Brevet FR3026389A1 — publié le 20160401

BOITE D'ENTRAINEMENT D'UNE HELICE POUR MOTEUR A HELICE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une boite d'entraînement d'une hélice pour moteur à hélice, ainsi qu'une turbomachine comportant une telle boite à entraînement. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR Les turbomachines à hélice de l'art antérieur comportent généralement une boite d'entraînement d'hélice, également appelée PGB ou « propeller gearbox » ou « réducteur d'hélice », qui permet de transmettre un mouvement de rotation d'un arbre moteur, généralement entraîné par une turbine à gaz, à une hélice, avec un rapport de réduction choisi. Une telle boite d'entraînement permet d'entraîner en rotation l'hélice avec une vitesse inférieure à la vitesse de rotation de l'arbre moteur. Une telle boite d'entraînement est par exemple décrite dans le document W000/1 7540. Les turbomachines de l'art antérieur ont généralement pour fonction annexe d'entrainer certains équipements. Cet entrainement peut être direct, en ajoutant une chaine d'entrainement au sein de la PGB, ou bien externe avec l'ajout d'un boitier externe de type AGB comportent généralement également une boite d'entraînement d'accessoires, également appelé AGB ou « accessory gearbox » qui permet d'entraîner en rotation des arbres d'équipements accessoires comme des pompes hydrauliques ou des générateurs électriques. Ces boites d'entraînement d'accessoires permettent de prélever une partie de la puissance motrice au niveau d'un des arbres ou des engrenages de la boite d'entrainement de l'hélice grâce à un système de démultiplication permettant d'entraîner les arbres des accessoires à la vitesse de rotation requise par l'équipement. Toutefois, la présence d'une boite d'entraînement d'accessoires indépendante alourdit et complique la turbomachine. Même dans le cas où la chaine est intégrée, les désavantages sont significatifs : encombrement supérieur, maintenabilité dégradée, masse plus importante etc. Le document W098/050715 décrit un réducteur épicycloïdal (figure 2) et non pas une boite d'entraînement pour hélice de turbomachine (PGB). En outre, le réducteur épicycloïdal du document W098/050715 ne permet pas d'entraîner à la fois une hélice avec sa denture extérieure et des accessoires avec sa denture intérieure. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant une solution permettant d'entraîner en rotation à la fois des arbres d'accessoires et une hélice avec un rapport de réduction choisi, tout en simplifiant et en allégeant la turbomachine. L'invention vise également à proposer une solution qui permet d'entraîner en rotation à la fois des arbres d'accessoires et une hélice et qui présente un encombrement réduit. Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l'invention une boite d'entraînement d'une hélice dans une turbomachine, la boite d'entraînement comportant : - Un arbre d'entrée apte à être entraîné en rotation par une turbine à gaz ; - Une roue dentée d'entrée solidaire de l'arbre d'entrée de sorte que la roue dentée d'entrée est entraînée en rotation lorsque l'arbre d'entrée est entraîné en rotation; - Un étage de réduction comportant : o Au moins un pignon intermédiaire d'entrée engrenant avec la roue dentée d'entrée ; o Au moins un pignon intermédiaire de sortie relié au pignon intermédiaire d'entrée de sorte que le pignon intermédiaire de sortie est entraîné en rotation lorsque le pignon intermédiaire d'entrée est entraîné en rotation ; - Un arbre de sortie agencé pour entraîner en rotation l'hélice lorsque l'arbre de sortie est entraîné en rotation, - Une couronne de sortie solidaire de l'arbre de sortie de sorte que la couronne de sortie entraîne en rotation l'arbre de sortie lorsque la couronne de sortie est entraînée en rotation, la couronne de sortie étant pourvue d'une denture extérieure engrenant avec une denture extérieure du pignon intermédiaire de sortie, la couronne de sortie étant en outre pourvue d'une denture intérieure engrenant avec au moins une denture extérieure d'un pignon d'entraînement d'accessoire, le pignon d'entraînement d'accessoire étant relié à un arbre accessoire de façon à entraîner