Brevet FR2987416A1 — publié le 20130830

DISPOSITIF DE LUBRIFICATION D'UN RÉDUCTEUR ÉPICYCLOÏDAL Le domaine de la présente invention est celui de la propulsion aéronautique et plus particulièrement celui des turboréacteurs double flux à fort taux de dilution, ou turbofans. Les turbomachines modernes sont classiquement réalisées sous la forme d'un assemblage de modules qui peuvent comporter des parties fixes et des parties mobiles. Un module est défini comme un sous-ensemble d'une turbomachine qui présente des caractéristiques géométriques au niveau de ses interfaces avec les modules adjacents suffisamment précises pour qu'il puisse être livré individuellement et qui a subi un équilibrage particulier lorsqu'il comporte des parties tournantes. L'assemblage des modules permet de constituer un moteur complet, en réduisant au maximum les opérations d'équilibrage et d'appariement des pièces en interface. Les turbofans actuels comportent plusieurs étages de compresseur, notamment un compresseur basse pression (BP) et un compresseur haute pression (HP) qui appartiennent au corps primaire du moteur. En amont du compresseur basse pression est disposée une roue d'aubes mobiles de grande dimension, ou soufflante, qui alimente à la fois le flux primaire qui traverse les compresseurs BP et HP et le flux froid, ou flux secondaire, qui est dirigé directement vers une tuyère de flux froid, dite tuyère secondaire. La soufflante est entraînée par l'arbre de rotation du corps BP et tourne généralement à la même vitesse que lui. Il peut cependant être intéressant de faire tourner la soufflante à une vitesse de rotation inférieure à celle de l'arbre BP, notamment lorsque celle-ci est de très grande dimension, dans le but de mieux l'adapter aérodynamiquement. Pour cela on dispose un réducteur entre l'arbre BP et un arbre fan, qui est porteur de la soufflante. La soufflante, l'arbre fan et le réducteur font, en général, partie d'un même module, dénommé module fan ou module de soufflante. Un des problèmes rencontrés avec les réducteurs sur les turbofans est qu'ils nécessitent des débits d'huile importants, qui peuvent atteindre 6 à 7000 1/h au décollage, pour assurer leur lubrification et le refroidissement de leurs pignons et paliers. Pour limiter les pertes par barattage, il est nécessaire d'amener l'huile précisément aux endroits voulus, puis de l'évacuer aussitôt son action de lubrification effectuée. Parmi les types de réducteurs utilisés on trouve les réducteurs à train épicycloïdaux, qui ont l'avantage d'offrir des taux importants de réduction de la vitesse de rotation, dans des encombrements réduits. En revanche ils présentent l'inconvénient d'avoir des pignons satellites qui se déplacent en tournant autour de l'axe de rotation de l'arbre d'entraînement du réducteur. Il faut donc imaginer des dispositifs pour amener l'huile, qui est issue d'un réservoir d'huile et d'une pompe de lubrification situés dans un repère fixe, sur ces pignons qui se situent dans un repère mobile. Pour résoudre ce problème les dispositifs couramment utilisés comprennent des systèmes de joints tournants, réalisés à partir de segments qui tournent en frottant contre les parties fixes et qui assurent l'étanchéité entres les parties fixes et les parties mobiles du réducteur. Ces systèmes ont néanmoins pour inconvénients, un encombrement conséquent et une usure qui est peu compatible des durées de vie exigées pour les moteurs aéronautiques. Ils présentent également des risques de pannes qui donneraient lieu à une interruption de l'alimentation en huile, ce qui n'est pas acceptable compte tenu des conséquences potentiellement catastrophiques qu'aurait l'arrêt d'un moteur en vol, par suite d'un blocage de son réducteur. Enfin ces réducteurs sont difficilement compatibles avec un montage souple sur la structure du moteur, ce qui est préconisé pour pallier le risque de perte ou de rupture d'une aube de soufflante, ou encore avec un montage de type modulaire pour faciliter l'assemblage d'un moteur. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif d'alimentation en huile d'un réducteur de turboréacteur qui soit compatible d'un réducteur à pignons mobiles. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation en huile d'un ensemble de pignons engrenant les uns sur les autres en étant mobiles en rotation autour d'un axe de rotation commun, ledit dispositif comprenant un réservoir d'huile situé au-dessus dudit axe de rotation, au moins une canalisation fixe d'amenée de l'huile au niveau dudit ensemble et des canalisations d'acheminement de l'huile au niveau des engrenages tournants, lesdites canalisations d'acheminement étant également mobiles en rotation autour de l'axe de rotation commun de façon à suivre le mouvement desdits engrenages, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'éjection de l'huile à l'extrémité de la canalisation fixe d'amenée dont l'orientation comporte une composante radiale dirigée en éloignement de l'axe de rotation commun, et un moyen cylindrique de récupération de l'huile mobile en rotation autour dudit axe de rotation commun et positionné en regard dudit moyen d'éjection. Un tel dispositif permet de transférer l'huile de lubrification depuis le repère fixe constitué par le réservoir et les canalisations d'amenée, dans le repère mobile des pignons sans recourir à un moyen du type joint tournant. L'invention porte également sur un réducteur à train épicycloïdal équipé d'un dispositif d'alimentation en huile tel que décrit ci-dessus, l'ensemble de pignons étant constitué d'un pignon planétaire mobile en rotation autour de l'axe de rotation commun, de pignons satellites portés par un porte satellite, les pignons satellites étant entraînés par ledit pignon planétaire et étant mobiles en rotation autour d'axes de satellites, lesdits pignons satellites roulant sur une couronne fixe. La couronne du réducteur étant fixe, il peut être utilisé pour un montage souple dans un turboréacteur. Avantageusement le fond du moyen de récupération est situé radialement à une distance de l'axe de rotation commun qui est inférieure à celle des engrenages des pignons et des paliers des axes de satellites de sorte que ceux-ci sont alimentés par l'huile dudit moyen sous l'action de forces centrifuges. Dans un mode particulier de réalisation le moyen de récupération est relié par au moins une première canalisation à une cavité interne à un des pignons satellites, ladite cavité étant reliée au palier de l'axe porte-satellite correspondant par au moins un canal orienté radialement pour guider l'huile, sous l'action de forces centrifuges, de ladite cavité vers ledit palier. Dans un autre mode particulier de réalisation le moyen de récupération est relié par au moins une deuxième canalisation à une rampe de lubrification de l'engrenage formé par la coopération des dentures du pignon planétaire et d'au moins un pignon satellite. Dans un encore autre mode de réalisation le moyen de récupération est relié par au moins une troisième canalisation à un gicleur de lubrification de l'engrenage formé par la coopération des dentures de la couronne et d'au moins un pignon satellite. Préférentiellement les dentures du pignon satellite sont orientées en diagonale entre leur point situé en vis-à-vis dudit gicleur et la périphérie dudit pignon satellite. De façon encore plus préférentielle ledit gicleur est positionné du côté de la sortie de l'engrenage correspondant. L'invention porte encore sur un module de soufflante d'un turboréacteur double flux comportant un arbre fan entraîné par un réducteur tel que défini ci-dessus et enfin sur un turboréacteur double flux comportant un tel module de soufflante. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue générale d'un turboréacteur double flux à fort taux de dilution, - la figure 2 est un vue détaillée montrant l'intégration, dans un turbofan, d'un réducteur de la vitesse de rotation de l'arbre fan, à train épicycloïdal, - la figure 3 est une vue détaillée du réducteur de la figure 2, équipé d'un système de lubrification selon un mode de réalisation de l'invention, et - la figure 4 est une vue éclatée, en perspective, du réducteur de la figure 3; En se référant à la figure 1, on voit un turboréacteur 1 qui comporte, de manière classique, une soufflante S, un compresseur basse pression la, un compresseur haute pression lb, une chambre de combustion lc, une turbine haute pression ld, une turbine basse pression le et une tuyère