Brevet FR2450348A1 — publié le 19800926

La presente invention se rapporte à un dispositif de lubrification, pour l'envoi d'huile vers les paliers de l'arbre principal et les engrenages auxiliaires d'un moteur à turbine à gaz ; elle vise, plus particulièrement, un dispositif de ce type comportant un conduit de décharge commande' par une soupape programmée de façon à éviter un débit d'huile excessif lorsque le moteur fonctionne à vide. Dans un moteur à turbine à gaz, le compresseur et la turbine sont montés sur un arbre qui traverse le carter du moteur0 Cet arbre est supporté par des paliers prévus en différents points du moteur. Un dispositif de lubrification alimente ces paliers avec les débits d'huile désirés. D'une manière générale, l'huile est mise en circulation à l'intérieur du dispositif par une pompe volumétrique qui est en tramée par l'arbre du moteur. Cette pompe est donc caractérisée par un débit qui est directement proportionnel à la vitesse du moteur. Le palier est disposé autour de l'arbre, dans un bottier qui est en contact étanche avec l'arbre. L'huile est refoulée par la pompe dans le bottier, pulvérisée sur le palier et recueillie à la base du bottier, pour être évacuée vers un bac de récupération. Suivant l'application particulière, l'évacuation peut entre effectuée de différentes façons, par exemple par gravité, par des pompes auxiliaires ou par admission d'air comprimé à travers les garnitures d'étanchéité de l'arbre. La vidange gravitaire ne peut etre utilisée que si on dispose d'une place suffisanté pour permettre une grande section d'évacuation, afin d'être certain que tout le débit d'huile peut être évacué. Toutefois, en général, la vidange est contrariée par la nécessité d'utiliser des passages de petite section transversale. Par suite, dans de nombreux cas, on commence à rencontrer des difficultés, lorsque la vitesse du moteur augmente et que le débit d'huile surpasse la capacité des moyens d'évacuation. L'évacuation de l'huile peut être aidée au moyen d'air comprimé, dérivé de l'étage de compression, afin de mettre sous pression les garnitures d'étanchéité des paliers principaux. Cette source d'air comprimé permet d'introduire un certain débit d'air dans le bottier, à travers les garnitures d'étanchéité de l'arbre, ce qui augmente la pression à l'intérieur du boStier et engendre une force qui accrott le débit d'évacuation d'huile du bottier.Ce procédé est efficace aux vitesses élevées, pour maintenir le débit d'évacuation désiré. Toutefois, son inconvénient réside en ce que, à l'arrêt ou à vide, la pression d'air disponible est sensiblement réduite alors que la pompe fonctionne encore à des débits relativement forts.Il en résulte une accumulation indésirable d'huile dans l'ensemble du palier, ce qui provoque une plus grande absorption de chaleur dans l'huile. Du fait de la faible différence de pression à travers les garnitures, l'huile peut fuir à travers la garniture d'étanchéité de l'arbre principal, ce qui fait fumer le moteur. L'invention évite, d'une manière nouvelle, les divers inconvénients ci-dessus. Elle a pour objet un dispositif d'alimentation en huile qui dérive le débit excédentaire d'huile refoulé par la pompe pendant la marche à vide et qui interrompt le débit d'huile après l'arrêt du moteur. Une pompe volumétrique fait circuler l'huile d'un bac de reprise aux engrenages auxiliaires et aux paliers et cannelures de l'arbre d'un moteur à turbine à gaz. L'huile s'écoule sur les paliers et décante à la base du boiter des paliers, où-elle est vidangée et renvoyée vers le bac. Pour faciliter la vidange, de l'air à haute pression est amené, par un conduit, du compresseur à la zone extérieure du boitier de palier, cet air pouvant stintro- duire à travers la garniture d'étanchéité de l'arbre. Cet air à haute pression est nécessaire pour aider au balayage