Brevet FR3104208A1 — publié le 20210611

L’invention concerne un module de lubrification (23) pour une turbomachine comprenant une soufflante (16) et un réducteur (20) qui assure une démultiplication de vitesse de rotation de la soufflante (16), ce module de lubrification (23) comprenant une pompe (22) à piston (24) qui est configurée pour renouveler un lubrifiant au niveau du réducteur (20) par translation alternative de son piston (24), et un mécanisme d’entraînement (23) de la pompe (22) adapté pour prélever un mouvement de rotation sur un organe tournant de la turbomachine, et convertir ce mouvement de rotation en un mouvement de translation alternative du piston (24) de la pompe (22). Figure pour l’abrégé : Figure 2 Module de lubrification d’un réducteur de soufflante de turbomachine en phase d’autorotation de la soufflante La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines à double flux comportant un réducteur pour l'entraînement de sa soufflante, et plus particulièrement à un module de lubrification de ce réducteur. Dans une turbomachine d’aéronef à double flux, l’air extérieur s’engouffre dans une manche d'entrée avant d’atteindre une soufflante qui le comprime avant qu’il soit scindé en un flux primaire et un flux secondaire. Le flux secondaire est propulsé directement vers l'arrière par la soufflante pour générer une poussée principale. Le flux primaire traverse quant à lui successivement des compresseurs basse et haute pression, une chambre de combustion, puis des turbines haute et basse pression avant d'être évacué vers l'arrière par une tuyère et ainsi générer une poussée complémentaire. Le compresseur et la turbine tous deux basse pression sont portés par un arbre basse pression, et complémentairement le compresseur et la turbine tous deux haute pression sont portés par un arbre haute pression qui entoure l’arbre basse pression. La soufflante, correspondant à un module compresseur constitué d’un unique rotor à pales de grandes dimensions, est classiquement accouplée à l’arbre basse pression. Pour satisfaire des besoins toujours accrus en efficacité énergétique des turbomachines, les motoristes tendent à augmenter la proportion du flux secondaire, qui assure majoritairement la poussée, via une augmentation du diamètre de la manche d’entrée et une élévation de l’envergure des pales de soufflante. Cette tendance à l’allongement des pales de soufflante se confronte à la nécessité de conserver une vitesse de rotation mesurée en bout de pale qui est inférieure à la vitesse du son, qui dans le cas contraire conduit à des instabilités aérodynamiques. A cet effet, la solution majoritairement retenue consiste à intégrer un réducteur, à savoir un mécanisme qui assure une démultiplication de la vitesse, entre l'arbre basse pression et la soufflante. Le réducteur est conçu de manière à entraîner en rotation la soufflante à une vitesse admissible, inférieure à la vitesse de rotation de l’arbre basse pression. Ce réducteur, comme tout mécanisme à engrenages métalliques assujetti à une usure tribologique durant sa vie en fonctionnement, doit être lubrifié et refroidi. En condition normale de fonctionnement de la turbomachine, ces fonctions sont réalisées classiquement par une pompe de lubrification qui intègre le circuit d’huile de la turbomachine, et qui est entraînée mécaniquement par une boîte de transmission, communément appelée « AGB » de l’anglais « Accessory Gear Box », prélevant de la puissance mécanique sur l’arbre haute pression. En mode non opérationnel de la turbomachine, que ce soit dans le cas d’un arrêt de fonctionnement de la turbomachine en vol ou en cas d’immobilisation de l’aéronef au sol avec la turbomachine éteinte, une autorotation de la soufflante peut survenir sous l’action du vent, de l'anglais « windmilling ». L’arbre haute pression, dont la vitesse de rotation est nulle ou faible par rapport à celle de l’arbre basse pression durant cette rotation inopinée de la soufflante, n’est pas en mesure de fournir le travail nécessaire à la pompe pour renouveler l’huile au niveau du réducteur qui est pourtant sollicité. Pour résoudre ce problème, il est connu du document FR3020410 de délivrer de la puissance mécanique au