Brevet FR2986568A1 — publié le 20130809

Domaine technique La présente invention porte sur une enceinte avec un passage d'arbre rotatif à travers une de ses parois et un moyen d'étanchéité du passage d'arbre. Elle concerne en particulier une enceinte comprise dans un boîtier à engrenages du type destiné à l'entraînement des accessoires dans un turbomoteur tel qu'un turboréacteur, le boîtier comprenant un arbre d'entraînement manuel permettant la rotation du rotor pendant les opérations de maintenance du moteur. L'arbre étant accessible de l'extérieur du boîtier, un couvercle amovible ferme le passage en fonctionnement hors opération de maintenance ; l'invention vise à améliorer le dispositif d'étanchéité. Art antérieur Un turbomoteur aéronautique, turboréacteur ou turbopropulseur, comprend des équipements accessoires ou auxiliaires : pompes, alternateurs et autres qui sont généralement entraînés mécaniquement à partir des arbres moteurs notamment par l'arbre du rotor HP. Selon une mise en oeuvre conventionnelle, les accessoires sont montés sur un support d'équipements. Le support que l'on désigne couramment par son acronyme en anglais AGB, pour « Accessory Gear Box », signifiant boîte d'engrenages des accessoires comprend un boîtier incorporant un mécanisme formé de pignons à axes parallèles et engrenant les uns avec les autres. Les pignons sont entraînés par un arbre d'entrée qui est lui même relié par une chaîne cinématique à un arbre du turbomoteur. Les accessoires sont ainsi montés en parallèle sur le support en étant accouplées mécaniquement aux pignons par lesquels elles sont entraînées. La lubrification des pignons est assurée par une circulation d'huile à l'intérieur du boîtier d' engrenages. Un des pignons n'est utilisé pour l'entraînement d'aucun équipement accessoire, il sert principalement à l'entraînement manuel en rotation du rotor dans les opérations d'inspection et de révision du turbomoteur. Le boîtier AGB comprend ainsi une fenêtre ou passage donnant accès à ce pignon depuis l'extérieur par un organe d'entraînement. Cette fenêtre est fermée par un couvercle lorsque le moteur n'est pas en révision. Le couvercle est ôté lorsque l'inspection du moteur nécessite l'accès à ce pignon, puis il est dans les conditions normales d'utilisation, remis en place et boulonné sur le boîtier avant toute mise en service du moteur. L'impératif de sécurité des machines aéronautiques implique cependant de devoir prendre en compte le cas éventuel où le couvercle ne serait pas remonté correctement ou serait simplement oublié. Si cela devait se produire, en fonctionnement l'huile de lubrification des organes mécaniques du boîtier s'échapperait par l'ouverture avec pour conséquence inévitable, l'arrêt du moteur. Pour éviter que ne survienne la perte d'huile du moteur si jamais un tel évènement devait se produire, des moyens d'étanchéité redondants ont été aménagés au passage de l'arbre à travers la paroi du boîtier. Une solution adoptée sur des machines en exploitation avant la présente invention a été de disposer un flasque fermant l'ouverture avec un passage central pour l'extrémité de l'arbre. Un joint dynamique en appui contre un épaulement de l'arbre rotatif assure l'étanchéité entre la partie mobile que constitue l'arbre d'une part et le flasque fixe d'autre part. Le flasque et le joint dynamique ne sont pas démontés lorsque le couvercle est enlevé pour donner accès à l'axe et permettre son entraînement. Ils restent toujours en place. Cette solution améliore la sécurité de l'ensemble mais présente toutefois plusieurs inconvénients : l'organe de frottement glissant du joint est une pièce d'usure qu'il faut remplacer régulièrement et qui est d'un certain coût. Une masse supplémentaire est introduite dans le boîtier ce qui est un facteur pénalisant pour une machine aéronautique. Des fuites d'huile ne sont pas exclues et un drainage doit être mis en place. Un tel drainage est une zone de collecte de la fuite d'huile de l'étanchéité à laquelle on adjoint une tuyauterie permettant d'évacuer cette fuite vers l'extérieur du moteur. Avec cette solution, on introduit ainsi un élément présentant des risques de défaillance prématurée induisant une moins bonne fiabilité de l'ensemble de la boite à engrenages et une évacuation d'huile vers l'extérieur du moteur associée à un risque de pollution. Une autre solution est décrite dans le brevet EP 754 838 au nom de la demanderesse. Elle consiste à disposer un moyen d'accouplement débrayable en bout de l'arbre à entraîner. L'étanchéité n'est alors à assurer qu'entre deux pièces statiques en fonctionnement du moteur, ce qui réduit les conditions d'usure du joint et les risques de panne. Présentation de l'invention La présente invention à pour objectif de