Brevet FR3097269A1 — publié le 20201218

Description Titre de l'invention : INTEGRATION D'UN RESERVOIR D'HUILE A UN REDUCTEUR MECANIQUE DE TURBOMACHINE D'AERONEF Domaine technique de l'invention 100011 La présente invention concerne l'intégration d'un réservoir d'huile à un réducteur mécanique pour une turbomachine en particulier d'aéronef Arrière-plan technique [0002] L'état de l'art comprend notamment les documents FR- A1-3 036 763 et US- B1-6223616. [0003] Le rôle d'un réducteur mécanique est de modifier le rapport de vitesse et de couple entre l'arbre (l'entrée et l'arbre de sortie d'un système mécanique. [0004] Les nouvelles générations de turbomachines à double flux, notamment celles ayant un haut taux de dilution, comportent un réducteur mécanique pour entraîner l'arbre d'une soufflante (aussi appelé « fan »). De manière usuelle, le réducteur a pour but de transformer la vitesse de rotation dite rapide de l'arbre d'une turbine de puissance en une vitesse de rotation plus lente pour l'arbre entraînant la soufflante. [0005] Un tel réducteur comprend un pignon central, appelé solaire, une couronne et des pignons appelés satellites, qui sont en prise entre le solaire et la couronne. Les satellites sont maintenus par un châssis appelé porte-satellites. Le solaire, la couronne et le porte-satellites sont des planétaires car leurs axes de révolution coïncident avec l'axe longitudinal X de la turbomachine. Les satellites ont chacun un axe de révolution différent, ils sont équirépartis sur le même diamètre de fonctionnement autour de l'axe des planétaires. Ces axes sont parallèles à l'axe longitudinal X. [0006] 11 existe plusieurs architectures de réducteur. Dans l'état de l'art des turbomachines à double flux, les réducteurs sont de type planétaire ou épicycloïdal. Il existe dans d'autres applications similaires, des architectures dites différentielles ou « compound ». [0007] - Sur un réducteur planétaire, le porte-satellites est fixe et la couronne constitue l'arbre de sortie du dispositif qui tourne dans le sens inverse du solaire. [0008] - Sur un réducteur épicycloïdal, la couronne est fixe et le porte-satellites constitue l'arbre de sortie du dispositif qui tourne dans le même sens que le solaire. [0009] - Sur un réducteur différentiel, aucun élément n'est fixé en rotation. La couronne tourne dans le sens contraire du solaire et du porte-satellites. [0010] Les réducteurs peuvent comprendre un ou plusieurs étages d'engrènement. Cet en- grènement est assuré de différentes façons comme par contact, par friction ou encore 2 par champs magnétique. 11 existe plusieurs types d'engrènement par contact comme avec des dentures droites ou en chevron. [0011] Le réducteur peut être alimenté en huile de lubrification par le circuit principal d'huile de lubrification du moteur, composé notamment d'un réservoir d'huile et d'une pompe de lubrification. La pompe est entrainée mécaniquement, par exemple, par un arbre haute pression. Lorsque les corps haute pression et basse pression d'une turbomachine à double corps sont entrainés, en autorotation, c'est à dire uniquement par la force du vent (tvitzdtnillitzg) faisant tourner la soufflante au sol ou en vol, l'arbre haute pression tourne à une vitesse trop faible pour entraincr efficacement la pompe de I ubrification. [0012] Il est dont connu de prévoir un circuit de lubrification auxiliaire muni d'un réservoir auxiliaire d'huile en vue dc la lubrification en continu du réducteur. Cc circuit comprend en général une pompe auxiliaire reliée mécaniquement à l'arbre de soufflante. Ainsi, dès les premières rotations de l'arbre dc soufflante, la pompe auxiliaire va s'amorcer et fournir de l'huile au réducteur. [0013] Un réservoir auxiliaire d'huile est un équipement encombrant et son intégration dans une turbomachine peut être problématique. De plus, l'inconvénient de l'intégrer à distance du réducteur à lubrifier est la nécessité d'installer des canalisations d'huile entre le réservoir et le réducteur. [0014] La présente invention propose une solution facilitant l'intégration d'un réservoir d'huile dans un réducteur mécanique de type planétaire, dont le porte-satellites est relié à un stator. Résumé de l'invention [0015] L'invention concerne une turbomachine d'aéronef, comportant un arbre d'entraînement d'une soufflante par l'intermédiaire d'un réducteur mécanique, ce réducteur comportant un solaire entraîné en rotation par l'arbre d'entraînement, une couronne d'entraînement d'un arbre dc la