Brevet FR2028999A1 — publié le 19701016

La présente inveiition concerne des perfectionnements aux moteurs à turbine à gazs et plus particulièrement des perfectionnements'consistant à injecter de l'air sous pression à basse température, pour empêcher toute fuite d'huile du carter où sont placés les roulements à billes et/ou les engrenages 5 lubrifiés. .' ' Les moteurs à turbine à gaz comportent, de façon connue, des carters fixes pour le montage des-roulements à billes et des engrenages, et des joints annulaires pour isoler ces carters du rotor du moteur à turbine à gaz. De façon générale, un écoulement d'huilé continu dans ces carters est dirigé 10 sur les roulements à billes et lès engrenagess à la fois pour le refroidissement et la lubrification. Ces carters servent également à la vidange de l'huile, qui peut ensuite passer par un refroidisseur, avant d'être à nouveau .envoyée dans le carter. " " Ces joints de fluide annulaires entre les'éléments fixes et 15 rotatifs ne sont pas complètement étanches, sous la forme courante utilisée dans les conditions de fonctionnement des turbines à gaz. En conséquence, les chambres entourant les joints du carter ont été mises sous pression, de façon que l'huile fuyant à travers les joints s'écoule dans le carter. De cette façon, la perte d'huile du système de lubrification est éliminée, à cause de la fuite 20 du joint du carter. Une pratique de l'art antérieur consistait à faire s'écouler l'air sous pression du compresseur d'un moteur à turbine à gaz,' directement dans ces chambres de compression. Cependant, si on utilise des joints dentés à labyrinthe dans les moteurs'ayant des'compresseurs à taux de pression élevée, 25 cette technique ne convient pas. Les joints dentés à labyrinthe sont avantageux de par leur longue durée et leur faible prix de revient. Cependant, ils sont moins étanches que de nombreux autres dispositifs de joints annulaires, tels que les joints au carbone. Ceci signifie qu'une grande quântité d'air peut s'écouler dans les carters de lubrification pour empêcher toute perte d'huile. 30 Tandis que le compresseur du moteur constitue une aliméntatioh en air convenable, la température, elle, pose un problème. Ceci,parce que,dans les compresseurs à plusieurs étages et à taux de pression élevé,. les étages inférieurs ne sont pas sous une pression positive convenable aux vitesses de fonctionnement les plus basses. Si l'air est alimenté à partir d'un étage de compression plus 35 élevé, sous une pression positive convenable aux faibles vitesses, sa température,, aux grandes vitesses, lorsqu'il s'écoule dans le carter, est si élevée que l'huile est endommagée. 70 02509 2 2028999 Par conséquent, l'invention permet de réaliser, de façon simple et économique, la compresâon de l'air à partir d'un compresseur à taux de pression élevé pour empêcher toute perte d'huile du carter à huile dans le moteur à turbine à gaz. 5 L'invention concerne donc un moteur à turbine à gaz ayant un compresseur de flux axial à plusieurs étages, une chambre de combustion et une turbine, un rotor de moteur comprenant l'ensemble constitué par les rotors de la turbine et du compresseur, des roulements à billes sur lesquels le rotor du moteur est monté en rotation, un carter à huile entourant les roulements à 10 billes, des éléments-annulaires pour isoler le carter du rotor du moteur, une chambre de compression entourant les éléments annulaires, le moteur étant . caractérisé en ce.qu'il comprend des dispositifs d'échappement comprenant des orifices primaires -relias.par des conduits à un étage de compresseur ayant un niveau de compression déterminé pour toutes les conditions de fonctionnement 15. du moteur, et des orifices secondaires communiquant avec une source d'air relativement froid, sous une pression relativement faible, ce dispositif d'échappement présentant des orifices pour la décharge de l'air mélangé ayant une température et une pression intermédiaires à celles de l'air s'écoulant du compresseur, et de l'air secondaire, et des dispositifs pour diriger la 20 sortie des dispositifs d'échappement vers les chambres de compression. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront~de la description-qui va. suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel : . - la figure 1 est une représentation sitnplifiée d'un moteur à 25 turbine à gaz conforme à l'invention; - la figure-2: est .une vue agrandie d'un carter à huile, tel que représenté figure 1; et - la figure 3 est une vue agrandie .d'un dispositif d'échappement tel que représenté fLgure 1. . 30 Le moteur à turbine à gaz représenté figure 1 comporte un moteur central ou générateur de gaz 12 qui engendre un courant de gaz fchaud annulaire. Ce courant passe dans une turbine 14 et sert à son actionnement. La turbine 14 est munie d'un arbre de sortie 16 qui peut être relié à travers un accouplement flexible 18 à un mécanisme d'entraînement tel que par exemple un générateur 35 électrique. ' Le générateur de gaz 12 comprend un compresseur 20 qui comprime l'air pour supporter la combustion d'un combustible dans une enceinte 22 et engendrer le courant de gaz chaud de référence. Ce courant de gaz chaud passe dans la turbine de générateur de gaz 24 avant d'entraîner la turbine 14. 70 02509 3 2028999 Ce moteur est du type à double rotor, dans lequel une extrémité d"un arbre tubulaire 26 est reliée au rotor 28 de la turbine du moteur,, et l'autre extrémité est reliée au rcter de compression 30; de façon connue, pour former un roter du moteur. Le second rotor de ce moteur comprend le rotor 32 5 de la turbine d-'où. sort l'arbre 16 qui est relié par exemple à un arbre cannelé,, représenté en 34. L" extrémité, aval du rotor de la turbine 32 est montée en rotation surdeux roulements à billes 36 logés dans un carter annulaire 38. Les roulements à billes 36 sont supportes par un bâti 37,ayant des entretoises 39 10- traversant le courant de gaz chaud, jusqu'à, un boîtier extérieur. Une chambre 40 entoure le carter 38 et est pressurisée,tel que décrit ci-dessous, pour empêcher toute fuite d'huile. Les joints 42 et 44 sont placés entre le rotor"32 et les parois du carter 38 et les parois 46 de la chambre 40. L'extrémité amont du rotor de turbine et l'extrémité aval du 15 rotor du générateur de gaz sont montées en rotation sur des roulements à billes 48, 5Q, supportés par un bâti 52. Un carter annulaire 54 entoure ces roulements à billes, des joints 56 étant placés entre les parois du carter et les rotors respectifs. Ùn boîtier annulaire 58 délimite une chambre 60 qui entoure les joints annulaires 56. Les joints 62 sont placés entre le boîtier 58 et les 20 rotors respectifs. La partie médiane du rotor du générateur de gaz est montée sur un roulement à billes 64 supporté par un bâti 66. Un carter 68 entoure le / • roulement à billes 64 et des joints 70 sont placés entre celui-ci et l'arbre. Un boîtier 72 délimite une chambre 74 qui entoure le carter 68a et des joints 25 75 sont placés entre celui-ci et le rotor. L'avant du rotor du générateur de gaz est montée en rotation -sur un roulement â billes 76 placé sur un bâti avant 78. Un carter 80 comprend l'extrémité avant du rotor et est muni d'un joint annulaire 82 placé entre celui-ci et le rotor. Un boîtier 84 délimite une chambre 86 qui entoure le 30 joint 82 et un joint 88 est place entre eelui-ci et le rotor. La figure 2 représente plus en détail le premier des carters 38 décrit. L'huile s'écoule de façon continae dans les roulements à billes et dans les engrenages 90 (dent I'ur seulement est représenté)? qui sont utilisés p-ur actionner la pompe à huile- Lsbuile et l'air sont retirés de façon 35 continue du réservoir du côté aspirant de la pompe â huile. De cette façon, une pression relativement faible est maintenue dans le carter. BAD ORIGINAL^ 70 02509 4 2028999 La figure 2 montre également que les joints 42 et 