Brevet FR2540936A1 — publié le 19840817

Perfectionnement aux systèmes de lubrification de turboma- chine à gaz. La présente invention concerne des systèmes de lubri- fication pour turbomachine à gaz. Dans les systèmes de lubrification classiques,la pompe à huile principale prélève l'huile du réservoir d'huile et la dirige vers les chambres à paliers, et des pompes de balayage évacuent cette huile des chambres à paliers et la dirige vers un séparateur air-huile, égale- ment connu sous le nom d'aspirateur, dans une chambre qui est soumise à une basse pression et dans laquelle l'air séparé est rejeté dans l'atmosphère De la chambre d'aspi- rateur, l'huile est repompée vers le réservoir, en général en passant par des filtres et des refroidisseurs Chaque opération de pompage fait monter la température de l'huile. Il a été proposé dans la demande de brevet britannique n' 2 071 510 d'utiliser également le séparateur centrifuge en tant que pompe à huile Par la demande de brevet britan- nique N O 2 043 799, il est d'autre part connu qu'en diri- geant l'air sous pression des chambres à paliers du moteur vers le séparateur, l'air entraîne l'huile jusqu'au sépara- teur et que l'on peut éliminer les pompes de balayage, en permettant au séparateur de renvoyer l'huile vers le réser- voir d'huile. Dans les systèmes de lubrification classiques dans lesquels la pompe à huile principale s'alimente dans le réservoir, des agencements spéciaux ont également été pro- posés pour être certain que les paliers sont alimentés en huile quand l'avion effectue des manoeuvres acrobatiques aériennes, et par exemple quand le réservoir d'huile se renverse et découvre l'entrée de la pompe Ces agencements spéciaux impliquent l'utilisation de pompes auxiliaires ou des modifications apportées au réservoir d'huile ou à d'autres parties du système, tout cela compliquant le système. Un but de la présente invention est de proposer un système de lubrification convenant totalement à des manoeuvres acrobatiques aériennes, avec une augmentation minimale de complications. Un autre but de la présente invention est de proposer un système de lubrification pour une turbomachine à gaz qui réduit le nombre de pompes à engrenages nécessaires et qui peut fonctionner en utilisant une unique pompe centri- fuge pour toutes les conditions des manoeuvres acrobati- ques aériennes. Un autre but encore de la présente invention est de proposer un système de lubrification pour une turbomachine à gaz dans lequel il n'y ait pas de soupapes. Selon la présente invention, un système de lubrifica- tion de turbomachine à gaz comprend un réservoir, un sépa- rateur centrifuge, et des moyens de balayage pour évacuer l'huile des chambres à paliers et l'envoyer au séparateur centrifuge, système dans lequel le réservoir est pressurisé à une première pression par l'air provenant du moteur, des moyens à conduit sont prévus pour acheminer de l'huile de l'intérieur du réservoir vers le séparateur centrifuge, des moyens de mise en circulation de l'huile sont prévus pour envoyer par action centrifuge au moins une partie de l'huile qui passe par le séparateur vers les chambres à paliers du moteur, et des moyens sont prévus pour renvoyer l'huile en excès non utilisée vers le réservoir par les moyens de mise en circulation-de l'huile et à une pression supérieure à la première pression. Grâce à ce moyen, aussi longtemps que l'huile est renvoyée des chambres à paliers vers le séparateur centri- fuge, cette huile est continuellement en circulation et si la pression d'alimentation en huile tombe au-dessous de la pression régnant dans le réservoir, ce qui indique une interruption avec l'alimentation en huile, le réservoir fournit automatiquement de l'huile au séparateur en raison de la différence de pression. De préférence, les moyens de mise en circulation de l'huile comprennent un déflecteur statique dans un compar- timent du séparateur rotatif qui capte l'huile qui - tourbillonne sur la paroi du compartiment et la dirige vers les chambres à paliers. De même, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque chambre à paliers comprend un grand nombre d'ouvertures de balayage en des emplacements dif- férents pour être certain que l'huile est évacuée des chambres à paliers, quelle que soit l'attitude qu'elles adoptent pendant les manoeuvres acrobatiques aériennes. Dans un autre mode