Brevet FR2949246A1 — publié le 20110225

DISTRIBUTION D'HUILE DANS UN PALIER DE TURBOMACHINE L'invention concerne essentiellement un dispositif de lubrification et de refroidissement d'un palier, en particulier dans une turbomachine telle qu'un moteur d'avion. Les paliers de guidage d'arbre utilisés dans une turbomachine comprennent deux bagues interne et externe enserrant des organes roulants, la bague externe étant montée sur une partie fixe de la turbomachine et la bague interne étant montée sur un élément tournant tel qu'un arbre rotatif par exemple ou un élément solidaire de cet arbre. L'alimentation en huile de ce type de palier est en général réalisée au moyen d'un gicleur conventionnel monté sur une partie fixe de la turbomachine, le jet d'huile du gicleur étant orienté de manière à alimenter directement le palier de roulement pour le lubrifier et le refroidir. Toutefois, du fait que le gicleur est fixe, le jet d'huile est orienté dans une direction donnée et ne possède pas de composante tangentielle c'est-à-dire dans une direction tangente à un cercle centré sur l'axe de rotation. Ainsi, la différence de vitesse tangentielle entre le jet d'huile et les éléments tournants crée une perte de charge importante de l'huile à sa pénétration entre les organes roulants et entre les bagues interne et externe, ce qui conduit à une faible perméabilité du palier vis-à-vis de l'huile conduisant à une réduction de la capacité de lubrification et de refroidissement. Ce type d'alimentation en huile conduit également à un faible renouvellement d'huile, c'est-à-dire à un temps de séjour important de l'huile à l'intérieur du palier, ce qui ne permet pas un refroidissement correct des bagues interne et externe et des organes roulants. De plus, ce faible renouvellement d'huile induit une forte dissipation d'énergie à l'intérieur du palier par brassage de l'huile y séjournant, ce qui peut conduire à un échauffement du palier en fonctionnement. En outre, l'écart de vitesse tangentielle entre le gicleur et la bague interne conduit à des réflexions ou des rebondissements du jet, de l'huile étant projetée à l'extérieur du palier et ne participant pas à la lubrification et au refroidissement des bagues interne et externe et des organes roulants. Enfin, pour garantir une alimentation correcte du palier malgré les inconvénients précités, il est nécessaire d'avoir une pression importante en sortie du gicleur pour assurer une vitesse optimale du jet d'huile. Cela implique une pression importante en sortie de la pompe d'alimentation du gicleur conduisant à une diminution de son débit et donc du débit d'alimentation du gicleur. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces problèmes, permettant d'éviter les inconvénients de la technique connue. Elle propose à cet effet, un dispositif de lubrification et de refroidissement d'un palier, en particulier dans une turbomachine, comprenant des moyens d'amenée d'huile jusqu'à des organes roulants du palier maintenus entre une bague interne montée sur un arbre et une bague externe, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'amenée d'huile jusqu'à un élément annulaire monté sur l'arbre à côté de la bague interne et comprenant des gicleurs orientés pour envoyer des jets d'huile vers les organes roulants entre les bagues interne et externe du palier, ces gicleurs étant alimentés en huile par des canaux radiaux ou obliques de l'élément annulaire dans lesquels la rotation de l'arbre portant l'élément annulaire produit par effet centrifuge une pression d'alimentation des gicleurs. L'intégration d'un élément annulaire porté par l'arbre et comportant des gicleurs permet d'imposer aux jets d'huile une vitesse tangentielle égale à la vitesse de rotation de la bague interne, ce qui permet de faciliter le ciblage des organes roulants, limite les réflexions d'huile et augmente ainsi la fraction d'huile sortant des gicleurs qui participe à la lubrification et au refroidissement du palier. L'injection d'huile dans le palier à partir d'un élément annulaire monté sur l'arbre permet également d'améliorer la perméabilité du palier vis-à-vis de l'huile et donc de réduire le temps de séjour de l'huile à l'intérieur du palier. Ceci permet aussi d'améliorer la