Brevet FR3071293A1 — publié le 20190322

Réducteur de vitesse à train planétaire ou épicycloïdal de turbomachine Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des réducteurs de vitesse à train planétaire ou à train épicycloïdal pour turbomachine en particulier d'aéronef. Etat de la technique L'état de l'art comprend notamment les documents WO-A1-2010/092263, FR-A1-2 987 416 et FR-A1-3 041 054. Les turbomachines actuelles, notamment les turbomachines comportant une ou plusieurs hélices soufflant un flux secondaire, comprennent un système de transmission, appelé réducteur, pour entraîner cette ou ces hélices à la bonne vitesse de rotation à partir de l'arbre de la turbine de puissance du corps primaire du moteur. Le fonctionnement des réducteurs, en particulier sur des turbomachines avec hélice de soufflante à fort taux de dilution, nécessite un débit d'huile particulièrement important pour assurer la lubrification et le refroidissement de leurs pignons et paliers. Le débit d'huile est fonction de l'architecture et est par exemple de l'ordre de 6000 à 7000 litres par heure au décollage pour une architecture particulière. Parmi les réducteurs utilisés, on trouve les trains planétaires et épicycloïdaux qui ont l'avantage d'offrir des taux de réduction importants de la vitesse de rotation dans des encombrements réduits. 2 Un tel réducteur comprend un pignon planétaire ou pignon central, appelé solaire, une couronne extérieure et des pignons satellites, appelés satellites, qui sont en prise avec le solaire et avec la couronne, le support de l'un de ces trois composants devant être bloqué en rotation pour le 5 fonctionnement du train d'engrenages. Lorsque le porte-satellites est fixe en rotation, le solaire et la couronne sont menant et mené, respectivement, ou inversement. Le réducteur est alors du type « planétaire ». 10 Dans le cas inverse d'un réducteur à train épicycloïdal, la couronne extérieure est fixe en rotation et le solaire et le porte-satellites sont menants et menés. 15 Cependant, ce type de réducteur présente des inconvénients. Une des problématiques est lié à la bonne lubrification des dentures des pignons et des paliers. En fonctionnement, la charge appliquée sur le train d'engrenages se 20 répartie sur les satellites. Le système étant hyperstatique, la charge appliquée n'est donc pas équitablement répartie sur les satellites dû aux précisions de fabrication. Il existe un facteur de charge représentant la charge effective sur le satellite le plus chargé par rapport à la charge théorique sur ce même satellite. Le satellite subissant le plus de charge 25 n'étant pas identifiable avant fabrication, le système de lubrification doit répartir l'huile équitablement sur tous les satellites. Cette surcharge impose au système de lubrification d'amener le débit nécessaire au satellite le plus chargé, à tous les satellites. Ceci génère une 30 sur-lubrification des autres satellites et augmente les pertes du réducteur. 3 La présente invention propose un perfectionnement qui apporte une solution simple, efficace et économique à ce problème. Exposé de l'invention 5 L'invention concerne un réducteur de vitesse à train planétaire ou épicycloïdal de turbomachine, comportant un solaire central d'axe X de rotation et une rangée annulaire de satellites disposés autour de l'axe X et engrenés avec ledit solaire, ledit solaire comportant des moyens 10 d'accouplement à un arbre, les satellites étant portés par un porte-satellites et également engrenés avec une couronne annulaire s'étendant autour des satellites, l'un des éléments choisi parmi le porte-satellites et la couronne étant fixe et l'autre mobile et relié à des moyens d'accouplement à un autre arbre, le réducteur comportant en outre des moyens de lubrification des 15 satellites qui comportent une rangée annulaire de canalisations d'huile réparties autour de l'axe X et destinées chacune à acheminer de l'huile jusqu'à au moins un des satellites, caractérisé en ce qu'au moins un restricteur de débit est rapporté et fixé dans au moins une desdites canalisations. 