l’arbre pour orienter le bouchon magnétique dans l’axe de la trappe afin d‘y accéder.
Si la fonction du système mécanique à lubrifier est critique, il est nécessaire d’utiliser un bouchon magnétique électrique.
Embarquer un bouchon magnétique électrique sur une pièce tournante est également possible mais très contraignante également car obligeant à utiliser un collecteur tournant qui est encombrant et peu fiable.
L’objectif de la présente invention est ainsi de pallier ces inconvénients.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
À cet effet, l’invention concerne une enceinte de lubrification pour un système mécanique, en particulier d’une turbomachine d’aéronef, l’enceinte comprenant :
- un corps cylindrique s’étendant selon un axe longitudinal,
- une paroi annulaire d’entrée d’un fluide de lubrification et une paroi annulaire de sortie du fluide de lubrification fixées respectivement à une première extrémité et à une deuxième extrémité du corps cylindrique,
- une cavité interne délimitée radialement par le corps cylindrique et axialement par la paroi annulaire d’entrée et la paroi annulaire de sortie, le système mécanique à lubrifier étant logé dans la cavité interne.
Selon l’invention, l’enceinte de lubrification est mobile en rotation autour de l’axe longitudinal, et la paroi de sortie est conformée pour évacuer des particules entraînées par le fluide de lubrification sous un effet centrifuge, les particules résultant d’une usure du système mécanique avec lequel ledit fluide de lubrification est en contact.
L’invention propose ainsi un système permettant à la fois de conserver la fonction lubrification en garantissant un niveau de fluide de lubrification dans l’enceinte suffisant et d’évacuer les potentielles particules générées dans le système mécanique.
Notamment, l’invention permet d’une part de concentrer localement les particules d’usure dans la partie tournante de l’enceinte et de forcer la circulation du fluide de lubrification par le fond de la partie tournante afin d’entrainer les particules qui y sont stockées.
Avantageusement, en phase d’arrêt de la rotation de l’enceinte tournante, l’invention permet d’évacuer par rinçage les particules résiduelles.
L’enceinte de lubrification selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la paroi de sortie comporte un flasque annulaire délimité radialement entre un bord interne et un bord externe, et qui présente une surface extérieure à la cavité interne de l’enceinte de lubrification ; une portion cylindrique s’étendant axialement à partir du bord externe du flasque vers une extrémité libre ;
- la paroi de sortie comporte au moins un ensemble d’évacuation des particules entraînées par le fluide de lubrification comprenant : une écope et un conduit d’évacuation du flasque ; l’écope étant ménagée dans la portion cylindrique de la paroi de sortie et conformée pour concentrer localement les particules sous l’effet centrifuge ; le conduit d’évacuation du flasque présentant un passage interne de circulation du fluide de lubrification, le conduit s’étendant longitudinalement à partir du bord externe du flasque radialement vers le bord interne du flasque, la direction radiale étant perpendiculaire à l’axe longitudinal, et comprenant une embouchure d’entrée communiquant avec l’écope et un orifice de sortie pour l’évacuation des particules entraînées par le fluide de lubrification, le conduit étant agencé en aval de la surface extérieure du flasque ;
- le conduit d’évacuation comporte une paroi périphérique s’étendant à partir de la surface extérieure du flasque, la paroi périphérique délimitant au moins partiellement le passage interne de circulation du fluide de lubrification ;
- la surface extérieure du flasque s’étend radialement entre le bord interne et le bord externe délimitant au moins partiellement le passage interne de circulation du fluide de lubrification, et un orifice traversant est ménagé à travers le flasque formant l’embouchure d’entrée du conduit ;
- la paroi de sortie comporte un couvercle annulaire juxtaposé au flasque et agencé en amont du flasque, le couvercle annulaire étant conformé pour délimiter au moins partiellement le passage interne de circulation du fluide de lubrification et pour former l’embouchure du conduit d’évacuation ;
- le couvercle annulaire s’étend radialement entre un rebord interne et un rebord externe, le rebord externe du couvercle annulaire étant plus proche de l’axe longitudinal que le bord externe du flasque annulaire ;
- l’écope s’étend circonférentiellement sur un secteur angulaire de la portion cylindrique
de la paroi de sortie entre une première extrémité et une seconde extrémité ;
- l’embouchure d’entrée du conduit d’évacuation communiquant avec l’écope est arrangée entre la première extrémité et la seconde extrémité, la première extrémité et la seconde extrémité étant chacune plus proche de l’axe longitudinal que l’embouchure d’entrée du conduit d’évacuation ;
- l’embouchure d’entrée du conduit d’évacuation communiquant avec l’écope est arrangée à proximité de la seconde extrémité, la première extrémité étant plus proche de l’axe longitudinal que la seconde extrémité de l’écope ;
- l’écope présente une forme évasée selon la direction circonférentielle de la première extrémité à la seconde extrémité ;
- la portion cylindrique de la paroi de sortie se prolonge axialement à partir du bord externe du flasque vers la paroi périphérique du conduit d’évacuation, la portion cylindrique s’évasant de l’extrémité libre de la portion cylindrique vers la paroi périphérique du conduit d’évacuation ;
- la paroi de sortie comporte plusieurs ensembles d’évacuation des particules entraînées par le fluide de lubrification, les ensembles étant répartis angulairement autour de l’axe longitudinal ;
- les ensembles d’évacuation sont régulièrement répartis angulairement autour de l’axe longitudinal.
L’invention concerne également une turbomachine, notamment une turbomachine pour aéronef, comprenant une enceinte de lubrification selon l’invention et telle que décrite précédemment et un système mécanique à lubrifier logé dans l’enceinte de lubrification.
L’invention concerne également un aéronef comprenant une enceinte de lubrification selon l’invention et telle que décrite précédemment et un système mécanique à lubrifier logé dans l’enceinte de lubrification.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 , déjà décrite, est une vue schématique en coupe longitudinale d’une enceinte de lubrification tournante selon l’art antérieur ;
- la figure 2 représente une vue schématique en coupe d’un aéronef, en particulier d’un hélicoptère, auquel s’applique l’invention ;
- la figure 3, est une vue schématique en coupe longitudinale d’une enceinte de lubrification selon l’invention ;
- la figure 4 est une vue schématique tridimensionnelle de l’amont d’une paroi annulaire de sortie de l’enceinte de lubrification de la figure 3 selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 5 représente une vue schématique tridimensionnelle de l’aval de la paroi annulaire de sortie de la figure 4 ;
- la figure 6 illustre une vue en coupe locale agrandie de la paroi annulaire de sortie de la figure 4 ;
- la figure 7 représente la figure 6 au cours de la lubrification ;
- la figure 8 illustre une vue agrandie de face d’une écope de la figure 4 ;
- la figure 9 représente la paroi annulaire de sortie de la figure 5 au cours de la récupération des particules ;
- la figure 10 est une vue schématique tridimensionnelle de l’amont d’une première partie d’une paroi annulaire de sortie de l’enceinte de lubrification de la figure 3 selon un deuxième mode de réalisation ;
- la figure 11 est une vue schématique tridimensionnelle de l’amont d’une paroi annulaire de sortie assemblée de l’enceinte de lubrification de la figure 3 selon le deuxième mode de réalisation ;
- la figure 12 illustre une vue en coupe locale agrandie de la paroi annulaire de sortie de la figure 11 ;
- la figure 13 représente la figure 12 au cours de la lubrification ;
- la figure 14 illustre une vue agrandie de face d’une écope de la figure 10 ;
- la figure 15 représente une vue locale agrandie de la première partie d’une paroi annulaire de sortie de la figure 10 au cours de la récupération des particules ;
- la figure 16 représente schématiquement une vue de face de la première partie d’une paroi annulaire de sortie de la figure 10 au cours de la rotation de l’enceinte de lubrification ; et
- la figure 17 représente schématiquement une vue de face de la première partie d’une paroi annulaire de sortie de la figure 10 lorsque la rotation de l’enceinte de lubrification est en phase d’arrêt. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en oeuvre ont les mêmes références dans les figures. Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d’illustration et de clarté.