de réalisation, le réservoir d'huile est muni d'un évent sur le côté du réservoir qui est à l'opposé-des moyens à conduit, et qui est également aménagé pour communiquer avec l'intérieur du séparateur centrifuge, pour constituer une autre alimentation d'huile pour des manoeuvres acrobatiques aériennes. L'invention sera ci-après décrite plus particuliè- rement en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente schématiquement les éléments essentiels du système de lubrification de la présente invention, La figure 2 est une vue, à plus grande échelle, d'une partie du système représenté à la figure 1, et La figure 3 montre un détail de la disposition des déflecteurs montrés à la figure 2. Si l'on se réfère aux dessins, une turbomachine à gaz ( 1) comprend un système de lubrification comportant un réservoir ( 2), des chambres à paliers ( 3), dont une seule est représentée, un séparateur centrifuge ( 4) qui agit également en tant que pompe, et un refroidisseur d'huile ( 5) La chambre à paliers ( 3) est balayée par des moyens comprenant un conduit ( 10) présentant une entrée principale ( 12) et une pluralité d'entrées auxiliaires ( 14) qui com- muniquent avec l'intérieur de la chambre en une pluralité d'emplacements de manière qu'au moins l'un d'entre eux soit alimenté en huile, quelle que soit l'attitude du moteur pendant le vol De l'air sous pression est envoyé dans la. chambre à paliers, de l'extérieur de la chambre, par l'in- termédiaire de joints sans contact ( 16), l'air servant non seulement à éviter des fuites d'huile de la chambre par les joints, mais assurant également un courant sous pres- sion qui renvoie l'huile contenue dans la chambre dans le conduit de balayage ( 10) Le conduit qui communique avec la chambre à paliers par l'intermédiaire des entrées ( 14) comprend un étranglement ( 18) pour éviter qu'un excès d'air s'échappe de la chambre à paliers ( 3) quand il n'y a pas d'huile qui passe par les entrées. Le conduit de balayage achemine le mélange air-huile des chambres à paliers vers l'entrée du séparateur centri- fuge,'o il est éjecté par des buses ( 20) à grande vitesse de-façon à venir heurter des aubes ( 22) du séparateur, dans une direction facilitant l'entraînement du sépara- teur. t Le séparateur lui-même consiste en un corps principal ( 24) qui est relié de-façon rotative à un arbre d'entraîne- ment ( 26), et-il comprend un ou plusieurs compartiments ( 28) dont-chacun contient un matériau poreux rigide et par exem- ple le matériau vendu sous l'appellation commerciale de RETIMET (marque déposée)par Dunlop-Limited. Un-séparateur approprié est décrit dans le brevet britannique nh 1 508 212 et ne sera pas ci-après décrit en détail Il suffit de dire que le mélange air-huile, après avoir heurté les aubes ( 28) pénètre dans le séparateur par une ouverture d'entrée ( 30) et traverse les pores du maté- riau poreux, ce qui le fait tourner et sollicite l'huile radialement vers l'extérieur L'air, qui est moins dense, traverse une sortie à air ( 32) dans une région radialement interne et s'échappe du séparateur par une ou plusieurs ouvertures ( 34) pratiquées dans l'arbre d'entraînement De là, l'air est éjecté du moteur. Par ailleurs, l'huile tourne avec la paroi radiale- ment externe du séparateur et la seule sortie passe par un compartiment ( 36) sur-le côté opposé du séparateur, dans lequel est monté un déflecteur statique ( 38) Le dé- flecteur s'étend radialement vers l'extérieur sur un rayon pour lequel la pression centrifuge appliquée au liquide permet de développer, avec sa vitesse rotationnelle, la pression nécessaire pour l'huile contenue dans le déflec- teur, et la section d'entrée du déflecteur est dimension- née pour permettre à ce déflecteur de recueillir un courant suffisant pour les paliers, à cette pression Du déflec- teur vitesse de l'huile qui pénètre dans le diffuseur en pres- sion Toute huile en excès par rapport à celle captée par le déflecteur passe par une seconde sortie ( 41) qui peut être un simple tuyau, ou par un second déflecteur (Fig 3), et elle revient vers le réservoir d'huile La hauteur de la seconde sortie-( 41) est prévue de manière que la pres- sion développée au niveau de cette sortie soit compatible avec la pression réelle dans le réservoir d'huile, comme cela sera expliqué plus loin. Si l'on se réfère maintenant au réservoir d'huile ( 2), de l'air