d'échappement lh. Le compresseur haute pression lb et la turbine haute pression ld sont reliés par un arbre haute pression 1 et forment avec lui un corps haute pression (HP). Le compresseur basse pression la et la turbine basse pression le sont reliés par un arbre basse pression 2 et forment avec lui un corps basse pression (BP). Dans la configuration représentée qui concerne un turbofan classique, sans réducteur, le disque sur lequel sont montées les aubes de la soufflante S est entraîné par un arbre fan 3, ou tourillon BP, qui est lui-même entraîné directement par l'arbre BP 2. Dans l'invention représentée sur les figures 2 à 6, l'arbre fan 3 est entraîné par l'arbre BP 2 au travers d'un réducteur 10 à train épicycloïdal. La figure 2 montre le positionnement du réducteur 10 dans la partie avant du turboréacteur 1. Les aubes de la soufflante S sont portées par l'arbre fan 3 qui est relié à la structure du moteur par l'intermédiaire d'un roulement à billes 5 qui transmet les efforts de poussée et d'un roulement à rouleaux 6 qui autorise les dilatations longitudinales de l'arbre fan. Les paliers de ces deux roulements sont fixés sur une ou plusieurs pièces formant support de l'arbre fan 8, qui est rattachée à la structure du turboréacteur au niveau d'une bride de support du module fan 9. L'arbre fan 3, qui appartient avec la pièce support 8, les aubes de soufflante S et les deux roulements 5 et 6 au module fan, est fixé à son extrémité aval sur le porte-satellites 13 du réducteur 10. De son côté l'arbre BP 2 est relié au planétaire 11 du réducteur 10 par ses cannelures 7, comme explicité plus loin en référence à la figure 3. Le réducteur 10 est fixé, par l'intermédiaire de brides de fermeture et de support 20 qui s'étendent radialement à partir de la couronne du train épicycloïdal, à une des extrémités d'un carter de support 22, qui assure ainsi le maintien en place du réducteur sur l'arbre fan 3 et son positionnement par rapport à l'arbre BP 2. L'autre extrémité du carter de support 22 est fixée sur la structure du turboréacteur, sur une bride 26 de rattachement du module fan, qui s'étend radialement à partir d'une pièce structurale du turboréacteur, ou carter d'appui 25. Le carter de support 22 est cylindrique et comporte sur son extension longitudinale des ondulations axiales 23, représentées au nombre deux, afin de donner une certaine souplesse radiale et assurer un montage souple au réducteur. Un tel degré de liberté évite que celui-ci soit bridé sur la structure et qu'il subisse des contraintes importantes lors des vibrations ou des déplacements par dilatation des divers éléments constitutifs du turboréacteur. Un jeu J est laissé circonférentiellement autour de la couronne pour permettre au réducteur de se déplacer radialement sans interférer avec la structure du turboréacteur. Ce jeu est dimensionné pour permettre au réducteur de flotter dans son carter en conditions normales et n'être consommé qu'en cas de perte ou de rupture d'une aube de la soufflante. Pour cela, en regard de la couronne extérieure du réducteur 10 est disposé le carter structural d'appui 25 qui comporte des nervures contre lesquelles la couronne peut venir buter si elle se déplace radialement d'une valeur supérieure au jeu J. Le carter d'appui 25 vient reprendre les efforts générés par l'appui de cette couronne lors de la rupture ou de la perte d'une aube de soufflante. Entre le carter de support 22 et le carter d'appui 25 se trouve un carter 24 de pressurisation de l'enceinte du réducteur 10 pour faciliter l'évacuation de son huile de lubrification. Ce carter de pressurisation 24 a pour objet de créer une enceinte autour du réducteur qui soit à une pression supérieure à celle qui l'environne, celle-ci étant mise en dépression par une pompe d'aspiration de l'huile du réducteur 10. Le branchement du circuit de récupération de l'huile du réducteur sur cette enceinte extérieure permet de mieux évacuer l'huile du réducteur et ainsi d'éviter les phénomènes de barattage. Le carter de pressurisation comporte ainsi à son extrémité aval une rainure dans laquelle est positionné un joint torique pour assurer l'étanchéité de cette enceinte après montage du module fan sur la structure du moteur. La figure 