Brevet FR3022300A1 — publié le 20151218

Dispositif de lubrification pour une turbomachine La présente invention concerne un dispositif de lubrification pour une turbomachine, telle par exemple qu'une turbomachine d'avion. L'invention s'applique notamment à une turbomachine de type à « open rotor », c'est-à-dire comportant une soufflante non carénée. Une telle turbomachine, connue notamment de la demande de brevet FR 2 940 247, comporte classiquement un corps haute pression comprenant un compresseur haute pression et une turbine haute-pression couplés en rotation par un premier arbre, et un corps additionnel comportant un compresseur basse pression et une turbine de pression intermédiaire, couplés en rotation par un second arbre. La turbomachine comporte en outre une turbine libre de puissance, formant une turbine basse pression et comportant un premier rotor (ou rotor interne) et un second rotor (ou rotor externe). La turbomachine comporte également un système d'hélices contrarotatives, à savoir respectivement une première hélice et une seconde hélice entraînées par la turbine basse-pression via un réducteur de vitesses à train épicycloïdal. Le système d'hélices comporte également un stator. Plus particulièrement, le train épicycloïdal comporte un planétaire tournant autour d'un axe, engrenant avec des satellites autour d'axes appartenant à un porte-satellites, les satellites engrenant avec une couronne dentée radialement externe, elle-même portée par un arbre de couronne. L'arbre de couronne est couplé en rotation au second rotor. Par ailleurs, l'arbre du planétaire est couplé en rotation au premier rotor. De plus, l'arbre du porte-satellites est couplé en rotation à la première hélice et l'arbre de la couronne est couplé en rotation à la seconde hélice. La turbomachine comporte un circuit d'huile assurant notamment 30 la lubrification, le refroidissement du réducteur de vitesses à train épicycloïdal et des roulements supportant les parties tournantes. Ce circuit comporte une conduite d'arrivée d'huile équipée d'une pompe d'alimentation en huile et le cas échéant de moyens de régulation situés en aval de la pompe d'alimentation, une conduite d'alimentation destinée à alimenter en huile le réducteur de vitesses et une conduite de recyclage 5 débouchant en amont de la pompe d'alimentation, les moyens de régulation permettant de diriger tout ou partie du débit d'huile issu de la conduite d'arrivée vers la conduite d'alimentation et/ou vers la conduite de recyclage. La pompe, à cylindrée fixe, est entraînée en rotation par un organe mobile d'un relais d'accessoires, situé à proximité, via un arbre de 10 puissance. Compte tenu des contraintes d'encombrement, il est en effet relativement compliqué de raccorder un arbre de puissance (c'est-à-dire un arbre permettant de transmettre un couple relativement important, par exemple compris entre 90 et 900 N.m ) à un organe mobile du réducteur de 15 vitesses à train épicycloïdal. Or, l'entraînement en rotation d'une telle pompe d'alimentation en huile ne peut être effectué que par l'intermédiaire d'un arbre de puissance. On rappelle qu'un relais d'accessoires ou A.G.B. (« Accessory Gear Box », en anglais) comporte un boîtier contenant un certain nombre 20 d'engrenages reliés à des équipements ou accessoires, comme par exemple un générateur électrique, un démarreur, un alternateur, des pompes hydrauliques, à carburant, à huile, etc... Afin d'entraîner ces différents engrenages, une partie de la puissance de la turbomachine est prélevée au niveau du corps haute pression par l'intermédiaire d'un arbre 25 de prise de mouvement. Les vitesses de rotation des différents organes mobiles du relais d'accessoires sont donc directement dépendantes de la vitesse de rotation du corps haute pression de la turbomachine. A contrario, les vitesses de rotation des différents organes mobiles du train épicycloïdal ne sont pas directement dépendantes de la 30 vitesse de rotation du corps haute pression, mais sont directement dépendantes des vitesses de rotation des rotors de la turbine basse- pression. Les besoins en huile du train épicycloïdal sont donc découplés de la vitesse de rotation du corps haute pression. Le circuit d'huile, et en particulier la pompe, est dimensionné pour couvrir le besoin maximal en débit d'huile et suralimente donc en huile le train épicycloïdal en dehors du point de fonctionnement pour lequel la pompe a été dimensionnée. Cette suralimentation est combinée à une capacité limitée d'évacuation de l'huile du fait de la structure du réducteur de vitesses, en particulier à faibles vitesses de rotation (évacuation de l'huile par effet centrifuge). Il existe donc un risque de noyer le réducteur de vitesses, ce qui affecte son fonctionnement, dégrade ses performances ainsi que sa durée de vie, génère des échauffements et crée des balourds. