Brevet FR3003300A1 — publié le 20140919

SYSTEME DE TRANSFERT D'HUILE SUR ARBRE TOURNANT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention se rapporte à la lubrification de parties mobiles dans des turbines d'aéronef, notamment dans le cas des turboréacteurs à soufflantes non carénées (généralement connues sous la dénomination anglaise : Open Rotor). L'architecture générale des turbomachines Open Rotor se distingue de celle des turbomachines conventionnelles par la disposition particulière de la soufflante qui comporte deux éléments contrarotatifs, par exemple des rotors, disposés à l'extérieur du carénage de la turbomachine. On distingue deux types de turboréacteurs à soufflantes non carénées : l'Open Rotor Pusher et l'Open Rotor Puller. Dans le cas de l'Open Rotor Pusher, les éléments contrarotatifs sont disposés en aval de la turbomachine, c'est-à-dire à l'arrière de la turbomachine en suivant le sens de déplacement de l'aéronef. Ces deux rotors sont guidés en rotation grâce à des roulements portés par des éléments du stator situés au niveau de l'axe moteur et qui facilitent l'acheminement des servitudes et l'alimentation en huile des roulements. Dans le cas de l'Open Rotor Puller, les éléments contrarotatifs sont situés en amont de la turbomachine, c'est-à-dire à l'avant. Cette disposition a pour particularité de ne pas disposer de partie fixe au niveau du centre des soufflantes, ce qui complique l'alimentation des paliers en huile, notamment ceux situées entre les deux arbres tournants. En effet, l'absence de partie fixe au centre du moteur impose de devoir faire circuler le lubrifiant en provenance des parties extérieures vers les parties intérieures en tenant compte de contraintes structurelles particulières. La position même des paliers empêche l'alimentation par jet direct depuis l'extérieur. De plus, il faut tenir compte de pentes de parois défavorables, qui empêchent l'huile de ruisseler vers le roulement. L'invention vise ainsi à proposer une solution de lubrification simple et efficace d'un roulement situé entre deux arbres tournants. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention porte ainsi sur un système de lubrification d'un organe situé entre un arbre interne et un arbre externe d'une turbine d'aéronef, les arbres interne et externe étant mobiles en rotation, concentriques et disposés au moins partiellement l'un autour de l'autre, le système comportant : - un élément annulaire pourvu d'une gorge externe, ledit élément annulaire étant configuré pour être monté solidaire sur l'arbre externe, la gorge externe étant destinée à recevoir du lubrifiant depuis une partie fixe de la turbine, - un élément rainuré configuré pour être monté solidaire sur l'arbre interne, l'élément rainuré présentant un relief destiné à diriger un lubrifiant en contact avec sa surface externe dans une direction longitudinale donnée lorsque l'arbre interne est en rotation, la gorge externe de l'élément annulaire étant en communication fluidique vers une surface externe de l'élément rainuré par l'intermédiaire d'au moins deux conduits ménagés à travers l'arbre externe. On entend ici qu'un élément est monté solidaire sur un arbre s'il est fixé sur cet arbre et en subit le mouvement de rotation. L'invention permet ainsi de manière simple d'alimenter en lubrifiant un organe situé entre deux arbres concentriques tournants. Selon une caractéristique avantageuse, l'élément rainuré comporte une gorge hélicoïdale sur sa surface externe. La gorge hélicoïdale ménagée sur l'élément rainuré dirige ainsi de façon optimale le lubrifiant vers l'organe à lubrifier. Avantageusement, le système de lubrification comporte une bague d'accumulation formant réservoir de lubrifiant et qui est configurée pour être montée dans l'arbre externe. Des cuvettes sont ménagées sur la bague d'accumulation, par exemple extérieurement, et permettent d'avoir une réserve de lubrifiant toujours disponible, y compris lors des phases transitoires, c'est-à-dire en phase de démarrage, de ralentissement ou d'arrêt de la turbomachine. Avantageusement encore, une surface de la bague d'accumulation s'étend radialement d'un côté amont de l'élément rainuré et est disposée de manière à limiter tout débordement de lubrifiant de ce côté amont. Selon une caractéristique avantageuse, le système de lubrification comporte au moins deux cheminées, lesquelles sont destinées à être