Brevet FR2543637A1 — publié le 19841005

1. L'invention se rapporte à un engrenage planétaire destiné à être placé entre une turbomachine et une machine électrique dans un carter d'engrenage, dans lequel la roue planétaire est montée sur l'arbre du rotor de la turbomachine, comprenant des roues satellites qui tournent sur des axes montés par encas- trement en porte-à-faux, et une couronne à denture intérieure reliée à l'arbre lent qui est monté dans un palier, la roue planétaire formant, par son centra- ge dans les roues satellites, une portée pour l'arbre du rotor. Il est déjà connu dans la technique antérieure de réaliser un engrenage planétaire du genre cité au début dans un mode de construction dans lequel une roue planétaire tourillonne dans le porte- satellites De son côté, ce porte-satellites forme le montage entre appuis pour les axes des roues sa- tellites Ceci donne un montage coûteux, aussi bien du point de vue de la construction que de celui de l'encombrement et qui, en outre, entraîne de grandes pertes par frottement en raison du grand nombre des paliers ou portées. On connaît dans la technique antérieure, d'o part la présente invention, un ventilateur cen- trifuge ou un compresseur centrifuge équipé d'un en- grenage planétaire incorporé Dans ce cas, la deuxiè- me extrémité de l'arbre du rotor constitue un pignon et représente en même temps la roue planétaire d'un engrenageplanétaire à denture oblique qui comporte trois ou plus de trois roues satellites Ces roues satellites tournent sur les axes d'un porte-satellites qui est fixe La couronne à denture intérieure est uniquement supportée par son engrènement sur les roues 2. satellites La liaison avec le moteur électrique est réalisée par l'intermédiaire d'un accouplement à dents mobile Ici, la première moitié de l'accou- plement à dents est formé par la couronne à denture intérieure tandis que l'autre moitié de l'accouple- ment à dents est clavetée rigidement sur l'extrémité libre de l'arbre de la machine électrique Ceci donne au total une construction très compliquée et les paliers de la machine électrique doivent être mis à contribution pour porter une moitié de l'accou- plement à dents mobile. Au contraire, le but de l'invention est de réaliser une construction du genre cité au début dans une configuration capable d'apporter une élé- vation du rendement avec un mode de construction simplifié. Selon l'invention, ce problème est réso- lu par la combinaison des caractéristiques suivantes: a) la couronne à denture intérieure forme, par son centrage sur les roues satellites, l'une des portées de l'arbre lent, b) l'autre portée est constituée par un palier radial et axial et est agencée dans le carter de l'engrenage, c) la couronne à denture intérieure a une structure élastique dans la direc- tion radiale et d) la couronne est fixée sur l'arbre lent par l'intermédiaire d'un prolongement annulaire à paroi mince Ceci permet avantageusement de réali- ser un engrenage planétaire destiné à un domaine d'application spécial, possédant un mode construc- tion compact, et dans lequel, grâce à la réduction du nombre des paliers et de la complexité de la construction, on obtient une diminution des coûts, des pertes par frottement et de la longueur d'encom- brement. 3. Selon une autre caractéristique, il est prévu un ou plusieurs roulements pour la deuxième portée de l'arbre lent. Selon une autre caractéristique, a) le carter de 1 engrenage est assemblé au carter de la machine électrique par des centrages concentriques, b) la couronne à denture intérieure forme, par le centrage sur les roues satellites, l'une des portées de l'arbre lent, c) l'autre portée de l'arbre lent est formée par les paliers de la machine électrique, d) la couronne à denture intérieure a une structure élastique dans la direction radiale, e) la couronne à denture intérieure est fixée à l'arbre lent par. l'intermédiaire d'un prolongement annulaire à paroi mince et souple en flexion. Selon une autre caractéristique de l'in- vention, la roue planétaire et la couronne à denture intérieure sont munies chacune