soufflante, et des satellites engrenés respectivement avec le solaire et la couronne et portés par un porte-satellites qui est fixé à un stator par l'intermédiaire d'un dispositif dc liaison à soufflet élastiquement deformable, la turbomachine comportant en outre un circuit principal de lubrification du réducteur comportant un réservoir d'huile, caractérisée en ce qu'une paroi dudit réservoir d'huile est au moins en partie définie par une portion de tôle dudit dispositif de liaison. [0016] Dans l'état de la technique, un réservoir auxiliaire d'huile peut être intégré dans l'enceinte du réducteur. Celle-ci étant encombrée, l'intégration du réservoir d'huile est complexe. La lubrification peut aussi être faite en prélevant de l'huile dans le fond de l'enceinte du réducteur. Cependant, le volume d'huile disponible n'est pas toujours suffisant. 3 100171 Dans la présente invention, le réservoir d'huile est situé au plus près du réducteur et en particulier de son porte-satellites. [0018] La forme spécifique du dispositif de liaison à soufflet est utilisée pour définir au moins une paroi du réservoir d'huile. La forme du réservoir d'huile est ainsi adaptée à celle du dispositif de liaison. [0019] La turbomachine selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caracté- ristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : le réservoir d'huile a une forme annulaire autour d'un axe longitudinal de la turbomachine, la tôle du dispositif de liaison est raccordée à une plaque annulaire, la plaque annulaire s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal et est portée par le porte-satellites, la plaque annulaire est reliée par sa périphérie externe à la portion de tôle du dispositif de liaison, la plaque annulaire est reliée par sa périphérie interne par une paroi annulaire à la portion de tôle du dispositif de liaison, la paroi annulaire présente une concavité orientée du côté du réducteur et, la portion de tôle présente une concavité orientée du côté du réducteur. Brève description des figures [0020] 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 : [0021] [fig.1] la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine utilisant l'invention, [0022] [fig.21 la figure 2 est une vue partielle en coupe axiale d'un réducteur mécanique, selon la technique antérieure, ct [0023] [fig.31 la figure 3 est une vue partielle en coupe axiale d'un réducteur mécanique, et illustre la présente invention. Description détaillée de l'invention 100241 La figure 1 décrit une turbomachine 1 qui comporte, de manière classique, une soufflante S, un compresseur basse pression la, un compresseur haute pression lb, une chambre annulaire de combustion I c, une turbine haute pression Id, une turbine basse pression le et une tuyère d'échappement lh. Le compresseur haute pression lb et la turbine haute pression Id sont reliés par un arbre haute pression 2 et forment avec 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). [0025] La soufflante S est entraînée par un arbre de soufflante 4 qui est entrainé à l'arbre BP 3 au moyen d'un réducteur 6. Ce réducteur 6 est généralement de type planétaire ou épicycloïdal. [0026] La description qui suit concerne un réducteur du type épicycloïdal, dont le porte- satellites et le solaire sont mobiles en rotation, la couronne du réducteur étant fixe dans le repère du moteur. [0027] Le réducteur 6 est positionné dans la partie amont de la turbomachine. Dans la présente demande, les expressions amont et aval font référence à l'écoulement général des gaz dans la turbomachine, le long de son axe d'allongement ou de rotation de ses rotors. Une structure fixe comportant schématiquement, ici, une partie amont Sa et une partie aval 5b qui compose le carter moteur ou stator 5. est agencée de manière à former une enceinte E entourant le réducteur 6. Cette enceinte E 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. [0028] La figure 2 montre un réducteur épicycloïdal 6. En entrée, le réducteur 6 est relié à l'arbre BP 3, par exemple par l'intermédiaire de cannelures internes 7a. Ainsi, l'arbre BP 3 entraîne un pignon planétaire appelé le solaire 7. Classiquement, le solaire 7, dont l'axe de rotation est confondu avec celui de la turbomachine X, entraîne une série de pignons appelés satellites 8, qui sont équirépartis sur le même diamètre autour de l'axe de rotation X. Ce diamètre est égal au double de l'entraxe de fonctionnement entre le solaire 7 et les satellites 8. Le nombre de satellites 8 est généralement