Brevet FR3093351A1 — publié le 20200904

Description Titre de l'invention : AGENCEMENT DE TURBOMACHINE D'AERONAUTIQUE COMPRENANT UNE POMPE DE LUBRI- FICATION A ENGRENAGES [0001] Le sujet de l'invention présente est un agencement de turbomachine d'aéronautique comprenant une pompe de lubrification à engrenage. [0002] Cette pompe est entraînée par un corps tournant de la turbomachine et sert à injecter de l'huile dans un équipement à lubrifier, tel qu'un réducteur dc vitesse, situé par exemple entre deux corps tourmuits de la turbomachine. Une application particulièrement envisagée, sans être exclusive, est un tel agencement de turbomachine à soufflante amont, dans lequel le réducteur relie l'arbre de la soufflante à un arbre d'un corps basse pression, et la pompe est une pompe d'un circuit auxiliaire de lubrification, entraînée par l'un de ces arbres. [0003] Les équipements considérés ici doivent être lubrifiés en toutes circonstances quand la machine fonctionne pour éviter leur endommagement, mais certaines circonstances particulières peuvent empêcher le bon fonctionnement de la pompe responsable de la lubrification. Cela peut être le cas si le corps tournant entraînant la pompe tourne dans un sens inverse du sens habituel, en refoulant alors l'huile dans la bâche d'alimentation, tandis que le réducteur reste entraîné. Cela peut se produire dans des conditions de roue libre (« windmilling ») des corps tournants du moteur, par exemple au sol sous l'effet du vent, où la soufflante peut tourner en sens inverse du sens normal. [0004] Le sujet de l'invention est un perfectionnement de la pompe de tels agencements, qui permet de maintenir la lubrification de l'équipement même en cas d'inversion du sens de rotation du corps tournant qui entraîne la pompe. Les moyens plus particulièrement constitutifs de l'invention permettent de proposer une pompe peu encombrante, légère, simple et peu coûteuse par rapport à d'autres conceptions possibles, conformément à des avantages sans cesse recherchés en aéronautique. [0005] Sous une forme générale, l'invention est ainsi relative à un agencement de tur- bomachine d'aéronautique comprenant un corps tournant, un équipement à lubrifier et un circuit de lubrifiant de l'équipement comprenant une pompe, caractérisé en ce que la pompe comprend deux engrenages de trois pignons seulement, dont un est entraîné par le corps tournant, et le circuit de lubrification est dédoublé en deux branches parallèles traversant la pompe, respectivement devant chacun des engrenages, les pignons étant logés dans un même carter de pompe et les branches étant chacune dotées de clapets anti-retour de chaque côté de la pompe. [0006] Ainsi, au lieu par exemple de dédoubler le circuit de lubrification en ajoutant une 2 deuxième pompe travaillant en sens inverse de la précédente, on ajoute un troisième pignon, établissant un deuxième engrenage, à une pompe à engrenages classique. Le circuit de lubrification peut être dédoublé seulement aux abords de la pompe et rester unitaire ailleurs. Les clapets anti-retour nécessaires à un bon fonctionnement sont eux-mêmes des constituants simples et légers. [0007] Dans un agencement particulièrement simple, les trois pignons forment un alignement. [0008] Une configuration dans laquelle l'invention pourra particulièrement être appliquée est caractérisée en cc que l'équipement est un réducteur de vitesse de rotation, et le corps tournant est un arbre de la turbomachine, le réducteur étant placé entre l'arbre de soufflante et le corps basse pression. [0009] Selon certaines caractéristiques optionnelles de l'invention : [0010] -l'équipement est un réducteur de vitesse de rotation, et le circuit de lubrification comprend encore une bâche à huile d'alimentation, et un conduit de lubrification originaire de la bâche à huile, s'étendant jusqu'au réducteur et qui traverse la pompe ; [0011] -la pompe est adjacente à un roulement servant de support à un arbre porteur d'une denture reliée à des engrenages entraînant la pompe ; [0012] -les clapets anti-retour comprennent chacun un logement dans lequel une bille coulisse selon une pression de fluide, le logement comprenant une extrémité effilée, correspondant à un état de fermeture du clapet anti-retour quand la bille s'appuie sur elle, les extrémités effilées étant toutes situées dans