3 montre en demi-coupe radiale la partie supérieure du réducteur 10, la partie inférieure étant située symétriquement par rapport à l'axe de rotation 4 de la turbomachine, qui apparaît en bas de la figure. Le réducteur 10 est enfermé extérieurement dans sa couronne 14, qui n'est pas mobile en rotation et qui est fixée sur la structure du moteur au niveau de ses brides de fermeture et de fixation 20. La couronne 14 est en effet réalisée en deux parties pour permettre la mise en place de tous les éléments constituant le réducteur et ces deux parties sont attachées l'une à l'autre par une série de boulons d'assemblages 21, au niveau des brides 20 qui s'étendent radialement à partir de la couronne. L'extrémité correspondante du carter de support 22 est, elle aussi, fixée sur les brides de fermeture 20 par les boulons d'assemblage 21. Le réducteur embraye, d'une part, sur des cannelures 7 de l'arbre BP 2 par l'intermédiaire des pignons d'engrenage du planétaire 11 du train épicycloïdal, et d'autre part sur l'arbre fan 3 qui est rattaché au porte-satellites 13 de ce même train épicycloïdal. Classiquement le pignon planétaire 11, dont l'axe de rotation est confondu avec celui 4 de la turbomachine, entraîne une série de pignons satellites 12, qui sont répartis régulièrement sur la circonférence du réducteur. Ces satellites 12 tournent eux aussi autour de l'axe 4 de la turbomachine, en roulant sur la couronne 14 qui est rattachée à la structure de la turbomachine par le carter de support 22. Au centre de chaque satellite est positionné un axe de satellite 16 relié à un porte-satellites 13, le satellite tournant librement autour de cet axe à l'aide d'un palier qui peut être lisse, comme représenté sur la figure 3, ou comporter un roulement à rouleaux dans des configurations alternatives. La rotation des satellites autour de leur axe de satellite 16, du fait de la coopération de leurs pignons avec ceux de la couronne 14, entraîne la rotation du porte- satellites 13 autour de l'axe 4, et par conséquent celle de l'arbre fan 3 qui lui est lié, à une vitesse de rotation qui est inférieure à celle de l'arbre BP 2. L'entraînement de l'arbre fan 3 par le porte-satellites 13 est assuré par une série de doigts de centrage 17, répartis régulièrement sur la circonférence du réducteur, qui s'étendent axialement de l'extrémité aval de l'arbre fan 3 et qui s'enfoncent dans des alésages pratiqués dans le porte-satellites. Le porte-satellites 13 s'étend symétriquement de part et d'autre du réducteur pour refermer l'ensemble et former une enceinte, dans laquelle pourra être mise en oeuvre une fonction de lubrification. Des douilles 19 complètent la fermeture de cette enceinte en l'obturant au niveau des axes de satellites 16, de chaque côté du réducteur. La figure 3 montre par ailleurs, avec la figure 4, l'acheminement de l'huile de lubrification vers le réducteur 10 et son cheminement à l'intérieur de celui-ci. Des flèches montrent sur la figure 3 le cheminement suivi par l'huile depuis un réservoir d'huile spécifique, dit réservoir tampon 31, jusqu'aux pignons et aux paliers à lubrifier. Le réservoir tampon 31 est positionné à côté du réducteur, en partie haute de façon que l'huile puisse s'écouler vers le centre du réducteur par gravité. Ce réservoir 31 est alimenté par une canalisation d'acheminement 30, en provenance du réservoir principal du moteur (non représenté). L'huile s'écoule du réservoir tampon 31, pour déboucher dans un injecteur 32 dont l'extrémité calibrée est resserrée pour former un gicleur 33. L'huile sort du gicleur sous la forme d'un jet 34, qui se forme sous la pression produite conjointement la pression de la pompe d'alimentation et par le poids de la colonne d'huile située au dessus de lui. Ce jet 34 est orienté avec une composante radiale dirigée vers l'extérieur du moteur et aboutit dans une coupelle cylindrique 35 à section radiale en U, dont l'ouverture du U est orientée en direction de l'axe de rotation 4. Alors que l'injecteur 32 et son gicleur 33 sont fixes, la coupelle 35 est mobile en rotation autour de l'axe 4 et présente à tout instant une partie en U en face du gicleur. L'ouverture du fond en U de la coupelle 35 se situant en face de l'axe de rotation 4 et