Par ailleurs, dans la description et les revendications, on adoptera à titre non limitatif la terminologie axial, radial et transversal en référence au trièdre A, R, T indiqué sur les figures, l’axe axial A étant parallèle à l’axe longitudinal de l’enceinte de lubrification selon l’invention.
Ainsi, les termes « axial » et « axialement » sont définis par rapport à l'axe axial A qui est parallèle à l’axe longitudinal C de l’enceinte de lubrification. Les termes « radial » et « radialement » sont définis par rapport à l’axe R qui est perpendiculaire à l’axe longitudinal C de l’enceinte de lubrification.
Dans la description, et sauf mention contraire, les expressions « interne » et « externe » sont utilisées à titre non limitatif en référence à l'éloignement radial par rapport à l'axe longitudinal autour duquel s’étend l’enceinte de lubrification, l'expression « interne » définissant une zone radialement plus proche de l'axe longitudinal de l’enceinte de lubrification, par opposition à l'expression « externe ».
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION
L’invention s’applique à tout type d’aéronef comprenant une turbomachine et en particulier à un hélicoptère tel qu’illustré schématiquement sur la figure 2.
Dans cet exemple, l'hélicoptère 100 comporte une cellule 101 et est équipé d'un rotor principal 102 associé à une voilure tournante, pour la sustentation et la propulsion, ainsi que d'un rotor de queue 103, anti-couple. Les rotors 102, 103 sont entraînés par un système ou un groupe propulsif 104.
Le système propulsif 104 comporte une boîte de transmission principale 105 ou BTP dont la fonction est de transmettre la puissance du turbomoteur principal aux rotors 102, 103 pour les mettre en mouvement. La boîte de transmission principale 105 comporte classiquement des engrenages formant un ou plusieurs étages de réduction. Un premier arbre de transmission 106 relie la boîte de transmission principale 105 au rotor principal 102.
Le système propulsif 104 comporte en outre un moteur principal, notamment une turbomachine 107 pour fournir la puissance nécessaire au vol de l'hélicoptère, dans laquelle tous les étages de compresseur ou de turbine sont fixés à un arbre unique formant un arbre de sortie. L'arbre de sortie de la turbomachine 107 est relié à un deuxième arbre de transmission 108 par l'intermédiaire d'une roue libre 109. La roue libre 109 permet de coupler en rotation l'arbre de sortie de la turbomachine 107 et le deuxième arbre de transmission 108, dans un premier sens de rotation, et de découpler en rotation les arbres précités, dans un second sens de rotation opposé. Le deuxième
arbre de transmission 108 est couplé à la boîte de transmission principale 105. Un troisième arbre de transmission 110 permet de coupler la boîte de transmission principale 105 au rotor de queue 103.
Généralement, la turbomachine 107 est équipée d’une turbine libre 111.
La roue libre 109 permet d’autoriser la rotation du rotor principal 102 de l’hélicoptère sans entrainer la turbine libre 111 de la turbomachine 107 en autorotation.
Cette roue libre 109 est dans une enceinte tournante fermée, ce qui permet de lui garantir une bonne lubrification et un fonctionnement correct même lors de l’arrêt de l’alimentation en huile de l’enceinte. Cette roue libre 109 étant un élément critique pour le fonctionnement de l’aéronef, notamment en autorotation, son endommagement potentiel est donc à détecter le plus tôt possible.
C’est le but de l’invention qui propose une enceinte de lubrification permettant à la fois de conserver la fonction lubrification en garantissant un niveau d’huile adéquat tout en garantissant l’évacuation des potentielles particules résultant de l’usure du système mécanique logé dans l’enceinte de lubrification, notamment la roue libre, avec lequel le fluide de lubrification a été en contact.
Une telle enceinte de lubrification 10 selon l’invention pour une turbomachine va maintenant être détaillée en regard des figures 3 à 17.
Une telle enceinte de lubrification est particulièrement adaptée pour lubrifier un système mécanique 1 d’une turbomachine.
Par exemple, le système mécanique 1 est un réducteur de vitesse d’une turbomachine. Toutefois, l’invention s’applique également à tout système mécanique d’un aéronef, notamment un système mécanique en relation avec une turbomachine de l’aéronef, par exemple dans le cas d’hybridation avec l’utilisation d’une machine électrique et d’une turbine à gaz associées impliquant l’utilisation d’une roue libre.
Ainsi, selon un autre exemple, le système mécanique 1 est une roue libre, notamment d’un hélicoptère, telle que décrite précédemment.
Afin d'assurer la lubrification du système mécanique 1 dans l'enceinte de lubrification 10, la turbomachine comprend classiquement un système de lubrification non représenté. De façon connue, et par exemple, le système de lubrification comprend un circuit principal de lubrification, un circuit auxiliaire de lubrification du système mécanique 1 , les circuits principal et auxiliaire étant reliés à l'enceinte de lubrification 10. Le système de lubrification peut comprendre en outre un dispositif d’injection du fluide de lubrification
15 dans l'enceinte de lubrification 10. Le dispositif d’injection est relié au circuit principal et au circuit auxiliaire. L’injection du fluide est illustrée par la flèche FE.
Le circuit principal comprend typiquement une pompe d'alimentation reliée à un réservoir principal (non représentés). La pompe d'alimentation est par exemple configurée pour aspirer le fluide de lubrification 15 du réservoir principal et pour alimenter en fluide de lubrification 15 le dispositif d’injection.
Le circuit principal comprend en outre un circuit retour relié au réservoir principal. Le circuit retour comprend une pompe de récupération configuré pour récupérer le fluide de lubrification 15 sortant de l’enceinte de lubrification et le renvoyer dans le réservoir principal.
La figure 3 représente schématiquement en coupe longitudinale une enceinte de lubrification selon l’invention.
L’enceinte de lubrification 10 selon l’invention est mobile en rotation autour d’un axe de rotation. La figure 3 illustre l’enceinte de lubrification 10 en cours de fonctionnement, c’est-à-dire en rotation autour de l’axe de rotation.