comprimé est envoyé dans le réservoir par un tuyau ( 42) pour maintenir le réservoir à une pression pré-sélec- tionnée, que l'on dénommera première pression, et un con - duit ( 43) établit la communication entre le fond du réser- voir et la seconde sortie ( 40) du séparateur Le but de ceci est de permettre le passage de l'huile entre le sépa- rateur et le réservoir par deux passages en fonction des pressions régnant aux deux extrémités du conduit ( 43) Il peut arriver que le réservoir ait besoin d'être ventilé et on prévoit un tuyau d'évent ( 44) qui parvient directement à l'entrée du séparateur de façon à éjecter l'air vers l'extérieur Le diamètre du tuyau est aussi réduit que possible pour éviter une-perte excessive de pressurisation de l'air dans le réservoir Le tuyau d'évent ( 44) fournit en outre une alimentation additionnelle d'huile au sépa- rateur lorsque le vol s'effectue sur le dos. En fonctionnement, le système se comporte comme suit La vitesse de l'huile qui pénètre dans le déflecteur ( 38), en conjonction avec la pression centrifuge due à la hauteur de l'huile séparée sur la paroi radialement exté- rieure du compartiment, engendre suffisamment de pression pour entraîner l'huile le long du conduit d'alimentation ( 40) jusqu'aux chambres à paliers ( 3) L'huile est prévue pour passer par le refroidisseur ( 5) qui est monté dans le conduit d'alimentation ( 40) Après avoir lubrifié les paliers,l'huile est renvoyée par le conduit de balayage ( 10) sous forme d'un mélange air-huile jusqu'à l'entrée du séparateur o, après avoir exercé son action sur les aubes ( 22), il est capté dans le matériau poreux du séparateur, dans le compartiment ( 28). En agissant sur le séparateur l'assistant dans son entraîne- ment, l'air perd dé l'énergie et se refroidit, ce qui réduit l'échauffement de l'huile et ce qui réduit également l'éner- gie nécessaire pour entraîner le séparateur L'huile sépa- rée est renvoyée aux paliers par l'intermédiaire du déflec- teur ( 38), comme décrit ci-dessus Toute huile en excès dans le compartiment se rassemble sur la paroi extérieure, ce qui augmente la force centrifuge, et de ce fait la pres- sion de l'huile, jusqu'à ce qu'elle submerge la seconde sor- tie ( 41) Le rayon de cette sortie est calculé pour que, lorsque l'huile l'atteint, la pression engendrée par centri- fugation à la sortie soit égale à la première pression ré- gnant dans le réservoir d'huile A mesure que la hauteur de l'huile continue à monter sur la paroi extérieure du compar- timent, la pression montante de l'huile dans la seconde sor- tie entraîne l'huile vers le réservoir d'huile. Si pour une raison quelconque, telle que des manoeuvres acrobatiques aériennes, il y a moins d'huile qui revient au séparateur que d'huile qui sort par le déflecteur ( 38), le niveau de l'huile sur la paroi extérieure du compartiment ( 36) baisse et découvre la seconde sortie, ce qui permet à l'huile sous pression contenue dans le réservoir d'huile de parvenir dans le séparateur et de le remplir Le sys- tème est donc totalement auto-régulateur et entièrement adapté à des manoeuvres acrobatiques aériennes Il conti- nue de fonctionner même quand le réservoir est vide, à condition qu'il y ait un courant de balayage provenant des chambres à paliers et parvenant à l'entrée du séparateur. En fonction de la pression régnant dans le réser- voir d'huile, il peut être nécessaire de disposer au ni- veau de la seconde sortie d'une pression supérieure à celle engendrée seulement par la hauteur de la pression centrifuge, ce qui fait que la seconde sortie peut se pré- senter sous la forme d'un second déflecteur pour profiter d'une partie ou de la totalité de la hauteur de la vitesse disponible de l'huile en rotation pour augmenter la pres- sion. D'àutres perfectionnements additionnels peuvent être ajoutés au système général décrit ci-dessus Par exemple, on peut prévoir dans le séparateur un autre compartiment ( 50) dont la profondeur radiale est supérieure à celle des autres compartiments ( 28) et ( 36), un orifice ( 51) étant prévu pour permettre à l'huile de pénétrer dans la chambre ( 50) o toute matière étrangère peut se rassembler en vue d'une inspection ultérieure. Dans les chambres à paliers, on peut également pré- voir une canalisation ( 54) faisant face radialement vers l'intérieur, à faible distance de sa paroi qui est radia- lement à