Brevet FR3106623A1 — publié le 20210730

Un circuit de lubrification, notamment de lubrification auxiliaire d’un équipement (4) d’aéronef pouvant être soumis par exemple à une autorotation, comprend une pompe (1) munie d’une dérivation (14) à ses extrémités, la dérivation étant équipée d’un clapet de décharge (13) qui permet, en cas d’autorotation dans un sens inverse impliquant un retour d’huile vers un réservoir (3), d’éviter les surpressions produites par un blocage sur un clapet de remplissage (9) en instaurant une circulation en boucle autour de la pompe. Figure pour l’abrégé : Figure 3. Dispositif de lubrification pour une turbomachine d’aéronef, à circulation de lubrifiant dans les deux sens de rotation d’une pompe Le sujet de l’invention est un dispositif de lubrification pour une turbomachine d’aéronef, comprenant une pompe pouvant tourner dans les deux sens de rotation et imposant dans chaque sens une circulation de lubrifiant à travers la pompe. L’invention peut s’appliquer notamment aux circuits de lubrification auxiliaire de certaines pièces de turbomachine d’aéronef, qui sont actifs quand une lubrification doit être assurée, même quand le moteur n’est pas en marche et que le système principal de lubrification est donc au repos. Une pièce à lubrifier par un circuit de lubrification auxiliaire peut être un réducteur disposé entre deux corps tournants du moteur, qui est très sensible à des coupures d’huile prolongées et pour lequel la lubrification reste parfois indispensable alors que le moteur est coupé, dans des circonstances d’autorotation (« windmilling ») des corps tournants sous l’effet du vent. Il est donc usuel de prévoir pour de telles pièces à la fois un circuit principal de lubrification, animé par une pompe qui fonctionne quand le moteur est en marche, et un circuit auxiliaire, qui comprend au moins une pompe à entraînement mécanique, solidaire d’un axe du moteur qui continue à tourner pendant les régimes d’autorotation. Un certain nombre de dispositifs ont été proposés pour la construction de ces circuits auxiliaires, qui ont la particularité que la lubrification doit normalement s’accommoder des deux sens de rotations possibles de l’arbre d’entraînement des pompes, puisque le vent responsable de l’autorotation peut venir de l’avant ou de l’arrière de l’appareil, au moins pendant les régimes d’autorotation au sol. Les circuits auxiliaires comprennent donc souvent deux pompes orientées en opposition, dont chacune peut tour à tour contribuer à la lubrification. Les circuits auxiliaires doivent alors comporter des dispositifs de commutation pour imposer un écoulement auxiliaire principal traversant celle des pompes auxiliaires que le sens de rotation des corps tournants rend utile pour transporter l’huile du réservoir à la pièce à lubrifier, mais sans arrêter complètement l’écoulement passant par l’autre pompe pour qu’elle ne tourne jamais à vide. Le dispositif, comprenant alors deux pompes installées sur des conduits parallèles, devient alors relativement lourd et compliqué. L’objet de l’invention est donc d’assurer le maintien d’un écoulement de lubrifiant à travers une pompe quel que soit son sens de rotation, afin d’empêcher sa dégradation consécutive à un fonctionnement à sec, sans recourir à un débit de lubrifiant soutiré d’un autre circuit de lubrification. Dans l’application envisagée principalement d’un circuit de lubrification auxiliaire d’un équipement de moteur d’aéronef, la pompe assurera comme auparavant la lubrification de l’équipement dans un sens de rotation – probablement le sens d’autorotation le plus fréquent, consécutif à un vent venant de l’avant de l’aéronef – et la lubrification de l’équipement dans l’autre sens d’autorotation sera assurée par un dispositif complètement séparé, si elle est nécessaire. En rendant autonome le circuit de lubrification associé à la pompe, une bonne simplification de la lubrification peut être obtenue. Sous une forme générale, l’invention est relative à un dispositif de lubrification pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un conduit d’alimentation en lubrifiant reliant un réservoir du lubrifiant à un équipement, une pompe montée sur le conduit d’alimentation et entraînée par un arbre tournant, un clapet