L’enceinte de lubrification 10 comprend un corps cylindrique 12, une paroi annulaire d’entrée 14 d’un fluide de lubrification 15 et une paroi annulaire de sortie 16 du fluide de lubrification.
Comme indiqué précédemment, le fluide 15 est introduit dans l’enceinte de lubrification 10 à travers la paroi annulaire d’entrée 14 par un dispositif d’injection tel que représenté par la flèche FE et s’évacue de l’enceinte de lubrification 10 à travers la paroi annulaire de sortie 16 par débordement au cours de la rotation de l’enceinte de lubrification 10 tel que représenté par les flèches Fs.
Le fluide de lubrification 15 est par exemple du carburant, de l’huile, du liquide de refroidissement, ou tout autre fluide de lubrification adapté pour lubrifier le système mécanique 1. De préférence, le fluide de lubrification 15 est de l’huile.
Le corps cylindrique 12 s’étend selon un axe longitudinal C entre une première extrémité 12A et une seconde extrémité 12B.
L’axe longitudinal C est confondu avec l’axe de rotation de l’enceinte de lubrification. Dans les exemples illustrés, l’axe longitudinal C est parallèle à la direction axiale A. L’axe longitudinal du corps cylindrique est également l’axe longitudinal de l’enceinte de lubrification.
Le corps cylindrique 12 est creux.
L’enceinte de lubrification 10 comprend une cavité interne 18 délimitée radialement par le corps cylindrique 12.
Le système mécanique 1 à lubrifier est logé dans la cavité interne.
Le système mécanique 1 est solidaire de l’enceinte de lubrification 10 en rotation.
La cavité interne 18 est en outre délimitée axialement par la paroi annulaire d’entrée 14 ou paroi amont et la paroi annulaire de sortie 16 ou paroi aval.
Dans la présente invention, et de manière générale, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à une direction principale F de circulation du fluide de lubrification 15 à l'intérieur de l’enceinte de lubrification 10, et ici suivant la direction axiale A qui est confondue avec l’axe longitudinal C, c'est-à-dire de la droite vers la gauche en référence à la figure 3.
La paroi annulaire d’entrée 14 du fluide de lubrification est fixée à la première extrémité 12A corps cylindrique par tout moyen de fixation approprié.
Avantageusement, la paroi annulaire d’entrée 14 présente un axe principal parallèle, et de préférence coaxial à l’axe longitudinal C de la cavité interne.
La paroi annulaire d’entrée 14 s’étend radialement entre un bord interne 14A et un bord externe 14B.
Comme indiqué précédemment, dans la description, et sauf mention contraire les expressions « interne » et « externe » sont utilisées à titre non limitatif en référence à l'éloignement radial par rapport à l'axe longitudinal C autour duquel s’étend l’enceinte de lubrification, l'expression « interne » définissant une zone radialement plus proche de l'axe longitudinal de l’enceinte de lubrification, par opposition à l'expression « externe ». Par conséquent, le bord interne 14A est plus proche radialement de l'axe longitudinal C de l’enceinte de lubrification que le bord externe 14B.
La paroi annulaire d’entrée 14 comporte un orifice d’entrée 142 du fluide lubrification. L’orifice d’entrée 142 est délimité circonférentiellement par le bord interne 14A de la paroi annulaire d’entrée.
L’orifice d’entrée 142 est configuré pour être relié fluidiquement au dispositif d’injection pour alimenter en fluide de lubrification 15 l’enceinte de lubrification.
La paroi annulaire de sortie 16 du fluide de lubrification est fixée à la deuxième extrémité 12B du corps cylindrique par tout moyen de fixation approprié.
Avantageusement, la paroi annulaire de sortie 16 présente un axe principal parallèle, et de préférence coaxial à l’axe longitudinal C de la cavité interne.
Les figures 4 à 14 décrivent des modes de réalisation d’une telle paroi annulaire de sortie 16 d’une enceinte de lubrification 10 selon l’invention. Plus précisément, les figures 4 à 9 représentent un premier mode de réalisation et les figures 10 à 17, un deuxième mode de réalisation.
Selon l’invention, la paroi de sortie 16 est conformée pour évacuer des particules 5 entraînées par le fluide de lubrification 15 sous un effet centrifuge. Comme expliqué précédemment, les particules 5 résultent d’une usure du système mécanique 1 avec lequel le fluide de lubrification 15 est en contact.
En référence aux figures 4 à 17, la paroi de sortie 16 comporte un flasque annulaire 22, une portion cylindrique 24 et au moins un ensemble d’évacuation 26 des particules entraînées par le fluide de lubrification 15.
Le flasque annulaire 22 est délimité radialement entre un bord interne 22A et un bord externe 22B.
En outre, le flasque annulaire 22 s’étend axialement entre une surface amont 22C et une surface aval 22D.
La surface aval 22D est une surface extérieure à la cavité interne 18 de l’enceinte de lubrification 10.
En référence aux figures 4 à 9, selon le premier mode de réalisation, la surface amont 22C est une surface intérieure à la cavité interne 18 de l’enceinte de lubrification 10. Dans l’exemple illustré, la surface amont 22C délimite axialement la cavité interne 18 de l’enceinte de lubrification 10.
De préférence, la surface amont 22C est sensiblement plane ainsi que la surface aval 22D. Les surfaces amont 22C et aval 22D sont sensiblement parallèles l’une de l’autre. Elles s’étendent de préférence chacune dans un plan transverse à l’axe principal, parallèle à l’axe longitudinal C de l’enceinte de lubrification.
Bien entendu, selon des variantes possibles, seule une des surfaces amont 22C et aval 22D peut être sensiblement plane ou aucune des surfaces amont 22C et aval 22D n’est sensiblement pas plane. Selon un autre exemple, au moins une des surfaces amont 22C et aval 22D est tronconique.
La paroi annulaire de sortie 16 comporte un orifice de sortie 162 du fluide de lubrification par lequel le fluide peut s’écouler par débordement au cours de la rotation de l’enceinte de lubrification. Plus précisément, le flasque annulaire 22 comporte un orifice de sortie 162 du fluide lubrification.
L’orifice de sortie 162 est traversant, c’est-à-dire qu’il débouche d’une part dans la surface amont 22C et d’autre part dans la surface aval 22D.
L’orifice de sortie 162 est délimité circonférentiellement par le bord interne 22A du flasque annulaire 22.
L’orifice de sortie 162 est configuré pour être relié fluidiquement au système de lubrification et notamment à un réservoir de récupération (non illustré) du fluide de lubrification 15 qui peut éventuellement sortir par l’orifice de sortie sous l’effet centrifuge au cours de la rotation de l’enceinte de lubrification tel qu’illustré par les flèches Fs.
La portion cylindrique 24 s’étend axialement à partir du bord externe 22B du flasque 22 vers une extrémité libre 24A en amont du flasque 22.
La portion cylindrique 24 s’étend radialement entre une surface circonférentielle interne 24C et une surface circonférentielle externe 24D.
En outre, la paroi de sortie 16 comporte avantageusement un rebord de fixation 28 s’étendant radialement vers l’extérieur à partir de l’extrémité libre 24A de la portion cylindrique 24 de la paroi de sortie. Le rebord de fixation 28 est conformé pour fixer la paroi de sortie au corps cylindrique 12 de l’enceinte de lubrification 10 par tout moyen de fixation approprié.
