Brevet FR2979667A1 — publié le 20130308

PROCEDE DE SURVEILLANCE DU NIVEAU DE LUBRIFIANT DANS UN COMPOSANT DE TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de surveillance du niveau de lubrifiant dans un composant de turbomachine comportant une enceinte prévue pour contenir un tel lubrifiant, un tel composant étant par exemple un boîtier d'entraînement d'accessoires ou un démarreur. Le lubrifiant dont il s'agit est typiquement une huile, mais l'invention s'applique de 15 manière générale à tout type de lubrifiant à l'état liquide. L'invention concerne également un composant de turbomachine permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé de surveillance. 20 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les interfaces entre éléments de rotor et éléments de stator dans les turbomachines sont en général lubrifiées par de l'huile pour assurer une 25 longévité satisfaisante de ces éléments. Dans les turbomachines équipant les aéronefs, notamment les avions, de telles interfaces se trouvent notamment au sein des démarreurs et des boîtiers d'engrenages, tels que les boîtiers d'entraînement d'accessoires également dénommés AGB de l'anglais « Accessory Gear Box ». La lubrification est par exemple obtenue par un brouillard d'huile induit par un barbotage des éléments rotatifs dans un bain d'huile contenu dans une enceinte prévue à cet effet. Une lubrification insuffisante au niveau d'une interface entre un élément de rotor et un élément de stator se traduit rapidement par une panne de ces éléments. Il est donc souhaitable qu'il y ait en permanence un niveau minimal d'huile dans les enceintes d'huile des composants des turbomachines. Des vérifications sont habituellement conduites à cet effet au cours d'opérations d'entretien et d'inspection régulières. Toutefois, la fréquence et le coût de telles opérations ne permettent pas une efficacité optimale de la surveillance du niveau d'huile dans ces 20 composants. En particulier, ce type d'opérations ne permet pas une surveillance en temps réel, seule apte à prévenir tout risque d'insuffisance de lubrification. 25 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème. Elle propose à cet effet un composant pour 30 turbomachine comprenant deux parties, respectivement de rotor et de stator, dont la première est montée rotative par rapport à la seconde selon un axe de rotor, et qui délimitent entre elles une enceinte destinée à contenir un liquide lubrifiant. Selon l'invention, le composant comprend : un détecteur de lubrifiant monté à rotation sur la partie de stator selon l'axe de rotor, et délimitant avec la partie de rotor un espace de canalisation de lubrifiant s'étendant tout autour dudit axe de rotor et permettant de canaliser un écoulement du lubrifiant de nature à transmettre un mouvement de rotation au détecteur de lubrifiant par entraînement visqueux sous l'effet d'un déplacement en rotation de la partie de rotor, et - des moyens de détermination de l'état rotatif du détecteur de lubrifiant. L'invention propose ainsi de mettre à profit l'effet Couette pour déterminer la présence de lubrifiant dans une région donnée du composant précité correspondant à l'espace de canalisation de lubrifiant. En effet, lorsque du lubrifiant est présent dans cet espace, la rotation de la partie de rotor induit une rotation de la couche de lubrifiant canalisée dans cet espace par entraînement visqueux, laquelle couche de lubrifiant induit alors elle-même une rotation du détecteur de lubrifiant. Les moyens de détermination de l'état rotatif du détecteur de lubrifiant permettant donc de renseigner sur la présence ou l'absence de lubrifiant dans l'espace de canalisation précité. En fonctionnement normal, l'espace de canalisation de lubrifiant est de préférence agencé de manière à être alimenté en lubrifiant depuis une région de l'enceinte correspondant à un seuil de remplissage en lubrifiant minimal prédéterminé. Ainsi, une absence de lubrifiant dans 5 l'espace précité indique un remplissage en lubrifiant inférieur au seuil prédéterminé. Le détecteur de lubrifiant proposé par l'invention présente notamment l'avantage d'être simple, fiable, et compact. Il peut en particulier 10 présenter un faible encombrement axial, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit. Lesdits moyens de détermination de l'état rotatif du détecteur de lubrifiant sont avantageusement conçus pour mesurer une vitesse de rotation du 15 détecteur de lubrifiant et pour comparer celle-ci à une vitesse de référence de manière à déterminer l'état de rotation ou d'absence de rotation du détecteur de lubrifiant. En particulier, ces moyens de détermination 20 de l'état rotatif du détecteur de lubrifiant sont de préférence conçus pour mesurer également une vitesse de rotation de la partie de rotor formant ladite vitesse de référence. Une comparaison de la vitesse de rotation 25 du détecteur de lubrifiant avec la vitesse de rotation de la partie de rotor permet une détermination particulièrement fiable de l'état rotatif du détecteur de lubrifiant. Les moyens de détermination de l'état 30 rotatif du détecteur de lubrifiant sont par exemple conçus pour indiquer un état rotatif du détecteur de lubrifiant lorsque la vitesse de celui-ci est supérieure ou égale à 10% de la vitesse de la partie de rotor, et pour indiquer un état non rotatif de ce détecteur dans le cas contraire. