Brevet FR3039212A1 — publié le 20170127

SOUS-ENSEMBLE DE TURBOMACHINE COMPORTANT UN ACCESSOIRE ENTRAINÉ PAR UNE ROUE MONTÉE SUR DES PALES DE ROTOR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un sous-ensemble de turbomachine comportant un compresseur, un équipement de la turbomachine entrainé par un étage de pales mobiles de la turbomachine par l'intermédiaire d'une roue dentée montée sur les extrémités des pales, limitant les déperditions de gaz circulant dans la turbomachine. L'invention concerne aussi une turbomachine comportant un tel sous-ensemble. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans une turbomachine d'aéronef, divers équipements de la turbomachine, tels qu'une génératrice de courant électrique, une pompe haute ou basse pression par exemple, sont entrainés par le rotor haute ou basse pression de la turbomachine. De manière conventionnelle, la turbomachine comporte un mécanisme de transmission constitué d'une boite de transfert, un arbre radial et d'une boîte de répartition communément appelée "accessory gear box" ou AGB. Un tel mécanisme de transmission est particulièrement complexe notamment car la boîte de transfert est agencée au niveau de l'axe de rotor et l'arbre radial doit traverser la veine d'écoulement de gaz du compresseur. Aussi, la masse globale de ces composants alourdit la turbomachine. Il existe des turbomachines dans lesquelles un équipement est entrainé en rotation par l'intermédiaire d'un engrenage comportant une roue dentée solidaire des pales mobiles du rotor. 3039212 2 Un tel système permet de simplifier la transmission. Cependant, selon un tel mode de réalisation, l'équipement est soumis au moins en partie au flux de gaz coopérant avec les pales mobiles. Dans le cas pour lequel l'équipement est un alternateur, celui-ci risque 5 d'être endommagé lorsqu'il vient en contact avec le flux de gaz. De plus, il risque d'y avoir des déperditions de gaz nuisant à l'efficacité générale de la turbomachine. L'invention a pour but de proposer un sous-ensemble de turbomachine, notamment de turbomachine d'aéronef, qui permet un entrainement d'un accessoire par l'intermédiaire de pales mobiles et n'ayant pas de déperditions du flux de gaz circulant au 10 travers de la turbomachine. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un sous-ensemble de turbomachine, comportant un étage de pales mobiles en rotation autour d'un axe principal (A) de la turbomachine, une roue dentée montée sur l'extrémité radiale externe des pales, 15 un carter délimitant une veine d'écoulement de gaz, dans laquelle dite veine, les pales sont montées à rotation, un équipement de la turbomachine, qui est monté sur le carter à l'extérieur de la veine et qui comporte un pignon en prise avec la roue dentée, pour l'entrainement en rotation d'un rotor de l'équipement, 20 caractérisé en ce que le carter comporte une ouverture qui est traversée par le pignon de l'équipement et le carter porte un boitier monté à l'extérieur de la veine, qui couvre le pignon et ladite ouverture du carter. L'obturation de l'ouverture par le boitier permet d'isoler le volume intérieur du boitier par rapport à la veine d'écoulement de fluide et permet ainsi de limiter les déperditions de gaz. Cela permet aussi d'introduire dans le boitier un circuit de lubrification qui ne sera pas perturbé par le flux de gaz circulant dans la veine. De préférence, le sous-ensemble comporte des moyens d'étanchéité dynamique isolant le volume intérieur du boitier de la veine. 3039212 3 De préférence, les moyens d'étanchéité dynamique sont répartis axialement de part et d'autre de chaque pale. De préférence, les moyens d'étanchéité dynamique comportent un composant mobile solidaire de l'extrémité radiale externe de chaque pale et un 5 composant fixe complémentaire porté par le carter. De préférence, la roue dentée est fixée à une extrémité axiale de l'extrémité radiale libre de chaque pale et porte un composant mobile des moyens d'étanchéité dynamique. De préférence, les moyens d'étanchéité dynamique consistent en des 10 chicanes formées au niveau des extrémités radiales libres des pales De préférence, la roue dentée est un élément rapporté et est fixée aux pales du rotor. De préférence, la roue dentée est réalisée en plusieurs secteurs d'anneau assemblés les uns aux autres et fixés aux extrémités radiales externes des pales. 