Brevet FR3055028A1 — publié le 20180216

DISPOSITIF D'ENGRENEMENT POUR TURBOMACHINE, TURBOMACHINE ASSOCIEE DOMAINE DE L'INVENTION L'invention se rapporte au domaine général des aéronefs. Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'engrènement pour turbomachine d'aéronef ainsi qu'à une turbomachine comportant un tel dispositif d'engrènement. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Dans les turbomachines, une partie de la puissance générée est utilisée pour entraîner différents accessoires, nécessaires au fonctionnement de la turbomachine ou de l'aéronef, tels qu'un générateur électrique, une pompe de lubrification ou encore une pompe à carburant. A cet effet, la turbomachine comporte généralement un boitier d'engrenage d'entrée (IGB : Inlet Gear Box), un arbre d'entraînement radial (RDS : Radial Drive Shaft), un boîtier d'engrenage de transfert (TGB : Transfer Gear Box) et un boitier d'engrenage d'accessoires (AGB : Accessory Gear Box) supportant les différents accessoires. Lorsque l'arbre moteur est entraîné en rotation, il entraine mécaniquement les différents accessoires par l'intermédiaire de l'IGB, du RDS, du TGB puis de l'AGB. L'IGB et le TGB assurent un renvoi d'angle qui permet de passer d'un système de rotation longitudinal à un système de rotation transversal sur une même machine par des mécanismes d'engrenages. Les engrenages de l'IGB et de la TGB sont généralement carénés par un déflecteur en tôle qui permet d'orienter le flux d'air généré par la ventilation de l'engrènement afin, d'une part, de protéger les écoulements d'huile gravitaires environnants, et d'autre part, d'éliminer l'huile de lubrification des engrènements de flux d'air. L'AGB transmet le mouvement de rotation aux différents accessoires par une combinaison d'engrenages appelée train d'engrenages. L'ensemble formé par l'AGB et les accessoires peut être positionné dans le carter de la turbomachine, à proximité de la soufflante dans une zone appelée « zone fan » ou encore dans une zone « core » c'est-à-dire dans une zone centrale de la turbomachine, autour du compresseur haute pression. 3055028 2 Cependant, des pertes de puissances sont observées aussi bien au niveau des engrenages coniques utilisés dans les renvois d'angle que dans les engrenages cylindriques positionnés par exemple à proximité des aspirations de la turbomachine. Ces pertes de puissance sont dues notamment aux frottements entre les dents, au 5 procédé de lubrification, au piégeage d'un mélange air-huile durant l'engrènement ainsi qu'à la ventilation de la denture. En effet, la ventilation de la denture est responsable d'un échauffement de l'huile utilisée pour lubrifier ladite denture. Plus précisément, l'huile est piégée dans les « courants d'air » de la ventilation ce qui conduit à son échauffement. 113 RESUME DE L'INVENTION Dans ce contexte, l'invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l'état de la technique identifiés ci-dessus, notamment en proposant une solution simple permettant de limiter les échauffements d'huile par ventilation des dentures et ainsi, les pertes de puissance au niveau des engrenages coniques ou cylindriques de la 15 turbomachine. Ainsi selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif d'engrènement pour turbomachine comportant : - un pignon d'entrée adapté pour coopérer avec un arbre de transmission, - un pignon de sortie formant un engrenage avec le pignon d'entrée, 20 - un premier déflecteur carénant au moins une partie du pignon d'entrée ou du pignon de sortie, ledit premier déflecteur étant constitué de mousse solide. On entend par « mousse solide », une dispersion de gaz dans un solide. L'invention selon le premier aspect permet de résoudre les problèmes préalablement 25 cités. En effet, le carénage d'une partie du pignon d'entrée ou du pignon de sortie par le premier déflecteur en mousse solide permet de piéger les gouttelettes d'huile en suspension dans le mélange air/huile. Plus précisément, les gouttelettes d'huile piégées dans le flux d'air sont captées par la mousse solide sous l'effet de la force 30 centrifuge due à la rotation des pignons. Le flux d'air chargé d'huile passe au travers de la mousse solide qui sépare l'huile de l'air. Les gouttelettes d'huile sont alors 3055028 3 expulsées vers un conduit d'évacuation d'huile tandis que l'air est évacué vers l'extérieur. L'évacuation de l'huile par le conduit d'évacuation limite les risques d'échauffement de l'huile réduisant ainsi les pertes de puissances dues à la ventilation des dentures. 