de remplissage de la pompe situé sur le conduit d’alimentation entre la pompe et le réservoir et conformé pour laisser passer le lubrifiant du réservoir vers la pompe lorsque la pompe est entraînée dans un sens de rotation principal et empêcher le lubrifiant de s’écouler de la pompe vers le réservoir lorsque la pompe est à l’arrêt, caractérisé en ce qu’il comprend un conduit de dérivation se raccordant au conduit d’alimentation entre la pompe et l’équipement d’une part, entre la pompe et le clapet de remplissage d’autre part, et un clapet de décharge monté sur le conduit de dérivation et fermé pour un sens d’écoulement du lubrifiant de l’équipement vers le réservoir (le sens de rotation étant le sens d’entrainement de la pompe par l’arbre tournant lorsque le générateur de gaz de la turbomachine est en fonctionnement). Parmi les perfectionnements susceptibles d’améliorer ce dispositif, on peut citer : - un clapet de surpression qui est fermé pour un sens d’écoulement du lubrifiant du réservoir vers l’équipement, et monté sur le conduit de dérivation, conformé pour s’ouvrir si la pression en sortie de la pompe dépasse un seuil de surpression lorsque la pompe est entraînée dans le sens de rotation principal, et monté sur le conduit de dérivation (la sortie de la pompe étant la sortie du carburant de la pompe quand celle-ci tourne dans le sens de rotation principal) ; - le clapet de décharge et le clapet de surpression sont associés en formant une vanne unique ; - la vanne comprend un tiroir coulissant dans une enveloppe entre deux chambres opposées à volume variable ; - la vanne comprend au moins un ressort rappelant le tiroir dans un état de fermeture du clapet de décharge et de fermeture du clapet de surpression ; - le ressort est unique et présent dans une seule des chambres. L’invention sera maintenant décrite dans ses différents aspects, caractéristiques et avantages au moyen des figures suivantes : une vue partielle d’un circuit auxiliaire de lubrification d’un équipement d’aéronef, dépourvu de l’invention ; le circuit précédent avec une rotation en sens inverse de la pompe ; un circuit conforme à l’invention ; une variante de réalisation ; une réalisation concrète ; le fonctionnement de cette variante ; une autre variante de réalisation. La figure 1 représente partiellement un circuit auxiliaire de lubrification dans lequel une pompe 1 à engrenage est installée sur un conduit d’alimentation 2 reliant un réservoir 3 auxiliaire de lubrifiant à un équipement 4, tel qu’un réducteur de vitesse placé entre deux arbres 5 et 6 d’une turbomachine qui n’est pas représentée plus en détail. Les arbres 5 et 6 peuvent être un arbre de soufflante et un arbre de turbine basse pression à rapport de vitesses de rotation constant et défini par le réducteur 4, et soumis le cas échéant à l’autorotation. La pompe 1 est entraînée par un arbre de pompe 7, lui –même entraîné par l’un des arbres 6 au moyen d’engrenages 8, ce qui implique que la pompe 1 est en mouvement dès que les arbres 5 et 6 le sont aussi. Le conduit d’alimentation 2 comprend un clapet de remplissage 9 entre la pompe 1 et le réservoir 3, qui s’ouvre seulement pour le sens d’écoulement de lubrifiant vers l’équipement 4, afin de maintenir toujours du lubrifiant près de la pompe 1 ou également dans un carter de celle-ci, et d’empêcher ainsi qu’elle ne démarre à sec. Il est possible également d’intégrer le clapet de remplissage 9 dans un carter de la pompe 1 au niveau d’une entrée de la pompe raccordée au conduit d’alimentation 2. On considère alors dans la présente que le conduit d’alimentation 2 s’étend dans le carter de la pompe jusqu’aux organes rotatifs de pompage, le clapet de remplissage 9 étant donc toujours situé sur le conduit d’alimentation 2. Un conduit de retour 10 vers le réservoir 3 bifurque du conduit d’alimentation 2 entre la pompe 1 et l’équipement 4, et il est équipé d’un clapet de surpression 11 qui s’ouvre pour permettre des retours d’écoulement vers le réservoir 3 quand la pression du lubrifiant en aval de la pompe 1 atteint un seuil. La pompe 1 assure un écoulement correct du lubrifiant vers l’équipement 4 pour une autorotation par vent d’avant, ce qui est la situation la plus fréquente, et le lubrifiant ayant traversé