disposées dans un conduit respectif, chaque dite cheminée étant configurée pour s'étendre depuis la gorge externe de l'élément annulaire vers la surface externe de l'élément rainuré. La présence des cheminées permet d'acheminer de façon simple et fiable le lubrifiant au travers des différents éléments jusqu'à l'élément rainuré. Afin d'assurer une bonne tenue des différents éléments dans la turbine, le système de lubrification comporte une bague de maintien et chaque cheminée présente une collerette externe destinée à être prise en sandwich entre la bague de maintien et la bague d'accumulation. La bague de maintien sert avantageusement d'amortisseur à la bague d'accumulation. De plus, la bague de maintien permet de forcer le maintien en position de chaque cheminée. En outre, les cheminées maintiennent avantageusement en position angulaire la bague d'accumulation et la bague de maintien relativement à l'arbre externe. Dans l'une des utilisations prévues du système de lubrification, l'organe à lubrifier est un roulement à rouleaux ou à billes. L'invention porte également sur une turbine d'aéronef comportant un arbre interne et un arbre externe qui sont mobiles en rotation, concentriques et disposés au moins partiellement l'un autour de l'autre, et comportant un système de lubrification tel que décrit ci-dessus. Dans un cas couvert par l'invention, l'arbre interne et l'arbre externe sont mobiles en rotation en sens opposés lorsque la turbine est en fonctionnement. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'une turbomachine à soufflante non carénée de type Open Rotor Puller ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un système de lubrification selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe et en perspective d'une écope centripète que comporte le système de lubrification de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe et en perspective d'un arbre de soufflante aval portant une cheminée d'alimentation que comporte le système de lubrification ; - les figures 5A et 5B sont, d'une part une vue en coupe et en perspective de l'intérieur, et d'autre part une vue en coupe d'une bague d'accumulation d'huile que comporte le système de lubrification ; - la figure 6 est une vue en coupe et en perspective d'une bague de maintien que comporte le système de lubrification ; - la figure 7 est un détail de la figure 2 montrant la circulation du lubrifiant entre la bague d'accumulation d'huile et une vrille d'alimentation (en anglais supply hélix) que comporte le système de lubrification ; - la figure 8 est une vue en perspective d'une première étape de montage du système de lubrification sur les arbres des soufflantes, montrant l'arbre de soufflante aval et l'écope centripète ; - la figure 9 est une vue similaire à la figure 8 après mise en place d'une bague externe du roulement à lubrifier ; - la figure 10 est une vue similaire à la figure 9 après mise en place de deux cheminées d'alimentation ; - la figure 11 est une vue similaire à la figure 10 après mise en place de la bague d'accumulation d'huile ; - la figure 12 est une vue similaire à la figure 11 après mise en place de la bague de maintien ; et, - la figure 13 est une vue similaire à la figure 12 après mise en place d'un arbre de soufflante amont équipé de la vrille d'alimentation. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 montre une soufflante 10 non carénée de turbomachine de type Open Rotor Puller. La soufflante 10 comporte sur sa partie avant des aubes amont 11a et aval 11b, l'aube 11a se trouvant en avant de l'aube 11b. Lorsque la turbomachine est en fonctionnement, les aubes 11a et 11b sont en rotation en sens opposés. Ces aubes 11a et 11b de soufflante 10 sont gouvernées en rotation par des arbres de soufflante amont 12a et aval 12b contrarotatifs respectifs, visibles en figure 2. L'arbre de soufflante aval 12b est disposé autour de l'arbre de soufflante amont 12a. Un palier 13, ici un roulement à rouleaux relie les deux arbres 12a et 12b. Ce roulement 13 comporte une bague externe 26 (ou bague lisse externe). Un système de lubrification 20 alimente en permanence en lubrifiant ou en huile le roulement 13. Ce système 20 comporte ici une écope centripète 30, une pluralité de cheminées d'alimentation 22, une bague de maintien 23, une bague d'accumulation 24 et une vrille d'alimentation 25 (figure 2). L'écope centripète 30 est un élément annulaire