Brevet FR2953574A1 — publié le 20110610

BOUCHON D'OBSTRUCTION POUR ARBRE EVIDE DE TRANSMISSION D'UNE VITESSE DE ROTATION La présente invention se rapporte au domaine des bouchons d'obstruction. Plus particulièrement, le domaine de l'invention concerne celui des bouchons d'obstruction pour arbre évidé de transmission d'une vitesse de rotation utilisé au sein de turbomachines munies d'une double soufflante contrarotative non carénée. Le document de brevet FR2788308 déposé par la demanderesse décrit un turbomoteur 1 (figure 1) équipé, dans sa partie amont, d'une hélice 2 entraînée en rotation par un réducteur de vitesse 3, lequel réducteur de vitesse 3 est lui-même entraîné en rotation par une turbine 4. Le réducteur de vitesse 3 est lubrifié au moyen d'un circuit de lubrifiant 5 comportant notamment un radiateur 6. Un circuit de refroidissement 7 équipe également le turbomoteur 1. Cet ensemble circuit de refroidissement 7 et radiateur 6 permet d'assurer le maintien du lubrifiant à température souhaitée. En vol, de l'air pénètre dans le circuit de refroidissement 7, passe au travers du radiateur 6 et s'évacue par une tuyère 9 située à l'aval du turbomoteur 1. Ce cheminement de l'air permet de refroidir suffisamment le radiateur 6 et donc le lubrifiant pour le maintenir à une température convenable. Par ailleurs, en fonctionnement, un compresseur (non représenté) comprime de l'air en provenance de l'extérieur pour ensuite injecter cet air comprimé au sein d'une chambre de combustion (non représentée) dans laquelle est également injecté un combustible. Les gaz chauds qui en résultent se détendent dans la turbine 4 et sont transformés en énergie mécanique de rotation à l'arbre de turbine 8, lequel entraîne en rotation le réducteur 3 et par voie de conséquence l'hélice 2. Il est à noter que les gaz chauds s'échappent du turbomoteur 1 par la tuyère 9 située à l'aval du turbomoteur 1. En d'autres termes, le réducteur 3 du turbomoteur 1 est situé dans une zone froide, autrement dit à l'amont de la turbine 4. Contrairement aux turbomoteurs tels que décrits ci-dessus, les turbomachines munies d'une double soufflante contrarotative non carénée (« open rotor » en anglais) comportent un réducteur de vitesse situé dans une zone chaude, autrement dit à l'aval de la turbine. D'une façon générale, les soufflantes non carénées comportent deux hélices extérieures dépourvues de carénage radial de protection les entourant. Pour l'entraînement de ces deux hélices il est prévu un réducteur de vitesse qui est entraîné en rotation par un arbre de turbine. Plus précisément, le réducteur de vitesse se situe entre la turbine et les deux hélices. En outre, de façon à assurer la lubrification des différents organes mécaniques que comporte le réducteur, ce dernier est positionné dans une enceinte remplie d'un mélange composé d'air et de lubrifiant. Il convient également de noter que l'arbre de turbine est évidé. Il en résulte que via l'évidement de l'arbre de turbine, de l'air chaud peut circuler de la turbine vers l'enceinte et le lubrifiant peut circuler de l'enceinte vers la turbine. Un problème posé par ce type d'arbre de turbine utilisé pour une double soufflante non carénée réside dans le fait que les qualités du lubrifiant peuvent être altérées par une augmentation de température générée par l'air chaud, en provenance de la turbine, circulant dans l'arbre de turbine. La dégradation des qualités du lubrifiant risque d'accélérer l'usure des organes mécaniques comme par exemple des engrenages et/ou des roulements contenus dans l'enceinte. Par ailleurs, le lubrifiant peut s'échapper de l'enceinte en s'introduisant dans l'évidement de l'arbre. Par conséquent, une usure prématurée des organes mécaniques contenus dans l'enceinte peut intervenir suite à une diminution du taux de lubrifiant présent dans l'enceinte. En outre, le lubrifiant peut également s'accumuler dans l'évidement de l'arbre et créer une rotation non axisymétrique. Une solution aux problèmes mentionnés ci-dessus pourrait consister à boucher chaque extrémité de l'arbre évidé pour ainsi empêcher d'une part, à l'air chaud