en rotation l'arbre accessoire lorsque le pignon d'entraînement d'accessoire est entraîné en rotation. Dans ce document, on appelle « denture extérieure » une denture disposée sur une surface extérieure d'une pièce et on appelle « denture intérieure » une denture disposée sur une surface intérieure d'une pièce. Ainsi, la boite d'entraînement selon le premier aspect de l'invention permet à la fois d'entraîner en rotation l'hélice grâce à la denture extérieure de la couronne de sortie, et elle permet en outre d'entraîner en rotation au moins un arbre d'accessoire grâce à la denture intérieure de la couronne de sortie. Le fait d'entraîner en rotation l'arbre accessoire par l'intermédiaire de la denture intérieure de la couronne de sortie permet de ne pas augmenter l'encombrement radial de la boite d'entraînement puisqu'ainsi le pignon d'entraînement accessoire est contenu dans une enveloppe cylindrique délimitée par la couronne de sortie. En outre, la denture intérieure de la couronne de sortie a un diamètre important ce qui permet d'obtenir un rapport de réduction important pour entraîner l'arbre accessoire. Cela permet de minimiser le nombre d'engrenages nécessaires pour avoir un rapport de réduction donné pour un accessoire donné. On peut ainsi minimiser la masse de la boite d'entrainement ainsi que le nombre de pièces utilisées. En outre, le fait d'utiliser une denture intérieure distincte de la denture extérieure utilisée pour entraîner en rotation l'hélice permet de pouvoir choisir des modules différents pour ces deux dentures, chaque denture ayant un module adapté à la puissance qu'elle doit transmettre. Enfin, le fait d'utiliser une seule boite d'entraînement à la fois pour entraîner l'hélice et entraîner les arbres accessoires permet de minimiser le nombre de pièces utilisées et la masse de la turbomachine. Les accessoires peuvent ainsi être logés dans l'espace délimité par la couronne, ce qui permet un gain de place. La boite d'entraînement selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises indépendamment ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la roue dentée d'entrée s'étend de préférence autour d'un premier axe de référence, - l'arbre de sortie s'étend de préférence autour d'un deuxième axe de référence, - le premier de référence est de préférence distinct du deuxième axe de référence; - le deuxième axe de référence est de préférence parallèle au premier axe de référence; - la denture extérieure de la couronne de sortie présente de préférence un module supérieur au module de la denture intérieure de la couronne de sortie puisque la denture extérieure permet d'entraîner l'hélice et permet donc de transmettre un couple supérieur au couple transmis par la denture intérieure qui permet d'entraîner des arbres accessoires; - La boite d'entraînement comporte de préférence un carter principal entourant la roue dentée d'entrée, l'étage de réduction et la couronne de sortie ; - La boite d'entraînement comporte de préférence un carter individuel entourant le pignon d'entraînement accessoire. Le fait d'utiliser un carter individuel distinct du carter principal permet de faciliter la maintenance puisqu'on peut ainsi changer aisément le pignon d'entraînement accessoire sans avoir à démonter le carter principal ; Dans ce cas, il peut y avoir plusieurs pignons d'entrainement des accessoires et donc plusieurs accessoires. - le carter individuel est de préférence inséré dans un orifice du carter principal, ce qui permet de pouvoir monter et démonter le carter individuel plus facilement ; - le pignon d'entraînement accessoire est de préférence relié au carter individuel par un premier et un deuxième roulements, le premier roulement étant disposé entre la denture extérieure du pignon d'entraînement accessoire et le deuxième roulement, ce qui permet de pouvoir monter facilement le pignon d'entraînement accessoire dans la denture intérieure ; - le pignon intermédiaire d'entrée est de préférence relié au pignon intermédiaire de sortie par un arbre intermédiaire ; - la denture intérieure de la couronne de sortie est de préférence une denture droite afin de faciliter le montage du pignon d'entraînement accessoire ; - la boite d'entraînement comporte de préférence au moins deux pignons d'entraînement d'accessoire, chaque pignon d'entraînement accessoire étant pourvue d'une denture extérieure engrenant avec la denture intérieure de la couronne de sortie, les deux pignons d'entraînement d'accessoire étant espacés radialement sur la circonférence de la couronne de sortie. Ainsi, la boite d'entraînement accessoire permet d'entraîner simultanément plusieurs pignons d'entraînement accessoire sans utiliser de pièce intermédiaire pour les espacer les uns des autres au contraire des boites d'entraînement d'accessoires de l'art antérieur dans lesquelles des pignons intermédiaires sont nécessaires pour espacer les pignons d'entraînement accessoire les uns des autres. Un deuxième aspect de l'invention concerne une turbomachine comportant : - Une boite d'entraînement à hélice selon le premier aspect de l'invention, - Une hélice solidaire de l'arbre de sortie de la boite d'entraînement de sorte que l'hélice est entraînée en rotation lorsque l'arbre de sortie est entraîné en rotation. Avantageusement, la turbomachine comporte en outre une turbine à gaz apte à entraîner en rotation l'arbre d'entrée de la boite d'entrainement. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - La figure 1, une représentation schématique d'une boite d'entraînement selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2, une vue de coté de la boite d'entraînement de la figure 1 ; - La figure 3, une vue en perspective de la chaine de transmission associée à la boite d'entrainement de la figure 1 ; - La figure 4, une vue de face de la couronne de sortie de la boite d'entraînement des figures 1 à 3 ; - La figure 5, une vue de face de la partie du carter principal qui entoure la couronne de sortie de la figure 4 et qui intègre des carters individuels pour 3 accessoires. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION Une boite d'entraînement d'une hélice selon un mode de réalisation de l'invention va être décrite en référence aux figures 1 à 5. La boite d'entraînement comporte : - un arbre d'entrée 1. Cet arbre d'entrée 1 est agencé pour être entraîné en rotation par une turbine à gaz. L'arbre d'entrée 1 s'étend suivant un premier axe de référence 3; - une roue dentée d'entrée 2 solidaire de l'arbre d'entrée 1 de façon à ce que la roue dentée d'entrée 2 soit entraînée en rotation lorsque l'arbre d'entrée 1 est entraîné en rotation. La roue dentée d'entrée 2 est pourvue d'une denture extérieure 20. La boite d'entraînement comporte également un étage de réduction comportant: - deux pignons intermédiaires d'entrée 4. Les deux pignons intermédiaires d'entrée sont disposés de part et d'autre de la roue dentée d'entrée 2. Chaque pignon intermédiaire d'entrée engrène avec la roue dentée d'entrée de façon à ce que chaque pignon intermédiaire d'entrée soit entraîné en rotation lorsque la roue dentée d'entrée est entraînée en rotation. Pour cela, chaque pignon intermédiaire d'entrée 4 comporte une denture extérieure 19 agencée pour engrener avec la denture extérieure 20 de la roue dentée d'entrée 2. - deux arbres intermédiaires 5. Chaque arbre intermédiaire 5 est solidaire d'un pignon intermédiaire d'entrée 4 de façon à ce que ledit arbre intermédiaire 5 soit entraîné en rotation lorsque le pignon intermédiaire d'entrée 4 est entraîné en rotation ; - deux pignons intermédiaires de sortie 6. Chaque pignon intermédiaire de sortie 6 est solidaire de l'arbre intermédiaire 5 de sorte que le pignon intermédiaire de sortie 6 est entraîné en rotation lorsque l'arbre intermédiaire 5 est entraîné en rotation. Chaque pignon intermédiaire de sortie 6 est pourvu d'une denture extérieure 21. La boite d'entraînement comporte également une couronne de sortie 7. La couronne de sortie 7 comporte une paroi annulaire 8. La paroi annulaire 8 comporte une surface extérieure 9 et une surface intérieure 10. La couronne de sortie 7 est pourvue d'une denture extérieure 11 disposée sur sa surface extérieure 9. La denture extérieure 11 de la couronne de sortie 7 engrène avec la denture extérieure 21 de chacun des deux pignons intermédiaires de sortie 6 de sorte que la couronne de sortie est