l’équipement 4 revient au réservoir 3 par un conduit de retour 12 qui n’est pas illustré en détail. La situation est différente en cas d’autorotation par vent d’arrière, et la figure 2 la représente : la pompe 1 tourne alors dans le sens opposé et tend à produire un écoulement de retour du lubrifiant vers le réservoir 3. Cet écoulement est toutefois rendu impossible d’une part par la fermeture de clapet de remplissage 9 et d’autre part par la dépression exercée en amont de la pompe 1 (entre la pompe 1 et l’équipement 4), qui ne permet pas l’ouverture du clapet de surpression 11. On obtient donc à la fois une surpression en aval de la pompe 1 et une dépression en amont pouvant aller jusqu’à une cavitation, toutes deux aptes à dégrader la pompe 1. Conformément à l’invention, le système précédent est complété d’après la figure 3 par un clapet de décharge 13 installé sur un conduit de dérivation 14 autour de la pompe 1, et qui s’embranche au conduit d’alimentation 2 entre la pompe 1 et l’équipement 4 d’une part, la pompe 1 et le clapet de remplissage 9 d’autre part. Dans le cas mentionné précédemment où le clapet de remplissage 9 est intégré dans un carter de la pompe 1 au niveau d’une entrée de la pompe, le conduit de dérivation 14 sera prévu pour traverser le carter et s’embrancher à la partie du conduit d’alimentation 2 située entre le clapet de remplissage et les organes rotatifs de pompage de la pompe. Le clapet de décharge 13 s’ouvre seulement à une pression suffisante et pour le sens d’écoulement du lubrifiant du réservoir 3 vers l’équipement 4 à travers la dérivation 14. Le fonctionnement du dispositif précédent par autorotation par vent de l’avant se retrouve ici sans changement. Par autorotation par vent de l’arrière, comme dans la figure 2, la surpression en aval de la pompe 1 produit l’ouverture du clapet de décharge 13, une circulation du lubrifiant en boucle à travers la dérivation 14 et la pompe 1, en évitant aussi bien les surpressions au refoulement que les dépressions à l’aspiration de la pompe 1. Cette dernière fonctionne donc normalement et reste protégée. Une variante favorable de réalisation comporte, d’après la figure 4, l’intégration du clapet de surpression 11 et du clapet de décharge 13 en un seul dispositif, qui est alors disposé sur la dérivation 14. Le conduit de retour 10 est supprimé, et le clapet de surpression 11 remplit son rôle de manière acceptable en assurant une recirculation du lubrifiant autour de la pompe 1, plutôt qu’un retour au réservoir 3. Le dispositif correspondant peut être matérialisé, d’après la figure 5, par une vanne 15 comprenant un tiroir 16 coulissant dans une enveloppe 17 cylindrique en laissant deux chambres 18 et 19 à volume variable aux extrémités de celle-ci. Des ressorts 20 et 21 occupent respectivement les chambres 18 et 19 et tendent à ramener le tiroir 16 à une position invariable et médiane au repos. Des butées 22 et 23 occupent les fonds des chambres 18 et 19 pour limiter si nécessaire les mouvements du tiroir 16. La dérivation 14 se décompose en deux branches 24 et 25 respectivement associées à la chambre 18 et à la chambre 19. Chacune se divise en trois aux abords de la vanne 15, dont un raccord 26 aboutissant vers le milieu de la chambre 18 ou 19 (à la position médiane du tiroir 16), un raccord 27 aboutissant à l’extrémité de la chambre 18 ou 19, et un raccord 28 se raccordant vers le milieu de l’enveloppe 17. Quand le dispositif est au repos, ce qu’illustre la figure 5, les raccords 26 et 27 communiquent à la chambre 18 ou 19, les raccords 28 s’étendent devant le tiroir 16, et les branches 24 et 25 de la dérivation 14 sont donc complètement coupées l’une de l’autre. Les ressorts 20 et 21 ainsi que les autres constituants de la vanne 15 sont conçus et disposés de manière que cet état subsiste pendant une autorotation par vent d’avant sans circonstances anormales, et donc sans surpression produite par la pompe 1. Dans le cas d’une autorotation par vent d’arrière, la figure 6 montre qu’une pression beaucoup plus forte règne dans la branche 25 du côté du clapet de remplissage 9 que du côté de l’équipement 4, ce qui dilate la chambre 19 qui communique à la branche 25, éventuellement jusqu’à ce que le tiroir 16 touche la butée 22 de