défini entre trois et sept pour ce type d'application. [0029] L'ensemble des satellites 8 est maintenus par un châssis appelé porte-satellites 10. Chaque satellite 8 tourne autour de son propre axe Y, et engrène avec la couronne 9. [0030] En sortie nous avons : Dans cette configuration épicycloïdale, l'ensemble des satellites 8 entraine en rotation le porte-satellite 10 autour de l'axe X de la turbomachine. La couronne est fixée au carter moteur ou stator 5 via un porte-couronne 12 et le porte-satellites 10 est fixé à l'arbre de soufflante 4. Dans une autre configuration planétaire, l'ensemble des satellites 8 est maintenu par un porte-satellites 10 qui est fixé au carter moteur ou stator 5. Chaque satellite entraine la couronne qui est rapportée à l'arbre de soufflante 4 via un porte-couronne 12. [0031] Chaque satellite 8 est monté libre en rotation à l'aide d'un palier 11, par exemple de type roulement ou palier hydrodynamique. Chaque palier 11 est monté sur un des axes 10b du porte-satellites 10 et tous les axes sont positionnés les uns par rapport aux autres à l'aide d'un ou plusieurs châssis structurels 10a du porte-satellites 10. Il existe un nombre d'axes 10b et de paliers 11 égal au nombre de satellites. Pour des raisons de fonctionnement, de montage, de fabrication, de contrôle, de réparation ou de rechange, les axes 10b et le châssis 10a peuvent être séparés en plusieurs pièces. [0032] Pour les mêmes raisons citées précédemment, la denture d'un réducteur peut être séparée en plusieurs hélices présentant chacun un plan médian P. Dans notre exemple, nous détaillons le fonctionnement d'un réducteur à plusieurs hélices avec une couronne séparée en deux demi-couronnes: Une demi-couronne amont 9a constituée d'une jante 9aa et d'une demi-bride de fixation 9ab. Sur la jante 9aa se trouve l'hélice amont de la denture du réducteur. Cette hélice amont engrène avec celle du satellite 8 qui engrène avec celle du solaire 7. Une demi-couronne aval 9b constituée d'une jante 9ba et d'une demi-bride de fixation 9bb. Sur la jante 9ba se trouve l'hélice aval de la denture du réducteur. Cette hélice aval engrène avec celle du satellite 8 qui engrène avec celle du solaire 7. [0033] Si les largeurs d'hélice varient entre le solaire 7, les satellites 8 et la couronne 9 à cause des recouvrements de denture, elles sont toutes centrées sur un plan médian P pour les hélices amont et sur un autre plan médian P pour les hélices aval. Dans le cas d'un roulement à deux rangées de rouleaux, chaque rangée d'éléments roulants est aussi de préférence, mais pas nécessairement centrée sur deux plans médians. [0034] La demi-bride de fixation 9ab de la couronne amont 9a et la demi-bride de fixation 9bb de la couronne aval 9b forment la bride de fixation 9c de la couronne. La couronne 9 est fixée à un porte-couronne en assemblant la bride de fixation 9c de la couronne et la bride de fixation 12a du porte-couronne à l'aide d'un montage boulonné par exemple. [0035] Les flèches de la figure 2 décrivent l'acheminement de l'huile dans le réducteur 6. L'huile arrive dans le réducteur 6 depuis la partie stator 5 dans un distributeur 13 par différents moyens qui ne seront pas précisés dans cette vue car ils sont spécifiques à un ou plusieurs types d'architecture. Le distributeur 13 comprend des injecteurs 13a et des bras 13b. Les injecteurs 13a ont pour fonction de lubrifier les dentures et les bras 13b ont pour fonction de lubrifier les paliers. L'huile est amenée vers l'injecteur 13a pour ressortir par l'extrémité 13c afin de lubrifier les dentures. L'huile est également amenée vers le bras 13b et circule via la bouche d'alimentation 13d du palier. L'huile circule ensuite à travers l'axe dans une ou des zones tampons 10c pour ensuite ressortir par les orifices 10d afin de lubrifier les paliers des satellites. [0036] La figure 3 montre un exemple de réalisation de l'invention et d'intégration d'un réservoir d'huile 15 dans un réducteur 6, ce réservoir pouvant être relié directement à un distributeur d'huile tel que celui désigné par la référence 13 à la figure 2. Le 6 réservoir d'huile 15 est un réservoir auxiliaire faisant partie d'un circuit de lubrification auxiliaire qui permet la lubrification en continu du réducteur 6 en cas d'autorotation (windmilling) de la soufflante S. [0037] Le réducteur 6 est ici du type planétaire et son porte-satellites 10 est fixé à un stator de la turbomachine par un dispositif de liaison 14 élastiquement deformable. Sa