généré par la turbine de s'y introduire et d'autre part, au lubrifiant contenu dans l'enceinte de s'y introduire. Néanmoins, l'air emprisonné dans l'arbre évidé entraînerait une différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur de l'arbre. Cette différence de pression chargerait mécaniquement ce dernier. En outre, la valeur de cette pression variant notamment en fonction de la température serait inconnue : la non maîtrise de cette valeur compliquerait donc considérablement le dimensionnement des organes mécaniques environnant. L'invention a donc plus particulièrement pour but de remédier aux inconvénients des dispositifs précités. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un dispositif adapté pour équilibrer les pressions se trouvant à l'intérieur et à l'extérieur de l'arbre évidé tout en empêchant au lubrifiant de s'engouffrer ce dernier. A cette fin l'invention porte sur un bouchon d'obstruction pour arbre évidé de transmission d'une vitesse de rotation, ledit arbre évidé comportant : - une première extrémité apte à être positionnée dans une enceinte contenant du lubrifiant ; - une deuxième extrémité apte à être positionnée à l'extérieur de ladite enceinte ; ledit bouchon d'obstruction comportant une surface sensiblement cylindrique, une première face et une deuxième face, ladite deuxième face étant apte à être insérée dans ladite première extrémité dudit arbre évidé. Ledit bouchon d'obstruction comporte également : - une cavité ouverte sur ladite deuxième face ; - une première cheminée radiale débouchant, à une de ses extrémités, au niveau de ladite cavité et, à son extrémité opposée, au niveau de ladite surface sensiblement cylindrique dudit bouchon d'obstruction. Grâce à l'invention, lorsque le bouchon d'obstruction est en rotation, le lubrifiant que contient l'enceinte ne peut pas s'introduire dans l'évidement que comporte l'arbre. En effet, dans l'éventualité selon laquelle une goutte de lubrifiant viendrait à s'introduire dans la cheminée radiale lorsque celle-ci est en rotation, la goutte de lubrifiant serait soumise à une force centrifuge et serait immédiatement éjectée en dehors, c'est-à-dire dans l'enceinte. En d'autres termes, le lubrifiant ne peut pas s'échapper de l'enceinte via l'arbre évidé. Cette particularité permet d'assurer une durée de vie optimum pour les différents éléments mécaniques que comporte l'enceinte. En outre, un passage permettant à l'air de circuler entre l'évidement de l'arbre et l'enceinte est formé par la cavité et la cheminée radiale. Ce passage permet d'équilibrer les pressions interne et externe de l'arbre, limitant ainsi les charges mécaniques qui sont exercées sur ce dernier. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le bouchon d'obstruction selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement réalisables : - ledit bouchon d'obstruction comporte une deuxième cheminée radiale, ladite deuxième cheminée radiale débouchant, à une de ses extrémités, au niveau de ladite cavité et, à son extrémité opposée, au niveau de ladite surface sensiblement cylindrique, ladite première cheminée et ladite deuxième cheminée étant coaxiales. Grâce à cette caractéristique, aucune goutte de lubrifiant ne peut s'installer dans l'évidement de l'arbre lorsque l'arbre est immobile. Certes, lorsque lesdites première et deuxième cheminées radiales sont positionnées de façon sensiblement verticale, une goutte de lubrifiant peut s'introduire dans l'une de ces dernières mais cette goutte va glisser le long de la paroi des cheminées pour en ressortir et retourner dans ladite enceinte ; - ladite première cheminée radiale et ladite deuxième cheminée radiale possèdent un diamètre strictement inférieur à 5 mm; - ladite première cheminée radiale et ladite deuxième cheminée radiale possèdent une longueur strictement supérieure à 15 mm; - ladite première cheminée radiale et ladite deuxième cheminée radiale possèdent une longueur strictement supérieure à 30 mm, - ladite cavité dudit bouchon d'obstruction est non débouchante au niveau de ladite première face ; en d'autres termes ladite cavité ne traverse pas totalement