15 De préférence, la roue dentée est réalisée en un anneau d'une seule pièce. L'invention concerne aussi une turbomachine d'aéronef qui comporte un sous-ensemble selon l'un des modes de réalisation précédents caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs équipements montés sur un carter du compresseur et qui sont 20 répartis autour de l'axe principal du rotor, et dont chacun desdits équipements comporte un pignon en prise avec la roue dentée qui traverse une ouverture associée formée dans le carter. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la 25 lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique en section axiale d'une turbomachine d'aéronef comportant un sous-ensemble selon l'invention; 3039212 4 - la figure 2 est un détail à plus grande échelle du sous-ensemble représenté à la figure 1, montrant le dispositif de transmission de puissance ; - la figure 3 est une représentation en projection axiale du sous-ensemble comportant le mécanisme de transmission de puissance représenté aux figure 5 1 et 2 ; - la figure 4 est une représentation schématique d'un secteur annulaire destiné à former une partie de la roue dentée du dispositif de transmission de puissance selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 2 montrant un 10 autre mode de réalisation de l'invention selon lequel la roue dentée est montée à une extrémité axiale du bord radial de la pale ; - la figure 6 est une vue similaire à celle des figures 2 et 5, montrant l'invention appliquée à un compresseur du type centrifuge. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 15 On a représenté à la figure 1 une partie d'une turbomachine 10 telle qu'une turbomachine d'aéronef. Cette partie de la turbomachine représente un compresseur haute pression 12 qui a pour fonction d'augmenter la pression dans un flux gaz de la turbomachine 10. 20 Le compresseur 12 comporte un carter radialement externe 14 qui délimite radialement l'extérieur d'une veine 16 annulaire de circulation du flux de gaz. Le compresseur 12 comporte aussi plusieurs étages de compression constitués d'aubes fixes 18 de redresseur et de pales mobiles 20. Les aubes fixes 18 sont fixées à leur extrémité radiale externe au carter 25 externe 14 et leurs extrémités radiales interne sont reliées entre elles par un anneau 22 délimitant radialement la veine annulaire 16. Les pales mobiles 20 sont fixées à leurs extrémités radiales internes 20i à un rotor 24 monté à rotation autour de l'axe principal A de la turbomachine 10. 3039212 5 La turbomachine 10 comporte aussi un équipement 26, tel que par exemple une pompe pour le liquide de lubrification ou une génératrice de courant électrique, qui est monté sur le carter 14, à l'extérieur de la veine 16. L'entrainement de cet équipement 26 est réalisé par l'intermédiaire du 5 rotor 24, qui est lui-même entrainé par une turbine (non représentée) de la turbomachine 10. A cet effet, la turbomachine 10 comporte un dispositif de transmission de puissance 30 qui relie mécaniquement le rotor 24 à l'équipement 26. Comme on peut le voir plus en détails à la figure 2, le dispositif de 10 transmission de puissance 30 comporte une roue dentée annulaire 32 qui est solidaire du rotor 24 et un pignon 34 qui engrène avec la roue dentée 32. La roue dentée 32 est fixée aux pales mobiles 20 du rotor 24 et son diamètre est défini pour que la roue dentée 32 soit située à proximité du carter 14. La roue dentée 32 est fixée aux extrémités radiales externes 20e des pales mobiles 20, par 15 tout moyen connu, par exemple par vissage. Selon le mode de réalisation représenté aux figures, la roue dentée 32 est montée dans le prolongement des pales mobiles 20, c'est-à-dire que la position axiale de la roue dentée 32 le long de l'axe principal A de la turbomachine est sensiblement identique à la position axiale des pales mobiles 20. 