Dans l’exemple illustré sur les figures, le rebord de fixation 28 comprend plusieurs trous traversants 282. Par exemple, chaque trou traversant 282 est destiné à recevoir par exemple une vis de fixation traversant également un rebord de fixation complémentaire du corps cylindrique 12 de l’enceinte de lubrification 10 pour une solidarisation par un système vis-écrou.
Comme indiqué précédemment, la paroi de sortie 16 comporte au moins un ensemble d’évacuation 26 des particules entraînées par le fluide de lubrification 15.
De préférence, la paroi de sortie 16 comporte plusieurs ensembles d’évacuation 26 des particules entraînées par le fluide de lubrification, les ensembles étant répartis angulairement autour de l’axe principal de la paroi de sortie 16, confondu avec l’axe longitudinal C de l’enceinte 10.
Avantageusement, les ensembles d’évacuation 26 sont régulièrement répartis angulairement autour de l’axe longitudinal C.
Par exemple, la paroi de sortie 16 comporte sept ensembles d’évacuation 26 des particules selon le premier mode de réalisation illustré sur les figures 4 à 9.
Chaque ensemble d’évacuation 26 des particules 5 comprend une écope 30 et un conduit d’évacuation 40 du flasque associé.
L’écope 30 est ménagée dans la portion cylindrique 24 de la paroi de sortie 16, et plus précisément dans la surface intérieure 24C de la portion cylindrique 24.
L’écope 30 est avantageusement conformée pour concentrer localement les particules 5 sous l’effet centrifuge en vue de leur évacuation de l’enceinte de lubrification 10.
L’écope 30 s’étend circonférentiellement sur un secteur angulaire de la portion cylindrique 24 de la paroi de sortie 16 entre une première extrémité 30A et une seconde extrémité 30B.
Le conduit 40 d’évacuation du flasque 22 présente un passage interne de circulation 402 du fluide de lubrification 15.
Le conduit 40 s’étend longitudinalement à partir du bord externe 22B du flasque radialement vers le bord interne 22A du flasque.
En particulier selon l’exemple illustré, le conduit 40 s’étend longitudinalement selon la direction radiale R entre le bord externe 22B et le bord interne 22A du flasque.
En variante, le conduit 40 peut s’étendre longitudinalement selon une direction inclinée par rapport à la direction radiale R entre le bord externe 22B et le bord interne 22A du flasque.
Le conduit 40 comprend une embouchure d’entrée 404 communiquant avec l’écope 30 et un orifice de sortie 406 pour l’évacuation des particules 5 entraînées par le fluide de lubrification 15.
Le conduit 40 est agencé en aval de la surface extérieure 22D du flasque 22.
Dans l’exemple illustré sur les figures 4 à 9, relatives au premier mode de réalisation, le conduit d’évacuation 40 comporte une paroi périphérique 408 s’étendant à partir de la surface extérieure 22D du flasque. Plus précisément, la paroi périphérique 408 du conduit d’évacuation 40 s’étend en aval de la surface extérieure 22D du flasque selon la direction axiale A. La paroi périphérique 408 délimite au moins partiellement le passage interne 402 de circulation du fluide de lubrification 15.
Dans l’exemple illustré, la section du passage interne 402 du conduit présente avantageusement une forme rectangulaire. Dans ce cas, la paroi périphérique 408 comporte deux portions extrêmales 408B reliées entre elles par une portion centrale 408C. La portion centrale 408C s’étend dans un plan sensiblement parallèle à la surface extérieure 22D du flasque tandis que les portions extrêmales 408B s’étendent à partir de la surface extérieure 22D du flasque dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface extérieure 22D du flasque. En d’autres termes, la paroi périphérique 408 présente une section une forme de U.
En variante, la section du passage interne 402 du conduit peut présenter une autre forme, par exemple circulaire ou partiellement circulaire.
Avantageusement, la surface extérieure 22D du flasque 22 s’étend en continuité de matière radialement entre le bord interne 22A et le bord externe 22B délimitant ainsi au moins partiellement le passage interne 402 de circulation du fluide de lubrification 15. Plus précisément, une telle surface extérieure 22D du flasque 22 délimite en amont le passage interne 402 de circulation du fluide de lubrification tandis que la paroi périphérique 408 du conduit le délimite en aval et dans une direction transverse T, perpendiculaire à l’axe radial R. Dans ce cas, un orifice traversant 50 est ménagé à travers le flasque 22 formant l’embouchure d’entrée 404 du conduit pour communiquer avec l’écope 30. Ainsi, l’orifice traversant 50 débouche en amont de la surface intérieure 22C du flasque dans l’écope 30 et en aval de la surface extérieure 22D dans le conduit d’évacuation 40.
L’orifice traversant 50 est avantageusement ménagé radialement à proximité du bord externe 22B du flasque, et plus précisément au plus proche de la surface intérieure 24C de la portion cylindrique 24 au niveau de l’écope 30 de manière à recueillir les particules 5 transportées par le fluide de lubrification et concentrées dans l’écope.
Telle qu’illustrée sur la figure 7, une telle surface extérieure 22D et notamment un prolongement de la surface extérieure vers le bord externe 22B qui délimite en partie le passage interne 402 de circulation du fluide de lubrification 15 forme un barrage 22E permettant de forcer la circulation du liquide de lubrification par le fond de l’enceinte tournante et plus précisément au plus proche la portion cylindrique 24. Le liquide de lubrification est ainsi forcé de passer à travers l’orifice traversant 50, puis « remonte » le conduit 40 en direction de l’axe longitudinal C et enfin déborde vers l’extérieur par l’orifice de sortie 406 du conduit. Cette circulation forcée au travers du conduit permet d’en faire le rinçage en évacuant les particules 5 vers l’extérieur de l’enceinte tournante de lubrification 10.
Sur la figure 7, la flèche F1 illustre le niveau du fluide de lubrification 15 dans l’enceinte pendant la rotation de celle-ci. Les flèches F2 illustrent la circulation forcée du liquide de lubrification et la flèche F3 schématise le débordement du liquide de lubrification 15 vers l’extérieur de l’enceinte 10 par l’orifice de sortie 406 du conduit 40.
Dans un tel cas, le conduit d’évacuation 40 est juxtaposé à la surface extérieure 22D du flasque améliorant la compacité de la paroi de sortie 16 de l’enceinte de lubrification 10.
Comme indiqué précédemment, l’écope 30 est avantageusement conformée pour concentrer localement les particules 5 sous l’effet centrifuge en vue de leur évacuation de l’enceinte de lubrification 10.