comportant une gorge annulaire 31 sur son pourtour extérieur (figure 3). L'écope 30 comporte aussi une pluralité de passages de lubrifiant, ici les ouvertures 21a à 21c illustrées en figure 3. L'ouverture 21a présente une cuvette 34a et un logement de cheminée 33a qui sont ménagés directement dans l'écope 30. Dans le mode de réalisation représenté, l'ouverture 21a présente également une lame 32a. La cuvette 34a est formée par un creux ménagé dans l'élément 30. Plus précisément, la cuvette 34a s'étend sur une portion du pourtour interne de l'élément 30. En une première extrémité, la cuvette 34a traverse l'élément 30 pour déboucher dans la gorge 31. En une extrémité opposée à la première, la cuvette 34a débouche dans le logement de cheminée 33a. Le logement de cheminée 33a est un alésage de section ici circulaire ménagé depuis la face intérieure 30a de l'écope 30 et à travers une partie seulement de son épaisseur. La lame 32a est disposée à travers l'écope 30, une première extrémité de la lame 32a étant disposée en saillie dans la gorge 31, son autre extrémité étant dirigée vers l'intérieur de la cuvette 34a. L'orientation de la lame 32a est prévue pour favoriser l'acheminement de lubrifiant depuis la gorge 31 vers le logement de cheminée 33a à travers la cuvette 34a, lorsque l'arbre 12b est en rotation. L'écope 30 est destinée à être montée sur l'arbre 12b de sorte que la face intérieure 30a de l'écope 30 vienne contre la surface extérieure 15 de l'arbre 12b, obturant la cuvette 34a sur son côté ouvert. D'autres ouvertures similaires sont ménagées sur le pourtour l'écope 30 pour assurer une répartition du flux optimale, par exemple les ouvertures 21b et 21c partiellement représentées en figure 3. En plus de l'ouverture 21a, la figure 3 illustre la cuvette 34b de l'ouverture 21b, et le logement de cheminée 33c de l'ouverture 21c. Chaque logement de cheminée 33a de l'écope 30 reçoit une cheminée d'alimentation 22 correspondante. Le nombre de cheminées 22 dépend des contraintes de chaque structure. Une telle cheminée 22 est détaillée en figure 4. Cette cheminée 22 présente un orifice 40a en une première extrémité 41a, et un orifice 40b en une extrémité opposée 41b. A partir de son extrémité 41b, la cheminée 22 présente extérieurement une gorge d'extrémité 42 puis une collerette de blocage 43. La gorge 42 est annulaire et destinée à recevoir un joint d'étanchéité torique (non représenté). La collerette de blocage 43 est également annulaire. Son rôle sera décrit plus loin. En figure 4, la cheminée 22 est insérée dans un alésage 14 de l'arbre 12b par son extrémité 41a. L'extrémité 41a est légèrement en débord de la surface 15 pour pouvoir être disposée dans le logement de cheminée 33a. Au moins une autre cheminée 22 est insérée dans un autre alésage 14 similaire ou identique. D'une manière générale, les alésages et les cheminées sont disposées régulièrement à travers l'arbre 12b pour un bon équilibre des masses tournantes. La bague d'accumulation d'huile 24 est détaillée en figures 5A, 5B et 7. La bague 24 est un élément annulaire à section en L. Deux sections principales 50 et 51 sont ainsi disposées transversalement l'une par rapport à l'autre. La première paroi 50 s'étend radialement vers l'extérieur. Cette paroi 50 est crabotée de manière à s'interengager avec un rebord 26a correspondant de la bague externe 26 du roulement 13. La paroi 51 est disposée transversalement depuis une extrémité intérieure de la paroi 50. La paroi 51 présente des logements de cheminée, par exemple 53a et 53b, et des cuvettes d'accumulation d'huile 52. Les logements de cheminée 53a, 53b sont ici des alésages de section circulaire de même diamètre interne que les logements 33a et 33c. Leur nombre et leur répartition correspond à la disposition des ouvertures 21a, 21b et 21c sur l'écope 30. Les cuvettes 52 sont ménagées en creux sur la partie interne de la paroi 51. Les cuvettes d'accumulation 52 sont intercalées avec les logements de cheminée 53a, 53b sur le pourtour de la bague 24. Plusieurs surfaces cylindriques 54 à 56 et 58 ou annulaires 57 et 59 servent de butée ou de point de contact avec les éléments voisins. Par surface cylindrique, on comprend que la surface a ici une orientation longitudinale, alors que par surface annulaire, la surface a une orientation radiale. La surface 54 sert d'appui à la collerette 43. La surface 55 est destinée à venir