boitier AGB, pour entraîner la pompe, au moyen d’un prélèvement mécanique auxiliaire sur la soufflante durant cet événement. En pratique, en cas d’autorotation de la soufflante au sol, la soufflante est susceptible d’être entraînée dans un sens comme dans l’autre en fonction de la direction de propagation du vent. Or, le boitier AGB est classiquement conçu pour délivrer à l’axe de la pompe une rotation suivant son sens utile de fonctionnement dans le cas d’un prélèvement sur l’arbre haute pression. Il s’ensuit que prélever de la puissance mécanique sur la soufflante nécessite l’introduction d’une chaine cinématique, complexe et difficile à intégrer, visant à rendre exploitable une rotation de la soufflante dans le sens contraire au sens conventionnel de rotation de l’arbre haute pression. Le but de l’invention est de proposer une solution simple permettant d’assurer la lubrification du réducteur quel que soit le sens de rotation de la soufflante. A cet effet, l’invention a pour objet un module de lubrification pour un système de lubrification auxiliaire d’une turbomachine d’aéronef comprenant une soufflante et un réducteur qui assure une démultiplication de vitesse de rotation de la soufflante, le système de lubrification auxiliaire étant prévu pour assurer une lubrification du réducteur lors de phases d’autorotation de la soufflante, le module de lubrification comprenant une pompe à piston qui est configurée pour renouveler un lubrifiant au niveau du réducteur par translation alternative de son piston, et un mécanisme d’entraînement de la pompe qui est adapté pour prélever un mouvement de rotation sur un organe tournant de la turbomachine, et pour convertir ce mouvement de rotation en un mouvement de translation alternative du piston de la pompe. Avec cette solution, la lubrification et le refroidissement du réducteur sont assurés quel que soit le sens de rotation de la soufflante. L’invention concerne également un module de lubrification ainsi défini, dans lequel le mécanisme d’entraînement comprend en entrée un pignon formant point de prélèvement mécanique sur l’organe tournant, et un système bielle-manivelle comprenant : - une manivelle accouplée en rotation avec le pignon ; et - une bielle incluant une première articulation avec la manivelle et une seconde articulation avec le piston. L’invention concerne également un module de lubrification ainsi défini, dans lequel le mécanisme d’entraînement comprend en entrée un pignon formant point de prélèvement mécanique sur l’organe tournant, et un arbre à came ou excentrique incluant : - un axe accouplé en rotation au pignon, et - une came ou un excentrique portée par l’axe en formant directement ou indirectement la surface de glissement du piston. L’invention concerne également une turbomachine à double flux comprenant une soufflante, un arbre basse pression, un réducteur qui lie une rotation de l’arbre basse pression à une rotation de l’arbre de soufflante, et un module de lubrification de ce réducteur ainsi défini. L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle l’organe tournant de la turbomachine sur lequel s’effectue le prélèvement mécanique du mécanisme d’entraînement de la pompe est constitué par la soufflante. L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle l’organe tournant de la turbomachine sur lequel s’effectue le prélèvement mécanique du mécanisme d’entraînement de la pompe est constitué par l’arbre basse pression. L’invention concerne également une turbomachine ainsi définie, dans laquelle l’organe tournant de la turbomachine sur lequel s’effectue le prélèvement mécanique du mécanisme d’entraînement est constitué par un élément du réducteur. est un schéma de principe d’une turbomachine à double flux selon l’invention, incluant une soufflante entraînée par l’intermédiaire d’un réducteur ; illustre un module de lubrification du réducteur selon l’invention ; EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS En référence à la figure 1, il est représenté une turbomachine 1 à double flux et à double corps selon l’invention. Cette turbomachine, d’axe de révolution AX de direction axiale, comporte un générateur de gaz 2 incluant une chambre de combustion 3 de part