couronne 9 est reliée à l'arbre de soufflante 4. [0038] Le dispositif 14 est du type à soufflet et comprend une tôle annulaire s'étendant autour de l'axe X et présentant en section une série d'ondulations. Dans le cas où un soufflet est considéré comme ayant en section une forme en U ou S et présentant au moins une gorge annulaire débouchant radialement vers l'intérieur et/ou vers l'intérieur, le dispositif dc liaison 14 de la figure 3 peut être considéré comme comportant deux soufflets 14a, 14b consécutifs. [0039] Le dispositif de liaison 14 comprend une extrémité aval 14e reliée au stator 5 et une extrémité amont 14d reliée au porte-satellites 10. Le dispositif 14 est ici situé en aval du réducteur 6. [0040] Le porte-satellites 10 comprend une plaque annulaire 15c, ici aval, sensiblement per- pendiculaire à l'axe X, la périphérie externe de cette plaque 15e étant reliée à l'extrémité amont 14d du dispositif de liaison 14. [0041] Le dispositif de liaison 14 comprend une portion de tôle 15a amont qui est incurvée et dont la concavité est orientée vers l'amont et vers l'intérieur. La périphérie interne de cette portion de tôle 15a est reliée par une paroi annulaire 15b à la périphérie interne de la plaque annulaire 15c. Cette paroi 15b est également incurvée en section et comprend une concavité orientée vers l'amont et radialement vers l'extérieur. [0042] La paroi 1511, la plaque 15c et la portion de tôle 15a définissent entre elles un espace annulaire qui s'étend autour de l'axe X et définit le réservoir de lubrification 15 du réducteur 6. Ce réservoir 15 est relié au distributeur 13 précité ainsi qu'à des moyens appropriés de commande de la lubrification du réducteur 6. [0043] Le réservoir d'huile 15 peut être alimenté par un piquage d'huile sur l'alimentation principale en huile du réducteur lors des cas de fonctionnement normal du moteur. Il pourrait être également alimenté par récupération d'huile provenant du réducteur. En cas de windmilling et d'arrêt de la lubrification du réducteur par la pompe principale de lubrification, une pompe auxiliaire prend le relai et vient ainsi récupérer de l'huile dans ce réservoir 15, au plus proche du réducteur. Ll est envisageable d'intégrer des canaux au sein du porte-satellites 10 et du réservoir 15 pour conduire l'huile par gravité vers le réducteur dans les cas de windmilling. 7 REVENDICATIONS[Revendication 1] Turbomachine d'aéronef (1), comportant un arbre (3) d'entraînement d'une soufflante (S) par l'intermédiaire d'un réducteur mécanique (6), ce réducteur (6) comportant un solaire (7) entraîné en rotation par l'arbre d'entraînement (3), une couronne (9) d'entraînement d'un arbre (4) de la soufflante (S), et des satellites (8) engrenés respectivement avec le solaire (7) et la couronne (9) et portés par un porte-satellites (10) qui est fixé à un stator (5) par l'intermédiaire d'un dispositif de liaison à soufflet (14) élastiquement deformable, la turbomachine (1) comportant en outre un circuit de lubiification du réducteur comportant un réservoir d'huile (15), caractérisée en ce qu'une paroi dudit réservoir d'huile est au moins en partie définie par une portion de tôle (15a) dudit dispositif de liaison (14). [Revendication 2] Turbomachine (1) selon la revendication 1, dans laquelle le réservoir (15) a une forme générale annulaire autour d'un axe longitudinal (X) de la turbomachine (1). [Revendication 3] Turbomachine (1) selon la revendication 2, dans laquelle la portion de tôle (15a) du dispositif de liaison (14) est raccordée à une plaque annulaire (15c) qui s'étend sensiblement perpendiculaire audit axe (X) et qui est porté par ledit porte-satellites (10). [Revendication 4] Turbomachine (1) selon la revendication 3, dans laquelle la plaque (15c) est reliée par sa périphérie externe à ladite portion de tôle (15a), et sa périphérie interne est reliée par une paroi annulaire (156) à cette portion de tôle. [Revendication 5] Turbomachine (1) selon la revendication 4, dans laquelle la paroi annulaire (15b) présente une concavité orientée du côté du réducteur (6). [Revendication 6] Turbomachine (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la portion de tôle (15a) présente une concavité orientée du côté du réducteur (6). [Revendication?] Turbomachine (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le réservoir d'huile (15) fait partie d'un circuit de lubrification auxiliaire permettant la lubrification en continu du réducteur (6) en cas d'autorotation de la soufflante (S).