Elle s’étend circonférentiellement sur un secteur angulaire de la portion cylindrique 24 de la paroi de sortie 16 entre une première extrémité 30A et une seconde extrémité 30B. Afin de concentrer localement les particules 5 sous l’effet centrifuge, l’écope 30 comporte une portion intermédiaire 30C qui est radialement plus éloignée de l’axe longitudinal C qu’au moins une des extrémités de l’écope 30 telle qu’illustrée sur la figure 8. La figure 8 illustre une vue agrandie de face d’un exemple d’écope 30. Cette portion intermédiaire 30C concentrant les particules 5 à évacuer est avantageusement arrangée en regard de l’embouchure d’entrée 404 du conduit d’évacuation 40. Plus précisément, l’embouchure d’entrée 404 du conduit d’évacuation 40 communique directement avec la portion intermédiaire 30C de l’écope 30.
Selon le premier mode de réalisation illustré sur les figures 4 à 9, l’embouchure d’entrée 404 du conduit d’évacuation 40 communiquant avec l’écope 30 est arrangée entre la première extrémité 30A et la seconde extrémité 30B.
Selon l’exemple illustré, l’embouchure d’entrée 404 est en outre centrée entre la première extrémité 30A et la seconde extrémité 30B.
Selon l’exemple illustré, la première extrémité 30A et la seconde extrémité 30B de l’écope sont chacune plus proches de l’axe longitudinal C que l’embouchure d’entrée 404 du conduit d’évacuation. En d’autres termes, l’écope 30 comprend une première pente P1 entre la première extrémité 30A et la portion intermédiaire 30C et une deuxième pente P2 entre la deuxième extrémité 30B et la portion intermédiaire 30C afin de concentrer sous l’effet centrifuge les particules dans la portion intermédiaire 30C lorsque l’enceinte de lubrification 10 est en rotation autour de son axe longitudinal C. Les deux pentes P1 et P2 sont schématisées sur la figure 4 par des flèches. Les pentes peuvent être linéaires, telles qu’illustrée sur la figure 4, ou curvilignes, comme dans l’exemple illustré sur la figure 8.
Les pentes P1 et P2 peuvent avoir une même valeur et de sens opposés. Alternativement, les pentes P1 et P2 peuvent avoir des valeurs différentes.
La portion intermédiaire 30C est ainsi arrangée entre la première extrémité 30A et la seconde extrémité 30B de l’écope en regard de l’embouchure d’entrée 404 du conduit d’évacuation 40. Plus précisément, l’embouchure d’entrée 404 du conduit d’évacuation 40 communique directement avec la portion intermédiaire 30C de l’écope 30.
L’embouchure d’entrée 404, et notamment l’orifice traversant 50, est avantageusement ménagée au plus proche radialement de la surface intérieure 24C de la portion cylindrique 24 au niveau de la portion intermédiaire 30C de l’écope 30 de manière à recueillir les particules 5 transportées par le fluide de lubrification et concentrées dans la portion intermédiaire 30C.
De préférence, l’embouchure d’entrée 404, et notamment l’orifice traversant 50, présente un pourtour dont au moins une portion est radialement plus éloignée de l’axe longitudinal C que la portion de la surface intérieure 24C formant la portion intermédiaire 30C de l’écope 30 afin de permettre plus facilement la circulation du fluide dans le conduit 40 et l’évacuation des particules 5 en dehors de l’enceinte de lubrification 10. En variante, l’écope 30 peut présenter d’autres formes.
Par exemple, l’écope peut présenter une seule pente. Dans ce cas, la portion intermédiaire 30C est arrangée à une des deux extrémités 30A, 30B de l’écope.
Avantageusement, la portion cylindrique 24 de la paroi de sortie se prolonge axialement à partir du bord externe 82B du flasque vers la paroi périphérique 408 du conduit d’évacuation 40. La portion cylindrique 24 s’évase avantageusement de l’extrémité libre 24A de la portion cylindrique vers la paroi périphérique 408 du conduit d’évacuation, c’est-à-dire de l’amont vers l’aval afin de renforcer la circulation forcée du liquide de lubrification 15 et des particules 5 dans le conduit en vue de leur évacuation de l’enceinte de lubrification. Ainsi, la portion cylindrique présente une pente représentée par une flèche P sur la figure 6, En d’autres termes, la portion cylindrique est radialement plus éloignée de l’axe longitudinal C vers la paroi périphérique que vers son extrémité libre 24A.
La géométrie de la paroi de sortie 16 selon ce premier mode de réalisation permet avantageusement de concentrer localement les particules dans la portion cylindrique 24, et en particulier dans les écopes 30 par effet centrifuge lorsque l’enceinte 10 est en rotation, et de forcer la circulation du liquide de lubrification par la portion cylindrique 24 afin d’entrainer les particules qui y sont stockées.
En effet, les écopes 30, sous l’effet centrifuge, permettent de concentrer les particules à l’embouchure 404 des conduits 40. Toujours sous l’effet centrifuge, les particules 5 s’accumulent dans le fond des conduits 40, c’est-à-dire contre le bord externe du flasque et de la portion cylindrique 24.
Comme indiqué précédemment, le barrage 22E permet de forcer la circulation du liquide de lubrification par la portion cylindrique 24 et le bord externe du flasque jusque dans les
conduits 40. Le liquide de lubrification est forcé à travers l’embouchure 404 en direction de l’axe longitudinal C et enfin déborde vers l’extérieur par l’orifice de sortie 406 du conduit. Cette circulation forcée au travers du conduit 40 permet d’en faire le rinçage en évacuant les particules 5 vers l’extérieur de l’enceinte tournante de lubrification 10 telle qu’illustrée sur la figure 7.
En outre, en phase d’arrêt de la rotation de l’enceinte de lubrification, la géométrie de la paroi de sortie 16 permet d’évacuer par rinçage les particules des conduits par gravité et tel qu’illustré sur la figure 9.
Les particules 5 non évacuées en régime stabilisé, c’est-à-dire à vitesse de rotation constante, sont évacuées lors des phases d’arrêt. En effet, lorsque la vitesse de rotation devient nulle, les conduits 40 en partie supérieure (figure 9) se vident par gravité du liquide de lubrification qu’ils contiennent. Les flèches F4 illustrent ce rinçage des conduits 40 et l’évacuation du liquide de lubrification. Le liquide de lubrification entraine alors les particules résiduelles à l’extérieure de l’enceinte, autorisant leur entrainement vers un bouchon magnétique au démarrage suivant.
Un deuxième mode de réalisation est illustré sur les figures 10 à 17.
La paroi de sortie 16 selon ce deuxième mode de réalisation diffère de la paroi de sortie 16 selon le premier mode de réalisation en ce que la paroi de sortie 16 est formée de deux pièces coopérant entre elles : une première pièce semblable à la paroi de sortie du premier mode de réalisation dans laquelle seul le flasque est modifié, et un couvercle 70.
Dans ce deuxième mode de réalisation, la paroi de sortie 16 comporte un flasque annulaire 82, une portion cylindrique 24, un couvercle 70 et au moins un ensemble d’évacuation 26 des particules entrainées par le fluide de lubrification 15.
Le flasque annulaire 82 est délimité radialement entre un bord interne 82A et un bord externe 82B.
En outre, le flasque annulaire 82 s’étend axialement entre une surface amont 82C et une surface aval 82D.
La surface aval 82D est une surface extérieure à la cavité interne 18 de l’enceinte de lubrification 10.