et d’autre de laquelle sont agencés axialement des compresseurs basse pression 4 et haute pression 6 en amont AM, et des turbines haute pression 7 et basse pression 8 en aval AV suivant l’axe AX. Les termes « amont » AM et « aval » AV sont à considérer selon la direction d’écoulement principale des gaz au sein du turboréacteur, repérée par 9. Le compresseur basse pression 4 et la turbine basse pression 8 forment un corps basse pression et sont portés par un arbre basse pression 11 centré sur l’axe AX. De la même manière, le compresseur haute pression 6 et la turbine haute pression 7 forment un corps haute pression et sont portés par un arbre haute pression 12 entourant l’arbre basse pression 11. La turbomachine 1 est délimitée par un carter 13 s’étendant depuis sa partie amont pour délimiter une manche d’entrée 14 au niveau de laquelle l’air F s’engouffre. Ce carter 13 entoure une soufflante 16 incluant un arbre de soufflante 17 centré sur l’axe AX et portant des pales 18 qui s’étendent suivant une direction radiale, définie par l’axe AY, perpendiculaire à l’axe AX. Ces pales de soufflante 18 sont régulièrement réparties dans une direction circonférentielle, notée AZ, qui est en tout point une direction orthogonale aux directions radiale et axiale. A proximité aval de la soufflante 16, l’air F propulsé est scindé en un flux primaire Fp qui traverse une veine dite primaire alimentant le générateur de gaz 2, et en un flux secondaire Fs qui traverse une veine dite secondaire, séparée de la veine primaire, pour être éjecté directement vers l’aval. En pratique, le flux primaire Fp traverse successivement les compresseurs basse et haute pression 4, 6 le long desquels il se comprime, la chambre de combustion 3 dans laquelle il est mélangé à un carburant et enflammé, et enfin les turbines haute et basse pression en les faisant mouvoir avant d'être évacué vers l'aval. La soufflante 16 est entraînée indirectement par l’arbre basse pression 11 par l’intermédiaire d’un réducteur 20. Ce réducteur 20, se présentant de manière non limitative sous la forme d’un train épicycloïdal, lie une rotation de l’arbre basse pression 11 pour une vitesse donnée à une rotation de l’arbre de soufflante 17 à une vitesse inférieure d’une valeur définie par le rapport de réduction de ce réducteur. Cette réduction de vitesse de rotation de la soufflante 16 par rapport à celle de l’arbre basse pression 11 permet d’augmenter la dimension radiale des pales 18, et favorise donc l'obtention d'un plus fort taux de dilution, correspondant au ratio quantité de flux secondaire Fs sur quantité de flux primaire Fp. La turbomachine 1 comporte, de façon classique une pompe de lubrification du réducteur 20, et un boîtier d'engrenages AGB qui prélève de la puissance mécanique sur l’arbre haute pression 12 suivant son sens conventionnel de rotation pour entraîner cette pompe. Cette architecture, non représentée, assure une lubrification et un refroidissement du réducteur 20 lorsque le générateur de gaz 2 est en fonctionnement, par exemple en phase de croisière de l’aéronef équipé de la turbomachine 1. En référence à la figure 2, l’idée à la base de l’invention réside dans l’intégration d’un système de lubrification auxiliaire au sein de la turbomachine 1 qui est dissocié du boîtier AGB, et de la pompe qu’il entraîne, pour assurer la lubrification et le refroidissement du réducteur 20 lors des phases d’autorotation de la soufflante, assujetties à une rotation de la soufflante dans un sens S1 comme dans l’autre sens S2. Ce système de lubrification auxiliaire comporte un module de lubrification 21 incluant une pompe auxiliaire 22 qui est greffée sur un circuit de lubrifiant/d’huile de la turbomachine 1 ou un réservoir de lubrifiant/d’huile formant partie intégrante du système de lubrification auxiliaire, et un mécanisme d’entraînement 23 de cette pompe auxiliaire 22. La pompe auxiliaire 22 est une pompe volumétrique à piston qui assure un renouvellement d’huile H au niveau du réducteur 20 par mouvement de translation alternatif T, c’est-à-dire de va et vient, de son piston noté 24 sur la figure 2. Complémentairement, le mécanisme d’entraînement 23 est adapté pour prélever un mouvement de rotation