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose un dispositif de lubrification pour une turbomachine, comportant une conduite d'arrivée d'huile équipée d'une pompe d'alimentation en huile et de moyens de régulation situés en aval de la pompe d'alimentation, une conduite d'alimentation destinée à alimenter en huile un organe à lubrifier et une conduite de recyclage d'huile, les moyens de régulation permettant de diriger tout ou partie du débit d'huile issu de la conduite d'arrivée vers la conduite d'alimentation et/ou vers la conduite de recyclage, la pompe étant entraînée par au moins un organe rotatif d'un relais d'accessoires de la turbomachine, caractérisé en ce que les moyens de régulation comportent une vanne de dosage commandée comprenant une entrée reliée à la conduite d'arrivée et une sortie reliée à la conduite d'alimentation, les moyens de régulation comportant en outre une vanne régulatrice comprenant une entrée reliée à la conduite d'arrivée et une sortie reliée à la conduite de recyclage, la position de la vanne régulatrice étant commandée en fonction des pressions d'huile à l'entrée et à la sortie de la vanne de dosage. Ainsi, selon l'invention, la pompe d'alimentation est entraînée par au moins un organe rotatif du relais d'accessoires ou A.G.B., par exemple par l'intermédiaire d'un arbre de puissance. On notera que, dans le cas de l'A.G.B., les contraintes d'encombrement sont moins importantes que dans le cas du réducteur de vitesses. Aussi, il est possible de prélever un couple important au niveau de l'A.G.B, par l'intermédiaire d'un arbre de puissance, afin d'entraîner la pompe d'alimentation. Par ailleurs, il est possible de commander la vanne de dosage à l'aide d'une loi prenant notamment en compte la vitesse de rotation d'un élément particulier, telle par exemple que la vitesse de rotation d'un élément du réducteur de vitesses ou de la turbine basse-pression. On évite ainsi une sous-alimentation ou une sur-alimentation en huile de l'organe à lubrifier, par exemple du réducteur de vitesses. La loi de commande de la vanne de dosage peut également prendre en compte d'autres paramètres de la turbomachine (température, régime moteur, puissance, couple, autres paramètres du moteur, ... ). La vanne régulatrice permet de recycler le débit d'huile, généré par la pompe principale, qui n'est pas nécessaire à la lubrification de l'organe précité. Selon une forme de réalisation de l'invention, la vanne régulatrice peut comporter un piston à position variable dont la position influe sur le débit d'huile en sortie de la vanne régulatrice, ledit piston étant apte à être soumis à un premier effort presseur généré par application d'une première pression dans une première chambre de pression de la vanne régulatrice et à un second effort presseur, opposé au premier effort presseur, généré par application d'une seconde pression dans une seconde chambre de pression de la vanne régulatrice. Dans ce cas, le dispositif peut comporter une première conduite de piquage reliant la conduite d'arrivée ou l'entrée de la vanne de dosage et la première chambre de pression, et une seconde conduite de piquage reliant la conduite d'alimentation ou la sortie de la vanne de dosage et la seconde chambre de pression. La vanne régulatrice est ainsi commandée par la différence de pression entre la sortie et l'entrée de la vanne de dosage. Par ailleurs, la vanne régulatrice peut comporter un ressort de rappel apte à générer un effort de rappel sur le piston, de manière à maintenir une différence de pression constante entre la sortie et l'entrée de la vanne de dosage. En outre, la vanne de dosage peut comporter au moins une fente de dosage et un organe mobile dont la position est commandée, par exemple à l'aide d'une servovalve, et influe sur le débit d'huile en sortie de la vanne de dosage. De cette manière, le débit d'huile en sortie de la vanne de dosage est uniquement dépendant de la position dans ladite vanne de dosage. Cette dernière est donc relativement facile à piloter. La loi de pilotage peut alors être établie de manière simple et fiable. Cette loi de dosage donne alors le débit en sortie de la vanne de dosage en fonction de la position de ladite vanne de dosage. En fonctionnement, la position de la vanne régulatrice s'adapte alors automatiquement pour rediriger une partie du débit d'huile vers la conduite de recyclage. La conduite de recyclage peut déboucher dans la conduite d'arrivée, en amont de la pompe d'alimentation. En variante, le dispositif comporte une conduite de récupération d'huile apte à récupérer de l'huile issue par exemple de l'organe à lubrifier, ladite