Brevet FR2986569A1 — 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 équipements accessoires dans un turbomoteur tel qu'un turboréacteur, le boîtier comprenant un arbre d'entraînement manuel des engrenages 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 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 dédié au montage moteur 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 un conduit 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. 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 l'usure des organes de frottement dans un tel dispositif d'étanchéité et d'améliorer la fiabilité de 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 avec une bague de frottement annulaire, mobile axialement par rapport à l'axe de l'arbre et maintenue en appui glissant contre une surface perpendiculaire à l'axe de l'arbre par un moyen d'appui axial, et un couvercle de fermeture amovible du passage d'arbre monté sur la paroi d'enceinte, est caractérisée par le fait qu'elle comporte un moyen solidaire du couvercle pilotant le maintien de la bague de frottement en appui contre ladite surface perpendiculaire à l'axe. En pilotant le maintien de la bague de frottement en appui à partir du couvercle, on assure l'étanchéité du passage d'arbre en toute circonstance tout en limitant la charge sur la bague. Le moyen de pilotage permet notamment de débrayer le joint d'étanchéité lorsque le couvercle est en place assurant à lui seul l'entière étanchéité. En effet, lorsque le couvercle recouvre le passage, le maintien de la bague de frottement n'est plus nécessaire et devient superflu. La durée pendant laquelle le joint est actif en est considérablement réduite ; Ce joint n'est ainsi actif que lorsqu'il y a oubli de remontage du couvercle par les opérateurs. En fonctionnement normal, la bague de frottement ne s'use plus puisqu'elle ne frotte plus, d'où une économie de pièce. En outre, en évitant le frottement permanent de la bague, on réduit aussi l'échauffement des pièces à ce niveau et les risques liés à leur température excessive, et les risques de panne résultant d'une dégradation de l'étanchéité en fonctionnement. Le drainage du système n'est plus nécessaire ce qui réduit notablement la masse de l'ensemble. Lorsque le couvercle n'est pas en place, la sécurité est assurée par le joint d'étanchéité qui fonctionne alors comme auparavant. Conformément à un mode de réalisation, ledit moyen solidaire du couvercle comprend un élément formant poussoir axial par lequel la bague de frottement est déplacée axialennent et est libérée de son appui contre ladite surface perpendiculaire à l'axe quand le couvercle est monté sur la paroi de l'enceinte. Cette solution présente l'avantage d'être de mise en oeuvre très simple puisque l'élément formant poussoir peut être une tige solidaire de la face interne du couvercle et venant en butée contre la bague, celle-ci étant montée en opposition par rapport au couvercle. Ainsi conformément à une autre caractéristique la bague de frottement est montée coulissante dans la paroi de l'enceinte, et présente une surface formant butée pour ledit élément du couvercle formant poussoir. Notamment, l'arbre rotatif comprend une bague d'appui qui lui est solidaire avec une face latérale opposée au couvercle et formant ladite surface perpendiculaire à l'axe. Conformément à un autre mode de réalisation, ledit moyen solidaire du couvercle comprend un élément de fixation amovible de la bague de frottement au couvercle. L'élément de fixation est avantageusement une vis dont la tête est à l'extérieur du couvercle. Cette solution permet un montage de la bague de frottement du même côté que le couvercle par rapport à la bague d'appui. Conformément à une autre caractéristique, l'arbre rotatif comprend une bague d'appui qui lui est solidaire avec une face latérale du côté du couvercle et formant ladite surface perpendiculaire à l'axe. Dans l'un ou l'autre mode de réalisation, le moyen d'appui axial de la bague de frottement est conformément à un mode de réalisation à ressort ; un moyen équivalent, tel un soufflet, convient aussi. Ainsi que cela l'a été présenté plus haut, l'invention s'applique avantageusement à 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. Présentation des figures D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée de deux modes de réalisation non limitatifs 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 correspondant au passage de l'arbre manuel à travers la paroi du boîtier ; La figure 3 montre, en demi coupe axiale, un premier mode de réalisation du dispositif d'étanchéité conforme à l'invention ; La figure 4 représente, en demi-coupe axiale, un second mode de réalisation du dispositif de 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 ; les deux sont reliés par un arbre 8 basse pression à la turbine 11 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'équipement 14 par une ouverture 142 du boîtier. L'extrémité de l'arbre 16b est conformée pour 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 113 moteur. Hors de la maintenance du moteur, l'ouverture 142 est 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, 15 lorsque le couvercle manque et éviter une fuite massive d'huile alors que le moteur est en fonctionnement, on a prévu 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 20 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 élément de 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 25 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. 