5 Par ailleurs, la mousse solide peut être fabriquée par une méthode additive ce qui permet de s'affranchir des problèmes liés à l'usinage des déflecteurs classiques (taules embouties, soudées). De plus, une telle méthode de fabrication permet d'épouser la forme des pignons et donc d'optimiser le déshuilage en captant un maximum d'huile dans le mélange air/huile. 10 Enfin, la fabrication d'un tel déflecteur est simple et peu couteuse. Le dispositif d'engrènement selon le premier aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Selon un mode de réalisation non limitatif, le pignon d'entrée et le pignon de sortie sont 15 coniques. Selon un mode de réalisation non limitatif, le pignon d'entrée et le pignon de sortie sont cylindriques. Selon un mode de réalisation non-limitatif, la mousse solide est une mousse plastique. Selon un mode de réalisation non-limitatif, la mousse solide est une mousse zo métallique. Selon un mode de réalisation non-limitatif, le pignon d'entrée, le pignon de sortie et le premier déflecteur sont entourés par un carter, le premier déflecteur étant positionné en vis-à-vis d'un conduit d'évacuation ménagé dans ledit carter. Selon un mode de réalisation non-limitatif, le dispositif comporte un deuxième 25 déflecteur carénant au moins une partie du pignon d'entrée ou du pignon de sortie de sorte que chaque déflecteur carène un pignon différent. 3055028 4 Selon un mode de réalisation non-limitatif, le deuxième déflecteur est constitué de mousse solide. Par ailleurs, selon un second aspect, l'invention se rapporte à une turbomachine comportant au moins un dispositif d'engrènement selon le premier aspect de 5 l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - à la figure 1, une représentation schématique en coupe longitudinale d'un 10 exemple de turbomachine pouvant inclure un ou plusieurs dispositif(s) de renvoi d'angle selon l'invention, - à la figure 2, une représentation schématique en coupe transversale d'un dispositif d'engrènement selon un mode de réalisation de l'invention, - à la figure 3, une représentation schématique de l'écoulement des fluides dans 15 le dispositif d'engrènement présenté à la figure 2, - à la figure 4, une représentation schématique d'une vue arrière du dispositif d'engrènement représenté aux figures 2 et 3, - à la figure 5, une représentation schématique de l'écoulement des fluides dans le dispositif d'engrènement présenté à la figure 4. 20 DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION La figure 1 représente de façon schématique une coupe longitudinale d'une turbomachine aéronautique à double flux 1 dans laquelle au moins un dispositif d'engrènement 100 selon l'invention peut être intégré. 25 La turbomachine 1 d'axe longitudinal X-X comporte un carter de soufflante 2, un corps basse-pression 3, un corps haute-pression 4, une chambre de combustion 5 et un boîtier d'entraînement d'accessoires 6. Le corps basse-pression 3 comporte un arbre basse-pression 7 centré sur l'axe longitudinal X-X, une soufflante 8 montée sur l'extrémité avant de l'arbre basse- 30 pression 7, un compresseur basse-pression 9 fixé sur la soufflante 8 en aval de celle- 3055028 5 ci, et une turbine basse-pression 10 montée sur l'extrémité arrière de l'arbre basse-pression 7. Le corps haute-pression 4 comporte un arbre haute-pression 11 disposé concentriquement autour