conduite de récupération étant équipée d'une pompe de récupération, la conduite de recyclage débouchant dans la conduite de récupération, en aval de la pompe de récupération. L'invention concerne également une turbomachine comportant un dispositif de lubrification du type précité, une première et une seconde hélices contrarotatives entraînées en rotation au moyen d'une turbine basse pression, par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesses, par exemple à train épicycloïdal, la conduite d'alimentation étant destinée à alimenter en huile le réducteur de vitesses. Dans ce cas, le turbomachine peut comporter un corps haute pression comportant un compresseur haute pression et une turbine haute-pression couplés en rotation par un premier arbre, et un corps additionnel comportant un compresseur basse pression et une turbine de pression intermédiaire, couplés en rotation par un second arbre, la vitesse de rotation de l'organe rotatif du relais d'accessoires étant dépendante (par exemple un multiple) de la vitesse de rotation de l'arbre du corps haute-pression. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue en coupe longitudinale d'une turbomachine à soufflante non carénée selon l'invention, - la figure 2 est une vue de détail d'une partie de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de lubrification selon l'invention, - la figure 4 est une vue schématique d'une partie d'un dispositif de lubrification selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique d'un dispositif de lubrification selon une variante de réalisation de l'invention. Les figures 1 et 2 représentent une turbomachine 1 à soufflante non carénée, dite « open rotor ». Celle-ci comporte un corps haute pression comprenant un compresseur haute pression 2 et une turbine haute- pression 3 couplés en rotation par un premier arbre 4, et un corps additionnel comportant un compresseur basse pression 5 et une turbine de pression intermédiaire 6, couplés en rotation par un second arbre 7. Une chambre de combustion 8 est située entre le compresseur haute pression 2 et la turbine haute pression 3. La turbomachine 1 comporte en outre une turbine libre de puissance 9, formant une turbine basse pression et comportant un premier rotor 10 (ou rotor interne) et un second rotor 11 (ou rotor externe), visibles à la figure 2. La turbomachine 1 comporte également un système d'hélices contrarotatives, à savoir respectivement une première hélice 12 et une seconde hélice 13 entraînées par la turbine basse-pression 9 via un réducteur de vitesses à train épicycloïdal 14. Le système d'hélices comporte également un stator 15. Plus particulièrement, le train épicycloïdal 14 comporte un planétaire 16 tournant autour de l'axe A de la turbomachine, engrenant avec des satellites 17 autour d'axes B appartenant à un porte-satellites 18, les satellites 17 engrenant avec une couronne 19 dentée radialement externe, elle-même portée par un arbre de couronne 20. L'arbre 20 de la couronne 19 est couplé en rotation au second rotor 11. Par ailleurs, l'arbre 21 du planétaire 16 est couplé en rotation au premier rotor 10. De plus, l'arbre 22 du porte-satellites 18 est couplé en rotation à la première hélice 12 et l'arbre 20 de la couronne est couplé en rotation à la seconde hélice 13. La turbomachine 1 comporte un circuit d'huile assurant notamment la lubrification et le refroidissement du réducteur de vitesses 14 à train épicycloïdal. Ce circuit comporte classiquement une conduite d'arrivée d'huile 23 reliée en amont à un réservoir et équipée d'une pompe 24 d'alimentation en huile et de moyens de régulation 25 situés en aval de la pompe d'alimentation 24, une conduite d'alimentation 26 destinée à alimenter en huile le réducteur de vitesses 14 et une conduite de recyclage 27 débouchant en amont de la pompe d'alimentation 24, les moyens de régulation 25 permettant de diriger tout ou partie du débit d'huile issu de la conduite d'arrivée 23 vers la conduite d'alimentation 26 et/ou vers la conduite de recyclage 27. La pompe 24, à cylindrée fixe, est entraînée en rotation par un organe mobile d'un relais d'accessoires (non représenté), situé à proximité, 30 via un arbre de puissance 28. Comme vu précédemment, les vitesses de rotation des différents organes mobiles du relais d'accessoires sont directement dépendantes (c'est-à-dire des multiples) de la vitesse de rotation du corps haute pression de la turbomachine. Comme cela est mieux visible à la figure 3, les moyens de régulation 25 comportent une vanne de dosage 29 commandée, par exemple à l'aide d'une servovalve, ladite vanne de dosage comprenant une entrée 31 reliée à la conduite d'arrivée 23 et une sortie 32 reliée à la conduite d'alimentation 26. La pression d'huile