20 L'invention propose ainsi d'intégrer un ou plusieurs restricteurs dans les canalisations de lubrification des satellites, telles que les canalisations du porte-satellites d'un réducteur épicycloïdal ou les canalisations du distributeur d'un réducteur planétaire. Ces restricteurs sont de préférence 25 utilisés en fonction du contrôle dimensionnel des composants du réducteur et de l'estimation des facteurs de charge des satellites. Le débit d'huile de lubrification peut ainsi être mieux réparti entre les satellites en fonction de leurs chargements respectifs. Cela permet de diminuer le débit en amont d'alimentation en huile du réducteur, qui peut par exemple atteindre un gain 30 d'environ 10% de débit dans un cas particulier de réalisation. 4 Le réducteur selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : - lesdites canalisations sont formées ou portées par ledit porte-satellites ; 5 elles peuvent être intégrées au porte-satellites de façon à ce que leurs parois soient formées d'une seule pièce avec le corps du porte-satellites ; ceci est avantageux pour le montage car il y a moins de pièces à gérer ; par ailleurs, cela améliore la fabricabilité du porte-satellites ; - ledit porte-satellites comprend une cage comportant des parois annulaires 10 parallèles alignées entre elles et sur l'axe X et reliées entre elles à leur périphérie par une paroi cylindrique, lesdites canalisations s'étendant le long de l'axe X et débouchant à au moins une de leurs extrémités sur une desdites parois annulaires ; un rouet peut être rapporté et fixé sur cette paroi annulaire en vue de l'alimentation en huile des canalisations ; ceci 15 permet un gain de niasse et permet en outre de diminuer les pertes de charge ; - lesdites canalisations s'étendent sensiblement dans ladite paroi cylindrique ; elles sont ainsi situées au voisinage de la périphérie externe du porte-satellites ; 20 - ledit restricteur comprend une bague annulaire dont un diamètre externe est défini en fonction d'un diamètre de réception de ladite canalisation, et dont un diamètre interne est défini en fonction d'une restriction de débit souhaitée ; un restricteur selon l'invention est ainsi simple et peu coûteux à réaliser ; les diamètres internes des restricteurs peuvent être standardisés 25 pour faciliter le montage ; - un unique restricteur est monté dans une seule desdites canalisations ; le nombre et la positon des restricteurs dépendent des besoins et sont déterminés sans difficulté par un homme du métier, comme exposé dans ce qui précède, 30 - en variante, des restricteurs sont montés dans seulement certaines desdites canalisations. 5 La présente invention concerne encore une turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant un réducteur tel que décrit ci-dessus. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un réducteur tel que décrit ci-dessus, comprenant une étape de 5 fabrication de ses satellites, caractérisé en ce qu'il comprend, après cette étape, une étape d'estimation du facteur de charge en fonctionnement de chacun des satellites, puis une étape de montage d'au moins un restricteur dans au moins une desdites canalisations du réducteur afin de diminuer le débit d'alimentation en lubrifiant d'au moins un satellite ayant un facteur de 10 charge faible. Avantageusement, ledit au moins un restricteur est fixé par frettage dans ladite canalisation. Brève description des figures 15 D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine 20 utilisant l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'un réducteur à train épicycloïdal, - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un réducteur à train épicycloïdal, 25 - la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un rouet et de gicleurs du réducteur de la figure 3, - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un porte-satellites du réducteur de la figure 3, - la figure 6 est une vue schématique en perspective d'un porte-satellites 30 d'un réducteur selon l'invention, 6 - la figure 7 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie du porte-satellites de la figure 6, et - la figure 8 est une vue schématique partielle en coupe axiale et à encore plus grande échelle d'une canalisation et d'un restricteur du porte-satellites 5 de la figure 