La portion cylindrique 24 s’étend axialement à partir du bord externe 82B du flasque 82 vers une extrémité libre 24A en amont du flasque 22.
La portion cylindrique 24 s’étend radialement entre une surface circonférentielle interne 24C et une surface circonférentielle externe 24D.
En outre, la paroi de sortie 16 comporte avantageusement un rebord de fixation 28 tel que décrit précédemment dans le premier mode de réalisation.
Le couvercle 70 est de forme annulaire et présente un axe principal coaxial avec l’axe principal du flasque et donc coaxial avec l’axe longitudinal C de l’enceinte de lubrification 10. Le couvercle 70 est délimité radialement par un rebord interne 70A et un rebord externe 70B.
En outre, le couvercle 70 s’étend axialement entre une surface amont 70C et une surface aval 70D.
De préférence, la surface amont 70C est sensiblement plane ainsi que la surface aval 70D. Les surfaces amont 70C et aval 70D sont sensiblement parallèles l’une de l’autre. Elles s’étendent de préférence chacune dans un plan transverse à l’axe principal, parallèle à l’axe longitudinal C de l’enceinte de lubrification.
La surface aval 70D est agencée en regard de la surface amont 82C du flasque.
Le couvercle 70 est ainsi avantageusement conformé pour être inséré dans la portion cylindrique 24 de manière que la surface aval 70D est juxtaposée à la surface amont 82C du flasque. A cet effet, le rebord externe 70B du couvercle est radialement plus proche de l’axe longitudinal C que la portion cylindrique 24 et le bord externe 82B du flasque 82.
Dans l’exemple illustré, la surface amont 70C du couvercle 70 est une surface intérieure à la cavité interne 18 de l’enceinte de lubrification 10. La surface amont 70C délimite axialement la cavité interne 18 de l’enceinte de lubrification 10.
La paroi annulaire de sortie 16 comporte un orifice de sortie 162 du fluide de lubrification. Plus précisément, l’orifice de sortie 162 est délimité circonférentiellement par le bord interne 82A du flasque annulaire 82 et le rebord interne 70A du couvercle 70.
Avantageusement, le bord interne 82A du flasque annulaire 82 et le rebord interne 70A du couvercle 70 présente un pourtour semblable tant en forme qu’en taille.
L’orifice de sortie 162 est traversant, c’est-à-dire qu’il débouche d’une part dans la surface amont 70C du couvercle et d’autre part dans la surface aval 82D du flasque.
L’orifice de sortie 162 traversant peut être délimité radialement par une pièce cylindrique reliant le bord interne 82A du flasque annulaire 82 au rebord interne 70A du couvercle 70. Cette pièce peut être frettée au flasque annulaire 82 et au couvercle 70. Alternativement, cette pièce peut être formée en continuité de matière avec le flasque annulaire 82 et/ou avec le couvercle 70.
Avantageusement, le couvercle 70 et le flasque annulaire 82 forment une pièce monobloc. Par exemple, la pièce monobloc est formée en continuité de matière par impression tridimensionnelle ou par fabrication additive. Selon un autre exemple, le couvercle 70 est fixé au flasque annulaire 82 (ou inversement) par brasage ou toute autre méthode adaptée.
Comme indiqué précédemment, la paroi de sortie 16 comporte au moins un ensemble d’évacuation 26 des particules entraînées par le fluide de lubrification 15.
De préférence, la paroi de sortie 16 comporte plusieurs ensembles d’évacuation 26 des particules entraînées par le fluide de lubrification, les ensembles étant répartis angulairement autour de l’axe principal de la paroi de sortie 16, confondu avec l’axe longitudinal C de l’enceinte 10.
Avantageusement, les ensembles d’évacuation 26 sont régulièrement répartis angulairement autour de l’axe longitudinal C.
Selon l’exemple illustré sur les figures 10 à 17, la paroi de sortie 16 comporte six ensembles d’évacuation 26 des particules.
Comme dans le premier mode de réalisation, chaque ensemble d’évacuation 26 des particules 5 comprend une écope 30 et un conduit d’évacuation 40 du flasque associé. L’écope 30 est ménagée dans la portion cylindrique 24 de la paroi de sortie 16, et plus précisément dans la surface intérieure 24C de la portion cylindrique 24.
L’écope 30 est avantageusement conformée pour concentrer localement les particules 5 sous l’effet centrifuge en vue de leur évacuation de l’enceinte de lubrification 10.
L’écope 30 s’étend circonférentiellement sur un secteur angulaire de la portion cylindrique 24 de la paroi de sortie 16 entre une première extrémité 30A et une seconde extrémité 30B.
Une des différences entre le premier et le deuxième mode de réalisation est que dans ce deuxième mode de réalisation, le conduit 40 est ménagé dans le flasque 82. Il est formé dans le flasque 82. Le conduit 40 d’évacuation du flasque 82 présente un passage interne de circulation 402 du fluide de lubrification 15.
Dans l’exemple illustré sur les figures 10 à 17, relatives au deuxième mode de réalisation, le flasque 82 comprend au moins une cavité ouverte 90 délimitée par une paroi périphérique 92. La paroi périphérique 92 de la cavité ouverte 90 s’étend en aval de la surface extérieure 82D du flasque 82 selon la direction axiale A. La paroi
périphérique 92 délimite au moins partiellement le passage interne 402 de circulation du fluide de lubrification 15 dans le conduit 40. Ainsi, la paroi périphérique 92 de la cavité ouverte 90 forme au moins partiellement une paroi périphérique 408 du conduit 40 et délimite ainsi au moins partiellement le passage interne 402 de circulation du fluide de lubrification 15. La cavité ouverte 90 forme au moins partiellement le passage interne 402 de circulation du fluide de lubrification 15.
La cavité ouverte 90 et le conduit 40 s’étendent longitudinalement à partir du bord externe 82B du flasque radialement vers le bord interne 82A du flasque.
En particulier, selon l’exemple illustré, le conduit 40 s’étend longitudinalement selon une direction inclinée par rapport à la direction radiale R entre le bord externe 22B et le bord interne 22A du flasque.
En variante, le conduit 40 peut s’étendre longitudinalement selon la direction radiale R entre le bord externe 22B et le bord interne 22A du flasque.
Dans l’exemple illustré, la section du passage interne 402 du conduit présente avantageusement une forme rectangulaire. Dans ce cas, la paroi périphérique 408 comporte deux portions extrêmales 408B reliées entre elles par une portion centrale 408C. La portion centrale 408C s’étend dans un plan sensiblement parallèle à la surface extérieure 22D du flasque tandis que les portions extrêmales 408B s’étendent à partir de la surface extérieure 22D du flasque dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface extérieure 22D du flasque. En d’autres termes, la paroi périphérique 408 présente une section une forme de U.
En variante, la section du passage interne 402 du conduit peut présenter une autre forme, par exemple circulaire ou partiellement circulaire.