lorsque le débit d'huile est excessif, aux grandes vitesses de l'arbre. Toutefois, à vide ou à l'arr8t, la quantité d'air sous pression disponible est sensiblement réduite, alors que le débit d'huile reste relativement élevé. Afin de compenser cette insuffisance de balayage pendant le fonctionnement à vide, un conduit de décharge est prévu pour renvoyer au bac le débit d'huile en ex càs. L'orifice du conduit est conçu pour se fermer progressiweqment, lorsque la pression de refoulement de la pompe augmente, et pour laisser passer le débit d'huile en excès, lorsque les pressions huile correspondent à la marche à vide. Cette même situation de débit d'huile excédentaire se produit après l'arrêt du moteur.Pour éviter ce phénomène, un clapet est disposé dans le conduit d'huile principal afin d'interrompre tout débit d'huile lorsque la pression d'huile descend au-dessous d'une valeur prédéterminée. L'invention sera mieux comprise à- la lumière de la description de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés. Fig. 1 est un schéma de principe simplifié du dispositif de distribution d'huile suivant l'invention. Fig. 2 est un graphique illustrant les caractéristiques de circulation d'huile d'un dispositif suivant l'invention. Fig. 3 est un schéma de principe d'un circuit de lubrification pour une turbine à gaz, conforme à l'invention. Fig. 4 est vine coupe dun distributeur utilisé dans un dispositif de distribution d'huile suivant l'invention. Fig. 5 est une coupe d'une soupape utilisée dans le dispositif de distribution d'huile suivant l'invention, et Fig. 6 est une coupe d'un palier. Le dispositif simplifié de distribution d'huile représente sur la figure 1 est construit pour fournir de huile aux paliers 1 qui supportent l'arbre 2 (fig. ó) d1un moteur à turbine à gaz. L'huile est mise en circulation à l'intérieur du dispositif par une pompe volumétrique 3 qui est entraînée par l'arbre 2 de la turbine à gaz. La pompe 3 engendre un débit d'huile (PPH) qui est directement proportionnel à la vitesse du moteur (NM), comme indiqué parla ligne 4 sur le graphique de la figure 2. Sur cette figure, la vitesse du moteur NH est indiquée en pourcentage de la vitesse maximale. On voit, sur ce graphique, que dans les conditions de marche à vide il y a un débit d'huile substantiel, qui est de l'ordre de 70% de la pleine capacité. Le palier 1, représenté sur la figure 6, comprend un bottier 5, un roulement à billes 6 et des garnitures d'étanchéité 7 et 8 pour l'arbre. L'huile est introduite dans le bottier 5 par un conduit 15 et elle descend, à travers le roulement 6, jusqu'à la partie inférieure du boîtier 5 où elle se rassemble et sort par un conduit 9. Pour aider à l'évacuation de l'huile,de l'air à haute pression est prélevé aux étages de compression du moteur et dirigé vers le palier I. Cet air traverse les garnitures d'étanchéité 7 et 8 et pénètre dans la cavité du logement 5 du palier. il en résulte une pression positive qui chasse l'air et huile par le conduit 9 de vidange ou de balayage et maintient ainsi effectivement le niveau d'huile dans les logements de paliers à la hauteur voulue. Toutefois, une difficulté apparait lorsque le moteur tourne à vide ou lorsqu'il est arrêté car, pendant ces périodes, il y a peu ou pas d'air à haute pression disponible pour remplir cette fonction de balayage0 Le débit de la pompe étant encore rela tivement élevé, l'huile tend à s'accumuler dans le palier, du fait de l'incapacité du dispositif à évacuer l'huile du boîtier 5 au débit nécessaire. Il en résulte une fuite d'huile à travers les garnitures 7 et 8 de l'arbre et, par suite, le moteur fume. Pour éviter cette difficulté, un conduit de décharge 11, schématisé sur la figure 1, est prévu dans le dispositif, pour fournir à l'huile refoulée par la pompe 3 un passage de retour vers le bac 12. Le conduit