lubrification et évite les échauffements du palier par brassage d'huile. La rotation de l'arbre portant l'élément annulaire permet de centrifuger l'huile jusqu'aux gicleurs à travers les canaux de l'élément annulaire et de donner à l'huile une vitesse suffisante pour impacter les organes roulants sans inflexion du jet d'huile, garantissant un bon ciblage des organes roulants. Une partie de la pression de l'huile en sortie du gicleur étant fournie par la centrifugation de l'huile à l'intérieur de l'élément annulaire, il est possible de réduire la pression de refoulement de la pompe d'alimentation amenant l'huile dans l'élément annulaire. La combinaison de l'augmentation de la perméabilité du palier, de la diminution des réflexions d'huile et de la centrifugation de l'huile par la rotation de l'élément annulaire permet de réduire la quantité d'huile nécessaire par rapport à la technique antérieure. II est ainsi possible d'utiliser une pompe dont la pression d'alimentation de l'élément annulaire est plus faible et qui est donc moins coûteuse et moins volumineuse que celle alimentant un gicleur fixe. Selon une autre caractéristique de l'invention, la surface périphérique interne de l'élément annulaire comprend une gorge annulaire interne dans laquelle débouchent les extrémités amont des canaux précités d'alimentation des gicleurs. La gorge annulaire interne de l'élément annulaire entoure par ailleurs l'extrémité aval d'un conduit d'amenée d'huile formé dans l'arbre précité, la gorge annulaire permettant une récupération de l'huile en provenance du conduit de l'arbre. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément annulaire est monté sur l'arbre entre la bague interne du palier et un dispositif d'étanchéité, autour de l'extrémité aval du conduit formé dans l'arbre. Dans une réalisation de l'invention, le conduit formé dans l'arbre s'étend axialement à l'intérieur de celui-ci et son extrémité amont est alimentée en huile par un écrou-écope monté sur l'arbre. Dans une autre réalisation de l'invention, lorsque l'arbre est tubulaire, le conduit précité s'étend radialement dans l'arbre et débouche à son extrémité amont dans une gorge annulaire de la surface interne de l'arbre. Avantageusement, la gorge annulaire de la surface interne de l'arbre peut être alimentée par projection d'huile depuis un conduit fixe d'amenée d'huile s'étendant à l'intérieur de l'arbre. Dans cette réalisation, l'huile est donc acheminée par une canalisation fixe et l'huile projetée est reçue dans la gorge annulaire de l'arbre. La rotation de l'arbre induit une pression dynamique ou centrifuge qui pousse l'huile radialement à l'intérieur du conduit radial de l'arbre jusqu'à la gorge annulaire de l'élément annulaire puis jusqu'aux gicleurs. Les conduits radiaux ou obliques de l'élément annulaire sont régulièrement répartis atour de l'axe de rotation et sont raccordés chacun à leur extrémité aval à un second conduit contenu dans un plan parallèle à l'axe de rotation. Selon une autre caractéristique de l'invention, les seconds conduits de l'élément annulaire sont inclinés dans le sens de rotation par rapport à l'axe de rotation, ce qui permet d'avoir des jets d'huile inclinés par rapport à la cible au moment de l'impact sur celle-ci. Cet angle d'inclinaison des seconds conduits peut être compris entre 45 et 60°. Chaque second conduit peut être relié en sortie à deux gicleurs dont l'un est dirigé vers les organes roulants entre la bague interne et une cage de maintien de ces organes roulants et l'autre est dirigé entre cette cage de maintien et la bague externe. Par ailleurs, les conduits de l'élément annulaire peuvent être formés dans des pattes en saillie radiale sur la surface périphérie extérieure de l'élément annulaire afin d'alléger l'élément annulaire et de réduire la masse en rotation. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant un dispositif de lubrification et de refroidissement du type décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale de la partie inférieure d'un dispositif d'alimentation en huile d'un palier selon la technique antérieure ; la figure 2 est une demi-vue schématique en coupe axiale de la partie supérieure d'un dispositif d'alimentation en huile d'un palier selon l'invention ; la figure 3 est une demi-vue schématique en coupe axiale de la partie supérieure d'un dispositif d'alimentation en huile d'un palier selon une variante de l'invention ; la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d'un élément annulaire comportant des gicleurs d'huile selon l'invention ; la figure 5 est une vue schématique en coupe axiale d'une variante d'un élément annulaire comportant des gicleurs d'huile selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un palier 8 de guidage en rotation d'un arbre 10 d'axe 11 dans une turbomachine, ce palier comportant une bague interne 12 montée sur l'arbre 10 et une bague externe 14 solidaire d'un élément fixe de la turbomachine. Les organes roulants 16 du palier sont engagés dans des fenêtres d'une cage annulaire 18 permettant de maintenir un espacement circonférentiel entre les organes roulants 16. La bague interne 12 est calée axialement grâce à un écrou 20 vissé sur l'arbre 10. La bague externe 14 est fixée sur une paroi cylindrique 22 de l'élément fixe comportant une ouverture radiale 24 dans sa partie inférieure c'est-à-dire dans sa partie située à environ 6 heures par rapport au cadran d'une montre. Un joint à labyrinthe 26 est monté sur la paroi cylindrique 22 à l'opposé de la bague externe 14 par rapport à l'ouverture radiale 24 et coopère avec une portée cylindrique 28 de l'arbre 10. Les moyens d'amenée d'huile jusqu'aux organes roulants 16 comprennent un conduit d'alimentation 30 relié en sortie à un gicleur 32 fixé sur une paroi radiale 34 de l'élément fixe et orienté en direction des organes roulants 16. L'huile sous pression est fournie au gicleur 32 grâce à une pompe 36 dont l'entrée est reliée à un réservoir d'huile 38. Un conduit 40 de récupération d'huile est prévu pour récupérer l'huile éjectée du palier 8. Ce conduit 40 débouche à l'intérieur d'un entonnoir formés par deux parois inclinées 42, 44 dont l'une 42 est reliée à la paroi radiale 34 sur laquelle est fixé le gicleur 32 et dont l'autre 44 est fixée sur la paroi cylindrique 22 de manière à ce que l'ouverture radiale 24 débouche à l'intérieur de l'entonnoir. Une pompe de retour d'huile 46 alimente le réservoir 38. En fonctionnement, l'huile éjectée des deux côtés du palier de roulement 8 s'écoule par gravité dans l'entonnoir soit directement du côté du gicleur 32 soit à travers l'ouverture radiale 24 et est ensuite acheminée jusqu'au réservoir 38 pour ré-alimenter le gicleur 32. La récupération d'huile est également favorisée par de l'air 39 circulant dans le joint à labyrinthe en direction du palier 8. Dans ce type de configuration, le gicleur 32 est fixe tandis que la bague interne 12 et les organes roulants 16 sont animés d'un mouvement de rotation, ce qui conduit à des pertes de charge importantes à l'introduction de l'huile dans le palier 8, induisant une faible perméabilité du palier vis-à-vis de l'huile. II s'ensuit que l'huile qui entre dans le palier 8 y séjourne durant un temps relativement long conduisant à un brassage d'huile qui est une source de dissipation d'énergie et donc d'échauffement du palier 8. De plus, la vitesse des jets d'huile nécessaire pour impacter les organes roulants 16 impose d'avoir une pression importante en sortie de la pompe d'alimentation des gicleurs. Selon l'invention, ces inconvénients ainsi que ceux mentionnés précédemment, sont évités grâce au fait que comme représenté en figure 2, un élément annulaire 48 intégré à des moyens d'amenée d'huile jusqu'aux organes roulants 16 est monté sur l'arbre 10 et comporte des conduits radiaux 50 permettant de produire par effet centrifuge une pression d'alimentation des gicleurs. Les conduits radiaux 50 de l'élément annulaire 48 sont régulièrement répartis autour de l'axe de rotation 11 et raccordés chacun à leur extrémité aval à un second conduit 52 contenu dans un plan parallèle à l'axe de rotation 11. Les conduits radiaux 50 de l'élément annulaire 48 débouchent à leurs extrémités amont ou extrémités radialement internes dans une gorge annulaire 54 de la surface périphérique interne de l'élément annulaire 48. Chaque second conduit 52 est relié en sortie à deux gicleurs 56, 58, l'un 56 étant orienté vers les organes roulants 16 entre la bague