en appui contre des surfaces 66 de la bague de maintien 23 qui seront décrites plus loin. Les surfaces 56 et 57 servent de butée radialement et longitudinalement à un rebord inférieur 26b de la bague externe 26. Enfin, les surfaces 58 et 59 viennent entourer la vrille 25. La bague de maintien 23 (figure 6) est un élément annulaire. La bague 23 comporte deux sections annulaires 63a et 63b parallèles entre elles et reliées par une pluralité de portions de jonction 64. Les sections 63a et 63b présentent respectivement une surface de contact externe 60 et une première surface de contact interne 61. Les portions 64 ont des propriétés élastiques et confèrent à la bague 23 une capacité d'amortissement radial. Une portion de prolongement 65 est formée dans la continuité de chaque portion de jonction 64. Les portions 65 présentent des deuxièmes surfaces de contact interne 66 disposées conjointement en cylindre de section circulaire. Les portions de jonction 64 définissent entre elles et sur le pourtour de la bague 23 une pluralité de baies 62 dont les sections 63a et 63b forment le fond. Les baies 62 sont prévues pour accueillir chacune une cheminée 22 par insertion latérale. Dans le mode de réalisation représenté, le nombre de baies 62 est plus important que le nombre de cheminées 22 (voir par exemple en figure 12). Un nombre important de baies augmente la capacité d'amortissement de la bague 23. En variante non représentée, le système 20 présente autant de baies 62 qu'il y a de cheminées 22. On note que les éléments décrits ci-dessus, à savoir l'élément annulaire 30, les cheminées 22, la bague de maintien 23 et la bague d'accumulation 24, sont ici destinés à être montés solidaires de l'arbre de soufflante aval 12b, c'est-à-dire qu'ils seront entraînés en rotation par l'arbre 12b. En revanche, la vrille 25, décrite ci-après, est destinée à être montée solidaire de l'arbre de soufflante amont 12a. La vrille 25 (en anglais supply helix), visible en figures 2 et 7, est un élément tubulaire pourvu d'une gorge hélicoïdale 70 sur sa surface externe. La gorge 70 est destinée à capter le lubrifiant et à en permettre l'écoulement depuis les cuvettes d'accumulation 52, ou plus généralement au niveau de la bague d'accumulation 24. L'écoulement se fait suivant un sens longitudinal avant-arrière A (voir figure 7). L'orientation de la gorge 70 dirige ainsi le lubrifiant du côté du roulement 13 et évite de qu'il ne déborde du côté avant. On décrit maintenant en référence aux figures 8 à 13 les étapes d'assemblage des éléments du système de lubrification 20 sur les arbres 12a et 12b des soufflantes. L'élément annulaire 30 comportant les écopes centripètes 21 est disposé autour de l'arbre aval 12b suivant un sens d'insertion avant-arrière xA (figure 8). Chaque logement de cheminée 33a est placé en vis-à-vis d'un alésage 14 de l'arbre 12b. La bague lisse 26 du roulement 13 est ensuite mise en position dans l'arbre 12b suivant le sens d'insertion xA, en aval (c'est-à-dire en arrière) des alésages radiaux 14 (figure 9). Les cheminées 22 sont introduites radialement dans les alésages 14, ici dans le sens de la flèche xB (figure 10), l'extrémité 41a des cheminées 22 venant dans les logements 33a. Les cheminées 22 sont engagées un peu plus profondément dans les alésages 14 que dans leur position de service de manière à laisser un espace suffisant pour le montage de la bague 24. Un joint torique non représenté est mis en place dans la gorge 42 de chaque cheminée 22. On met ensuite en place la bague d'accumulation d'huile 24 suivant le sens xA. Les extrémités 41b des cheminées 22 sont alors introduites dans les logements 53a dans un sens xB' opposé à xB. Les collerettes 43 viennent se plaquer contre la surface 54 (figure 11). La bague de maintien 23 est introduite selon le sens xA entre l'arbre 12b et la bague d'accumulation d'huile 24 (figure 12). Chaque cheminée 22 est logée dans une baie 62. La surface interne 61 de la bague 23 vient en contact contre les collerettes 43. Une fois la bague 23 mise en place, les cheminées 22 sont bloquées radialement, les collerettes 43 étant pincées entre la surface 61 et la surface 54. De même, les bagues 23 et 24 sont bloquées en rotation relativement à l'arbre 12b. Enfin, l'arbre amont 12a équipé de la vrille 25 est introduit dans l'arbre aval 12b équipé des autres éléments du système 20 selon un sens d'introduction xC opposé