de l'arbre basse-pression 7, un premier pignon d'entrée 12 5 monté à l'extrémité avant de l'arbre haute-pression 11, un compresseur haute-pression 13 monté sur l'arbre haute-pression 11 en aval du premier pignon d'entrée 12 et une turbine haute-pression 14 montée sur l'extrémité arrière de l'arbre haute-pression 11. On note que les différents compresseurs 9, 13 et turbines 10, 14 des corps basse pression 3 et haute pression 4 de la turbomachine 1 représentés sur la figure 1 ont été 10 représentés avec un unique étage d'aubes afin de faciliter leur compréhension. Le boîtier d'entraînement d'accessoires (AGB) 6, fixé sous le carter de soufflante 2 dans le mode de réalisation de la figure 1, est entraîné en rotation par l'arbre haute-pression 11 via un arbre d'entrainement radial 15 portant un premier pignon de sortie 16 à son extrémité supérieure et un deuxième pignon d'entrée 17 à son extrémité 15 inférieure puis via un arbre d'entrée 19 relié au train d'engrenage de l'AGB 6 et portant un deuxième pignon de sortie 18. On note que dans d'autres modes de réalisation non représentés, l'AGB est positionné dans la nacelle ou encore dans la zone dite « core » de la turbomachine. On note qu'on entend par « pignons », tous types de pièces mécaniques dentées et 20 destinées à coopérer avec une ou plusieurs pièces dentées afin de transmettre un mouvement de rotation. Le premier pignon d'entrée 12 est engrené avec le premier pignon de sortie 16 en formant un renvoi d'angle, le premier pignon d'entrée 12 et le premier pignon de sortie 16 étant logés dans un boitier d'engrenage d'entrée (IGB) 20. Grâce à la coopération 25 du premier pignon d'entrée 12 avec le premier pignon de sortie 16, une rotation de l'arbre haute-pression 11 autour de l'axe X-X provoque une rotation de l'arbre d'entrainement radial 15 autour de son axe de rotation Y-Y. Par ailleurs, le deuxième pignon d'entrée 17 est engrené avec un deuxième pignon de sortie 18 du boitier d'entrainement d'accessoires 6 en formant un renvoi d'angle, le 30 deuxième pignon d'entrée 17 et le deuxième pignon de sortie 18 étant logés dans un boitier d'engrenage de transfert (TGB) 21. Grâce à la coopération du deuxième pignon 3055028 6 d'entrée 17 avec le deuxième pignon de sortie 18, une rotation de l'arbre d'entrainement radial 15 autour de l'axe Y-Y provoque une rotation de l'arbre d'entrée 19 autour de son axe de rotation Z-Z. L'arbre d'entrée 19 transmet ainsi sa puissance à un train d'engrenages (non 5 représenté) du boitier d'entrainement d'accessoires 6 qui entraine en rotation les différents accessoires supportés par ledit boîtier d'entraînement d'accessoires 6. Les accessoires sont par exemple une pompe à carburant, un générateur électrique, une pompe de lubrification, une pompe hydraulique, un démarreur, une transmission à vitesse constante (CSD) ou encore un compte-tours. 10 Afin de limiter les échauffements d'huile au niveau des engrenages, un dispositif d'engrènement 100 selon l'invention est par exemple positionné au niveau de l'IGB et/ou du TGB qui seront décrits en référence aux figures 2 à 5. On note que le dispositif d'engrènement selon l'invention 100 peut être utilisé pour tous types d'engrenages de la turbomachine autres que ceux décrits soit des engrenages à deux pignons 15 (coniques ou droits/cylindriques) ou encore des engrenages à plusieurs pignons (exemple : trio-conique). Le dispositif d'engrènement 100 selon l'invention comporte au moins: - un pignon d'entrée adapté pour coopérer avec un arbre de transmission, - un pignon de sortie formant un engrenage avec le pignon d'entrée, 20 - un premier déflecteur carénant au moins une partie du pignon d'entrée ou du pignon de sortie, le premier déflecteur étant constitué de mousse solide. En référence aux figures 2 et 4, lorsque le dispositif d'engrènement 100 est positionné 25 au niveau de la boite d'engrenage d'entrée (IGB) 20, ledit dispositif 100 comporte: - un pignon d'entrée 