les bords du U étant orientés en direction de cet axe, la coupelle 35 forme une cavité de retenue de l'huile, ce qui assure la réception de l'huile du jet 34. Cette huile est entraînée en rotation par la coupelle 35 dans le fond de laquelle elle se comprime sous l'action de la force centrifuge. Du fond de la coupelle partent une série de canalisations pour l'alimentation en huile des divers organes à lubrifier. Ces canalisations, telles que représentées sur les figures 3 et 4, sont essentiellement de deux types. Une première série de canalisations 36, qui sont régulièrement réparties sur la périphérie du réducteur et en nombre égal à celui des pignons satellites 12, partent du fond de la coupelle 35 et pénètrent dans l'enceinte interne de chaque arbre de satellite 16, qui est refermée par le porte-satellites 13. Une seconde série de canalisations 37, qui sont également réparties régulièrement sur la périphérie du réducteur, partent du fond de la coupelle 35 pour se diriger dans l'espace situé entre deux pignons satellites 12 consécutifs. L'huile qui circule dans les premières canalisations 36 pénètre dans la cavité interne de chaque axe de satellite 16 puis passe, du fait de la force centrifuge, dans des canaux de guidage 38, qui traversent ces axes en étant orientés radialement. Ces canaux 38 débouchent à la périphérie des axes de satellites 16, au niveau de leurs paliers supportant les satellites 12 et assurent ainsi la lubrification de ces paliers. Les secondes canalisations 37 cheminent, depuis le fond de la coupelle 35 entre les satellites 12 et se divisent en plusieurs canaux 37a, 37b qui acheminent l'huile vers les engrenages formés par, d'une part, les pignons des satellites 12 et ceux du planétaire 11 et, d'autre part, les pignons des satellites 12 et ceux de la couronne 14. L'ensemble des paliers et engrenages du réducteur 10 est ainsi lubrifié par l'huile qui est issue du gicleur 33 et qui est récoltée par la coupelle 35 située en face de lui. Chaque seconde canalisation 37a s'étend axialement le long du pignon satellite, entre le pignon satellite 12 et le planétaire 11, et forme une rampe de lubrification sur toute la largeur des deux pignons. La canalisation 37b, qui alimente l'engrenage entre la couronne 11 et les satellites 12, projette son huile au centre du cylindre formé par chaque satellite. Comme représentés, ceux-ci sont réalisés sous la forme de deux séries de pignons parallèles. Leur denture est orientée en diagonale par rapport à l'axe de rotation du satellite 12, de façon à leur donner une fonction de rainures dans lesquelles l'huile est entraînée, depuis le milieu du cylindre jusqu'à sa périphérie, pour lubrifier l'engrenage sur toute sa largeur. On va maintenant décrire le fonctionnement du circuit de lubrification selon l'invention. L'huile s'écoule par gravité depuis le réservoir tampon 31 dans l'injecteur 32. Sous la pression de la pompe d'alimentation et de la colonne d'huile située au dessus du gicleur 33, l'huile est éjectée et est récupérée par la coupelle tournante 35 dans laquelle elle se répand sous l'action du champ de forces centrifuges qui y règne. Elle passe ensuite dans les premières et secondes canalisations 36 et 37 de chaque satellite 12. L'huile qui passe par la première canalisation 36 pénètre dans la cavité interne du pignon satellite 12 correspondant et est alors soumise simultanément au champ de forces centrifuges précédent et au champ dû à la rotation du pignon satellite autour de son axe de satellite 16. Elle traverse l'épaisseur du pignon satellite 12 grâce aux canaux de guidage 38 et vient lubrifier le palier situé entre le satellite 12 et son axe de satellite 16. Il est à noter que le champ d'accélération centrifuge donne lieu à un gradient de pression le long du tuyau et que ce gradient se traduit par une pression suffisamment importante (environ 5 bars) au niveau du palier, pour pouvoir l'alimenter. De son côté, l'huile qui passe par la seconde canalisation 37, se divise entre la seconde canalisation 37a d'alimentation du planétaire et la seconde canalisation 37b d'alimentation de l'engrenage satellite-couronne. La canalisation 37a éjecte de l'huile sur toute la largeur des deux pignons grâce à sa rampe de