interne 12 et la cage de maintien 18 des organes roulants 16 et l'autre étant orienté entre la cage de maintien 18 et la bague externe 14. Ces seconds conduits 52 peuvent être axiaux ou bien être inclinés par rapport à l'axe de rotation dans le sens de rotation et leur angle d'inclinaison étant compris entre 45 et 60°. Dans la réalisation représentée en figure 2, les moyens d'amenée d'huile jusqu'à l'élément annulaire 48 comprennent au moins un conduit 60 formé radialement dans l'arbre 10. Ce conduit 60 débouche en aval à son extrémité radialement externe dans la gorge annulaire 54 de la périphérie interne de l'élément annulaire 48. L'extrémité radialement interne du conduit 60 de l'arbre 10 débouche en amont dans une gorge annulaire 62 de la surface interne de l'arbre 10. Cet arbre 10 est tubulaire et permet l'insertion d'un conduit fixe 64 30 d'amenée d'huile à l'intérieur de l'arbre 10. Ce conduit fixe 64 comprend une pluralité d'orifices radiaux 66 alignés selon un plan perpendiculaire à l'axe de rotation 11 et régulièrement répartis autour du conduit 64. Le conduit 66 est positionné axialement à l'intérieur de l'arbre 10 de manière à ce que les orifices radiaux 66 soient alignés radialement avec la gorge annulaire 62 de l'arbre 10. Un couvercle annulaire 68 est monté en bout de l'arbre 10 et son extrémité radialement externe est fixée sur la paroi cylindrique 22 portant la bague externe 14. Ce couvercle 68 est relié dans sa partie inférieure à des moyens 40, 42, 44 de récupération de l'huile éjectée du palier 8 du type décrit dans la figure 1. En fonctionnement, l'huile sortant des orifices radiaux 66 du conduit fixe 64 alimente la gorge annulaire 62 de l'arbre 10 et forme un anneau d'huile dans cette gorge 62 sous l'action de la force centrifuge due à la rotation de l'arbre 10. Cette huile s'écoule ensuite à l'intérieur du conduit radial 60 de l'arbre 10 pour alimenter la gorge annulaire 54 de l'élément annulaire 48. La rotation de l'élément annulaire 48 solidaire de l'arbre 10 induit une centrifugation de l'huile à travers les conduits 50, 52 de l'élément annulaire 48 permettant d'alimenter en huile sous pression les gicleurs 56, 58. Dans une seconde réalisation de l'invention représentée en figure 3, un conduit 70 formé dans l'arbre 10 s'étend axialement jusqu'à une écope 72 de récupération d'huile formée avec un écrou 74 de fixation de la bague interne 12. Un gicleur d'huile 76 traverse le couvercle annulaire 68 et son jet d'huile vient impacter l'arbre 10 au niveau de l'espace radial situé entre l'arbre 10 et l'écope centrifuge 72. Ce conduit 70 alimente en huile la gorge 54 d'un élément annulaire 48 identique à celui de la figure 2. Il est à noter que la réalisation de l'invention représentée en figure 2 présente l'avantage par rapport à celle de la figure 3 de ne pas requérir l'utilisation d'une écope centrifuge 72 en combinaison avec un gicleur fixe 76, nécessitant des tests préalables pour vérifier que le jet d'huile impacte correctement l'arbre 10 pour que l'écope récupère l'huile. En effet, dans la réalisation de la figure 2, il est simple de placer les orifices radiaux 66 du conduit fixe 64 en regard de la gorge annulaire 62 de l'arbre 10. Le montage de l'élément annulaire 48 sur l'arbre 10 permet que les jets d'huile des gicleurs soient entraînés en rotation à une vitesse tangentielle égale à la vitesse de rotation de la bague interne 12. De cette manière, le ciblage des organes roulants 16 est plus facile, ce qui diminue les réflexions d'huile et améliore la perméabilité du palier 8 à l'huile. La pression de la pompe d'alimentation peut également être diminuée du fait de la centrifugation de l'huile par l'élément annulaire 48 en rotation. Dans les réalisations représentées aux figures 2 et 3, aucune ouverture radiale 24 n'est nécessaire dans la partie inférieure de la paroi cylindrique 22 de support de la bague externe 14, pour récupérer l'huile puisque l'huile injectée depuis l'élément annulaire 48 est évacuée du palier de roulement 8 par le côté opposé. De plus, l'arrivée d'air au niveau du joint à labyrinthe 78 porté par l'arbre évite que l'huile ne stagne dans l'enceinte annulaire contenant l'élément annulaire et n'engendre des fuites d'huile hors de