en entrée 31 de la vanne de dosage 29 est notée P1 et la pression en sortie 32 de la vanne de dosage 29 est notée P2. La vanne régulatrice 34 est conçue de manière à maintenir une différence de pression P1-P2 sensiblement constante aux bornes de la vanne de dosage 29 (à l'exception éventuellement de régimes transitoires). De cette manière, le débit d'huile en sortie 32 de la vanne de dosage 29 est uniquement dépendant de la position dans ladite vanne de dosage 29. Les moyens de pilotage de la vanne de dosage 29 peuvent comporter une boucle de régulation tenant compte d'une mesure de la position de la vanne 29 et/ou d'une mesure du débit d'huile en sortie 32 de la vanne de dosage 29. La vanne de dosage 29 comporte des fentes ou des lumières de dosage ainsi qu'un organe mobile 33 dont la position influe sur le débit de fluide en sortie 32 de ladite vanne de dosage 29. Il est donc possible d'obtenir une loi aisément déterminable, par exemple exponentielle, linéaire ou discrète, entre le débit d'huile en sortie 32 de la vanne de dosage 29 et la position de l'organe mobile 33. Cette position peut être détectée à l'aide d'un capteur 30 de type LvDT par exemple. On notera que l'huile est un fluide ayant une viscosité relativement élevée ainsi qu'une grande variation de viscosité en fonction de la température. Par conséquent, la caractéristique donnant le débit en sortie 32 de la vanne de dosage 29 en fonction de la position de l'organe mobile 33 est modifiée sensiblement par la température de l'huile, ce qui impacte la précision avec laquelle le débit d'huile est dosé au travers de la vanne de dosage 29. On notera par exemple que la viscosité varie d'un facteur 17 pour de l'huile de type II, entre 20°C et 120°C. Il est donc préférable de prendre en compte la température de l'huile dans la loi de pilotage de la vanne de dosage 29. Par ailleurs, il s'avère que le besoin en huile du réducteur de vitesses 14 dépend de sa vitesse de rotation, pour les faibles régimes de la turbomachine, et de ses réjections thermiques pour les hauts régimes de la turbomachine. Il est donc également utile de prendre en compte le régime moteur, la température de l'huile et/ou la vitesse de rotation d'un élément du réducteur de vitesses 14 dans la loi de commande de la vanne de dosage 29. Les moyens de régulation comportent en outre une vanne régulatrice 34 comprenant une entrée 35 reliée à la conduite d'arrivée 23 et une sortie 36 reliée à la conduite de recyclage 27. Plus particulièrement, la vanne régulatrice 34 comporte un piston 37 dont la position influe sur le débit d'huile en sortie 36 de la vanne régulatrice 34, ledit piston 37 étant apte à être soumis à un premier effort presseur généré par application d'une première pression dans une première chambre de pression 38 de la vanne régulatrice 34 et à un second effort presseur, opposé au premier effort presseur, généré par application d'une seconde pression dans une seconde chambre de pression 39 de la vanne régulatrice 34. Une première conduite de piquage 40 relie la conduite d'arrivée 23 ou l'entrée 31 de la vanne de dosage 29 et la première chambre de pression 38, une seconde conduite de piquage 41 reliant la conduite d'alimentation 26 ou la sortie 32 de la vanne de dosage 29 et la seconde chambre de pression 39. Ainsi, la première chambre de pression 38 est soumise à la 30 pression P1 et la seconde chambre de pression 39 est soumise à la pression P2. Le premier effort presseur est fonction de la pression P1 et de la surface d'application Si de la pression P1. Le second effort presseur est fonction de la pression P2 et de la surface d'application S2 de la pression P2. La vanne régulatrice 34 comporte en outre un ressort de rappel 5 42 monté dans la seconde chambre de pression 39 et apte à générer un effort de rappel sur le piston 37, s'opposant au premier effort presseur. La vanne régulatrice 34 est dimensionnée de manière à avoir une course du piston 37 et une raideur du ressort de rappel 42 qui sont faibles, de manière à réguler une différence de pression P1-P2 qui est 10 sensiblement constante. La régulation du débit d'huile destiné à alimenter le réducteur de vitesses 14 permet d'éviter tout dommage dudit réducteur de vitesses 14, suite par exemple à un noyage de celui-ci en fonctionnement, et permet d'optimiser les performances et les contraintes thermiques dudit réducteur 15 de vitesses 14. La figure 5 illustre une variante de réalisation de l'invention qui diffère de celle exposée précédemment en ce que le dispositif de lubrification comporte une conduite de récupération d'huile 43 apte à récupérer de l'huile issue du réducteur de vitesses 14. La conduite de 20 récupération 43 est équipée d'une pompe de récupération 44. Dans cette