20 Selon une variante de réalisation non représentée, la roue dentée est montée sur un bord amont ou aval de l'extrémité radiale externe 20e de chaque pale mobile 20. Par conséquent, la roue dentée 32 est décalée axialement par rapport aux pales mobiles 20. La roue dentée 32 comporte une paroi annulaire externe présentant un 25 profil denté, avec laquelle les dents du pignon 34 engrènent. Le pignon 34 est situé radialement à l'extérieur du carter 14, c'est-à-dire à l'extérieur de la veine 16 d'écoulement du flux de gaz et de l'autre côté du carter 14, par rapport à la roue dentée 32. Pour permettre au pignon 34 de coopérer avec la roue dentée 32, le carter 14 comporte une ouverture 36 qui est traversée par le pignon 34. 3039212 6 Cette ouverture 36 est située axialement le long de l'axe principal A de la turbomachine 10 au même niveau que la roue dentée 32, c'est-à-dire qu'elle s'ouvre directement sur la roue dentée 32. Afin d'isoler la veine 16 d'écoulement du flux de gaz de l'extérieur du 5 carter 14, le dispositif de transmission de puissance 30 comporte un boitier de fermeture 38 qui est monté sur la paroi radialement externe du carter 14 en obturant l'ouverture 36 formée dans le carter 14. Le boitier de fermeture 38 délimite un volume qui communique avec la veine 16 par l'intermédiaire de l'ouverture 36 et dans lequel volume, le pignon 34 est 10 reçu. Le boitier de fermeture 38 comporte une ouverture 40 qui est traversée par un arbre 42 de raccordement du pignon 34 avec l'équipement 26. Cette ouverture est fermée de manière étanche par des moyens de guidage en rotation (non représentés) de l'arbre de raccordement 42. L'axe principal B de l'arbre de raccordement 42 est l'axe de 15 rotation du pignon 34. De préférence, cet axe principal B est confondu avec l'axe principal de l'équipement 26, limitant ainsi le nombre de composants sur la turbomachine. Ainsi, l'équipement est en prise directe avec le pignon 34. Le rapport de réduction entre le rotor et l'équipement est défini par le 20 rapport dimensionnel entre la roue dentée 32 et le pignon 34. Ainsi, en choisissant la dimension de chacune de la roue dentée 32 et/ou du pignon 34, il est possible d'obtenir une vitesse de rotation optimale de l'équipement 26. Selon une variante de réalisation non représentée, un dispositif de réduction de vitesse est monté entre l'équipement et l'arbre 42, afin d'ajuster la vitesse 25 de rotation de l'équipement 26 si le choix dimensionnel de la roue dentée 32 et/ou du pignon 34 ne permet pas d'obtenir un bon rapport de réduction. Le volume intérieur du boitier de fermeture 38 est alimenté en liquide de lubrification pour limiter les frottements entre la roue dentée 32 et le pignon 34. Le volume intérieur du boitier de fermeture 38 est en outre isolé de la 30 veine 16 par des moyens d'étanchéité dynamique 44. 3039212 7 Les moyens d'étanchéité dynamique 44 sont réalisés en deux parties et comportent un composant mobile 56 qui est solidaire de l'extrémité radiale externe 20e de chaque pale 20 et un composant fixe 58 complémentaire du composant mobile 56, qui lui est porté par le carter 14. 5 Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, les moyens d'étanchéité forment un système à chicane. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et peuvent être de tout type connu. Aussi, pour garantir une bonne étanchéité entre le volume intérieur du boitier 38 et la veine 16, des moyens d'étanchéité 44 sont agencés axialement de part et 10 d'autre des pales 20. On a représenté aux figures 5 et 6 deux autres modes de réalisation selon chacun desquels la roue dentée 32 est reliée aux pales 20 au niveau d'une leurs extrémités axiales. Ici, la roue dentée 32 est fixée à l'extrémité axiale amont de l'extrémité radiale externe 20e des pales 20. 