un sens amont d'un écoulement de fluide menant à l'équipement ; [0013] -ils ont un logement conique, se raccordant à une branche respective par des ex- trémités opposées, et une bille mobile dans le logement selon une pression de fluide ; [0014] -les clapets anti-retour situés entre la pompe et l'équipement consistent en un clapet unitaire à double effet, dans lequel les branches s'unissent pour former une branche unique menant à l'équipement ; [0015] -ce clapet comprend alors éventuellement un logement unique dans lequel une bille est mobile, et les branches aboutissent à deux extrémités opposées du logement, qui sont des sièges de fermeture des branches par la bille. [0016] Un autre aspect de l'invention est une turbomachine comprenant un équipement selon ce qui précède. [0017] Les différents aspects, caractéristiques et avantages de l'invention seront maintenant décrits plus en détail au moyen des figures suivantes, qui illustrent des réalisations préférées de celle-ci, données à titre purement illustratif : [0018] [fig.1] est une vue générale d'une turbomachine, indiquant une position possible de l'invention ; 3 [0019] [fig.2] représente l'invention en général ; [0020] [fig.3] la pompe ; [0021] [fig.4] un premier état de fonctionnement de la pompe ; [0022] [fig.5] un second état de fonctionnement de la pompe ; [0023] [fig.6] un premier état de fonctionnement d'une variante de réalisation de la pompe ; [0024] [fig.7] un second état de fonctionnement de cette variante de réalisation. [0025] On se reporte à la figure 1. [0026] Une turbomachine comprend, dans une nacelle 1 annulaire, un stator 2 aussi annulaire, et un rotor 3 tournant dans un évidement central du stator 2, ce rotor 3 comprenant un corps basse pression 4 et un corps haute pression 5 concentriques. Le corps basse pression 4 est prolongé par une soufflante 6 à l'amont de la turbomachine et de l'écoulement des gaz qui la traverse. La turbomachine comprend des compresseurs, une chambre de combustion et des turbines, qui sont des éléments classiques sur lesquels on ne reviendra pas, en aval de la soufflante 6. La réalisation représentée comprend une veine primaire 7 principale, s'étendant autour du rotor 3 et entourée par le stator 2, et une veine secondaire 8 entourant le stator 2 et entourée par la nacelle 1, et la soufflante 6 s'étend devant la veine primaire 7 comme devant la veine secondaire 8 ; mais cette configuration n'est pas nécessaire pour implanter l'invention. [0027] Un réducteur 9 de vitesse relie les rotations du corps basse pression 4 à celles de la soufflante 6, et il doit être lubrifié en permanence dès qu'il n'est plus à l'arrêt. On dispose donc un circuit de lubrification, représenté sommairement à la figure 2, et qui comprend une bâche à huile 10 d'alimentation, un conduit de lubrification 11 originaire de la bâche à huile 10, s'étendant jusqu'au réducteur 9 et comprenant une pompe 12, qu'il traverse, chargée d'assurer la circulation de l'huile vers le réducteur 9. La pompe 12 est entraînée par des engrenages extérieurs 13 à partir d'une denture 14 dépendant d'un arbre de soufflante 15, entraîné par la soufflante 6 et connecté au réducteur 9. Le corps basse pression 4 est aussi connecté au réducteur 9. La pompe 12 peut être adjacente à un roulement 16 servant au support de l'arbre de soufflante 15 par une portée cylindrique 17 du stator 2, sans que cela soit essentiel. [0028] On se reporte à la figure 3. La pompe 12 conforme à l'invention est une pompe à en- grenages comprenant trois pignons 18, 19 et 20 aux axes de rotation parallèles, alignés et engrenant entre eux de manière à présenter deux engrenages 21 et 22, entre le pignon 19 central, et respectivement, chacun des pignons extrêmes 18 et 20. Les trois pignons 18, 19 et 20 sont logés dans un carter 23 commun et le conduit de lubrification 11 est dédoublé en deux branches 24 et 25 aux abords de la pompe 12, chacune de ces branches 24 et 25 traversant le carter 23 et s'étendant de part et d'autre de lui, en face respectivement des engrenages 21 et 22. Chacune des branches 24 et 25 est munie d'un clapet anti-retour 26 ou 27 en amont, et d'un autre clapet anti-retour 28 ou 29 en aval du carter 23. Les clapets anti-retour 26 à 29 peuvent être de divers genres connus ; chacun comprend ici, par exemple (figures 4 et 5) un logement 