entraînée en rotation lorsque les pignons intermédiaires de sortie 6 sont entraînés en rotation. La couronne de sortie 7 comporte également une paroi transversale 13 qui relie la paroi annulaire 8 à un arbre de sortie 14. L'arbre de sortie 14 est solidaire de la couronne de sortie 7 de sorte que l'arbre de sortie 14 est entraîné en rotation lorsque la couronne de sortie est entraînée en rotation. L'arbre de sortie 14 s'étend suivant un deuxième axe de référence 25. Le deuxième axe de référence 25 est de préférence parallèle mais distinct du premier axe de référence 3. L'arbre de sortie 14 est solidaire d'une hélice 15 de sorte que l'hélice 15 est entraînée en rotation lorsque l'arbre de sortie 14 est entraînée en rotation. La boite d'entraînement permet donc de transmettre un mouvement de rotation depuis l'arbre d'entrée 1 jusqu'à l'hélice 15. Les diamètres de la roue dentée d'entrée 1, des pignons intermédiaires d'entrée 4 et de sortie 6 et de la couronne de sortie 7 sont choisis en fonction du rapport de réduction voulu pour la boite d'entraînement. Afin de permettre l'entraînement en rotation d'arbres accessoires, la couronne de sortie 7 est en outre pourvue d'une denture intérieure 12 disposée sur la surface intérieure 10 de sa paroi annulaire 8. La boite d'entraînement comporte également au moins un pignon d'entraînement accessoire 16 pourvu d'une denture extérieure 17 sur sa paroi extérieure. La denture extérieure 17 du pignon d'entraînement accessoire 16 engrène avec la denture intérieure 12 de la couronne de sortie 7. Le pignon d'entrainement accessoire 16 est ainsi entraîné en rotation lorsque la couronne de sortie 7 est entraînée en rotation. Le pignon d'entraînement accessoire 16 est solidaire d'un arbre accessoire de sorte que le pignon d'entraînement accessoire entraîne l'arbre accessoire en rotation lorsque lui-même est entraîné en rotation. L'arbre accessoire peut par exemple être un arbre moteur d'une pompe hydraulique ou d'un générateur électrique. Le groupe de 3 pignons est en fait une chaine d'entrainement qui sert à entrainer un seul accessoire, pour lequel, malgré le grand rapport de réduction obtenu avec la couronne, on a du tout de même ajouter un étage de réduction intermédiaire. Dans ce mode de réalisation, la boite d'entraînement comporte cinq pignons d'entraînement accessoires 16 espacés sur la circonférence de la denture intérieure. La denture intérieure 12 de la couronne de sortie 7 permet donc de transmettre un couple de rotation aux arbres accessoires avec un rapport de réduction choisi. En effet, le diamètre de chaque pignon d'entraînement accessoire est choisi en fonction du rapport de réduction voulu pour l'arbre accessoire auquel il est relié. Le module de la denture extérieure 11 de la couronne de sortie 7 est de préférence supérieur au module de la denture intérieure 12 de la couronne de sortie puisque la couple transmis par la denture extérieure est supérieur au couple transmis par la denture intérieure. Les dents de la denture extérieure peuvent ainsi être entre 1,5 et 3 fois plus épaisses que les dents de la denture intérieure. Comme représenté sur les figures 2 et 5, la boite d'entraînement comporte également un carter principal 22 qui entoure au moins la couronne de sortie 7, et de préférence qui entoure également l'étage de réduction et la roue dentée d'entrée. La boite d'entraînement comporte également au moins un carter individuel 23 qui entoure au moins un des pignons d'entraînement accessoire 16. Comme représenté sur les figures, chaque carter individuel 23 peut entourer un seul pignon d'entraînement accessoire ou bien il peut entourer simultanément plusieurs pignons d'entraînement accessoire 16. Chaque carter individuel 23 est de préférence inséré dans un orifice 24 du carter principal 22. Chaque pignon d'entraînement accessoire est de préférence relié au carter individuel 23 qui l'entoure par un premier et un deuxième roulement disposés de façon à ce que le premier roulement soit disposé entre la denture extérieure dudit pignon d'entraînement accessoire et le deuxième roulement. Naturellement l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. L'étage de réduction