15 Selon ces modes de réalisation, la roue dentée 32 porte le composant mobile 56 des moyens d'étanchéité dynamique 44. En outre, selon le mode de réalisation représenté à la figure 5, le composant mobile 56 des moyens d'étanchéité dynamique 44 consiste en une face de la roue dentée 32, le composant fixe 58 consiste ici en un joint à brosse. 20 On a représenté à la figure 3 une partie du compresseur 12 de la turbomachine 10 qui comporte un seul dispositif de transmission de puissance 30, qui est destiné, par exemple à l'entrainement d'un équipement 26. Ici, le dispositif de transmission de puissance 30, et l'ouverture 36 formée dans le carter 14 sont situés au niveau de l'extrémité supérieure du compresseur 12. 25 Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et que le dispositif de transmission de puissance 30, l'ouverture 36 et l'équipement 26 peuvent être situés différemment sur le carter 14 sans sortir du domaine de l'invention. Aussi, selon un autre mode de réalisation de l'invention, la turbomachine 10 comporte plusieurs équipements 26 entrainés par le rotor 24 du 30 compresseur 12. 3039212 8 A cet effet, les moyens de transmission de puissance entre le rotor de compresseur 12 et les différents équipements 26 comportent plusieurs dispositifs de transmission de puissance 30 tels que décrits précédemment, qui sont répartis autour de l'axe principal du compresseur 12. 5 Selon ce mode de réalisation de l'invention, la turbomachine comporte une seule roue dentée annulaire 32 qui est commune à tous les dispositifs de transmission de puissance 30. En effet, la forme annulaire de la roue dentée 32 lui permet de s'accoupler avec plusieurs roues dentées 34 qui seraient réparties autour de son axe principal A. 10 Le carter 14 comporte quant à lui plusieurs ouvertures 36, chacune associée à un dispositif de transmission de puissance 30, et un boitier de fermeture 38 associé à chaque dispositif de transmission de puissance 30 est monté sur le carter 14 au niveau de ladite ouverture 36. Selon ce mode de réalisation, il est possible de mettre en oeuvre des 15 dispositifs de transmission de puissance 30 présentant des rapports de réduction différents en les munissant de roues dentées 34 ayant des diamètres différents. On a représenté à la figure 6 un autre mode de réalisation de l'invention qui concerne un compresseur 12 de type centrifuge. Dans un tel compresseur 12 centrifuge, le bord d'extrémité radial 20 externe 20e de chaque pale mobile 20 est de forme divergente, c'est-à-dire que la distance entre le bord externe 20e de la pale 20 et l'axe principal A du compresseur augmente progressivement de l'amont vers l'aval. La position axiale de la roue dentée 32 dans un tel compresseur centrifuge peut être définie en fonction du diamètre de la roue dentée 32, afin de 25 correspondre à une partie du bord externe de la pale mobile 20. A titre d'exemple non limitatif, la roue dentée 32 est représentée montée à l'extrémité amont de la pale 20, au niveau de laquelle la dimension radiale de la pale 20 est la moins importante. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et que la roue dentée 32 peut être montée en tout autre endroit sur 30 le bord externe 20e de la pale 20. 3039212 9 Le diamètre de la roue dentée 32 peut être librement choisi en fonction du rapport de réduction optimal pour le dispositif de transmission de puissance 30 et la position axiale de la roue dentée 32 sur le bord externe 20e de la pale 20 est définie en conséquence. 