ledit bouchon d'obstruction, elle est non débouchante du côté de ladite enceinte contenant du lubrifiant. - ladite cavité possède un diamètre compris entre 5 et 10 mm; - ledit arbre évidé et ladite cavité sont coaxiaux. L'invention porte également sur un arbre évidé comportant une première extrémité dans laquelle est inséré un bouchon d'obstruction hermétique et une deuxième extrémité dans laquelle est inséré un bouchon d'obstruction selon l'invention. De façon avantageuse, le bouchon hermétique empêche l'air chaud en provenance de l'extérieur (comme par exemple d'une turbine) de s'introduire dans l'évidement de l'arbre préservant ainsi, lorsque la première extrémité est située dans une enceinte emplie de lubrifiant et que la deuxième extrémité est reliée à une turbine, les qualités du lubrifiant. L'invention porte en outre sur une turbomachine comportant un arbre évidé selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées ci-jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente, de façon schématique, un exemple, de turbomoteur selon l'état de la technique ; la figure 2 représente, de façon schématique, une vue partielle d'une turbomachine munie d'un bouchon d'obstruction conforme à l'invention ; la figure 3 représente, de façon schématique, une coupe en trois dimensions d'un arbre évidé comportant un bouchon conforme à l'invention. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments utiles pour la compréhension de l'invention ont été représentés et ceci, sans respect de l'échelle et de manière schématique. En outre, les éléments similaires situés sur différentes figures comportent des références identiques. La figure 1 a été décrite précédemment pour illustrer l'état de la technique. La figure 2 illustre une vue partielle d'une turbomachine 20 équipée d'une double soufflante contrarotative non carénée (« open rotor » en anglais) comportant un arbre évidé 22 muni d'un bouchon d'obstruction 21 selon l'invention et d'un bouchon d'obstruction hermétique 28. Par soucis de clarté, la double soufflante contrarotative non carénée n'est pas représentée. Plus particulièrement, la figure 2 illustre une partie d'un arbre évidé 22 comportant une première extrémité 23 et une deuxième extrémité 24. La première extrémité 23 est reliée mécaniquement à un réducteur 26 de vitesse (connu également sous la dénomination « Gearbox ») au sein d'une enceinte 25 emplie d'un mélange d'air et de lubrifiant 27. La deuxième extrémité 24 est positionnée à l'extérieur de l'enceinte 25 et plus particulièrement reliée à une turbine (non représentée). En d'autres termes, dans l'exemple illustré à la figure 2, l'arbre évidé 22 est un arbre de turbine adapté pour entrainer en rotation le réducteur 26 de vitesse. Il convient également de noter que le bouchon d'obstruction 21 selon l'invention est positionné à la première extrémité 23 de l'arbre évidé 22 et que le bouchon d'obstruction hermétique 28 est positionné à la deuxième extrémité 24 de l'arbre évidé 22. Le bouchon d'obstruction 21 et le bouchon hermétique 28 peuvent être solidarisé sur l'arbre évidé 22 par tout type de moyens comme par exemple par vissage ou par un circlips. Plus particulièrement, une représentation en trois dimensions d'une coupe du bouchon d'obstruction 21 est représentée sur la figure 3. Le bouchon d'obstruction 21 comporte une surface latérale sensiblement cylindrique 30 reliant une première face 31 et une deuxième face 32. Ce dernier comporte en outre une cavité 33 ouverte au niveau de la deuxième face 32 et centrée sur l'axe x de l'arbre évidé 22. En d'autres termes, la cavité 33 communique avec l'intérieur de l'arbre 22. La cavité 33 est de forme sensiblement cylindrique. Dans notre exemple, la cavité 33 ne traverse pas totalement le bouchon d'obstruction 21, elle est non débouchante du côté opposé, à savoir au niveau de la première face 31. Tel qu'illustré sur la figure 3, le bouchon d'obstruction 21 comporte également une première cheminée radiale 34 (i.e. une cheminée s'étendant perpendiculairement à l'axe du bouchon 21 et depuis l'axe du bouchon 21) et une deuxième cheminée radiale 35 