l’autre chambre 18. Dans cette situation, le troisième raccord 28 de la branche 24 du côté de l’équipement 4 communique à la chambre 19 dont le volume est alors le plus important, ce qui autorise une circulation du lubrifiant dans la dérivation 14, de la branche 25 à la branche 24 à travers la chambre 19. Le dispositif étant ici symétrique, il est manifeste qu’une situation similaire mais inverse survient en cas de surpression dans le conduit d’alimentation 2 du côté de l’équipement 4 : la chambre 18 du côté de la branche 24 se dilate, éventuellement jusqu’à ce que le tiroir 16 touche la butée 23 de l’autre chambre 19, et on atteint une situation où le raccord 28 de la branche 25 débouche dans la chambre 18, ce qui permet une circulation du lubrifiant de la branche 24 à la branche 25 en passant par la chambre 18. Et la figure 7 montre une variante de réalisation, dans laquelle le ressort 20 équipant la chambre 18 est omis. La chambre 18 étant généralement à une pression plus grande que celle de la chambre 19, le ressort 20 n’est en effet pas forcément indispensable. Un allégement du système pourra alors être obtenu. Par ailleurs, il est possible de prévoir que la vanne 15 soit disposée dans un carter commun avec la pompe 1, ou soit accolée au carter de la pompe 1, de façon à diminuer autant que possible les longueurs des conduites matérialisant les branches 24 et 25 ainsi que la dérivation 14 notamment, permettant ainsi de diminuer l’encombrement et la masse du dispositif de lubrification. Dispositif de lubrification pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un conduit d’alimentation en lubrifiant reliant un réservoir (3) du lubrifiant à un équipement (4), une pompe (1) montée sur le conduit d’alimentation (2) et entraînée par un arbre tournant (6), un clapet de remplissage (9) de la pompe situé sur le conduit d’alimentation entre la pompe et le réservoir et conformé pour laisser passer le lubrifiant du réservoir (3) vers la pompe (1) lorsque la pompe est entraînée dans un sens de rotation principal et empêcher le lubrifiant de s’écouler de la pompe (1) vers le réservoir (3) lorsque la pompe est à l’arrêt, caractérisé en ce qu’il comprend un conduit de dérivation (14) se raccordant au conduit d’alimentation entre la pompe (1) et l’équipement (4) d’une part, entre la pompe (1) et le clapet de remplissage (9) d’autre part, et un clapet de décharge (13) monté sur le conduit de dérivation (14) et fermé pour un sens d’écoulement du lubrifiant de l’équipement vers le réservoir. Dispositif de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un clapet de surpression (11) fermé pour un sens d’écoulement du lubrifiant du réservoir vers l’équipement, conformé pour s’ouvrir si la pression en sortie de la pompe dépasse un seuil de surpression lorsque la pompe est entraînée dans le sens de rotation principal, et monté sur le conduit de dérivation (14). Dispositif de lubrification selon la revendication 2, caractérisé en ce que le clapet de décharge et le clapet de surpression sont associés en formant une vanne (15) unique. Dispositif de lubrification selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vanne comprend un tiroir (16) coulissant dans une enveloppe (17) entre deux chambres opposées (18, 19) à volume variable. Dispositif de lubrification selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne comprend au moins un ressort (20, 21) rappelant le tiroir (16) dans un état de fermeture du clapet de décharge (13) et de fermeture du clapet de surpression (11). Dispositif de lubrification selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ressort (21) est unique et présent dans une seule des chambres (19). Dispositif de lubrification selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est un circuit de lubrification auxiliaire pour un équipement de moteur d’aéronef. Dispositif de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un clapet de surpression (11) monté sur un conduit de retour (10) s’étendant du conduit d’alimentation (2), entre la pompe (1) et l’équipement (4), au réservoir (3), le clapet de retour étant conformé pour s’ouvrir si la pression en sortie de la pompe dépasse un seuil de surpression lorsque la pompe est entraînée dans le sens de rotation principal.