12, - un pignon de sortie 16, - un premier déflecteur 101, - un deuxième déflecteur 102, 30 - un carter 103. Dans ce mode de réalisation, le pignon d'entrée correspond au premier pignon d'entrée 12. Ainsi, le premier pignon d'entrée 12 est adapté pour coopérer avec un 3055028 7 arbre de transmission correspondant à l'arbre haute-pression 11. Plus précisément, l'arbre haute-pression 11 entraine en rotation le premier pignon d'entrée 12. Selon le mode de réalisation présenté à la figure 2, le premier pignon d'entrée 12 est conique. On note que par « pignon conique » on entend que les dents sont taillées dans des 5 surfaces coniques. La denture peut être droite mais aussi hélicoïdale ou spirale. En outre, dans ce mode de réalisation, le pignon de sortie correspond au premier pignon de sortie 16. Le premier pignon de sortie 16 est adapté pour coopérer avec le premier pignon d'entrée 12. Plus précisément, le premier pignon de sortie 16 forme un engrenage avec le premier pignon d'entrée 12. En outre, le premier pignon de sortie 10 16 appartient à un arbre de transmission correspondant à l'arbre d'entrainement radial 15. Selon le mode de réalisation présenté à la figure 2, le premier pignon de sortie 16 est conique. Le premier pignon d'entrée 12 et le premier pignon de sortie 16 forment un renvoi d'angle. On rappelle qu'un renvoi d'angle permet de transmettre un mouvement de 15 rotation entre deux arbres non parallèles concourants. Dans l'IGB 20, l'arbre haute- pression 11 transmet son mouvement de rotation à l'arbre d'entrainement radial 15. Dans le mode de réalisation non-limitatif présenté à la figure 2, le premier déflecteur 101 carène une partie du premier pignon de sortie 16 sans toutefois empêcher la rotation dudit premier pignon de sortie 16. En effet, le premier déflecteur 101 ne doit 20 pas gêner la transmission de puissance du premier pignon d'entrée 12 vers le premier pignon de sortie 16. Dans un premier mode de réalisation, le premier déflecteur 101 est constitué de mousse solide. Par exemple, la mousse solide est une mousse plastique telle que le polyétheréthercétone (PEEK) ou encore une mousse métallique en acier, aluminium, titane ou encore inconel. On note que l'utilisation d'une mousse 25 plastique ou métallique ou solide dépend de la contrainte thermique subie par le premier déflecteur 101. Dans un deuxième mode de réalisation, le premier déflecteur 101 est réalisé en tôle. Dans le mode de réalisation présenté à la figure 2, le deuxième déflecteur 102 carène une partie du premier pignon d'entrée 12 sans toutefois empêcher la rotation dudit 30 premier pignon d'entrée 12. Dans un premier mode de réalisation, le deuxième déflecteur 102 est constitué de mousse solide. Par exemple, la mousse solide est une mousse plastique telle que le polyétheréthercétone (PEEK) ou encore une mousse 3055028 8 métallique en acier, aluminium, titane ou encore inconel. On note que l'utilisation d'une mousse plastique ou métallique ou solide dépend de la contrainte thermique subie par le deuxième déflecteur 102. Dans un deuxième mode de réalisation, le deuxième déflecteur 102 est réalisé en tôle. En d'autres termes, seul un des deux déflecteurs 5 101 et 102 peut être en mousse solide tandis que l'autre déflecteur est en tôle. Par ailleurs, on note que lorsque le(s) déflecteur(s) sont en mousse solide, ceux-ci peuvent être fabriqués par une méthode additive qui permet d'épouser la forme du(es) pignon(s) et d'obtenir la porosité voulue avec plus de précision. Le carter 103 entoure le premier pignon d'entrée 12 caréné par le deuxième déflecteur 10 102 ainsi que le premier pignon de sortie 16 caréné par le premier déflecteur 101. En outre, le premier pignon d'entrée 12 est monté en rotation dans le carter 103 au moyen de premiers paliers 105. De plus, le premier pignon de sortie 16 est monté en rotation dans le carter 103 au moyen de seconds paliers 106. Par ailleurs, le carter 103 comporte un conduit