qui sont situées l'une en regard de l'autre. Plus particulièrement, chaque cheminée radiale 34, 35 débouche à une de ses extrémités au niveau de la surface sensiblement cylindrique 30 (i.e. dans l'enceinte 25) et à son extrémité opposée dans la cavité 33. De ce fait, l'air peut circuler de l'enceinte 25 vers l'intérieur de l'arbre 22 ou inversement via : - la cavité 33 et la première cheminée radiale 34 ; - la cavité 33 et la deuxième cheminée radiale 35, étant entendu que le nombre de cheminées radiales 34, 35 peut être inférieur (i.e., une cheminée) ou supérieur. Lorsque l'arbre évidé 22 est entraîné en rotation par la turbine (non représentée) une goutte de lubrifiant, que comporte l'enceinte 25, peut s'insérer dans une des cheminées radiales 34 ou 35. Cette goutte de lubrifiant est alors happée par la cheminée radiale 34 ou 35 puis éjectée, sous l'effet de la force centrifuge, dans l'enceinte 25 par cette même cheminée radiale. De façon générale, les cheminées 34 et 35 sont radiales, ainsi, toute goutte de lubrifiant qui y pénètre, lors de la rotation du bouchon d'obstruction 21, se trouve immédiatement centrifugée et est donc immédiatement rejetée dans l'enceinte 25. En conséquence, lorsque le bouchon d'obstruction 21 est en rotation, le lubrifiant contenu dans l'enceinte 25 ne peut pas s'échapper de cette dernière en passant par l'intérieur de l'arbre 22 et ne peut pas non plus s'accumuler à l'intérieur de celui-ci. Le bouchon d'obstruction 21 est d'autant plus efficace que les cheminées radiales 34 et 35 sont longues, très fines et qu'elles tournent relativement vite. L'arbre 22 peut par exemple être soumis à une vitesse de rotation avoisinant 6500 rpm. Le diamètre des cheminées radiales 34 et 35 peut être par exemple compris entre 2 mm et 5 mm. Préférentiellement, le diamètre des cheminées radiales 34 et 35 est de l'ordre de 2 mm. En outre, la longueur de ces dernières peut être comprise entre 15 mm et 40 mm. Par ailleurs, lorsque l'arbre évidé 22 est immobile et que les cheminées radiales 34 et 35 sont positionnées de façon sensiblement verticale, il est toujours possible qu'une goutte de lubrifiant puisse s'introduire dans l'une de ces dernières. Or, comme les deux cheminées radiales 34 et 35 sont coaxiales, si une goutte de lubrifiant s'introduit, via l'extrémité de l'une d'elles, dans une des cheminées radiales 34 ou 35, elle glissera le long de la paroi et retournera dans l'enceinte 25. Dans l'éventualité ou la goutte de lubrifiant resterait collée à une paroi de l'une des cheminées radiales 34 ou 35, celle-ci serait éjecté lors de la mise en rotation de l'arbre évidé 22. En résumé, grâce au bouchon d'obstruction 21 de l'invention, le lubrifiant contenu dans l'enceinte 25 ne peut pas sortir de celle-ci par l'arbre évidé 22 et ce, qu'il soit en rotation ou à l'arrêt. En outre, comme les deux cheminées radiales 34 et 35 ainsi que la cavité 33 communiquent avec l'intérieur de l'arbre 22, la pression exercée à l'intérieur de l'arbre 22 est sensiblement égale à la pression exercée à l'extérieur de l'arbre 22. En effet les cheminées radiales 34 et 35 ainsi que la cavité 33 permettent, outre le fait de contenir le lubrifiant dans l'enceinte 25, d'équilibrer les pressions se trouvant à l'intérieur et à l'extérieur de l'arbre 22 de façon à diminuer au maximum les charges mécaniques pouvant être exercées sur l'arbre 22. En outre, tel qu'illustré sur la figure 2, l'arbre évidé 22 comporte à sa première extrémité 23, le bouchon d'obstruction 21 et à sa deuxième extrémité 24, un bouchon hermétique 28 adapté pour empêcher l'air en provenance de l'extérieur (par exemple d'une turbine) de pénétrer dans l'arbre 22. De cette façon, l'air chaud qui est généré par la turbine ne peut pas y pénétrer et ne peut donc pas entraîner une augmentation de la température du lubrifiant. Cette caractéristique permet de conserver les qualités du lubrifiant assurant de ce fait une durée de fonctionnement optimum pour les organes mécaniques que comporte l'enceinte 25 comme par exemple des engrenages et des roulements. Le bouchon hermétique 28 peut être solidarisé à l'arbre