Il est commandé par une soupape 13, construite pour s'ouvrir à des pressions d'huile correspondant à la vitesse à vide, ou inférieure. L'orifice de la soupape est déterminé pour permettre le retour d'un débit d'huile suffisant pour compenser I' insuffisance de capacité d'évacuation du dispositif aux vitesses réduites du moteur et pour fournir le plein débit d'huile aux vitesses supérieures. La courbe caractéristique du débit d'huile vers le palier, avec le conduit de décharge, est représentée par la courbe 16 sur la figure 2.Le débit d'huile dans le conduit 11 est représenté par la courbe 10 sur la figure 2. Afin d'empêcher une accumulation d'huile pendant les vitesses progressivement décroissantes qui se produisent à jarret du moteur, un clapet antiretour 14 est placé dans la conduite principale d'alimentation 15 venant de la pompe 3, en un point situé à l'aval de la soupape de décharge 13. Le clapet 14 est conçu pour se fermer à une pression qui indique que le moteur tourne à une basse vitesse du rotor de compresseur. L'huile venant de la pompe 3, qui s'écoule pendant les dernières phases de ralentissement du moteur, est renvoyée par le conduit de décharge Il et on évite ainsi une accumulation dans le boîtier 5 du palier. La figure 3 illustre un groupe de paliers de moteur à turbine à gaz, avec son dispositif associé de distribution d'huile. Dans le cas représenté, il y a six paliers d'arbre 17 à 22, situés à différentes positions sur la longueur de l'arbre du moteur. Les paliers 18, 19 et 21, 22 forment des paires et chaquwpaire est montée dans un bottier commun. Une pompe principale 23 fournit le débit total de circulation, à partir d'un bac 24, par l'intermédiaire d'un conduit 25 et d'un filtre 26. Le conduit 25 alimente un distributeur 27 qui contient le clapet antiretour 28, le conduit de décharge 29 et la soupape de commande 300 Le distributeur 27 est représenté sur la figure 4 et alimente les bottiers du palier 17 et de la paire de paliers 21, 22. L'huile évacuée des paliers 21 et 22 est dirigée directement par un conduit vers le réducteur auxiliaire 31, d'où elle est refoulée par une pompe 32, à travers un réfrigérant 36, vers le bac 24. Le débit dghuile requis diffère pour chaquekalier, suivant son emplacement et sa configuration particulière. Cela nécessite parfois des pompes auxiliaires, telles que 33 et 34, pour maintenir le débit d'huile désiré. La pompe 34 reprend l'huile du palier 17 et l'envoie au réducteur auxiliaire 31. Le distributeur 27 alimente également le palier 20, par l'intermédiaire de la pompe auxiliaire 33. L'huile évacuée du palier 20 est déchargée directement vers le réducteur 31. L'huile sortant du distributeur 27 est dirigée vers le réducteur 35 d'où elle est reprise par une pompe 37, à travers le réfrigérant 36, vers le bac 24. A cause des conditions hydrauliques qui sont particulières à la paire de paliers 18 et 19, ces derniers sont alimentés directement par la pompe 23, en amont du conduit de décharge 29, afin de maintenir la pression d'huile maximale. Le distributeur 27 est représenté sur la figure 4. Il est conçu pour supporter le filtre 26 et les éléments de pompe 23, 32, 33, 34 et 37. Le conduit d'alimentation 25, qui véhicule le débit d'huile principal vers le filtre 26, est incorporé à l'in térieur du distributeur. L'huile qui sort du filtre 26 est dirigée, à travers le clapet 28, vers le palier 17 et la paire de paliers 21, 22, par un conduit 38. Un conduit 39 dirige l'huile sortant du conduit 38 vers la paire de paliers 18, 19. Le conduit 39 est raccordé avant le conduit de décharge 29, de manière à assurer la pression d'huile maximale dans toutes les conditions.Le conduit de décharge 29 communique avec le conduit 39 à l'amont du clapet 28, et il est commandé par une soupape 30 programmée pour permettre à huile de revenir vers le réducteur