Le couvercle annulaire 70 est conformé pour délimiter au moins partiellement le passage interne 402 de circulation du fluide de lubrification 15. Plus précisément, la surface extérieure 70D du couvercle 70 délimite en amont le passage interne 402 de circulation du fluide de lubrification tandis que la paroi périphérique 408 du conduit le délimite en aval et dans une direction transverse T perpendiculaire à l’axe radial R.
Le couvercle annulaire 70 est conformé pour former une embouchure 404 du conduit d’évacuation 40 communiquant avec l’écope 30. A cet effet, le rebord externe 70B du couvercle annulaire 70 est plus proche de l’axe longitudinal C que le bord externe 82B du flasque annulaire 82 pour laisser un passage entre l’écope 30 et le conduit 40 formant ainsi l’embouchure 404 du conduit.
Le conduit 40 comprend en outre un orifice de sortie 406 pour l’évacuation des particules 5 entraînées par le fluide de lubrification 15.
Le couvercle annulaire 70 forme ainsi un barrage 70E permettant de forcer la circulation du liquide de lubrification par le fond de l’enceinte tournante et plus précisément au plus proche de la portion cylindrique 24. Le liquide de lubrification est ainsi forcé de passer à travers l’embouchure 404, puis « remonte » le conduit 40 en direction de l’axe longitudinal C et enfin déborde vers l’extérieur par l’orifice de sortie 406 du conduit. Cette circulation forcée au travers du conduit permet d’en faire le rinçage en évacuant les particules 5 vers l’extérieur de l’enceinte tournante de lubrification 10.
Sur la figure 13, la flèche F1 illustre le niveau du fluide de lubrification 15 dans l’enceinte pendant la rotation de celle-ci. Les flèches F2 illustrent la circulation forcée du liquide de lubrification et la flèche F3 schématise le débordement du liquide de lubrification 15 vers l’extérieur de l’enceinte 10 par l’orifice de sortie 406 du conduit 40.
Comme indiqué précédemment, l’écope 30 est avantageusement conformée pour concentrer localement les particules 5 sous l’effet centrifuge en vue de leur évacuation de l’enceinte de lubrification 10.
Comme pour le premier mode de réalisation, l’écope 30 s’étend circonférentiellement sur un secteur angulaire de la portion cylindrique 24 de la paroi de sortie 16 entre une première extrémité 30A et une seconde extrémité 30B.
Afin de concentrer localement les particules 5 sous l’effet centrifuge, la deuxième extrémité 30B est radialement plus éloignée de l’axe longitudinal C que la première extrémité 30A de l’écope 30 telle qu’illustrée sur la figure 14. La figure 14 est une vue agrandie de face d’un exemple d’écope 30. En d’autres termes, l’écope 30 comprend une pente entre la première extrémité 30A et la deuxième extrémité 30B. Cette pente peut être linéaire ou curviligne, comme dans l’exemple illustré sur la figure 14.
Cette deuxième extrémité 30B concentrant les particules 5 à évacuer est avantageusement arrangée en regard de l’embouchure d’entrée 404 du conduit d’évacuation 40. Plus précisément, l’embouchure d’entrée 404 du conduit d’évacuation 40 communique directement avec la deuxième extrémité 30B de l’écope 30.
Selon l’exemple illustré sur la figures 10, l’écope 30 présente une forme évasée selon la direction circonférentielle de la première extrémité 30A à la deuxième extrémité 30B. En d’autres termes, l’écope est plus large à la deuxième extrémité 30B qu’à la première extrémité 30A selon la direction axiale.
En variante, l’écope 30 peut présenter d’autres formes.
Selon une variante, l’écope 30 peut présenter une forme similaire à celle décrite précédemment dans le premier mode de réalisation.
De même, la forme de l’écope dans ce deuxième mode de réalisation peut s’appliquer au premier mode de réalisation.
Avantageusement, la portion cylindrique 24 de la paroi de sortie se prolonge axialement à partir du bord externe 82B du flasque vers la paroi périphérique 408 du conduit d’évacuation 40. La portion cylindrique 24 s’évase avantageusement de l’extrémité libre 24A de la portion cylindrique vers la paroi périphérique 408 du conduit d’évacuation, c’est-à-dire de l’amont vers l’aval afin de renforcer la circulation forcée du liquide de lubrification 15 et des particules 5 dans le conduit en vue de leur évacuation de l’enceinte de lubrification. Ainsi, la portion cylindrique présente une pente représentée par une flèche P sur la figure 12, En d’autres termes, la portion cylindrique est radialement plus éloignée de l’axe longitudinal C vers la paroi périphérique que vers son extrémité libre 24A.
Comme pour le premier mode de réalisation, la géométrie de la paroi de sortie 16 selon ce deuxième mode de réalisation permet avantageusement de concentrer localement les particules dans la portion cylindrique 24, et en particulier dans les écopes 30 par effet centrifuge lorsque l’enceinte 10 est en rotation, et de forcer la circulation du liquide de lubrification par la portion cylindrique 24 afin d’entrainer les particules qui y sont stockées (figure 13).
En effet, les écopes 30, sous l’effet centrifuge, permettent de concentrer les particules à l’embouchure 404 des conduits 40. Toujours sous l’effet centrifuge, les particules 5 s’accumulent dans le fond des conduits 40, c’est-à-dire contre le bord externe du flasque et de la portion cylindrique 24.
Comme indiqué précédemment, le barrage 70E permet de forcer la circulation du liquide de lubrification par la portion cylindrique 24 et le bord externe du flasque jusque dans les conduits 40 tel qu’illustré sur les figures 13 et 15. Sur la figure 15 le couvercle a été omis pour plus de visibilité. Le liquide de lubrification 15 est forcé à travers l’embouchure 404 en direction de l’axe longitudinal C et enfin déborde vers l’extérieur par l’orifice de sortie 406 du conduit. Cette circulation forcée au travers du conduit 40 permet d’en faire le rinçage en évacuant les particules 5 vers l’extérieur de l’enceinte tournante de lubrification 10 telle qu’illustrée sur les figures13, 15 et 17.
La figure 16 montre la paroi de sortie 16 de face lorsque l’enceinte est en rotation. Le fluide de lubrification 15 remplit la cavité par effet centrifuge assurant une bonne
lubrification du système mécanique à lubrifier jusqu’à atteindre l’orifice 162 de la paroi de sortie où le surplus de liquide peut être évacué par débordement.
En outre, en phase d’arrêt de la rotation de l’enceinte de lubrification, la géométrie de la paroi de sortie 16 permet d’évacuer par rinçage les particules des conduits par gravité et tel qu’illustré sur la figure 17.
Les particules 5 non évacuées en régime stabilisé, c’est-à-dire à vitesse de rotation constante, sont évacuées lors des phases d’arrêt. En effet, lorsque la vitesse de rotation devient nulle, les conduits 40 en partie supérieure (figure 17) se vident par gravité du liquide de lubrification qu’ils contiennent. Le liquide de lubrification entraine alors les particules résiduelles à l’extérieur de l’enceinte, autorisant leur entrainement vers un bouchon magnétique au démarrage suivant.