30, en forme de cône, d'une bille 31 repoussée vers une extrémité effilée du cône, faisant office de siège, par un ressort 32, dont la force est cependant faible par rapport aux forces de pression du fluide : les billes 31 s'appuient sur les sièges, et ferment donc les clapets anti-retour 26 à 29 en l'absence d'autre sollicitation ou quand le fluide est sous pression du côté évasé des cônes 30, mais les billes 31 sont repoussées du siège ouvrant les clapets antiretour 26 à 29, quand du fluide est pressurisé du côté de la partie effilée des cônes. Or dans cette réalisation, tous les cônes sont effilés dans le même sens, ici vers la bâche à huile 10. Tous les clapets 26 à 29 anti-retour sont donc agencés pour interdire un écoulement de retour de l'huile vers la bâche à huile 10. [0029] Les engrenages extérieurs 13 font tourner un des pignons 18, 19 et 20. Quel que soit ce pignon et son sens de rotation, les pignons extrêmes 18 et 20 tournent dans le même sens, et le pignon intermédiaire 19 dans le sens inverse. Il en résulte que la vitesse tangentielle des pignons 18, 19 et 20 est opposée entre l'engrenage 21 et l'engrenage 22. [0030] Les figures 4 et 5 montrent les deux états de fonctionnement possible pour la pompe 12 : dans le premier d'entre eux, le pignon central 19 tourne dans le sens antitrigonométrique (sens horaire), la première branche 24 est bouchée par la fermeture de ses clapets 26 et 28, alors que l'autre branche 25 est libre, grâce à l'ouverture de ses clapets anti-retour 27 et 29 : l'écoulement de l'huile vers le réducteur 9 est assuré par le second engrenage 22. En particulier l'écoulement d'huile est entrainé par l'extérieur du premier pignon extrême 20 placé en face de la branche 25. La situation est inverse dans le fonctionnement de la figure 5, où le pignon central 19 tourne dans le sens trigonométrique (sens anti-horaire) : le mouvement dans le second engrenage 22 produit la fermeture des clapets anti-retour 27 et 29 de la seconde branche 25 ; au contraire, il ouvre la première branche 24, commutant ses clapets anti-retour 26 et 28 dans l'état correspondant d'ouverture. La première branche 24 assure alors la lubrification du réducteur 9, grâce au mouvement approprié de l'engrenage 21. En particulier l'écoulement d'huile est entrainé par l'extérieur du second pignon extrême 18 placé en face de la branche 24. Dans tous les cas, l'écoulement d'huile vers le réducteur 9 est garanti par l'ouverture d'une seule des branches 24 et 25, et son retour est empêché par la fermeture de l'autre. La lubrification du réducteur 9 est donc maintenue dans des conditions uniformes en toutes circonstances, dès que la soufflante 6 tourne, et même si le moteur n'est pas allumé. La pompe 12 est à peine plus volumineuse, pesante et coûteuse à fabriquer qu'une pompe à engrenages classique comprenant une seule paire de pignons et un seul engrenage. Son rendement est comparable, ou seulement un peu inférieur, à celui d'une pompe à engrenage unique. [0031] Une réalisation supplémentaire est représentée aux figures 6 et 7. [0032] Dans cette variante, les clapets 28 et 29 équipant les branches 24 et 25 du côté du réducteur 9, en aval de la pompe 12, sont remplacés par un clapet anti-retour unique qui est un clapet à double effet 33 vers lequel les deux branches 24 et 25 confluent depuis la pompe 12 et d'où sort une branche unique 34 menant au réducteur 9. Le clapet à double effet 33 comprend une bille 35 mobile dans un logement 36 cylindrique à deux extrémités arrondies faisant toutes deux office de siège, qui se raccordent respectivement aux branches 24 et 25, alors que la branche unique 34 se raccorde au milieu de la longueur du logement 36, à mi-distance des extrémités. Quand une pression duc à un écoulement de fluide apparaît dans une des branches 24 ou 25, elle repousse la bille 35 vers l'extrémité opposée, où elle ferme l'autre branche 25 ou 24 en laissant la branche unique 34 ouverte. Le fonctionnement est le même que précédemment, la lubrification du réducteur 9 étant assurée en toutes circonstances par la branche unique 34 à partir de l'une des branches 24 ou 25, selon le sens de rotation des pignons 19 à 21. La figure 6 correspond à la figure 4 : l'alimentation se fait par la branche 25, et la figure 7 à la figure 5 : l'alimentation se fait par la branche 24. 6