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, lesdits moyens de détermination de l'état rotatif du détecteur de lubrifiant comprennent au moins un capteur sensible au déplacement d'au moins un élément magnétique porté par le détecteur de lubrifiant. Ce capteur est par exemple un capteur à roue phonique, d'un type couramment utilisé pour déterminer la vitesse de rotation des éléments tournants dans les turbomachines équipant les aéronefs. En variante, le capteur peut être d'un autre type, notamment optique, sans sortir du cadre de la présente invention. Dans ce cas, ce capteur peut être sensible à d'autres types d'éléments, tels que des marqueurs optiques. Dans tous les cas, le capteur précité peut présenter un axe de détection radial ou axial. Par ailleurs, le composant de turbomachine comprend de préférence un palier de guidage en rotation du détecteur de lubrifiant, interposé entre ce dernier et la partie de stator précitée. Ce palier est de préférence un palier lisse. A ce titre, le palier comprend de préférence un coussinet. L'utilisation d'un palier lisse permet un freinage relativement rapide du détecteur de lubrifiant lorsque l'espace de canalisation de lubrifiant cesse d'être alimenté en lubrifiant. En variante, le palier peut comporter un roulement lorsque cela présente un intérêt. En outre, le lubrifiant est de préférence une huile, mais peut également être d'un autre type sans sortir du cadre de l'invention. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, ledit espace de canalisation de lubrifiant s'étend parallèlement audit axe de rotor. A cet effet, le détecteur de lubrifiant est avantageusement formé d'un anneau cylindrique de révolution centré sur l'axe de rotor et s'étendant à faible distance d'une surface cylindrique de révolution de la partie de rotor, également centrée par rapport à l'axe de rotor. La partie de rotor comporte de préférence un disque présentant une douille se projetant axialement depuis un flanc de celui-ci et délimitant ledit espace de canalisation de lubrifiant. La surface cylindrique de révolution précitée de la partie de rotor peut ainsi être formée par ladite douille. Le disque précité constitue par exemple une roue dentée d'engrenage. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, ladite douille est agencée radialement vers l'intérieur par rapport au détecteur de lubrifiant et comporte au moins un orifice traversant formant un canal d'alimentation en lubrifiant dudit espace de canalisation de lubrifiant. Un tel canal permet d'alimenter la douille en lubrifiant par effet centrifuge, de préférence depuis une région de l'enceinte correspondant à un seuil de remplissage en lubrifiant minimal prédéterminé. Dans ce cas, la douille comporte de préférence des moyens de canalisation de lubrifiant en entrée dudit orifice traversant. En variante, ladite partie de rotor comporte un arbre de rotor délimitant ledit espace de canalisation de lubrifiant. Dans ce cas, le détecteur de lubrifiant permet de surveiller la présence de lubrifiant directement sur l'arbre de rotor précité. Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, ledit espace de canalisation de lubrifiant s'étend radialement par rapport audit axe de rotor. Le composant pour turbomachine selon l'invention est par exemple un boîtier d'engrenages tel qu'un boîtier d'entraînement d'accessoires, ou un démarreur. L'invention concerne également une turbomachine, notamment pour aéronef, comprenant au 25 moins un composant du type décrit ci-dessus. L'invention concerne encore un procédé de surveillance du niveau de remplissage de l'enceinte de lubrifiant d'un composant de turbomachine du type décrit ci-dessus, dans lequel on déduit de l'état 30 rotatif dudit détecteur de lubrifiant un état de remplissage en lubrifiant de ladite enceinte par rapport à un seuil de remplissage prédéterminé. Comme expliqué ci-dessus, l'espace de canalisation de lubrifiant est de préférence alimenté en lubrifiant depuis une région de l'enceinte correspondant audit seuil de remplissage prédéterminé, en fonctionnement normal. Le procédé précité peut bien entendu mettre à profit, le cas échéant, tout ou partie des 10 différentes caractéristiques facultatives du composant de turbomachine décrites ci-dessus. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et 15 d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue schématique partielle 20 en coupe axiale d'un boîtier d'engrenages de turbomachine d'aéronef selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 2 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un boîtier d'engrenages de 25 turbomachine d'aéronef selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 3 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un boîtier d'engrenages de turbomachine d'aéronef selon un troisième mode de 30 réalisation préféré de l'invention ; la figure 4 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un boîtier d'engrenages de turbomachine d'aéronef selon un quatrième mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 5 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un boîtier d'engrenages de turbomachine d'aéronef selon un cinquième mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 6 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un boîtier d'engrenages de turbomachine d'aéronef selon un sixième mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 7 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un boîtier d'engrenages de 15 turbomachine d'aéronef selon un septième mode de réalisation préféré de l'invention. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. 20 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PREFERES La figure 1 illustre un boîtier d'engrenages 10 de turbomachine d'aéronef, comprenant d'une manière générale une partie de rotor 12 et une partie de stator 14. 25 La partie de rotor 12 comporte un arbre de rotor 16 s'étendant selon un axe de rotor 18, et une roue dentée d'engrenage 20 portée par l'arbre de rotor 16 et pourvue de dents 22. La partie de stator 14 prend la forme d'un 30 carter délimitant une enceinte d'huile 24. Dans l'exemple illustré, ce carter 14 est à section transversale en U ouverte radialement vers l'intérieur, et est pourvu de deux collerettes axiales définissant des portées 26 de guidage en rotation de l'arbre de rotor 16. La partie de rotor 12 est ainsi montée à rotation sur le carter 14 au moyen de deux paliers à roulements 28 disposés respectivement sur les deux portées 26, de part et d'autre de la roue dentée 20. Sur la figure 1, on aperçoit en outre deux joints annulaires d'étanchéité 30 interposés respectivement entre les portées 26 et l'arbre de rotor 16. Le boîtier d'engrenages 10 comprend 15 également un capteur 32 du type couramment appelé « à roue phonique », comprenant par exemple trois cellules 34 redondantes sensibles à un déplacement de crans en un matériau ferromagnétique portés par la partie de rotor 12, et permettant de renseigner sur la vitesse de 20 rotation de cette partie de rotor 12. Un tel capteur est par exemple décrit en figure 1 du brevet EP 0 489 651 Bl. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, les crans ferromagnétiques sont formés des dents 22 de la roue dentée 20. De plus, les cellules 34 25 présentent des axes de détection respectifs parallèles à la direction radiale. Selon une particularité de l'invention, le boîtier d'engrenages 10 comporte un détecteur d'huile 36 monté à rotation sur le carter 14 de stator selon 30 l'axe de rotor 18, et délimitant avec la partie de rotor 12 un espace 38 de canalisation d'huile s'étendant tout autour de l'axe de rotor 18. Cet espace 38 est dimensionné pour canaliser un écoulement d'huile de nature à transmettre un mouvement de rotation au détecteur d'huile 36 par entraînement visqueux sous l'effet d'un déplacement en rotation de la partie de rotor 12, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit. De plus, le capteur 32 comporte une cellule additionnelle 40 sensible à un déplacement d'une 10 pluralité de crans 42 en un matériau ferromagnétique portés par le détecteur d'huile 36. Dans le premier mode de réalisation de la figure 1, le détecteur d'huile 36 prend la forme d'un anneau globalement cylindrique de révolution centré sur 15 l'axe de rotor 18 et comprenant une première partie annulaire 36a s'étendant à faible distance d'une douille 44 également centrée par rapport à l'axe de rotor 18 et se projetant axialement depuis un flanc 46 de la roue dentée 20. La première partie 36a de 20 l'anneau 36 et la douille 44 délimitent ainsi conjointement l'espace 38 précité. L'anneau 36 est guidé en rotation par un palier 48, par exemple à rouleaux, monté sur une portée 50 cylindrique de révolution se projetant axialement 25 depuis une paroi radiale 52 du carter 14. Pour cela, l'anneau 36 comporte une seconde partie annulaire 36b montée sur le palier 48. Dans l'exemple de la figure 1, l'anneau 36 est agencé radialement vers l'extérieur par rapport à 30 la douille 44 de la roue dentée 20 et par rapport à la portée 50 