44 sont de préférence du type dentés et à labyrinthe., et comprennent des dents annulaires placées contre les surfaces cylindriques d'étanchéité. Il apparaît que^ en maintenant dans la chambre de compression 5 40 une pression supérieure à celle du carter 38, l'écoulement d'air à travers les joints 42 empêchera,au moins en partie, toute perte d'huile du carter. Cet air de pressurisation de la chambre 40, ainsi que des chambres -60» 74 et 86, provient du compresseur 20. Un conduit 92 est relié au boîtier, de compresseur 94, à un étage intermédiaire déterminé» ht une pression lG positive suffisante-dans toutes les phases du cycle de fonctionnement du moteur», pour assurer une pression convenable dans les chambres de compression, par l'utilisation de dispositifs décrits ci-dessous. Normalement, l'étage choisi pour cet écoulement d'air est l'étage le plus bas qui fournit une telle pression. Le conduit 9.2 est relié aux entrées primaires 93 de deux 15 dispositifs" d^échappement 96, 98. Ces dispositifs peuvent être identiques et peuvent avoir la forme du dispositif d'échappement .96 représenté de façon agrandie sur la figure -3. L'entrée primaire est déchargée à partir de la buse 100, dans une chamhre-agrandie 101, qui présente une entrée secondaire ayant la forme d'un tube 102, communiquant avec l'air extérieur. Le mélange qui s'échappe 20 est ainsi constitué de l'air qui s'écoule du compresseur et de l'air ambiant. La sortie du dispositif 96 est reliée par le conduit 106 à la chambre 86, et par le conduit 108 à la chambre 74. La sortie du dispositif 98 est reliée, par le conduit 110, à la chambre 60 et,par le conduit 112, à la chambre 40. Les conduits peuvent être reliés à plusieurs chambres à l'aide 25 d'entretoises telles qu'il en existe dans de tels moteurs» Ces entretoises constituent également des moyens d'accès pour l'huile alimentant les conduits à partir des carters d'huile ou vers ces carters. L'utilisation des dispositifs d'échappement, tels que décrits t ci-dessus, empêche par une compression, convenable toute fuite d'huile des 30 carters^ L'air ambiant maintient cet air de pressurisation à une température suffisamment basse pour empêcher l'altération de l'huile, même si une grande quantité d'air est retirée des carters, et est entraînée avec l'huile. Tandis que- le moteur à turbine à gaz conforme à l'invention utilise deux dispositifs d'échappement., il est également possible d'utiliser 35 un seul de ces dispositifs pour plusieurs carters, ou bien des dispositifs d'échappement individuels pour chaque carter, selon les applications et les exigences d'un moteur déterminé. Il va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou variantes sans sortir de son cadre. 70 02509 5 2028999 R E-'V ENDICATION 1. Moteur à turbine à gaz comprenant un compresseur de flux axial * à plusieurs étages, une chambre de combustion et une turbine, un rotor de moteur constitué de rotors de turbiné et de compresseur reliés, des roulements à billes sur lesquels tourne le rotor du moteur, un carter à huile entourant les roulements 5 à billes, des dispositifs annulaires pour isoler-le carter dû rotor"du moteur, une chambre de pressurisation entourant le joint annulaité, ce moteur, étant caractérisé en ce qu'il comprend des dispositifs d'échappement présentant des orifices primaires reliés par un conduit à un étage de> compresseur ayant un niveau de pressurisation déterminé pour toutes les conditions de fonctionnement 10 du moteur, et un orifice secondaire en communication avec une source d'air relativement froid, à une pression relativement faible, les dispositifs d'échappement étant pourvus d'orifices pour la décharge du'mélange d'air dont la température et la pression ont des valeurs intermédiaires entre celles de l'air qui s'écoule du compresseur et de l'air secondaire, et des dispositifs 15 pour envoyer l'air provenant du dispositif.d'échappement dans la chainbre de pressurisation.