à xA (figure 13). La vrille 25 vient alors en contact contre les surfaces 58 et 59. Lorsque les arbres 12a et 12b sont en rotation, le lubrifiant circule dans le système de lubrification 20 depuis les parties extérieures vers les parties intérieures et de l'avant vers l'arrière (= de l'amont vers l'aval). Ainsi, la gorge 31 est remplie de lubrifiant depuis une partie fixe de la turbomachine, par exemple au moyen d'une pompe non représentée. La rotation de l'arbre 12b force le lubrifiant à circuler dans les écopes centripètes 21a à 21c vers les cuvettes 34a puis les cheminées 22. Le lubrifiant s'accumule alors entre la bague 24 et la vrille 25, dans les cuvettes 52 formant réservoir et dans la gorge hélicoïdale 70. La gorge hélicoïdale 70 dirige ensuite le lubrifiant vers le roulement 13, la surface 59 de la bague d'accumulation 24 servant notamment à empêcher le débordement du lubrifiant du côté opposé au roulement 13. La présence des cuvettes 52 permet avantageusement d'avoir une réserve de lubrifiant toujours disponible, y compris lors des phases transitoires, c'est-à-dire en phase de démarrage, de ralentissement ou d'arrêt de la turbomachine. D'une manière générale, l'invention concerne la lubrification d'éléments situés entre deux arbres tournants présents dans une turbine d'aéronef. Le roulement à rouleaux 13 peut être substitué par un palier d'un autre type comme un roulement à billes. D'autres applications sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Système de lubrification d'un organe (13) situé entre un arbre interne (12a) et un arbre externe (12b) d'une turbine d'aéronef (10), les arbres interne (12a) et externe (12b) étant mobiles en rotation, concentriques et disposés au moins partiellement l'un (12b) autour de l'autre (12b), comportant : - un élément annulaire (30) pourvu d'une gorge externe (31), ledit élément annulaire (30) étant configuré pour être monté solidaire sur l'arbre externe (12b), la gorge externe (31) étant destinée à recevoir du lubrifiant depuis une partie fixe de la turbine (10), - un élément rainuré (25) configuré pour être monté solidaire sur l'arbre interne (12a), l'élément rainuré (25) présentant un relief (70) destiné à diriger un lubrifiant en contact avec sa surface externe dans une direction longitudinale donnée (A) lorsque l'arbre interne (12a) est en rotation, la gorge externe (31) de l'élément annulaire (30) étant en communication fluidique vers une surface externe (70) de l'élément rainuré (25) par l'intermédiaire d'au moins deux conduits (22) ménagés à travers l'arbre externe (12b). 2. Système de lubrification selon la revendication 1, l'élément rainuré (25) comportant une gorge hélicoïdale (70) sur sa surface externe. 3. Système de lubrification selon l'une des revendications précédentes, comportant une bague d'accumulation (24) formant réservoir de lubrifiant (52), configurée pour être montée dans l'arbre externe (12b). 4. Système de lubrification selon la revendication précédente, une surface (59) de la bague d'accumulation (24) s'étendant radialement d'un côté amont de l'élément rainuré (25) et étant disposée de manière à limiter tout débordement de lubrifiant de ce côté amont. 5. Système de lubrification selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins deux cheminées (22), lesquelles sont destinées à être disposées dans un conduit respectif, chaque dite cheminée (22) étant configurée pour s'étendre depuis la gorge externe (31) de l'élément annulaire (30) vers ladite surface externe (70) de l'élément rainuré (25). 6. Système de lubrification selon la revendication précédente, comportant une bague de maintien (23), chaque cheminée (22) présentant une collerette externe (43) destinée à être prise en sandwich entre la bague de maintien (23) et la bague d'accumulation (24). 7. Système de lubrification selon l'une des revendications précédentes, l'organe à lubrifier (13) étant un roulement à rouleaux ou à billes. 8. Turbine d'aéronef comportant un arbre interne (12a) et un arbre externe (12b) qui sont mobiles en rotation, concentriques et disposés au moins partiellement l'un autour de l'autre, et comportant un système de lubrification selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Turbine d'aéronef selon la revendication précédente, l'arbre interne (12a) et l'arbre externe (12b) étant mobiles en rotation en sens opposés lorsque la turbine est en fonctionnement.