En outre, la géométrie de la paroi de sortie 16 selon ce deuxième mode de réalisation permet d’améliorer le rinçage des conduits 40 et d’augmenter le taux d’évacuation des particules 5. Les écopes 30 sont des alvéoles de concentration centrifuge des limailles asymétriques par rapport à l’embouchure 404 des conduits. En rotation nominale, les particules 5 sont concentrées à l’entrée 404 des conduits et dans les écopes 30 (figure 16).
En phase transitoire d’arrêt, l’anneau de liquide de lubrification centrifuge se rompt avant l’arrêt total de la rotation (figure 17). La réserve 100 de liquide de lubrification est donc fixe en phase transitoire d’arrêt alors que l’enceinte 10, et par conséquent la paroi de sortie 16, continue avantageusement de tourner par inertie : les écopes 30 font plusieurs passages dans la réserve 100 de liquide de lubrification, prélevant à chaque passage une petite quantité de liquide de lubrification. Lorsque l’écope 30 chargée en liquide de lubrification, en continuant de tourner, arrive suffisamment haut, elle se vide par gravité à travers le conduit. Cette vidange entraine les particules et rince les conduits vers l’extérieur de l’enceinte tournante 10.
Claims
1. Enceinte de lubrification (10) pour un système mécanique (1 ), en particulier d’une turbomachine d’aéronef, l’enceinte comprenant :
- un corps cylindrique (12) s’étendant selon un axe longitudinal (C),
- une paroi annulaire d’entrée (14) d’un fluide de lubrification (15) et une paroi annulaire de sortie (16) du fluide de lubrification fixées respectivement à une première extrémité (12A) et à une deuxième extrémité (12B) du corps cylindrique, - une cavité interne (18) délimitée radialement par le corps cylindrique (12) et axialement par la paroi annulaire d’entrée (14) et la paroi annulaire de sortie (16), le système mécanique (1 ) à lubrifier étant logé dans la cavité interne (18), caractérisée en ce que l’enceinte de lubrification (10) est mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (C), et en ce que la paroi de sortie (16) est conformée pour évacuer des particules (5) entraînées par le fluide de lubrification (15) sous un effet centrifuge, les particules (5) résultant d’une usure du système mécanique (1 ) avec lequel ledit fluide de lubrification est en contact.
2. Enceinte de lubrification selon la revendication 1 , dans laquelle la paroi de sortie (16) comporte :
- un flasque annulaire (22 ; 82) délimité radialement entre un bord interne (22A ; 82A) et un bord externe (22B ; 82B), et présente une surface extérieure (22D ; 82D) à la cavité interne (18) de l’enceinte de lubrification,
- une portion cylindrique (24) s’étendant axialement à partir du bord externe du flasque vers une extrémité libre,
- et au moins un ensemble d’évacuation (26) des particules (5) entraînées par le fluide de lubrification (15) comprenant :
-- une écope (30) ménagée dans la portion cylindrique (24) de la paroi de sortie (16) et conformée pour concentrer localement les particules sous l’effet centrifuge, -- un conduit (40) d’évacuation du flasque (22 ; 82) présentant un passage interne (402) de circulation du fluide de lubrification, le conduit (40) s’étendant longitudinalement à partir du bord externe (22B ; 82B) du flasque radialement vers le bord interne (22A ; 82A) du flasque, la direction radiale (R) étant perpendiculaire à l’axe longitudinal (C), et comprenant une embouchure d’entrée (404) communiquant avec l’écope (30) et un orifice de sortie (406) pour l’évacuation des
particules (5) entraînées par le fluide de lubrification, le conduit (40) étant agencé en aval de la surface extérieure (22D ; 82D) du flasque (22).
3. Enceinte de lubrification selon la revendication 2, dans laquelle le conduit (40) d’évacuation comporte une paroi périphérique (408) s’étendant à partir de la surface extérieure (22D ; 82D) du flasque, la paroi périphérique (408) délimitant au moins partiellement le passage interne (402) de circulation du fluide de lubrification (15).
4. Enceinte de lubrification selon la revendication 3, dans laquelle la surface extérieure (22D) du flasque s’étend radialement entre le bord interne (22A) et le bord externe (22B) délimitant au moins partiellement le passage interne (402) de circulation du fluide de lubrification (15), et un orifice traversant (50) est ménagé à travers le flasque formant l’embouchure d’entrée (404) du conduit.
5. Enceinte de lubrification selon la revendication 3, dans laquelle la paroi de sortie (16) comporte un couvercle (70) annulaire juxtaposé au flasque (82) et agencé en amont du flasque, le couvercle (70) annulaire étant conformé pour délimiter au moins partiellement le passage interne (402) de circulation du fluide de lubrification (15) et pour former l’embouchure (404) du conduit d’évacuation.
6. Enceinte de lubrification selon la revendication 5, dans laquelle le couvercle annulaire (70) s’étend radialement entre un rebord interne (70A) et un rebord externe (70B), le rebord externe (70B) du couvercle annulaire étant plus proche de l’axe longitudinal (C) que le bord externe (82B) du flasque annulaire (82).
7. Enceinte de lubrification selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans laquelle l’écope (30) s’étend circonférentiellement sur un secteur angulaire de la portion cylindrique (24) de la paroi de sortie (16) entre une première extrémité (30A) et une seconde extrémité (30B).
8. Enceinte de lubrification selon la revendication 7, dans laquelle l’embouchure d’entrée (404) du conduit d’évacuation (40) communiquant avec l’écope (30) est arrangée entre la première extrémité (30A) et la seconde extrémité (30B), la première extrémité (30A) et la seconde extrémité (30B) étant chacune plus proche de l’axe longitudinal (C) que l’embouchure d’entrée (404) du conduit d’évacuation.
9. Enceinte de lubrification selon la revendication 7, dans laquelle l’embouchure d’entrée (404) du conduit d’évacuation (40) communiquant avec l’écope (30) est arrangée à proximité de la seconde extrémité (30B), la première extrémité (30A) étant plus proche de l’axe longitudinal (C) que la seconde extrémité (30B) de l’écope.
10. Enceinte de lubrification selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, dans laquelle l’écope (30) présente une forme évasée selon la direction circonférentielle de la première extrémité (30A) à la seconde extrémité (30B).
11. Enceinte de lubrification selon l’une quelconque des revendications 3 à 9, dans laquelle la portion cylindrique (24) de la paroi de sortie se prolonge axialement à partir du bord externe du flasque vers la paroi périphérique du conduit d’évacuation, la portion cylindrique s’évasant de l’extrémité libre de la portion cylindrique vers la paroi périphérique du conduit d’évacuation.
12. Enceinte de lubrification selon l’une quelconque des revendications 2 à 11 , dans laquelle la paroi de sortie comporte plusieurs ensembles d’évacuation (26) des particules (5) entrainées par le fluide de lubrification (15), les ensembles étant répartis angulairement autour de l’axe longitudinal (C).
13. Enceinte de lubrification selon la revendication 12, dans laquelle les ensembles d’évacuation (26) sont régulièrement répartis angulairement autour de l’axe longitudinal (C).
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|---|---|
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- 2025-06-05 WO PCT/FR2025/050495 patent/WO2025253071A1/fr active Pending
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|---|---|
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