6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre une turbomachine 1 qui comporte, de manière 10 classique, une hélice de soufflante S, un compresseur basse pression 1 a, un compresseur haute pression lb, une chambre annulaire de combustion 1 c, une turbine haute pression 1 d, une turbine basse pression le et une tuyère d'échappement lh. Le compresseur haute pression lb et la turbine haute pression 1d sont reliés par un arbre haute pression 2 et forment avec 15 lui un corps haute pression (HP). Le compresseur basse pression la et la turbine basse pression le sont reliés par un arbre basse pression 3 et forment avec lui un corps basse pression (BP). L'hélice de soufflante S est entraînée par un arbre de soufflante 4 qui est 20 couplé à l'arbre BP 3 au moyen d'un réducteur 10 à train épicycloïdal représenté ici schématiquement. Le réducteur 10 est positionné dans la partie avant de la turbomachine. Une structure fixe comportant schématiquement, ici, une partie amont 5a et 25 une partie aval 5b est agencée de manière à former un enceinte El entourant le réducteur 10. Cette enceinte El est ici fermée en amont par des joints au niveau d'un palier permettant la traversée de l'arbre de soufflante 4, et en aval par des joints au niveau de la traversée de l'arbre BP 3. 30 7 En référence à la figure 2, le réducteur 10 comprend une couronne 14 qui est fixée par l'intermédiaire d'un porte-couronne (non représenté) à la structure fixe 5a, 5b avec des moyens souples agencés pour lui permettre de suivre les mouvements éventuels de l'arbre de soufflante 4, dans 5 certains cas de fonctionnement dégradés par exemple. Dans une architecture planétaire, le porte-couronne est composé d'une partie plus ou moins souple qui entraine la couronne et d'une partie maintenue par des roulements ou des paliers et sur lequel vient se monter la soufflante. Ces moyens de fixation sont connus de l'homme du métier et ne sont pas 10 détaillés ici. Une brève description peut en être trouvée par exemple dans FR-A1-2 987 416. Le réducteur 10 embraye d'une part sur l'arbre BP3 par l'intermédiaire de cannelures 7 qui entraînent un pignon d'engrenage planétaire ou solaire 15 11, et d'autre part sur l'arbre de soufflante 4 qui est attaché à un porte- satellites 13. Classiquement, le solaire 11, dont l'axe de rotation X est confondu avec celui de la turbomachine, entraîne une série de pignons de satellites ou satellites 12, qui sont répartis régulièrement sur la circonférence du réducteur 10. Le nombre de satellites 12 est 20 généralement défini entre trois et six. Les satellites 12 tournent aussi autour de l'axe X de la turbomachine sauf dans le cas d'un planétaire où ils tournent uniquement autour de leurs axes de révolution, en engrenant sur des dentures internes de la couronne 14, qui est fixée à un stator de la turbomachine par l'intermédiaire de brides 20 dans le cas d'un épicycloïdal 25 ou fixé à un rotor de la turbomachine dans le cas d'un planétaire. Chacun des satellites 12 tourne librement autour d'un axe de satellite 16 relié au porte-satellite 13, à l'aide d'un palier qui peut être lisse, comme représenté sur la figure 2, ou un palier à éléments roulants (roulements à billes ou à rouleaux). 30 8 La rotation des satellites 12 autour de leur axe de satellite 16, du fait de la coopération de leurs pignons avec les dentures de la couronne 14, entraîne la rotation du porte-satellites 13 autour de l'axe X, et par conséquent celle de l'arbre de soufflante 4 qui lui est lié, à une vitesse de rotation qui est 5 inférieure à celle de l'arbre BP 3. La figure 2 montre l'acheminement de l'huile vers le réducteur 10 et son cheminement à l'intérieur de celui-ci. Des flèches montrent sur la figure 2 le cheminement suivi par l'huile depuis, sur cet exemple, un réservoir tampon 10 lié à la structure fixe de la turbomachine, jusqu'aux pignons et aux paliers à lubrifier. Le dispositif de lubrification comporte classiquement trois parties : une première partie liée à la structure fixe et délivrant l'huile vers les parties tournantes du réducteur 10, un rouet tournant avec le porte-satellites 13 réceptionnant cette huile dans le cas d'un épicycloïdal et d'un distributeur 