pourrait notamment comprendre un autre nombre d'ensemble pignon intermédiaire d'entrée/arbre intermédiaire/pignon intermédiaire de sortie. Par ailleurs, la boite d'entraînement pourrait également comporter un autre nombre de pignons d'entraînement accessoire. REVENDICATIONS1. Boite d'entraînement d'une hélice (15) dans une turbomachine, la boite d'entraînement comportant : - Un arbre d'entrée (1) apte à être entraîné en rotation par une turbine à gaz ; ^ Une roue dentée d'entrée (2) solidaire de l'arbre d'entrée (1) de sorte que la roue dentée d'entrée (2) est entraînée en rotation lorsque l'arbre d'entrée (1) est entraîné en rotation; ^ Un étage de réduction comportant : o Au moins un pignon intermédiaire d'entrée (4) engrenant avec la roue dentée d'entrée (2) ; o Au moins un pignon intermédiaire de sortie (6) relié au pignon intermédiaire d'entrée (4) de sorte que le pignon intermédiaire de sortie (6) est entraîné en rotation lorsque le pignon intermédiaire d'entrée (4) est entraîné en rotation ; ^ Un arbre de sortie (14) agencé pour entraîner en rotation l'hélice (15) lorsque l'arbre de sortie (14) est entraîné en rotation, - Une couronne de sortie (7) solidaire de l'arbre de sortie (14) de sorte que la couronne de sortie (7) entraîne en rotation l'arbre de sortie (14) lorsque la couronne de sortie (7) est entraînée en rotation, la couronne de sortie (7) étant pourvue d'une denture extérieure (11) engrenant avec une denture extérieure (19) du pignon intermédiaire de sortie (4), Caractérisée en ce que la couronne de sortie (7) est en outre pourvue d'une denture intérieure (12) engrenant avec au moins une denture extérieure (17) d'un pignon d'entraînement d'accessoire (16), le pignon d'entraînement d'accessoire (16) étant relié à un arbre accessoire (18) de façon à entraîner en rotation l'arbre accessoire (18) lorsque le pignon d'entraînement d'accessoire (16) est entraîné en rotation. 2. Boite d'entraînement d'une hélice selon la revendication précédente, dans laquelle la roue dentée d'entrée (1) s'étend autour d'un premier axe de référence (3), l'arbre de sortie (14) s'étendant autour d'un deuxième axe de référence (25), le premier axe de référence (3) étant distinct du deuxième axe de référence (25). Boite d'entraînement d'une hélice selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la denture extérieure (11) de la couronne de sortie présente un module supérieur au module de la denture intérieure (12) de la couronne de sortie. Boite d'entraînement d'une hélice selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un carter principal (22) entourant la roue dentée d'entrée (1), l'étage de réduction et la couronne de sortie (7). Boite d'entraînement d'une hélice selon la revendication précédente, comportant en outre un carter individuel (23) entourant le pignon d'entraînement d'accessoire (16), le carter individuel (23) étant inséré dans un orifice (24) du carter principal (22). Boite d'entraînement d'une hélice selon la revendication précédente, dans laquelle le pignon d'entraînement d'accessoire (16) est relié au carter individuel (23) par un premier et un deuxième roulements, le 25 premier roulement étant disposé entre la denture extérieure du pignon d'entraînement d'accessoires et le deuxième roulement. 7. Boite d'entraînement d'une hélice selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la denture intérieure (12) de la couronne de 30 sortie (7) est une denture droite. 8. Boite d'entraînement d'une hélice selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins deux pignons d'entraînement3. 4. 5. 6.d'accessoire (16), chaque pignon d'entraînement d'accessoire (16) étant pourvu d'une denture extérieure (17) engrenant avec la denture intérieure (12) de la couronne de sortie (7), les deux pignons d'entraînement d'accessoire (16) étant espacés radialement sur la circonférence de la couronne de sortie (12). 9. Turbomachine comportant : - Une boite d'entraînement à hélice selon l'une des revendications précédentes, - Une hélice (15) solidaire de l'arbre de sortie (14) de la boite d'entraînement de sorte que l'hélice (14) est entraînée en rotation lorsque l'arbre de sortie (14) est entraîné en rotation.15