du carter 14 et donc au palier 48. Par ailleurs, la cellule additionnelle 40 du capteur 32 présente un axe de détection 54 orienté selon la direction radiale. En fonctionnement, lorsque l'espace de canalisation d'huile 38 est rempli d'huile, le détecteur d'huile 36 est soumis à un couple proportionnel à la viscosité dynamique de l'huile, à la surface mouillée de ce détecteur d'huile 36 et à la vitesse de rotation relative de ce détecteur 36 par rapport à la douille 44, et inversement proportionnel au jeu séparant le détecteur 36 de la douille 44, c'est-à-dire à l'étendue radiale de l'espace 38. A titre d'exemple, la partie de rotor étant prévue pour tourner à des vitesses comprises entre 1000 et 20000 tours par minute, avec une température d'huile de 200°C environ, la douille 44 présente par exemple un rayon R de sa surface radialement externe égal à 40 mm, une étendue axiale de cette surface égale à 10 mm, et le détecteur d'huile 36 est conçu de sorte que l'espace 34 présente un rayon égal à 0.1 mm environ. Dans ce cas, le couple appliqué au détecteur d'huile 36 est compris entre 0.2 et 4 newtons environ. D'autres modes de réalisation sont bien entendu possibles dans le cadre de la présente invention. De tels modes de réalisation peuvent notamment différer du mode de réalisation décrit ci-dessus par la conformation du détecteur d'huile 36, par son agencement relativement au carter 14 et/ou à la partie de rotor 12, ou encore par la configuration du capteur 32. Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 2, le détecteur d'huile 36 présente un épaulement de sorte que sa seconde partie 36b est décalée radialement vers l'extérieur par rapport à sa première partie 36a. De plus, la seconde partie 36b précitée du détecteur d'huile 36 est guidée par un palier à roulement 48 interposé entre un fond annulaire 56 du carter 14 et cette seconde partie 36b, qui est donc agencée radialement vers l'intérieur par rapport au palier 48, tandis que la première partie 36a du détecteur d'huile 36 est toujours agencée radialement vers l'extérieur par rapport à la douille 44 de la roue dentée 20. Le mode de réalisation de la figure 3 diffère de celui de la figure 1 en ce que les cellules 34 et la cellule additionnelle 40 du capteur 32 présentent des axes de détection orientés selon la direction axiale. De plus, les crans ferromagnétiques portés par la roue dentée ne sont pas constitués par les dents 22 de celle-ci mais prennent la forme de dents additionnelles se projetant axialement depuis le flanc 46 de la roue dentée 20. En outre, le détecteur d'huile 36 comporte une collerette 58 s'étendant radialement vers l'extérieur et à l'extrémité de laquelle sont formés les crans ferromagnétiques 42 portés par le détecteur d'huile 36. La figure 4 illustre un mode de réalisation 30 comprenant une caractéristique facultative de l'invention qui peut notamment être avantageusement appliquée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Selon cette caractéristique, la douille 44 comporte un orifice traversant 60 débouchant à l'une de ses extrémités dans l'espace de canalisation 38 précité et à son autre extrémité dans une région 61 de l'enceinte 24 correspondant à un seuil minimal de remplissage en huile prédéterminé. Dans l'exemple illustré sur la figure 4, la 10 douille 44 comporte en outre une collerette 62 s'étendant radialement vers l'intérieur et permettant de retenir de l'huile au voisinage de la roue dentée 20 et d'améliorer la canalisation de l'huile vers l'intérieur de l'orifice 60 précité. 15 Dans cet exemple, l'orifice 60 comporte une section d'entrée 60a d'axe radial ainsi qu'une section de sortie 60b d'axe oblique. D'une manière générale, l'orifice 60 forme un canal d'alimentation en huile de l'espace 38, 20 également dénommé canal de gavage. La figure 5 illustre un mode de réalisation dans lequel l'espace de canalisation d'huile 38 est directement délimité par l'arbre de rotor 16. Une seconde partie 36b du détecteur d'huile est ici encore 25 guidée en rotation par un palier à roulement 48 monté sur une portée 50 du carter 14 disposée radialement vers l'extérieur par rapport au détecteur 36. Cette même partie 36b forme ici la partie 36a du détecteur 36 qui délimite l'espace 38. Le détecteur 36 comporte en 30 outre une collerette 58 s'étendant radialement vers l'extérieur et portant à son extrémité les crans ferromagnétiques 42 du détecteur 36. Dans les modes de réalisation des figures 6 et 7, l'espace de canalisation d'huile 38 s'étend selon la direction radiale. De ce fait, les deux parties 36a, 36b du détecteur d'huile 36 font un angle droit. Dans le mode de réalisation de la figure 6, la seconde partie 36b du détecteur d'huile 36 est montée rotative sur le fond 56 du carter 14 comme dans le mode de réalisation de la figure 2. Le détecteur