15 assemblé au porte-satellite, qui sont fixes sur une architecture planétaire, et des circuits de distribution d'huile alimentés en huile par le rouet pour l'acheminer vers les endroits à lubrifier. Les figures 3 à 5 illustrent un exemple plus concret d'un réducteur 110 ici à 20 train épicycloïdal. La référence 130 désigne le porte-satellites du réducteur 110, qui est ici du type monobloc comprenant une partie formant une cage 134 et une partie formant un fût 142. La cage comporte deux parois annulaires 136, 138 25 coaxiales et reliées à leur périphérie par une paroi cylindrique 140. La paroi annulaire 136 est solidaire du fût 142 sensiblement cylindrique, partiellement visible, comportant des moyens d'engrènement avec un disque de soufflante de la turbomachine. Les moyens d'accouplement sont 30 par exemple des cannelures longitudinales. 9 Dans l'exemple représenté, la paroi cylindrique 140 est ajourée et comprend des lumières 143 traversantes en direction radiale permettant le montage des satellites. 5 La paroi 138 comprend une ouverture centrale 144 (permettant le montage du solaire) centrée sur l'axe X et une série d'orifices 146 régulièrement répartis autour de l'axe X, l'ouverture 144 et les orifices 146 étant traversants en direction axiale (figure 5). 10 Les orifices 146 servent au montage des axes 148 de rotation des satellites 150. Les axes 148 sont parallèles à l'axe X et sont montés dans la cage 134 par translation axiale en passant par les orifices 146. Ils sont fixés à leurs extrémités longitudinales sur les parois 136, 138, respectivement. 15 Les satellites 150 montés à rotation sur les axes 148 et ont leurs périphéries externes qui traversent en partie les lumières 143 en vue de leur engrènement avec la couronne externe du réducteur destinée à entourer la cage 134. 20 Les satellites 150 engrènent avec le solaire 151 qui comprend des cannelures rectilignes internes 151a d'accouplement à un autre arbre tel qu'un arbre de turbine. Un rouet 120 est rapporté et fixé sur la paroi 138, du côté de sa face 25 externe, c'est-à-dire celle qui n'est pas située du côté des satellites 150. Le rouet 120 a pour fonction de lubrifier le réducteur 110 et comprend des moyens de lubrification configurés pour amener du lubrifiant jusqu'à des gicleurs 172 et jusqu'aux axes 148 et paliers 149. L'alimentation en huile des gicleurs permet de lubrifier les dents d'engrènement des satellites 150 30 et du solaire 151. 10 Le rouet 120 a une forme générale annulaire et comprend des bras 120a en saillie radiale vers l'extérieur, au nombre de cinq dans l'exemple représenté. Le rouet 120 est destiné à être monté coaxialement sur la paroi 138 et comporte une face 120b d'appui et de fixation sur cette paroi. 5 Le rouet 120 comporte une ouverture centrale 120c délimitée extérieurement par une partie annulaire définissant deux gorges annulaires 158a, 158b coaxiales et disposées axialement l'une à côté de l'autre. Ces gorges 158a, 158b s'étendent autour de l'axe X et débouchent radialement 10 vers l'intérieur. Leur paroi de fond radialement externe comprend des orifices en communication fluidique avec des canaux radiaux 160, d'une part, et des conduits radiaux 162, d'autre part. Bien que cela ne soit pas représenté, de l'huile est destinée à être projetée 15 dans les gorges 158a, 158b par des moyens d'alimentation en lubrifiant. Ces moyens comprennent en général une série d'injecteurs qui sont disposés autour de l'axe X et traversent les ouvertures 120c, 144. Les injecteurs sont portés par un stator et pulvérisent du lubrifiant radialement vers l'extérieur directement dans les gorges 158a, 158b, qui va ensuite 20 s'écouler dans les canaux 160 et conduits 162. Chacun des conduits 162 communique à son extrémité radialement externe avec une cavité d'un axe 148 en vue de l'alimentation en lubrifiant de cet axe 148 et du palier 149 associé. Le lubrifiant amené par les conduits 162 25 est destiné à être injecté dans les cavités, puis à s'écouler à travers les conduits précités jusqu'à la périphérie des paliers 149. Chacun des canaux 160 communique à son extrémité radialement externe avec une extrémité longitudinale d'un gicleur 172 visible notamment à la 30 figure 4. Les gicleurs 172 ont une forme allongée et s'étendent parallèlement à l'axe X. Leurs axes d'allongement sont notés B. Ils sont au 11 nombre de cinq et régulièrement répartis autour de l'axe X en étant chacun disposés entre deux axes 148 adjacents. Chaque gicleur 172 comprend des orifices 176 de projection d'huile sur les 5 dentures des satellites 150. Les gicleurs 172 sont fixés au rouet 120 au moyen de pattes 175 vissées, et le rouet 120 est rapporté et fixé par des vis sur la paroi annulaire 138 du porte-satellites 130. 