auxiliaire 31 dans les conditions de fonctionnement à vide. Un conduit 40 est raccordé à lZ élément de p-ompe 33 pour diriger l'huile vers le palier 20. Le conduit de décharge 29 peut être raccordé, comme représenté sur la figure 3, pour diriger lthuil ers le réducteur auxiliaire 31 qui est vidangé par la pompe 32.D'autres conduits peuvent entre prévus, à l'intérieur du distributeur 27, pour diriger l'huile vers le carter du réducteur 35 qui est vidangé par la pompe 37. La soupape de commande 30 est représentée sur la figure 5. Cette soupape est prévue pour constituer un orifice varia- ble 44 dans le conduit de décharge 29, cet orifice étant réglé progressivement pour obtenir dans le conduit 29 un débit d'huile suivant la courbe 10 de la figure 2, en réponse à la pression dans le circuit de distribution d'huile. Plus particulièrement, la soupape 13 est déterminée pour dériver le débit d'huile excédentaire qui existe, lorsque le moteur fonctionne à sa vitesse à vide et au-dessus. Au-dessus des vitesses à vide, la soupape 30 se ferme progressivement, de manière à fournir le plein débit d'huile au moteur à grande vitesse. La soupape 30 comprend un corps 41 construit avec une chambre intérieure 42 comportant une entrée 43 et une sortie 44. Le clapet de soupape 45 est monté coulissant dans la chambre 42, de façon à modifier la dimension de l'orifice de sortie 44. Le clapet 45 est rappelé dans la position d'ouverture, par un ressort 46. La pression d'huile;ienant de entrée 43 et d'une entrée secondaire 49 exerce une force sur une collerette 50 du clapet 45, pour vaincre la force de rappel du ressort 46. Un joint coulissant d'étanchéité 47 sépare la zone contenant l'huile sous pression de la partie de la chambre 42 qui contient le ressort. Cette dernière partie communique avec l'atmosphère par une sortie 48. il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS le Dispositif de distribution d'huile, pour les paliers supportant l'arbre d'un moteur à turbine à gaz, qui comprend, en combinai son, un bac (12) pour emmagasiner une certaine quantité d'huile de lubrification de palier ; une pompe volumétrique (3) entraî- née par l'arbre du moteur et raccordée au bac pour faire cir culer l'huile contenue dans ce dernier, ainsi qu'un conduit principal d'alimentation (15) raccordé à la pompe pour distri buer huile i la pompe aux paliers (1) , caractérisé par un conduit de décharge (11) relié au conduit principal d'alimenta tion pour fournir un passage direct de retour de la pompe vers le bac ; et une soupape de réglage (13) disposée dans le con duit de décharge, pour permettre à l'huile de passer dans ce conduit lorsque la vitesse du moteur provoque le pompage d'un débit d'huile excessif. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un clapet antiretour (14) incorporé dans le conduit principal de distribution à l'aval du conduit de décharge,pour interrompre le débit d'huile vers les paliers lorsque le moteur starrtte. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la soupape de réglage répond à la pression de refoulement de la pompe et est conçue pour entre ouverte aux pressions qui correspondent à des vitesses de fonctionnement à vide du moteur et pour se fermer progressivement lorsque la pression de refou lement indique que la vitesse du moteur augmente au-dessus de ladite vitesse à vide. 4o Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un distributeur (27) à l'in térieur duquel sont formés les conduits de raccordement au bac et aux paliers, la pompe, le conduit de décharge et la soupape étant également incorporés dans ce distributeur. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le clapet antiretour est également monté dans le distributeur. 6. Dispositif suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'un filtre d'huile (26) est incorporé dans le distributeur (27).