Brevet FR2960908A1 — publié le 20111209

AGENCEMENT DE MACHINE TOURNANTE A CIRCUIT DE LUBRIFICATION DEPOURVU DE POMPE DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un agencement de machine tournante comprenant un circuit de lubrification qui est dépourvu de pompe. Certains lieux des machines tournantes 10 doivent être lubrifiés, et notamment des paliers de roulement disposés entre le rotor et le stator, des engrenages et des joints dynamiques. Les circuits de lubrification comprennent usuellement un réservoir d'huile, des conduits reliant le réservoir à des 15 gicleurs desservant les lieux de lubrification, et d'autres conduits reliant des récupérateurs d'huile situés autour des lieux où elle a été projetée par les gicleurs et revenant au réservoir. Des pompes doivent être disposées sur chacun de ces conduits. Un échangeur 20 de chaleur doit souvent être disposé sur le conduit de retour au réservoir pour abaisser la température de l'huile. Plusieurs enceintes devant être lubrifiées séparément, un tel circuit de lubrification doit être prévu pour chacune d'elles, quoique le réservoir à 25 huile soit généralement commun à toutes. L'ensemble est assez complexe et volumineux à cause du grand nombre de pompes et d'échangeurs de chaleur, ainsi qu'à cause de la longueur des conduits menant au réservoir. Les machines tournantes usuelles 30 comprennent des arbres tournants engagés dans des carters fixes, où le stator entoure donc le rotor ; 2 mais on en a conçu dont la disposition est inverse, c'est-à-dire que l'arbre central est un axe fixe de support d'un carter tournant qui l'entoure. L'invention présente s'applique à de telles machines et repose sur l'idée que le circuit de lubrification peut alors être dépourvu de pompe et alimenté par la seule énergie cinétique de l'huile accompagnant le carter dans sa rotation. Il est alors possible de disposer le circuit d'alimentation d'huile complètement ou presque à l'intérieur du carter. Sous une forme générale, l'invention est relative à un agencement de machine tournante comprenant un axe central fixe et un carter entourant l'axe et tournant autour de lui, ainsi qu'un circuit de lubrification d'huile desservant des lieux de lubrification inclus dans le carter, caractérisé en ce que le circuit de lubrification est dépourvu de pompe et comprend un conduit d'acheminement d'huile ayant une embouchure d'entrée de l'huile s'ouvrant dans un volume annulaire dégagé du carter servant de bâche à l'huile, le conduit s'étendant à partir de l'embouchure vers l'axe et vers les lieux de lubrification. Plusieurs perfectionnements sont possibles. C'est ainsi que le volume dégagé peut être délimité par une paroi externe du carter, sans nécessiter aucun agencement particulier. Le volume dégagé peut aussi s'étendre au-dessous de certains au moins des lieux de lubrification, et l'huile de lubrification y retombe directement. Des récuperateurs d'huile peuvent toutefois être disposés sans grande complication au- 3 dessous de ces lieux de lubrification et rejoindre le volume dégagé par des trajets d'écoulement descendants. Il est encore avantageux que le conduit d'acheminement d'huile comprenne une portion s'étendant sous une enveloppe de la machine qui est exposée à l'extérieur, de façon à permettre l'échange de la chaleur acquise par l'huile avec l'extérieur. Un échangeur de chaleur spécial au circuit de lubrification peut souvent être omis alors. L'enveloppe peut appartenir à un cône extrême de la machine, soumis à l'arrivée d'air froid, et qui suffit au rafraichissement de l'huile. Le conduit d'acheminement d'huile comprend avantageusement une première portion orthogonale à l'axe finissant sur l'embouchure, puis des portions montées sur l'axe et finissant sur des gicleurs dirigés vers les lieux de lubrification. Le circuit est alors compact, presque entièrement adjacent à l'axe central et occupe peu de place à l'intérieur du carter. Le conduit d'acheminement d'huile peut encore comprendre une portion située sous le cône extrême de la machine et deux portions orthogonales à l'axe reliant la portion située sous le cône à deux des portions montées sur l'axe. L'agencement est compatible avec une circulation d'air de pressurisation dans le carter. Dans le cas où un conduit d'évacuation de l'air de pressurisation est susceptible d'entraîner un brouillard d'huile, ce conduit peut être aussi muni d'un déshuileur. 4 L'agencement de machine décrit jusqu'ici peut être adopté sur une seule enceinte, notamment l'enceinte située la plus en avant d'une turbomachine, qui donne sur le cône d'entrée refroidi par l'air ambiant et qui offre une possibilité de refroidir l'huile sans échangeur de chaleur, comme on l'a vu ci-dessus. L'agencement de machine est alors caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'enceintes de lubrification et une pluralité de circuits de lubrification qui leur sont respectivement associés, un des circuits de lubrification étant conforme à ce qui précède et étant isolé des autres, lesdits autres circuits de lubrification comprenant des portions externes aux enceintes, munies de pompes et d'échangeurs de chaleur et aboutissant à un réservoir à huile commun. L'invention concerne encore une turbomachine comportant un agencement conforme à ce qui précède, et un aéronef comprenant cette turbomachine. L'invention sera maintenant décrite en détail en liaison aux figures suivantes : la figure 1 illustre une réalisation de l'invention, la figure 2 est un détail de la réalisation, la figure 3 illustre une autre réalisation de l'invention, et la figure 4 illustre un circuit de lubrification complet de la machine. 