l'extérieur, et qui est reliéeàla structure ro- tative dans la chambre- Quand on démarre à froid et quand la pression de l'air dans la chambre à paliers est insuf- fisante pour souffler l'huile visqueuse et froide et l'en- voyer dans le système de balayage, le niveau de l'huile monte dans la chambre jusqu'à ce que l'huile parvienne _ dans la canalisation rotative qui fournit à l'huile de l'énergie par action centrifuge Un déflecteur statique ( 56) s'étendant dans la canalisation et relié de manière à diri- ger l'huile directement dans le conduit de balayage fait ainsi revenir l'huile dans le séparateur A mesure que l'huile s'échauffe, l'air de pressurisation reprend de façon croissante la fonction de balayage, et le niveau de l'huile baisse jusqu'à ce qu'il ne reste plus d'huile dans la canalisation En variante au déflecteur statique ( 56), l'huile provenant de la canalisation peut être envoyée par des ouvertures pratiquées dans la base de la canalisation pour parvenir à une volute de diffusion qui parvient au conduit de balayage. REVENDICATIONS - 1 Système de lubrification de turbomachine à gaz comprenant un réservoir, un séparateur centrifuge, et des moyens de balayage pour évacuer l'huile des chambres à pa- liers et l'envoyer au séparateur centrifuge, caractérisé en ce que le réservoir ( 2) est pressurisé à une première pression par l'air provenant du moteur, des moyens à con- duit ( 43) sont prévus pour acheminer de l'huile de l'inté- rieur du réservoir ( 2) vers le séparateur centrifuge ( 4), des moyens de mise en circulation de l'huile ( 38) sont prévus pour envoyer par action centrifuge au moins une partie de l'huile qui passe par le séparateur ( 4) vers les chambres à paliers ( 3) du moteur, et des moyens ( 41) sont prévus pour renvoyer l'huile en excès non utilisée vers le réservoir par les moyens de mise en circulation de l'huile et à une pression supérieure à la première pression. 2 Système de lubrification de turbomachine à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise en circulation de l'huile comprennent un déflec- teur statique ( 38) disposé dans un compartiment ( 36) du séparateur rotatif et aménagé pour recueillir l'huile qui est à proximité de la paroi radialement à l'extérieur du compartiment. 3 Système de lubrification de turbomachine à gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflec- teur comprend un diffuseur ( 39). 4 Système de lubrification de turbomachine à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracté- risé en ce que les moyens pour renvoyer l'huile en excès vers le réservoir comprennent une seconde sortie ( 41) du compartiment ( 36) contenant le déflecteur ( 38), et aména- gée pour recueillir l'huile à proximité de la paroi radia- lement extérieure du compartiment, mais sur un rayon infé- rieur à celui du déflecteur. 5 Système de lubrification de turbomachine à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que chacun des moyens de balayage des chambres à paliers comprend une pluralité d'ouvertures de balayage ( 12, 14) dans des emplacements différents pour être cer- tain que l'huile soit évacuée des chambres à paliers ( 3), quelle que soit l'attitude qu'elles adoptent en fonction- nement. 6 Système de lubrification de turbomachine à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce que le réservoir d'huile est muni d'un évent ( 44) en un emplacement situé sur le côté du réservoir qui est opposé aux moyens à conduit, et qui est également aménagé pour communiquer avec l'intérieur du séparateur centrifuge ( 4). 7 Système de lubrification de turbomachine à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce que les moyens de balayage comprennent une cana- lisation annulaire ( 54) faisant radialement face vers l'intérieur, reliée à la structure rotative dans la chambre à paliers et disposée à proximité de la paroi extérieure de la chambre à paliers, et des moyens ( 56) pour diriger l'huile qui se rassemble dans la canalisation annulaire vers une sortie de la chambre à paliers qui communique avec le séparateur centrifuge. 8 Système de lubrification de turbomachine à gaz selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un déflec- teur statique ( 56) qui est disposé à proximité de la paroi radialement à l'extérieur de la canalisation ( 54) constitue le moyen pour diriger, vers la sortie, l'huile qui se rassemble dans la canalisation.