réduire voire d'éliminer les problèmes d'usure des éléments d'étanchéité dans un tel dispositif d'étanchéité et d'améliorer la fiabilité de 30 l'ensemble. Conformément à l'invention, l'enceinte comportant une paroi, un arbre rotatif, un passage de l'arbre rotatif à travers la paroi, et un dispositif d'étanchéité du passage de l'arbre rotatif à travers la paroi, ledit dispositif d'étanchéité comportant un joint d'étanchéité et un couvercle de fermeture amovible du passage d'arbre, monté sur la paroi d'enceinte est caractérisée par le fait que le joint d'étanchéité est un joint hydraulique. Lorsque le couvercle n'est pas en place la sécurité est assurée par le seul joint d'étanchéité hydraulique. Les joints hydrauliques sont déjà connus en tant que tels mais généralement ils sont utilisés entre deux organes rotatifs, joint dit « inter-arbre ». Ils trouvent ici une application simple et efficace. La puissance dissipée par le joint est faible au regard du joint mécanique de l'art antérieur. Ainsi le joint hydraulique comprend un élément solidaire de l'arbre rotatif, ledit élément formant une cuvette annulaire, ouverte radialement du côté de l'axe, de réception d'huile par effet centrifuge. Notamment la cuvette annulaire est alimentée en huile depuis l'arbre rotatif. Par ailleurs le joint hydraulique comprend une languette annulaire solidaire de la paroi avec au moins une partie s'étendant radialement dans la cuvette de l'élément solidaire de l'arbre jusqu'à être immergée dans le bain annulaire d'huile. De préférence la languette est en matériau souple facilitant le montage dans le passage d'arbre. Selon un mode de réalisation, un flasque est rapporté sur la paroi avec un passage pour l'arbre rotatif et la languette annulaire radiale est solidaire du flasque. Ainsi que cela l'a été présenté plus haut l'invention s'applique avantageusement au problème d'une enceinte comprise dans le boîtier à engrenages formant support des machines accessoires d'un turbomoteur, ledit arbre étant l'arbre d'entraînement manuel d'un rotor du turbomoteur. L'invention s'applique également aux arbres d'entraînement des machines accessoires, la fonction drainage étant conservée. L'intérêt de cette solution est d'avoir des moyens d'étanchéité qui ne s'usent pas et ne tombent pas en panne pour cette raison d'où une augmentation de la fiabilité et un coût de maintenance allégé. Présentation des figures D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention, en référence aux dessins sur lesquels : La figure 1 montre le schéma d'un turbomoteur auquel s'applique la solution de l'invention ; La figure 2 montre, conformément à l'état de la technique, en coupe passant par l'axe de l'arbre la partie du boîtier d'engrenages d'un turbomoteur avec le passage de l'arbre manuel à travers la paroi du boîtier ; La figure 3 montre, en coupe axiale, un mode de réalisation du dispositif d'étanchéité conforme à l'invention ; Description détaillée de l'invention En se reportant à la figure 1 on voit un turbomoteur, ici un turboréacteur à double corps et double flux. Il comprend communément un rotor haute pression 2 avec successivement, d'amont en aval, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5 et une turbine 6 ; cette dernière est reliée par un arbre 3 au compresseur qu'il entraîne. Le rotor basse pression 7 comprend la soufflante 9 à l'amont et le compresseur basse pression 10, en amont du rotor haute pression ; ils sont reliés par un arbre 8 basse pression à la turbine 11 située en aval de la turbine haute pression 6. Le support d'équipements 14 est monté sur la virole externe du carter de la soufflante ou du carter intermédiaire. Il supporte les équipements accessoires du moteur tels que les pompes de carburant et d'huile, et les générateurs électriques. Ces équipements sont entraînés par des pignons 16 logés dans le boîtier du support 14 auxquels ils sont accouplés par des liaisons appropriées. Ces pignons 16 engrènent les uns avec les autres et sont eux-mêmes mis en mouvement par une chaîne cinématique constituée d'une pluralité d'arbres 17 de transmissions entre le support 14 et les pignons coniques 15 d'un renvoi d'angle sur l'arbre 3 du rotor haute pression. En référence à la figure 2, le support 14 comprend, comme cela est également connu, un pignon 16a avec un arbre 16b dont une extrémité est accessible de l'extérieur du boîtier 141 du support d'équipements 14 par une ouverture 142 du boîtier. L'extrémité de l'arbre 16b est conformée de manière à permettre l'engagement d'un outil pour la mise en rotation manuelle des pignons et de la chaine cinématique lors des opérations d'inspection du rotor haut pression du moteur. Hors maintenance ou révision du moteur, l'ouverture 142 est normalement obturée par un couvercle 