lubrification. La canalisation 37b remonte le long du pignon satellite jusqu'au niveau de son engrenage sur la couronne 14 et se termine par un gicleur qui lubrifie ce dernier. De préférence, l'huile est envoyée sur les dents qui sortent de l'engrènement, de façon à les refroidir immédiatement après leur échauffement. L'orientation diagonale donnée aux dents du satellite 13 provoque l'écoulement de l'huile depuis le milieu du pignon vers l'extérieur et assure, donc, une lubrification répartie de façon homogène pour tout cet engrenage. L'ensemble des paliers et engrenages du réducteur, qui pour la plupart sont mobiles en rotation autour de l'axe du turboréacteur, est ainsi lubrifié à partir d'un réseau d'alimentation en huile qui est situé sur la partie fixe de ce même turboréacteur. REVENDICATIONS1. Dispositif d'alimentation en huile d'un ensemble de pignons (11, 12, 13) engrenant les uns sur les autres en étant mobiles en rotation autour d'un axe de rotation commun (4), ledit dispositif comprenant un réservoir d'huile (31), au moins une canalisation fixe d'amenée de l'huile (32) au niveau dudit ensemble et des canalisations d'acheminement de l'huile au niveau des engrenages tournants, lesdites canalisations d'acheminement étant également mobiles en rotation autour de l'axe de rotation commun (4) de façon à suivre le mouvement desdits engrenages, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'éjection de l'huile (33) à l'extrémité de la canalisation fixe d'amenée (32) dont l'orientation comporte une composante radiale dirigée en éloignement de l'axe de rotation commun (4), et un moyen cylindrique (35) de récupération de l'huile mobile en rotation autour dudit axe de rotation commun (4) et positionné en regard dudit moyen d'éjection. 2. Réducteur à train épicycloïdal équipé d'un dispositif d'alimentation en huile selon la revendication 1, l'ensemble de pignons étant constitué d'un pignon planétaire (11) mobile en rotation autour de l'axe de rotation commun (4), de pignons satellites (12) portés par un porte satellite (13), les pignons satellites étant entraînés par ledit pignon planétaire et étant mobiles en rotation autour d'axes de satellites (16), lesdits pignons satellites roulant sur une couronne (14) fixe. 3. Réducteur à train épicycloïdal selon la revendication 2 dans lequel le fond du moyen de récupération (35) est situé radialement à une distance de l'axe de rotation commun (4) qui est inférieure à celle des engrenages des pignons et des paliers des axes de satellites (16) de sorte que ceux-ci sont alimentés par l'huile dudit moyen sous l'action de forces centrifuges. 4. Réducteur selon la revendication 3 dans lequel le moyen de récupération (35) est relié par au moins une première canalisation (36) à une cavité interne à un des pignons satellites (12), ladite cavité étant reliée au palier de l'axe porte-satellite correspondant (16) par au moins un canal (38) orienté radialement pour guider l'huile, sous l'action de forces centrifuges, de ladite cavité vers ledit palier. 5. Réducteur selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel le moyen de récupération (35) est relié par au moins une deuxième canalisation (37) à une rampe (37a) de lubrification de l'engrenage formé par la coopération des dentures du pignon planétaire (11) et d'au moins un pignon satellite (12). 6. Réducteur selon l'une des revendications 3 à 5 dans lequel le moyen de récupération (35) est relié par au moins une troisième canalisation (37b) à un gicleur de lubrification de l'engrenage formé par la coopération des dentures de la couronne (14) et d'au moins un pignon satellite (12). 7. Réducteur selon la revendication 6 dans lequel les dentures du pignon satellite (12) sont orientées en diagonale entre leur point situé en vis-à-vis dudit gicleur et la périphérie dudit pignon satellite. 8. Réducteur selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel ledit gicleur est positionné du côté de la sortie de l'engrenage correspondant. 9. Module de soufflante d'un turboréacteur double flux comportant un arbre fan (3) entraîné par un réducteur selon l'une des revendications 2 à 8. 10. Turboréacteur double flux comportant un module de soufflante selon la revendication précédente.15