d'évacuation 104 d'huile positionné en 15 vis-à-vis du premier déflecteur 101. Dans un autre mode de réalisation non représenté, le conduit d'évacuation 104 est positionné en vis-à-vis du deuxième déflecteur 102. Bien entendu, le mode de réalisation présenté aux figures 2 et 4 n'est nullement limitatif et seul un des deux pignons (premier pignon d'entrée 12 ou premier pignon sortie 16) peut être caréné par un déflecteur en mousse solide. zo Les figures 3 et 5 représentent l'écoulement des fluides dans le dispositif d'engrènement 100 présenté aux figures 2 et 4. Ainsi, lorsque le premier déflecteur 101 et/ou le deuxième déflecteur 102 sont constitués de mousse solide, l'air chargée d'huile A/H transitant au niveau de la jonction entre le premier pignon d'entrée 12 et le premier pignon de sortie 16 est 25 centrifugé et éjecté vers les déflecteurs 101 et 102. Le mélange air/huile passe au travers de(s) mousse(s) solide(s) qui piège(nt) l'huile H. L'huile H s'écoule ensuite dans le conduit d'évacuation 104. Par ailleurs, dans un second mode de réalisation, le dispositif d'engrènement 100 est positionné au niveau de la boite d'engrenage de transfert (TGB) 21. Dans ledit mode 30 de réalisation, le dispositif 100 comporte : - un pignon d'entrée 17, 3055028 9 - un pignon de sortie 18, - un premier déflecteur 101, - un deuxième déflecteur 102, - un carter 103. 5 Dans le TGB 21, le pignon d'entrée correspond au deuxième pignon d'entrée 17. Le deuxième pignon d'entrée 17 est adapté pour coopérer avec un arbre de transmission correspondant à l'arbre d'entrainement radial 15. Plus précisément, l'arbre d'entrainement radial 15 entraine en rotation le deuxième pignon d'entrée 17. Selon le mode de réalisation présenté à la figure 2, le deuxième pignon d'entrée 17 est conique. 10 De plus, le pignon de sortie correspond au deuxième pignon de sortie 18. Le deuxième pignon de sortie 18 est adapté pour coopérer avec le deuxième pignon d'entrée 17. Plus précisément, le deuxième pignon de sortie 18 forme un engrenage avec le deuxième pignon d'entrée 16. En outre, le deuxième pignon de sortie 18 appartient à un arbre de transmission correspondant à l'arbre d'entrée 19 qui est relié au train 15 d'engrenages (non représenté) du boitier d'entrainement des accessoires 6. Selon le mode de réalisation présenté à la figure 2, le deuxième pignon de sortie 18 est conique. Le deuxième pignon d'entrée 16 et le deuxième pignon de sortie 18 forment un renvoi d'angle. Dans le TGB 21, l'arbre d'entrainement radial 15 transmet son mouvement de rotation à l'arbre d'entrainement radial 15. 20 Dans le mode de réalisation non-limitatif présenté à la figure 2, le premier déflecteur 101 carène une partie du deuxième pignon de sortie 18 sans toutefois empêcher la rotation dudit deuxième pignon de sortie 18. En effet, le premier déflecteur 101 ne doit pas gêner la transmission de puissance du deuxième pignon d'entrée 17 vers le deuxième pignon de sortie 18. Dans un premier mode de réalisation, le premier 25 déflecteur 101 est constitué de mousse solide. Par exemple, la mousse solide est une mousse plastique telle que le polyétheréthercétone (PEEK) ou encore une mousse métallique en acier, aluminium, titane ou encore inconel. Dans un deuxième mode de réalisation, le premier déflecteur 101 est réalisé en tôle. Dans le mode de réalisation présenté à la figure 2, le deuxième déflecteur 102 carène 30 une partie du deuxième pignon d'entrée 17 sans toutefois empêcher la rotation dudit deuxième pignon d'entrée 17. Dans un premier mode de réalisation, le deuxième déflecteur 102 est constitué de mousse solide. Par exemple, la mousse solide est une 3055028 10 mousse plastique telle que le polyétheréthercétone (PEEK) ou encore une mousse métallique en acier, aluminium, titane ou encore inconel. Une mousse métallique de type « retimet » peut être utilisée avec des porosités de grade 10 à 80. On entend par « grade », un nombre de pore par