10 On se réfère désormais aux figures 6 à 8 qui représentent un mode de réalisation selon l'invention. Dans certains cas, comme dans ce mode de réalisation, des canalisations d'huile 180 pour la lubrification des satellites sont intégrées au porte- 15 satellites 130 ou au distributeur dans le cas d'un réducteur planétaire. Dans l'exemple représenté, ces canalisations 180 sont situées à la périphérie externe du porte-satellites 130. Elles ont une forme générale allongée et débouchent à leurs extrémités longitudinales respectivement 20 sur les parois annulaires 136, 138. La référence 180a désigne ici le débouché d'une canalisation 180 sur la paroi annulaire 138 destinée à recevoir le rouet qui n'est pas représenté. Ces canalisations 180 sont ici destinées à remplacer les gicleurs 172 du 25 réducteur des figures 3 à 5. Les canalisations 180 sont formées dans l'épaisseur de la paroi cylindrique 140 du porte-satellites 130, dans laquelle sont également formés des trous 182 de projection d'huile. Ces trous 182 débouchent dans la canalisation 30 180 et sont orientés de façon à projeter de l'huile sur la denture d'un satellite à lubrifier. 12 Les trous 182 sont ici au nombre de quatre par canalisation 180 et sont alignés les uns derrière les autres le long de l'axe d'allongement de la canalisation correspondante. 5 Comme cela est visible à la figure 6, le porte-satellites 130 peut comprendre également une paroi cylindrique 184 à sa périphérie interne, cette paroi cylindrique 184 pouvant également porter des canalisations longitudinales 186 similaires à celles précitées et reliées à des trous 188 de 10 projection d'huile sur les satellites et/ou le solaire. Les canalisations 180, 186 ont un diamètre D1 et les trous 182, 188 un diamètre D3. Les canalisations 180 sont situées sur une circonférence Cl et les canalisations 186 sont situées sur une circonférence C2. Les 15 circonférences Cl, C2 sont centrées sur l'axe X. Un organe (non représenté) destiné à être rapporté et fixé sur la paroi 138 du porte-satellites 130 est configuré pour alimenter en huile les canalisations 180, 186. Du fait de la distance radiale entre les deux 20 circonférences Cl, C2, l'organe doit avoir une dimension radiale plus importante que celui du réducteur des figures 3 à 5. L'organe peut par exemple comprendre deux anneaux respectivement interne et externe et reliés entre eux par des bras radiaux, similaires aux bras 120a précités. Ces bras sont aptes à alimenter en huile les paliers des axes des satellites 25 et les anneaux sont aptes à alimenter en huile respectivement les canalisations 180, 186 des deux circonférences. L'huile est amenée dans l'organe par un système de gorge(s) du type de celles 158a, 158b décrites dans ce qui précède. 30 En fonctionnement, la charge appliquée n'est pas équitablement répartie sur les satellites du fait des tolérances de fabrication. Il existe un facteur de 13 charge représentant la charge effective sur le satellite le plus chargé par rapport à la charge théorique sur ce même satellite. Le satellite subissant le plus de charge n'est pas identifiable avant fabrication. 5 L'invention propose, après fabrication des satellites, de les contrôler les uns après les autres pour déterminer celui ou ceux dont le facteur de charge est trop élevé. Le ou les satellites dont le facteur de charge est élevé doi(ven)t être davantage lubrifié(s) que les autres satellites. 10 Les canalisations 180 de lubrification des satellites sont identiques et réalisées avec un même diamètre Dl. L'ajustement à la baisse du débit d'huile de lubrification de certains satellites est réalisé en rapportant et fixant un restricteur 190 dans chaque canalisation de lubrification de ces satellites. 