5 La denture de la roue dentée 32 et du pignon 34 pet être droite, pour que l'équipement 26 soit parallèle à l'axe principal A de la turbomachine 10 ou bien elle peut être cônique, pour que l'équipement 26 soit incliné par rapport à l'axe principal A de la turbomachine 10. La roue dentée 32 est une pièce de la turbomachine qui est susceptible 10 de s'user avec l'utilisation de la turbomachine. Pour cela, la roue dentée est fixée de manière démontable aux extrémités externes 20e des pales mobiles 20. Selon un premier mode de réalisation, la roue dentée 32 est réalisée en un anneau d'une seule pièce, ou monobloc. Selon un deuxième mode de réalisation, la roue dentée 32 est réalisée 15 en plusieurs secteurs d'anneau 46 tels que celui représenté à la figure 4. Tous les secteurs d'anneau 46 sont identiques et sont mis bout à bout pour former la roue dentée 32. Chaque secteur d'anneau 46 comporte une face radialement externe dentée 48 pour former la paroi annulaire externe dentée de la roue dentée 32. 20 Les extrémités 50, 52 du secteur d'anneau 46 sont de formes complémentaires l'une de l'autre, ce qui permet, lorsque les secteurs d'anneau sont placés bout à bout, de garantir un bon positionnement relatifs de leurs extrémités l'une par rapport à l'autre. La fixation de chaque secteur d'anneau 46 aux extrémités externes 20e 25 des pales mobiles 20 est réalisée à titre d'exemple par l'intermédiaire de queues d'aronde 54. REVENDICATIONS1. Sous-ensemble de turbomachine (10), comportant un étage de pales (20) mobiles en rotation autour d'un axe principal (A) de la turbomachine (10), une roue dentée (32) montée sur l'extrémité radiale externe (20e) des pales (20), un carter (14) délimitant une veine (16) d'écoulement de gaz, dans laquelle dite veine (16), les pales (20) sont montées à rotation, un équipement (26) de la turbomachine (10), qui est monté sur le carter (14) à l'extérieur de la veine (16) et qui comporte un pignon (34) en prise avec la roue dentée (32), pour l'entrainement en rotation d'un rotor de l'équipement, caractérisé en ce que le carter (14) comporte une ouverture (36) qui est traversée par le pignon (34) de l'équipement (26) et le carter (14) porte un boitier (38) monté à l'extérieur de la veine (16), qui couvre le pignon (34) et ladite ouverture (36) du carter (14). 2. Sous-ensemble de turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'étanchéité dynamique (44) isolant le volume intérieur du boitier (38) de la veine (16). 3. Sous-ensemble de turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité dynamique (44) sont répartis axialement de part et d'autre de chaque pale (20). 4. Sous-ensemble de turbomachine (10) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité dynamique (44) comportent un composant mobile (56) solidaire de l'extrémité radiale externe (20e) de chaque pale (20) et un composant fixe (38) complémentaire porté par le carter (14). 5. Sous-ensemble de turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la roue dentée (32) est fixée à une extrémité 3039212 11 axiale de l'extrémité radiale libre (20e) de chaque pale (20) et porte un composant mobile (56) des moyens d'étanchéité dynamique (44). 6. Sous-ensemble de turbomachine (10) selon l'une quelconque des 5 revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité dynamique (44) consistent en des chicanes formées au niveau des extrémités radiales libres (20e) des pales 7. Sous-ensemble de turbomachine (10) selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes, caractérisé en ce que la roue dentée (32) est un élément rapporté et est fixée aux pales (20) du rotor (24). 8. Sous-ensemble de turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la roue dentée (32) est réalisée en 15 plusieurs secteurs d'anneau (46) assemblés les uns aux autres et fixés aux extrémités radiales externes (20e) des pales (20). 9. Sous-ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la roue dentée (32) est réalisée en un anneau d'une seule pièce. 20 10. Turbomachine (10) d'aéronef qui comporte un sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs équipements (26) montés sur un carter (14) du compresseur (12) et qui sont répartis autour de l'axe principal du rotor (24), et dont chacun desdits équipements (26) 25 comporte un pignon en prise avec la roue dentée (32) qui traverse une ouverture (36) associée formée dans le carter (14).