d'huile 36 comporte en outre un premier épaulement qui raccorde la seconde partie 36b de celui-ci à une troisième partie 36c intermédiaire qui porte les crans ferromagnétiques 42 de ce détecteur 36, et un second épaulement qui définit la première partie 36a du détecteur 36. Dans le mode de réalisation de la figure 7, la seconde partie 36b du détecteur d'huile 36 est montée rotative sur une portée 50 du carter 14 comme dans le mode de réalisation de la figure 1. Le détecteur 36 prend la forme d'un L présentant une partie axiale formant sa seconde partie 36b ainsi qu'une partie radiale formant sa première partie 36a. Dans ces deux derniers modes de réalisation, la cellule additionnelle 40 du capteur 32 présente un axe de détection 54 orienté radialement. D'autres modifications peuvent encore être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le capteur 32 peut être d'un autre type, par exemple optique, mécanique ou électronique. L'invention peut en outre être appliquée à d'autres types de composants de turbomachine, notamment à un démarreur. L'invention concerne en outre un procédé de surveillance du niveau de remplissage en huile de l'enceinte 24, dans lequel on déduit de l'état rotatif du détecteur d'huile 36, fourni par le capteur 32, un état de remplissage en huile de l'enceinte 24 par rapport à un seuil minimal de remplissage prédéterminé. Ce seuil correspond à une présence d'huile dans l'espace de canalisation d'huile 38, et le cas échéant, dans la région 61 (figure 4) susceptible d'alimenter en huile ledit espace 38. L'état rotatif du détecteur 36 est de préférence obtenu par comparaison de la vitesse de rotation du détecteur 36, fournie par la cellule additionnelle 40 du capteur 32, et de la vitesse de la partie de rotor 12, fournie par les autres cellules 34 de ce capteur 32. REVENDICATIONS1. Composant (10) pour turbomachine comprenant deux parties, respectivement de rotor (12) et de stator (14), dont la première est montée rotative par rapport à la seconde selon un axe de rotor (18), et qui délimitent entre elles une enceinte (24) destinée à contenir un liquide lubrifiant, caractérisé en ce qu'il comprend : un détecteur de lubrifiant (36) monté à rotation sur ladite partie de stator (14) selon ledit axe de rotor (18), et délimitant avec ladite partie de rotor (12) un espace (38) de canalisation de lubrifiant s'étendant tout autour dudit axe de rotor (18) et 15 permettant de canaliser un écoulement dudit lubrifiant de nature à transmettre un mouvement de rotation audit détecteur de lubrifiant (36) par entraînement visqueux sous l'effet d'un déplacement en rotation de ladite partie de rotor (12), et 20 des moyens (32) de détermination de l'état rotatif dudit détecteur de lubrifiant (36). 2. Composant pour turbomachine selon la revendication 1, dans lequel ledit espace de 25 canalisation de lubrifiant (38) est alimenté en lubrifiant depuis une région (38, 61) de ladite enceinte (24) correspondant à un seuil minimal de lubrifiant prédéterminé. 30 3. Composant pour turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit espace decanalisation de lubrifiant (38) s'étend parallèlement audit axe de rotor (18). 4. Composant pour turbomachine selon la revendication 3, dans lequel ladite partie de rotor (12) comporte un disque (20) présentant une douille (44) se projetant axialement depuis un flanc (46) de celui-ci et délimitant ledit espace de canalisation de lubrifiant (38). 5. Composant pour turbomachine selon la revendication 4, dans lequel ladite douille (44) est agencée radialement vers l'intérieur par rapport audit détecteur de lubrifiant (36) et comporte au moins un orifice traversant (60) formant un canal d'alimentation en lubrifiant dudit espace de canalisation de lubrifiant (38). 6. Composant pour turbomachine selon la 20 revendication 3, dans lequel ladite partie de rotor (12) comporte un arbre de rotor (16) délimitant ledit espace de canalisation de lubrifiant (38). 7. Composant pour turbomachine selon la 25 revendication 1 ou 2, dans lequel ledit espace de canalisation de lubrifiant (38) s'étend radialement par rapport audit axe de rotor (18). 8. Composant pour turbomachine selon l'une 30 quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est un boîtier d'engrenages (10) tel qu'un boîtier d'entraînement d'accessoires, ou un démarreur. 9. Turbomachine, notamment pour aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un composant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Procédé de surveillance du niveau de remplissage de l'enceinte (24) de lubrifiant d'un composant (10) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel on déduit de l'état rotatif dudit détecteur de lubrifiant (36) un état de remplissage en lubrifiant de ladite enceinte (24) par rapport à un seuil de remplissage prédéterminé.