30 Une première réalisation de l'invention apparaît à la figure 1. Elle est appliquée à l'avant 25 d'une turbomachine d'aéronef comprenant un axe (1) central fixe et un carter (2) porteur de pales d'hélice (3), tournant autour de l'axe (1) en étant monté sur lui par deux roulements (4 et 5). Les roulements (4 et 5 5) contenus dans le carter (2) doivent être lubrifiés, de même que, éventuellement, d'autres éléments non représentés comme des engrenages ou des joints dynamiques. L'intérieur du carter (2) comprend un volume dégagé (6) de révolution (forme annulaire ou conique) qui s'étend entre les roulements (4 et 5) et qui constitue une bâche d'huile. Ce volume dégagé (6) peut être formé par la paroi extérieure du carter (2), dans un renflement central du carter (2) et s'étendre sur la plus grande partie de la longueur du carter (2). Un circuit de lubrification (7) comprend un conduit d'acheminement d'huile composé de plusieurs portions, successivement à partir de l'amont : une portion d'entrée (8) orthogonale à l'axe (1) et finissant en amont sur une embouchure (9) représentée aussi à la figure 2 ; une première portion (10) d'entrée le long de l'axe (1) et dirigée vers l'avant au-delà du carter (2) ; une deuxième portion radiale (11) ; une portion (12) de forme coudée s'étendant sous l'enveloppe extérieure d'un cône (13) situé à l'avant de la machine ; une troisième portion radiale (14) dans le prolongement de la deuxième ; et une portion de distribution (15) qui est une deuxième portion montée le long de l'axe (1) et munie de gicleurs (16 et 17) desservant respectivement les roulements (4 et 5), sur lesquels ils projettent l'huile de lubrification. 6 L'huile de lubrification séjourne dans le carter (2), et s'accumule au fond du volume dégagé (6), contre la face interne du carter (2) sous l'effet de la gravité et de la force centrifuge. L'embouchure (9) est plongée dans cette accumulation d'huile près du fond du renflement central du carter (2). Elle s'ouvre dans le sens opposé à la rotation du carter (2) : quand celui-ci tourne, il communique une partie de son mouvement à l'huile et en refoule constamment un débit dans le circuit de lubrification (7) en le faisant entrer par l'embouchure (9). L'énergie cinétique de l'huile lui confère une charge hydraulique suffisante pour lui faire parcourir le circuit de lubrification (7) jusqu'aux gicleurs (16 et 17), quoique aucune pompe ne soit présente sur ce circuit. L'huile est dirigée d'abord vers l'axe (1), puis vers l'avant avant de passer à l'intérieur du cône (13), où elle est refroidie de façon importante par l'air extérieur qui s'écoule le long du cône (13). On évite ainsi un chauffage excessif de l'huile en l'absence de tout échangeur de chaleur spécial au circuit de lubrification (7). L'huile projetée sur les roulements (4 et 5) retombe au fond du carter (2), soit directement dans le volume dégagé (6), s'il s'étend au- dessus de ces roulements (4 et 5), soit en s'écoulant sur des surfaces obliques situées sur les côtés du carter (2) ou appartenant à des pièces fixes jouant le rôle de récupérateurs d'huile. Un tel récupérateur (18) peut être constitué par une paroi conique interne d'un carter fixe de raccordement (19) du cône (13) au carter 7 tournant (2), cette paroi conique s'étendant jusqu'à proximité du roulement (4) situé à l'avant. L'embouchure (9) a en général une section oblongue, s'allongeant en direction axiale, pour posséder une section d'ouverture importante sans dépasser du niveau d'huile. Un orifice (20) de remplissage d'huile peut être prévu, par exemple au sommet (à 12 heures) du carter de raccordement (19), à travers la paroi conique du récupérateur (18). Un filtre (21) de l'huile peut être ajouté dans le circuit de lubrification (7) et consister en un maillage fin complété par un bouchon magnétique à la jonction des portions (11 et 12), c'est-à-dire à la partie la plus basse du circuit de lubrification (7) après la portion d'entrée (8), la portion (12) s'étendant à 6 heures. L'intérieur du carter (2) peut être alimenté par de l'air de pressurisation à travers un joint à labyrinthe ou un joint carbone (22) situé entre l'arrière du carter (2) et l'axe (1). L'air ressort par un jeu (23) entre l'avant du carter (2) et le carter de raccordement (19). En variante, comme le montre la figure 3, ce jeu pourrait être fermé par un joint hydraulique (24) établi sur la paroi conique du récupérateur (18) et s'étendant jusque près du carter tournant (2) en plongeant dans l'huile, interdisant ainsi le passage d'air. Un tube de dégazage (25) situé le long de l'axe (1) et quittant le carter (2) par l'arrière est alors ajouté. Il est muni d'un déshuileur (26) d'un genre connu, illustré par exemple par les documents FR-A-2 696 655 et FR-A-2 742 804 de la société demanderesse. 