143 qui est fixé de manière amovible par des vis au boîtier 141 du support 14. Pour assurer l'étanchéité à l'huile du passage de l'arbre à travers la paroi, lorsque le couvercle manque et éviter une fuite massive d'huile alors que le moteur est en fonctionnement, on prévoit le montage d'un dispositif d'étanchéité avec un joint dynamique. Un flasque 19 est rapporté sur l'ouverture 142 avec un passage pour l'arbre 16b. Le joint dynamique 20 comprend un bague de frottement annulaire 21, mobile axialement à l'intérieur d'une rainure du flasque et qui est maintenue en appui glissant contre la surface d'une bague d'appui 22 par un moyen d'appui axial tel qu'un ressort 23. La bague d'appui 22 est solidaire de l'arbre rotatif 16b. Un joint statique assure l'étanchéité entre la bague de frottement et le flasque. Un joint par exemple en carbone assure l'étanchéité entre les deux surfaces en glissement l'une par rapport à l'autre. Dans ce mode de réalisation de l'art antérieur le joint dynamique est permanent. Il n'est en fait utile que lorsque le couvercle n'est pas en place. Pourtant il est sujet à usure et est une source d'échauffement en fonctionnement. L'invention apporte une amélioration à cette situation. Sur la figure 3 on a représenté un mode de réalisation. L'arbre 16b du pignon 16a débouche dans une ouverture 142 de la paroi 141 de l'enceinte 14 que constitue le boîtier à engrenage. Le dispositif d'étanchéité comprend comme précédemment le couvercle 143' qui vient obturer l'ouverture 142. Le couvercle est fixé au moyen de vis par exemple. En dehors du couvercle, l'étanchéité du passage de l'arbre est assurée par un joint hydraulique agencé de la façon suivante. Un premier élément de joint 19 est solidaire de l'arbre 16b. Il comprend une partie cylindrique 19a engagée sur l'arbre à laquelle une cuvette annulaire 19b est rattachée ; cette cuvette annulaire a une section en U dont l'ouverture est dirigée radialement vers l'arbre. La cuvette communique par un conduit 19c avec un collecteur d'huile central 16c. Le joint hydraulique comprend un second élément 20 formé d'une languette radiale attachée intérieurement à un flasque 21 solidaire de la paroi de l'enceinte. Le flasque ferme partiellement l'ouverture 142 en laissant un passage axial pour l'arbre 16b. Plus précisément la languette radiale est montée en extrémité d'un manchon cylindrique 21a ménageant le passage pour l'arbre 16b. La languette s'étend radialement au droit de la cuvette 19b annulaire. Son rayon est supérieur à celui du bord latéral de la cuvette. De cette façon, lorsque la cuvette est remplie d'huile par centrifugation son bord libre baigne dans l'huile. En fonctionnement du moteur il se forme ainsi un joint d'étanchéité hydraulique entre l'enceinte et l'espace délimité par l'extrémité de l'arbre, la paroi et le couvercle. Ainsi en fonctionnement normal l'étanchéité est double. Toutefois en cas d'absence du couvercle l'enceinte reste quand même étanche.10 REVENDICATIONS1. Enceinte comportant une paroi (141), un arbre rotatif (16b), un passage de l'arbre rotatif à travers la paroi, et un dispositif d'étanchéité du passage de l'arbre rotatif à travers la paroi, ledit dispositif d'étanchéité comportant un joint d'étanchéité et un couvercle (143') de fermeture amovible du passage d'arbre, monté sur la paroi d'enceinte (141), caractérisée par le fait que le joint d'étanchéité est un joint hydraulique. 2. Enceinte selon la revendication précédente dont ledit joint hydraulique comprend un élément (19) solidaire de l'arbre rotatif, ledit élément formant une cuvette annulaire (19b), ouverte radialement du côté de l'axe, de réception d'huile par effet centrifuge. 3. Enceinte selon la revendication précédente dont le joint hydraulique comprend une languette (20) annulaire solidaire de la paroi (141) avec au moins une partie s'étendant radialement dans la cuvette de l'élément (19) solidaire de l'arbre jusqu'à être immergée dans le bain annulaire d'huile. 4. Enceinte selon la revendication précédente dont la languette (20) est en matériau souple. 5. Enceinte selon la revendication 3 ou 4, comprenant un flasque (21) rapporté sur la paroi avec un passage pour l'arbre rotatif et dont la languette annulaire radiale est solidaire du flasque. 6. Enceinte selon l'une des précédentes dont la cuvette annulaire est alimentée en huile depuis l'arbre rotatif. 7. Boîtier à engrenages formant support des machines accessoires d'un turbomoteur comportant une enceinte selon l'une des revendications précédentes 8. Boîtier à engrenages selon la revendication 7, ledit arbre étant l'arbre d'entraînement manuel d'un rotor du turbomoteur. 9. Boîtier à engrenages selon la revendication 7 ledit arbre étant un arbre pour l'entrainement d'une machine accessoire.