évidé 22 par tout type de moyens comme par exemple par vissage ou par un circlips. En résumé, le bouchon d'obstruction 21 et le bouchon hermétique 28 conforme à l'invention permettent : - d'empêcher une circulation d'air chaud (généré par la turbine) de circuler dans l'arbre évidé 22 et sous l'enceinte 25 et/ou dans l'enceinte 25 contenant du lubrifiant ; - d'empêcher une rétention de lubrifiant dans l'arbre évidé 22 pouvant générer une cokéfaction et/ou un balourd lors de la 15 rotation de ce dernier ; - d'équilibrer les pressions exercées sur les parois interne et externe de l'arbre évidé 22. Par ailleurs, l'invention a été plus particulièrement décrite pour une application à une turbomachine et plus spécifiquement à un arbre de 20 turbine reliant un réducteur à une turbine. Toutefois, il peut également être souhaitable d'appliquer le même bouchon d'obstruction dans le cas de tout type d'enceinte contenant un lubrifiant dans lequel est introduit un arbre creux apte être entraîné en rotation. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple, il est 25 entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes du dispositif selon l'invention, en particulier concernant le nombre ou les dimensions des cheminées radiales ainsi que le positionnement de la cavité sans pour autant sortir du cadre du brevet. REVENDICATIONS1. Bouchon (21) d'obstruction pour arbre évidé (22) de transmission d'une vitesse de rotation, ledit arbre évidé (22) comportant : - une première extrémité (23) apte à être positionnée dans une enceinte (25) contenant du lubrifiant ; - une deuxième extrémité (24) apte à être positionnée à l'extérieur de ladite enceinte (25) ; ledit bouchon (21) d'obstruction comportant une surface sensiblement cylindrique (30), une première face (31) et une deuxième face (32), ladite deuxième face (32) étant apte à être insérée dans ladite première extrémité (23) dudit arbre évidé (22) ; ledit bouchon (21) d'obstruction étant caractérisé en ce qu'il comporte: - une cavité (33) ouverte sur ladite deuxième face (32) ; - une première cheminée radiale (34) débouchant, à une de ses extrémités, au niveau de ladite cavité (33) et, à son extrémité opposée, au niveau de ladite surface sensiblement cylindrique (30) dudit bouchon (21) d'obstruction. 2. Bouchon (21) d'obstruction selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième cheminée radiale (35), ladite deuxième cheminée radiale (35) débouchant, à une de ses extrémité, au niveau de ladite cavité (33) et, à son extrémité opposée, au niveau de ladite surface sensiblement cylindrique (30), ladite première cheminée (34) et ladite deuxième cheminée (35) étant coaxiales. 3. Bouchon (21) d'obstruction selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite première cheminée radiale (34) et ladite deuxième cheminée radiale (35) possèdent un diamètre strictement inférieur à 5 mm. 4. Bouchon (21) d'obstruction selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite première cheminée radiale (34) et ladite deuxième cheminée radiale (35) possèdent une longueur strictement supérieure à 15 mm. 5. Bouchon (21) d'obstruction selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite première cheminée radiale (34) et ladite deuxième cheminée radiale (35) possèdent une longueur strictement supérieure à 30 mm. 6. Bouchon (21) d'obstruction selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite cavité (33) dudit bouchon d'obstruction (21) est non débouchante au niveau de ladite première face (31). 7. Bouchon (21) d'obstruction selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite cavité (33) possède un diamètre compris entre 5 mm et 10 mm. 8. Bouchon (21) d'obstruction selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit arbre évidé (22) et ladite cavité (33) sont coaxiaux. 9. Arbre évidé (22) comportant une première extrémité (23) dans laquelle est inséré un bouchon d'obstruction (21) selon l'une des revendications précédentes et une deuxième extrémité (24) dans laquelle est inséré un bouchon (28) hermétique. 25 10. Turbomachine comportant un arbre évidé (22) selon la revendication précédente.20