8 On passe à la figure 4. Une turbomachine complète comprend en général plusieurs enceintes d'huile où s'effectuent une lubrification, par exemple une enceinte à huile avant (27), une enceinte à huile intermédiaire (28) et une enceinte à huile arrière (29). La disposition classique, reprise ici pour les deux dernières, consiste à utiliser des circuits de lubrification externes à ces enceintes et s'étendant jusqu'à un réservoir (30) à huile commun. Un conduit d'alimentation (31) s'étend du réservoir (30) jusqu'à l'enceinte à huile intermédiaire (28) et l'enceinte à huile arrière (29) après une bifurcation, et des conduits de retour (32 et 33) s'étendent de l'enceinte à huile intermédiaire (28) et de l'enceinte à huile arrière (29) au réservoir (30). Chacun des conduits (31, 32 et 33) doit être muni d'une pompe (34) pour assurer la circulation de l'huile (alimentation et récupération), et, en pratique, d'un filtre fin en alimentation (35) et une crépine (35a) en récupération. Un échangeur de chaleur (36) entre l'huile et soit de l'eau, soit du carburant alimentant la machine équipe encore les conduits de retour (32 et 33). Toutefois, l'invention permet d'éviter cette disposition et l'ensemble de ces composants pour l'enceinte à huile avant (27), qui est délimitée principalement par le carter tournant (2), dont le circuit de lubrification est complètement autonome et interne à cette enceinte (27), c'est-à-dire au carter (2).30 REVENDICATIONS1. Agencement de machine tournante comprenant un axe central fixe (1) et un carter (2) entourant l'axe et tournant autour de lui, ainsi qu'un circuit de lubrification d'huile (7) desservant des lieux de lubrification (4, 5) inclus dans le carter (2), caractérisé en ce que le circuit de lubrification est dépourvu de pompe et comprend un conduit d'acheminement d'huile ayant une embouchure (9) d'entrée de l'huile s'ouvrant dans un volume annulaire dégagé (6) du carter servant de bâche à l'huile, le conduit s'étendant à partir de l'embouchure vers l'axe (1) et vers les lieux de lubrification (4, 5). 2. Agencement de machine tournante selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume dégagé (6) est délimité par une paroi externe du carter (2). 3. Agencement de machine tournante selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le volume dégagé s'étend au-dessous de certains au moins des lieux de lubrification (4, 5). 4. Agencement de machine tournante selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des récupérateurs (18) d'huile disposés au-dessous des lieux de lubrification et menant au volume dégagé par des trajets d'écoulement descendants. 10 5. Agencement de machine tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conduit d'acheminement d'huile comprend une portion (12) s'étendant sous une enveloppe de la machine qui est exposée à l'extérieur. 6. Agencement de machine tournante selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'enveloppe appartient à un cône (13) extrême de la machine. 7. Agencement de machine tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le conduit d'acheminement d'huile comprend une portion (8) orthogonale à l'axe (1) finissant sur l'embouchure, et des portions (10, 15) montées sur l'axe et finissant sur des gicleurs (16, 17) dirigés vers les lieux de lubrification (4, 5). 8. Agencement de machine tournante selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le conduit d'acheminement d'huile comprend encore une portion (12) située sous l'enveloppe en cône (13) et deux portions (11, 14) orthogonales à l'axe reliant la portion située sous le cône à deux des portions (10, 15) montées sur l'axe. 9. Agencement de machine tournante selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le circuit de lubrification d'huile est entièrement inclus dans le carter, et éventuellement dans le cône et une portion (19) de la machine intermédiaire au carter et au cône. 11 10. Agencement de machine tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une circulation d'air de pressurisation dans le carter. 11. Agencement de machine tournante selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'évacuation (25) de l'air de pressurisation, qui est muni d'un déshuileur (26). 10 12. Agencement de machine tournante, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'enceintes de lubrification (27, 28, 29) et une pluralité de circuits de lubrification qui leur sont 15 respectivement associés, un des circuits de lubrification étant conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11 et étant isolé des autres, lesdits autres circuits de lubrification comprenant des portions externes (31, 32, 33) aux enceintes, munies de 20 pompes (34) et d'échangeurs de chaleur (36) et aboutissant à un réservoir à huile (30) commun. 13. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un agencement conforme à l'une 25 quelconque des revendications précédentes. 14. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte une turbomachine conforme à la revendication 13. 30