pouce. On note que l'utilisation d'une mousse 5 plastique ou métallique ou solide dépend de la contrainte thermique subie par le deuxième déflecteur 102. Dans un deuxième mode de réalisation, le deuxième déflecteur 102 est réalisé en tôle. En d'autres termes, seul un des deux déflecteurs 101 et 102 peut être en mousse solide tandis que l'autre déflecteur est en tôle. Le carter 103 entoure le deuxième pignon d'entrée 16 caréné par le deuxième Io déflecteur 102 ainsi que le deuxième pignon de sortie 18 caréné par le premier déflecteur 101. En outre, le deuxième pignon d'entrée 16 est monté en rotation dans le carter 103 au moyen de troisièmes paliers 107. De plus, le deuxième pignon de sortie 16 est monté en rotation dans le carter 103 au moyen de quatrièmes paliers 108. Par ailleurs, le carter 103 comporte un conduit d'évacuation 110 positionné en vis-à- 15 vis du premier déflecteur 101. Dans un autre mode de réalisation non représenté, le conduit d'évacuation 110 est positionné en vis-à-vis du deuxième déflecteur 102. On note que le dispositif d'engrènement 100 selon l'invention peut tout à fait intégré dans la turbomachine au niveau de renvois d'angles autres que ceux décrits (IGB et TGB). 20 Par ailleurs, on rappelle que les pignons d'entrée et/ou de sortie carénés par le(s) déflecteur(s) 101 et/ou 102 en mousse solide du dispositif d'engrènement 100 peuvent être cylindriques. Le(s) déflecteur(s) 101 et/ou 102 en mousse solide carènent alors par exemple des pignons cylindriques présents au niveau des aspirations de la turbomachine. 25 En outre, le dispositif d'engrènement 100 selon l'invention peut être intégré au niveau d'engrenages à trois pignons. Dans ce mode de réalisation non représenté sur les figures, le dispositif d'engrènement 100 comporte, en plus du pignon d'entrée et du pignon de sortie précédemment décrits, un pignon de sortie supplémentaire. Le pignon de sortie supplémentaire peut alors également être caréné par un troisième déflecteur 30 en mousse solide. REVENDICATIONS1. Dispositif d'engrènement (100) pour turbomachine comportant : - un pignon d'entrée (12, 17) adapté pour coopérer avec un arbre de transmission (15, 19), - un pignon de sortie (16, 18) formant un engrenage avec le pignon d'entrée (12, 17), - un premier déflecteur (101, 102) carénant au moins une partie du pignon d'entrée (12, 17) ou du pignon de sortie (16, 18), caractérisé en ce que le premier déflecteur (101, 102) est constitué de mousse solide. 2. Dispositif d'engrènement (100) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pignon d'entrée (12, 17) et le pignon de sortie (16, 18) sont coniques. 3. Dispositif d'engrènement (100) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pignon d'entrée (12, 17) et le pignon de sortie (16, 18) sont cylindriques. 4. Dispositif d'engrènement (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la mousse solide est une mousse plastique. 5. Dispositif d'engrènement (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la mousse solide est une mousse métallique. 6. Dispositif d'engrènement (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pignon d'entrée (12, 17), le pignon de sortie (16, 18) et le premier déflecteur (101, 102) sont entourés par un carter (103), le premier déflecteur (101, 102) étant positionné en vis-à-vis d'un conduit d'évacuation (104, 110) ménagé dans ledit carter (103). 7. Dispositif d'engrènement (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième déflecteur (101, 102) carénant au moins une partie du pignon d'entrée (12, 17) ou du pignon de 3055028 12 sortie (16, 18) de sorte que chaque déflecteur (101, 102) carène un pignon (12, 16, 17, 18) différent. 8. Dispositif d'engrènement (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce que 5 le deuxième déflecteur (101, 102) est constitué de mousse solide. 9. Turbomachine comportant au moins un dispositif d'engrènement (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.