continu sur un arbre de la turbomachine, et le convertir en un mouvement de translation alternative du piston 24. Dans l’exemple de la figure 2, ce mécanisme d’entraînement 23 comporte en entrée un pignon 26 qui est engrené par l’arbre de soufflante 17, et un système bielle-manivelle 27 qui assure la fonction de convertisseur de mouvement. En particulier, le mécanisme 23 comporte : - une manivelle 28 , aussi appelée vilebrequin, formée d’un axe principal 28a accouplé en rotation de manière coaxiale avec le pignon d’entrée 26, et un maneton excentré 28b s’étendant parallèlement à l’axe principal 28a de manière désaxée ; et - une bielle 29 qui s’étend perpendiculairement au maneton 28b, et qui inclut une première articulation avec le maneton 28b et une seconde articulation avec le piston 24 de la pompe auxiliaire 22. Cette architecture, qui comporte un pignon d’entrée 26 formant point de prélèvement mécanique et entraînant en translation alternative le piston 24 par l’intermédiaire d’un système bielle-manivelle, assure ainsi le fonctionnement de la pompe auxiliaire 22 quel que soit le sens S1 ou S2 de rotation de l’arbre de soufflante 17. Concrètement, la particularité majeure de l’invention réside dans l’association d’une pompe dont le fonctionnement repose sur une translation alternative de son piston, à savoir dont le fonctionnement n’est pas assujetti à un sens de rotation prédéfini, avec un mécanisme assurant à la fois un prélèvement mécanique en rotation et une conversion de cette rotation en un mouvement de translation alternatif exploitable par la pompe. Cette solution est à la fois plus compacte et introduit une masse inférieure au sein de la turbomachine en comparaison avec l’utilisation d’une pompe à axe rotatif. En effet, l’utilisation d’une telle pompe à axe rotatif nécessite l’intégration d’une chaîne cinématique complexe incluant un grand nombre d’engrenages pour délivrer, quel que soit le sens de rotation en entrée de chaîne, une rotation de l’axe rotatif suivant le sens utile de fonctionnement de la pompe. En particulier, l’invention n’est pas limitée à l’arrangement de la figure 2, c’est-à-dire l’utilisation d’un système bielle-manivelle, afin d’assurer une telle conversion de mouvement rotatif en un mouvement de translation alternatif. L’invention permet l’utilisation en variante de tout autre dispositif que l’Homme du métier pourrait considérer pour assurer cette fonction. A titre d’exemple non limitatif, le système bielle-manivelle 27 de la figure 2 peut être substitué par un arbre à came ou excentrique incluant un axe accouplé en rotation au pignon d’entrée 26, et une came ou excentrique ayant une surface gauche sur laquelle glisse directement ou indirectement le piston 24 de la pompe auxiliaire en imprimant un mouvement de translation alternatif. En pratique, le maintien du piston 24 contre la came peut être assuré par une force de rappel élastique, ou encore par engagement de l’extrémité libre de ce piston dans une rainure de retenue formée le long de la circonférence de la came. En variante, la conversion de la rotation du pignon d’entrée 26 en un mouvement de translation alternatif du piston 24 peut être obtenue via l’utilisation d’un système à coin. Selon cet arrangement, le pignon d’entrée 26 est lié en rotation à un axe portant un disque d’orientation en biais formant surface de glissement directe ou indirecte de l’extrémité libre du piston 24. Dans l’exemple de la figure 2, la pompe auxiliaire 22 est une pompe dite à double effet comprenant un cylindre dans lequel coulisse le piston. Ce cylindre comporte deux orifices d’aspiration d’huile H et deux orifices de refoulement d’huile H qui sont alternativement ouverts ou obturés par des clapets selon la position du piston. Le piston sépare le cylindre en deux compartiments incluant chacun une ouverture d’aspiration et une ouverture de refoulement. Le coulissement du piston dans un sens comme dans l’autre induit à la fois l’ouverture de l’orifice de refoulement du compartiment dont le volume se réduit pour délivrer de l’huile au réducteur 20, et l’ouverture de l’orifice du compartiment dont le volume augmente pour capter de l’huile H. Comme il est compris, cette architecture