15 Un restricteur 190 est une pièce rapportée qui se présente ici sous la forme d'une bague. La bague a une forme générale annulaire et présente un diamètre externe D1' et un diamètre interne D3. Le diamètre D1' est déterminé pour autoriser l'insertion et la fixation de la bague dans la 20 canalisation, par exemple par frettage. Le diamètre D3 est inférieur à D1 et en général supérieur à D2. D3 est déterminé avec précision de façon à ce que l'ensemble des satellites du réducteur aient un niveau de lubrification qui soit fonction de sa charge, c'est-à-dire élevé lorsque la charge est plutôt importante et moins élevé lorsque sa charge est normale. 25 La bague est ici formée d'une seule pièce, par exemple en métal. Comme dans l'exemple représenté, elle peut comprendre deux parties, à savoir une portion tubulaire 190a définissant extérieurement le diamètre D1', et un rebord annulaire interne 190b définissant intérieurement le diamètre D3. La 30 canalisation peut comprendre, sur une partie d'extrémité destinée à recevoir le restricteur, une portion 180b de diamètre légèrement supérieur, 14 par exemple égal à D1', de façon à créer dans la canalisation une portée annulaire 192 (au niveau de la jonction entre les portions de différents diamètres) d'appui REVENDICATIONS1. Réducteur (110) de vitesse à train planétaire ou épicycloïdal de turbomachine, comportant un solaire central (151) d'axe X de rotation et une rangée annulaire de satellites (150) disposés autour de l'axe X et engrenés avec ledit solaire, ledit solaire comportant des moyens d'accouplement à un arbre, les satellites étant portés par un porte-satellites (130) et également engrenés avec une couronne annulaire s'étendant autour des satellites, l'un des éléments choisi parmi le porte- satellites et la couronne étant fixe et l'autre mobile et relié à des moyens d'accouplement à un autre arbre, le réducteur comportant en outre des moyens de lubrification des satellites qui comportent une rangée annulaire de canalisations d'huile (180) réparties autour de l'axe X et destinées chacune à acheminer de l'huile jusqu'à au moins un des satellites, caractérisé en ce qu'au moins un restricteur (190) de débit est rapporté et fixé dans au moins une desdites canalisations. 2. Réducteur (110) selon la revendication précédente, dans lequel lesdites canalisations (180) sont formées ou portées par ledit porte-satellites (130). 3. Réducteur (110) selon la revendication précédente, dans lequel ledit porte-satellites (130) comprend une cage comportant des parois annulaires (136, 138) parallèles alignées entre elles et sur l'axe X et reliées entre elles à leur périphérie par une paroi cylindrique (140), lesdites canalisations (180) s'étendant le long de l'axe X et débouchant à au moins une de leurs extrémités sur une desdites parois annulaires. 4. Réducteur (110) selon la revendication précédente, dans lequel lesdites canalisations (180) s'étendent sensiblement dans ladite paroi cylindrique (140). 5. Réducteur (130) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit restricteur (190) comprend une bague annulaire dont un diamètre externe (D1') est défini en fonction d'un diamètre de réception de 16 ladite canalisation (180), et dont un diamètre interne (D3) est défini en fonction d'une restriction de débit souhaitée. 6. Turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant un réducteur (110) selon l'une des revendications précédentes. 5 7. Procédé de fabrication d'un réducteur (110) selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape de fabrication de ses satellites (150), caractérisé en ce qu'il comprend, après cette étape, une étape d'estimation du facteur de charge en fonctionnement de chacun des satellites, puis une étape de montage d'au moins un restricteur (190) dans 10 au moins une desdites canalisations (180) du réducteur afin de diminuer le débit d'alimentation en lubrifiant d'au moins un satellite ayant un facteur de charge faible. 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un restricteur (190) est fixé par frettage dans ladite canalisation 15 (180).