de bagues de pression et l'une des portées de l'arbre du rotor est consti- tuée par un palier radial. Selon une autre caractéristique de l'in- vention, les flancs des dents des roues satellites sont d'une forme légèrement bombée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la descrip- tion qui va suivre Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig- l est une vue de côté schémati- que, en partie en coupe, d'un engrenage planétaire à denture droite, dans un mode de construction à support indépendant; la Fig 2 représente, en partie en coupe, une autre forme de réalisation d'un engrenage plané- 4. taire à denture oblique simple, dans un mode de cons- truction à support indépendant; la Fig 3 est une vue de côté, en partie en coupe de l'engrenage planétaire à denture droite dans le mode de construction à montage par brides. Sur les Fig i et 2, on a représenté une forme de réalisation qui présente un mode de cons- truction à support indépendant Le carter 12 peut être fixé sur la partie de l'installation prévue à cet effet, soit par l'intermédiaire de pieds prévus directement sur ce carter, soit par montage par bri- de sur le carter de la turbomachine, et donc par l'intermédiaire de ce dernier Entre la machine élec- trique 14 et l'engrenage planétaire se trouve un dispositif 18 d'accouplement élastique qui compense les désalignements des arbres et peut être, selon le besoin, soit rigide en rotation, soit élastique en rotation. L'engrenage planétaire à denture droite représenté en coupe sur la Fig l est essentiellement composé d'une roue planétaire 33, de roues satellites 4, qui sont montées par l'intermédiaire d'axes de roues satellites 7 sur un porte-satellites fixe 6 et une ccuronne à denture intérieure 10 La roue planétaire 33 est montée de son côté sur l'arbre 1 qui porte le rotor 2 de la turbomachine L'arbre 1, avec le rotor 2, forme un seul bloc avec la roue planétaire 33 Cet arbre 1 est maintenu d'une part radialement et axialement par le palier 3, et d'autre part par son enarènement dans les roues satellites 4 A côté du palier 3 de l'arbre 1 se trouve une garniture d'étanchéité 5. Le carter 12 de l'engrenage planétaire 5. est fermé sur le côté gauche par un flasque for- mant une bride pour le carter qui constitue en même temps le portesatellites Les axes 7 recevant les roues satellites 4 sont encastrés à une extremité dans ce porte-satellites 6 Comme portées pour les roues satellites 4, on prévoit de préférence des paliers lisses 35 Le maintien axial des roues sa- tellites 4 est assuré par des bagues ou disques de butée 8 et 9. La couronne à denture intérieure 10 est dimensionnée de manière à présenter une élastici- té radiale, ce qui améliore la régularité de la ré- partition de la transmission de la puissance dans l'engrenage planétaire et donne en outre la possibi- 1 S lité de monter plus de trois roues satellites. La couronne à-denture intérieure 10 est reliée à la collerette 16 de l'arbre 19 à rotation lente de la machine électrique 14 par l'intermédiaire d'un prolongement annulaire à paroi mince L'arbre lent 19 de l'engrenage est relié rigidement à la couronne 10 à denture intérieure par l'intermédiaire de vis à tige allégée non représentées en détail. Cet arbre 19 est guidé par le roulement 20, pouvant être par exemple un palier à rotule articulé angu- lairement, et, de même que pour l'arbre 1 du rotor, par l'engrènement entre là couronne 10 à denture intérieure et les roues satellites 4 Une garniture d'étanchéité 13 sert à monter le carter 12 à joint étanche sur le coté lent de l'engrenage. Comme type de denture, on utilise dans cet engrenage planétaire une denture droite Une géométrie particulière de denture assure un bon cen- trage pour la roue planétaire 33 et pour la couronne à denture intérieure 10, une haute capacité de charge et un bon comportement dynamique Les déformations qui se manifestent sont compensées par des corrections de profil et des corrections longitudinales. Les flancs de denture des roues satellites 4 sont d'une configuration légèrement bombée, d'une façon connu en soi, et ils