l'enceinte palier via le labyrinthe. Les figures 4 et 5 représentent deux réalisations d'un élément annulaire selon l'invention. Dans la réalisation de la figure 4, l'élément annulaire 80 est une pièce cylindrique de révolution et comprend deux canaux radiaux 50 diamétralement opposés et débouchant dans des canaux axiaux alimentant les gicleurs 56, 58. Dans la réalisation de la figure 5, l'élément annulaire 82 comprend deux pattes 84 en saillie radiale sur sa surface extérieure et diamétralement opposées par rapport à l'axe de l'élément 82. Les conduits d'alimentation des gicleurs sont formés dans les pattes 84. L'élément annulaire 82 peut comprendre une pluralité de conduits radiaux 50 d'alimentation des gicleurs 56, 58 répartis régulièrement autour de l'axe de rotation pour éviter un balourd en rotation. Cette réalisation permet de réduire la masse de l'élément annulaire par rapport à celle de la figure 4. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, les moyens d'amenée d'huile peuvent être intégrés à l'écrou-écope et l'élément annulaire est disposé entre l'écrou écope et la bague interne. De cette manière, il est possible d'alimenter en huile l'élément annulaire sans avoir à réaliser de canaux ou de perçages dans l'arbre, ce qui assure une meilleure rigidité mécanique à celui-ci. L'élément annulaire et l'écrou écope peuvent également être formés d'une seule pièce. REVENDICATIONS1. Dispositif de lubrification et de refroidissement d'un palier (8), en particulier dans une turbomachine, comprenant des moyens d'amenée d'huile jusqu'à des organes roulants (16) du palier (8) maintenus entre une bague interne (12) montée sur un arbre (10) et une bague externe (14), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'amenée d'huile jusqu'à un élément annulaire (48) monté sur l'arbre à côté de la bague interne (12) et comprenant des gicleurs (56, 58) orientés pour envoyer des jets d'huile vers les organes roulants (16) entre les bagues interne (12) et externe (14) du palier (8), ces gicleurs (56, 58) étant alimentés en huile par des canaux radiaux (50) ou obliques de l'élément annulaire (48) dans lesquels la rotation de l'arbre portant l'élément annulaire (48) produit par effet centrifuge une pression d'alimentation des gicleurs (56, 58). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface périphérique interne de l'élément annulaire (48) comprend une gorge annulaire (54) interne dans laquelle débouchent les extrémités amont des canaux (50) précités d'alimentation des gicleurs (56, 58). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge annulaire interne (54) de l'élément annulaire (48) entoure l'extrémité aval d'un conduit d'amenée d'huile (60, 70) formé dans l'arbre (10) précité. 4. Dispositif selon la revendication 3 , caractérisé en ce que le conduit (70) précité s'étend axialement dans l'arbre (10). 5. Dispositif selon la revendication 4 , caractérisé en ce que l'extrémité 25 amont du conduit (70) est alimentée en huile par un écrou-écope (74) monté sur l'arbre (10). 6. Dispositif selon la revendication 3 , caractérisé en ce que l'arbre (10) étant tubulaire, le conduit (60) précité s'étend radialement dans l'arbre (10) et débouche à son extrémité amont dans une gorge annulaire (62) de la 30 surface interne de l'arbre (10). 7. Dispositif selon la revendication 6 , caractérisé en ce que la gorge annulaire (62) de la surface interne de l'arbre (10) est alimentée par projection d'huile depuis un conduit fixe (64) d'amenée d'huile s'étendant l'intérieur de l'arbre (10). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conduits radiaux (50) ou obliques de l'élément annulaire sont régulièrement répartis atour de l'axe de rotation (11) et sont raccordés chacun à leur extrémité aval à un second conduit (52) contenu dans un plan parallèle à l'axe de rotation (11). 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conduits (50, 52) de l'élément annulaire (82) sont formés dans des pattes (84) en saillie radiale sur la surface périphérie extérieure de l'élément annulaire (82). 10.Turbomachine; telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisé en ce qu'elle comprend un dispositif de lubrification et de refroidissement selon l'une des revendications précédentes.