30 L'invention apporte une amélioration à cette situation. Sur la figure 3 on a représenté un premier 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 engrenages. Le dispositif d'étanchéité comprend comme précédemment le couvercle 143' qui vient obturer l'ouverture 142. Un joint d'étanchéité est formé par une bague de frottement 21' qui est mobile axialement sur un flasque 19' monté de manière amovible sur la paroi 141 de l'enceinte en recouvrant l'ouverture 142, tout en ménageant un passage pour l'arbre. La bague de frottement et le flasque comprennent ici chacun un élément cylindrique, les deux éléments cylindriques 21'a et 19'a coulissant l'un par rapport à l'autre. Un joint statique 21'b assure l'étanchéité entre la bague de frottement 21' et le flasque 19'. La bague de frottement 21' comprend une surface de frottement 21'c perpendiculaire à l'axe de l'arbre qui fonctionnellement, lorsque le joint est actif, vient en appui glissant contre la surface latérale 22'a d'une bague 22' montée solidaire de l'arbre 16b. L'appui résulte de l'action d'un moyen d'appui axial qui est ici constitué d'un ressort disposé entre le bord de la partie cylindrique 21'a de la bague et le flasque. La surface latérale 22'a est du côté opposé au couvercle par rapport à la bague d'appui. Le couvercle 143' comprend un élément formant poussoir 143'a qui s'étend parallèlement à l'axe de l'arbre 16b et qui est en butée contre une surface de butée de la bague de frottement. Comme on le voit sur la figure, l'élément poussoir comprime le ressort 23' et maintient la bague de frottement à distance de la bague d'appui. Les deux surfaces 21'c et 22'a ne sont pas en appui l'une contre l'autre. Ainsi quand le couvercle est en place, le joint dynamique n'est pas actif. Les surfaces destinées à venir en contact l'une avec Vautre ne s'usent pas et ne produisent pas d'échauffement. Si le couvercle manque, la bague de frottement n'est plus retenue par le poussoir 143'a elle vient en appui contre la bague d'appui 22' sous l'action du ressort 23'. L'étanchéité du passage de l'arbre du pignon à travers la paroi de l'enceinte est assurée. La figure 4 montre un autre mode de réalisation du dispositif d'étanchéité selon l'invention. L'arbre 16b du pignon 16 est accessible de l'extérieur de la paroi 141 au travers de l'ouverture comme dans la réalisation précédente. Un couvercle 143" recouvre l'ouverture 142 assurant une étanchéité suffisante de l'enceinte à cet endroit. Un flasque 19" est rapporté dans l'ouverture avec un passage pour l'arbre 16b. Une bague annulaire de frottement 21" est logée dans une rainure annulaire du flasque 19". Elle comprend une surface 21"c de frottement perpendiculaire à l'axe de l'arbre 16b. La surface de frottement 21"c est en vis-à-vis d'une surface 22"a d'appui d'une bague d'appui 22". Cette bague d'appui est solidaire de l'arbre. La surface d'appui 22"a est du même côté par rapport à io la bague d'appui que le couvercle. Un ressort disposé dans le fond de la rainure du flasque forme un moyen d'appui axial 23" de la bague de frottement 21" contre la bague d'appui 22". Comme on le voit sur la figure 4, la bague de frottement est retenue écartée de la bague d'appui par un élément de fixation 143"a au couvercle. Ce moyen est 15 constitué d'une vis traversant le couvercle 143", la tête de vissage étant à l'extérieur. Le fonctionnement de ce dispositif d'étanchéité est le suivant. Tel que représenté sur la figure 4. Le couvercle est en place sur la paroi de l'enceinte 141 et l'élément de fixation, des vis, solidarise la bague de frottement au 20 couvercle de telle manière que le ressort est comprimé et le joint dynamique est inactif, la bague de frottement étant en retrait. Il ne se produit aucun échauffement ni usure. Lors des opérations de maintenance du moteur, on dépose le couvercle pour permettre la rotation manuelle de l'arbre 16b. En déposant le couvercle, on 25 désolidarise naturellement la bague de frottement du couvercle, celle-ci vient alors en appui contre la bague d'appui. L'étanchéité est assurée. Si le couvercle n'est pas remonté avant la mise en service du moteur. Il ne se produit aucune fuite. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation présentés ci-dessus ; elle 30 englobe toutes les variantes à la portée de l'homme du métier. 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 avec une bague de frottement (21' ; 21") annulaire, mobile axialement par rapport à l'axe de l'arbre et maintenue en appui glissant contre une surface (22'a ;22"a) perpendiculaire à l'axe de l'arbre par un moyen (23' ;23") d'appui axial, et un couvercle (143' ;143") de fermeture amovible du passage d'arbre monté sur la paroi d'enceinte (141), caractérisée par le fait qu'elle comporte un moyen (143'a ;143") solidaire du couvercle pilotant le maintien de la bague de frottement (21' ;21") en appui contre ladite surface (22'a ; 22"a) perpendiculaire à l'axe de l'arbre. 2. Enceinte selon la revendication précédente dont ledit moyen (143'a) solidaire du couvercle (143') comprend un élément formant poussoir axial par lequel la bague de frottement est déplacée axialement et est libérée de son appui contre ladite surface perpendiculaire à l'axe quand le couvercle est monté sur la paroi de l'enceinte. 3. Enceinte selon la revendication précédente dont la bague de frottement est montée coulissante dans la paroi de l'enceinte, et présente une surface formant butée pour ledit élément du couvercle formant poussoir. 4. Enceinte selon l'une des revendications 2 et 3 dont l'arbre rotatif comprend une bague d'appui (22') qui lui est solidaire avec une face latérale (22'a) opposée au couvercle et formant ladite surface perpendiculaire à l'axe. 5. Enceinte selon la revendication 1 dont ledit moyen (143") solidaire du couvercle comprend un élément de fixation amovible de la bague de frottement au couvercle. 6. Enceinte selon la revendication précédente dont l'élément de fixation du couvercle est au moins une vis dont la tête est à l'extérieur du couvercle. 7. Enceinte selon l'une des revendications 5 et 6 dont l'arbre rotatif comprend une bague d'appui (22") qui lui est solidaire avec une face latérale du côté du couvercle et formant ladite surface perpendiculaire à l'axe. 8. Enceinte selon l'une des revendications précédentes dont le moyen d'appui axial '(23' ; 23") est à ressort ou équivalent. 9. Boîtier à engrenages formant support des machines accessoires d'un turbomoteur, comportant une enceinte selon l'une des revendications précédentes, ledit arbre étant l'arbre d'entraînement manuel d'un rotor Io du turbomoteur ou bien un arbre pour l'entraînement d'une machine accessoire.