donnent ainsi aux zones d'engrènement des propriétés d'articulation Cette caractéristique évite l'apparition de trop hautes contraintes spécifiques sur les extrémités des dents, qui pourraient se manifester sous l'effet de désaxe- ments résultant de la fabrication ou de défauts d'ali- gnement entre le porte-satellites 6 et l'arbre 1 du rotor ou entre ce porte-satellites et l'arbre lent 19. Dans certains cas particuliers, il peut être avantageux de prévoir, en remplacement de l'engre- nage planétaire à denture droite représenté sur les Fig 1 et 3, une denture oblique simple sur la roue planétaire, sur les roues satellites 4 et sur la couronne à denture intérieure 10 ( Fig 2) Sur la roue planétaire 33 sont fixées des bagues de pression et 41, et sur la couronne à denture intérieure 10 sont fixées des bagues de pression 42 et 43. Ces bagues de pression précitées servent à compenser les composantes axiales des forces des dentures Elles sont en outre en mesure de transmettre d'un côté à l'autre de l'engrenage, par l'intermédiai- re du train d'engrenage, les forces introduites de l'extérieur dans cet engrenage et ceci sans que les dentures ne soient chargées de contraintes addition- nelles Si, par exemple, le rotor 2 exerce une poussée axiale P sur la roue planétaire 33, les bagues de pression 40, les roues satellites 4 et les bagues de pression 42 transmettent cette poussée axiale au côté 7. lent de l'engrenage. La transmission de ces forces axiales se produit au niveau des bagues de pression par un mouvement de roulement comportant un très faible frottement. Dans le cas de grandes vitesses de rota- tion et en présence de grandes poussées axiales sur le côté rapide (arbre 1 du rotor), la forme de réalisation représentée sur la Fig 2 peut être adap- tée de la façon suivante: la partie axiale du pa- lier 3, qui est fortement sollicitée dans de tels cas, peut être omise Les poussées axiales extérieu- res sont transmises avec de faibles pertes, par l'in- termédiaire des bagues de pression 40 et 42 ou 41 et 43, au côté lent, o elles sont absorbées sans problèmes par le palieraxial-radial 20 présent en cet endroit Le comportement de la denture oblique est meilleur que celui de la denture droite en ce qui concerne le bruit. Des rondelles et disques de butées ne sont pas nécessaires puisque lesroues satellites sont maintenues par les bagues de pression selon la Fig 2. La solution comportant une denture oblique simple peut également être réalisée dans le mode de réalisation à montage par bride analogue à celui de la Fig 3 et dans le montage de l'arbre lent qui est représenté sur cette Figure. La forme de réalisation selon la Fig 3 est conçue comme mode de construction à montage par brides pour la fixation sur la machine électrique 14. Ici, il est prévu comme palier pour l'arbre de la machine électrique 14 des roulements 15 qui possèdent 8. un très petit jeu radial en fonctionnement Ce montage centré, pratiquement dépourvu de jeu, de 1 ' arbre lent, permet de relier rigidement la cou- ronne 10 à denture intérieure à la collerette 16 par l'intermédiaire d'un prolongement annulaire 11 à paroi mince, souple en flexion, au moyen de vis à tige allégée non représentées en détail De cette façon, on économise un nombre particulièrement grand de portées d'arbres ( ce qui réduit les pertes par frottement dans les paliers, abaisse les coûts de fabrication) et réduit l'encombrement en longueur. Dans les trois formes de construction, il n'est prévu qu'un palier lisse pour le guidage de, l'arbre du rotor La suppression du deuxième palier lisse, que l'on trouve dans la technique antérieure sur le côté à rotation rapide de l'engrenage, réduit les pertes par frottement dans les paliers d'une façon très considérable, de sorte qu'on obtient un rendement plus élevé Les axes de portée 7 portant les roues satellites 4 sont montés en porte-à-faux dans le porte-satellites 6 qui, de son côté, peut constituer en même temps la bride du carter Compa- rativement à la construction des porte-satellites classiques, constitués par une cage comportant deux disque latéraux