de pompe privilégié par l’invention assure un renouvellement constant d’huile H au niveau du réducteur 20 en fonctionnement, mais il est entendu qu’une autre architecture de pompe à piston peut être retenue sans sortir du cadre de l’invention. Aussi, dans certains cas, l’intégration de la pompe auxiliaire 22 ne peut se faire qu’à un ou des endroits trop éloignés du prélèvement mécanique. En réponse, il est envisageable d’adjoindre, au sein même du mécanisme d’entraînement 23, des éléments d’engrenage visant à allonger le mécanisme d’entraînement 23. De la même manière, il peut être envisagé d’adjoindre, au mécanisme d’entraînement 23, des engrenages permettant de piloter la vitesse de déplacement du piston 24 en fonction du régime de fonctionnement de la pompe 22. Enfin, dans l’exemple de la figure 2, le mécanisme d’entraînement 23 du module de lubrification du réducteur 20 selon l’invention prélève la puissance mécanique sur l’arbre de soufflante 17, mais il est à noter que l’invention n’est pas limitée à cet arrangement particulier. Concrètement, le module 21 selon l’invention peut opérer un prélèvement mécanique sur un autre organe rotatif de la turbomachine 1 dès lors que cet organe est en rotation lors d’une phase d’autorotation de la soufflante. A titre d’exemples, le pignon d’entrée 26 peut engrener l’arbre basse pression 11, un arbre de la turbomachine qui engrène l’arbre basse pression, on encore un élément du réducteur 20, sans sortir du cadre de l’invention.  Module de lubrification (21) pour un système de lubrification auxiliaire d’une turbomachine (1) d’aéronef comprenant une soufflante (16) et un réducteur (20) qui assure une démultiplication de vitesse de rotation de la soufflante (16), le système de lubrification auxiliaire étant prévu pour assurer une lubrification du réducteur (20) lors de phases d’autorotation de la soufflante (16), le module de lubrification (21) comprenant une pompe (22) à piston (24) qui est configurée pour renouveler un lubrifiant (H) au niveau du réducteur (20) par translation alternative de son piston (24), et un mécanisme d’entraînement (23) de la pompe (22) qui est adapté pour prélever un mouvement de rotation sur un organe tournant de la turbomachine (1), et pour convertir ce mouvement de rotation en un mouvement de translation alternative du piston (24) de la pompe (22). Module de lubrification selon la revendication 1, dans lequel le mécanisme d’entraînement (23) comprend en entrée un pignon (26) formant point de prélèvement mécanique sur l’organe tournant, et un système bielle-manivelle (27) comprenant : - une manivelle (28a) accouplée en rotation avec le pignon (26) ; et - une bielle (28b) incluant une première articulation avec la manivelle (28) et une seconde articulation avec le piston (24). Module de lubrification selon la revendication 1, dans lequel le mécanisme d’entraînement (23) comprend en entrée un pignon (26) formant point de prélèvement mécanique sur l’organe tournant, et un arbre à came incluant : - un axe accouplé en rotation au pignon (26), et - une came ou excentrique formant directement ou indirectement la surface de glissement du piston (24). Turbomachine (1) à double flux comprenant une soufflante (16), un arbre basse pression (11), un réducteur (20) qui lie une rotation de l’arbre basse pression (11) à une rotation de la soufflante (16), et un module de lubrification de ce réducteur selon l’une des revendications précédentes. Turbomachine à double flux selon la revendication 4, dans laquelle l’organe tournant de la turbomachine (1) sur lequel s’effectue le prélèvement mécanique du mécanisme d’entraînement (23) de la pompe (22) est constitué par un arbre de la soufflante (16). Turbomachine à double flux selon la revendication 4, dans laquelle l’organe tournant de la turbomachine (1) sur lequel s’effectue le prélèvement mécanique du mécanisme d’entraînement (23) de la pompe (22) est constitué par l’arbre basse pression (11). Turbomachine à double flux selon la revendication 4, dans laquelle l’organe tournant de la turbomachine (1) sur lequel s’effectue le prélèvement mécanique du mécanisme d’entraînement (23) de la pompe (22) est constitué par un élément du réducteur (20).