variante, la conduite de recyclage 27 débouche dans la conduite de récupération 43, en aval de la pompe de récupération 44, par rapport au sens de circulation de l'huile. Bien entendu, le dispositif de lubrification selon l'invention peut 25 également servir à alimenter en huile d'autres organes à lubrifier, tels par exemple que des roulements de la turbomachine. REVENDICATIONS1. Dispositif de lubrification pour une turbomachine, comportant une conduite d'arrivée d'huile (23) équipée d'une pompe (24) d'alimentation en huile et de moyens de régulation (25) situés en aval de la pompe d'alimentation (24), une conduite d'alimentation (26) destinée à alimenter en huile un organe à lubrifier (14) et une conduite (27) de recyclage d'huile, les moyens de régulation (25) permettant de diriger tout ou partie du débit d'huile issu de la conduite d'arrivée (23) vers la conduite d'alimentation (26) et/ou vers la conduite de recyclage (27), la pompe (24) étant entraînée par au moins un organe rotatif d'un relais d'accessoires de la turbomachine, caractérisé en ce que les moyens de régulation (25) comportent une vanne de dosage (29) commandée comprenant une entrée (31) reliée à la conduite d'arrivée (23) et une sortie (32) reliée à la conduite d'alimentation (26), les moyens de régulation (25) comportant en outre une vanne régulatrice (34) comprenant une entrée (35) reliée à la conduite d'arrivée (23) et une sortie (36) reliée à la conduite de recyclage (27), la position de la vanne régulatrice (34) étant commandée par les pressions d'huile (P1, P2) à l'entrée (31) et à la sortie (32) de la vanne de dosage (29). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne régulatrice (34) comporte un piston (37) à position variable dont la position influe sur le débit d'huile en sortie (36) de la vanne régulatrice (34), ledit piston (37) étant apte à être soumis à un premier effort presseur généré par application d'une première pression (P1) dans une première chambre de pression (38) de la vanne régulatrice (34) et à un second effort presseur, opposé au premier effort presseur, généré par application d'une seconde pression (P2) dans une seconde chambre de pression (39) de la vanne régulatrice (34). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une première conduite de piquage (40) reliant la conduite d'arrivée (23) ou l'entrée (31) de la vanne de dosage (29) et la premièrechambre de pression (38), et une seconde conduite de piquage (41) reliant la conduite d'alimentation (26) ou la sortie (32) de la vanne de dosage (29) et la seconde chambre de pression (39). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la vanne régulatrice (34) comporte un ressort de rappel (42) apte à générer un effort de rappel sur le piston (37). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vanne de dosage (29) comporte au moins une fente de dosage et un organe mobile (33) dont la position est commandée et influe sur le débit d'huile en sortie (32) de la vanne de dosage (29). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vanne régulatrice (34) est dimensionnée et commandée de manière à maintenir une différence de pression constante entre la sortie (32) et l'entrée (31) de la vanne de dosage (29). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la conduite de recyclage (27) débouche dans la conduite d'arrivée (23), en amont de la pompe d'alimentation (24). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une conduite de récupération d'huile (43) apte à récupérer de l'huile issue par exemple de l'organe à lubrifier (14), ladite conduite de récupération (43) étant équipée d'une pompe de récupération (44), la conduite de recyclage (27) débouchant dans la conduite de récupération (43), en aval de la pompe de récupération (44). 9. Turbomachine (1), caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de lubrification selon l'une des revendications 1 à 8, une première et une seconde hélices contrarotatives (12, 13) entraînées en rotation au moyen d'une turbine basse pression (9), par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesses (14), par exemple à train épicycloïdal, la conduite d'alimentation (26) étant destinée à alimenter en huile le réducteur de vitesses (14). 10. Turbomachine (1) selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps haute pression comportant uncompresseur haute pression (2) et une turbine haute-pression (3) couplés en rotation par un premier arbre (4), et un corps additionnel comportant un compresseur basse pression (5) et une turbine de pression intermédiaire (6), couplés en rotation par un second arbre (7), la vitesse de rotation de l'organe rotatif du relais d'accessoires étant dépendante de la vitesse de rotation de l'arbre du corps haute-pression.