et des voiles de liaison, on obtient de cette façon une réduction des coûts de fabrica- tion, un montage plus simple des trains d'engrenages, une évacuation rapide et sans frottement de l'huile de lubrification du train d'engrenages et, de cette façon, une nouvelle amélioration du rendement. Dans tous les modes de construction, le carter 12 peut également être divisé selon un plan horizontal L'utilisation de dentures droites selon les Fig 1 et 3 permet de réaliser un montage et 9. un démontage très simples pour la mise en place, l'alignement et l'inspection L'alignement de la turbomachine 2 est supprimé grâce aux centrages concentriques et, dans la forme de réalisation selon la Fig 3, l'alignement sur la machine 14 est supprimé. La roue planétaire 33 peut être déposée, par exemple pour le montage du rotor, pour l'équili- brage et également pour le contrôle des dentures, sans nécessiter de démontage du carter. Lorsqu'on a séparé le porte-satellites 6 du carter, l'engrenage peut être rapidement démon- té en ses constituants essentiels Tous les éléments sont facilement accessibles pour l'inspection et pour les éventuelles réparations Le remontage de l'engrenage est également très simple grâce aux centrages concentriques 10. REVENDICATIONS - 1. Engrenage planétaire, destiné à être interposé entre une turbomachine et une machine électrique et monté à l'intérieur d'un carter d'en- grenage dans lequel la roue planétaire est montée sur l'arbre du rotor de la turbomachine, cet engre- nage comprenant des roues satellites qui tournent sur des axes de portée montés par encastrement en porte-à-faux et une couronne à denture intérieure reliée à l'arbre lent monté dans un palier, la roue planétaire formant, par-son centrage dans les roues satellites, une portée pour l'arbre du rotor, cet engrenage étant caractérisé par la combinaison des caractéristiques suivantes: a) la couronne à denture intérieure ( 10) forme, par son centrage sur les roues satellites ( 4), l'une des portées de l'arbre lent ( 19), b) l'autre portée ( 20) est constituée par un palier radial et axial et est agencée dans le carter ( 12) de l'engrenage, c) la couronne à denture intérieure ( 10) a une structure élastique dans la direction radiale et d) la cou- ronne à denture intérieure ( 10) est fixée sur l'ar- bre lent ( 19) par l'intermédiaire d'un prolongement annulaire à paroi mince ( 11). 2. Engrenage planétaire selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un ou plusieurs roulement(s) pour la deuxième portée ( 20) de l'arbre lent ( 19). 3. Engrenage planétaire, destiné à être interposé entre une turbomachine et une machine électrique et monté dans un carter d'engrenage, dans lequel la roue planétaire est montée sur l'arbre du rotor de la turbomachine, cet engrenage comprenant des roues satellites' qui tournent sur des axes de portée montés par encastrement en porte-à-faux et une couronne à denture intérieure reliée à l'arbre lent monté dans un palier, la roue planétaire formant, par son centrage dans les roues satellites, une portée pour l'arbre du rotor, cet engrenage étant caractérisé par la combinaison des caractéristiques suivantes: a) le carter ( 12) de l'engrenage est assemblé au carter de la machine électrique ( 14) par des centrages concentriques, b) la couronne à denture intérieure ( 10) forme par son centrage sur les roues satellites ( 4) l'une des portées de l'arbre lent ( 19), c) l'au- tre portée ( 15) de l'arbre lent ( 19) est formée par les paliers de la machine électrique ( 11) à paroi mince et souple en flexion. 4. Engrenage planétaire selon l'une des revendications 1 et 3, possédant des dentures obli- ques simples et caractérisé en ce que la roue plané- taire ( 33) et la couronne à denture intérieure ( 10) sont munies chacune de bagues de pression ( 40, 41; 42,43) et en ce que l'une des portées (la portée 3) de l'arbre du rotor est constituée par un palier radial. 5. Engrenage planétaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractéri- sé en ce que les flancs des dents des roues satelli- tes ( 4) sont d'une forme légèrement bombée.