Brevet FR3124838A1 — publié le 20230106

Le présent exposé concerne un ensemble pour turbine à gaz comprenant un arbre central (100) creux, qui est guidé en rotation par au moins un palier (102), l’ensemble comprenant en outre un dispositif de lubrification (110) dudit au moins un palier (102) comprenant un tube (112) creux d’acheminement de lubrifiant agencé dans l’arbre central (100) et configuré pour acheminer le lubrifiant vers ledit au moins un palier (102), le tube d’acheminement de lubrifiant (112) présentant une première section (113L) ayant un premier diamètre et une seconde section (130) ayant un second diamètre supérieur au premier diamètre, la seconde section (130) comprenant une pluralité de canaux radiaux (128) reliant l’intérieur du tube d’acheminement de lubrifiant (112) et débouchant radialement à l’extérieur du tube d’acheminement de lubrifiant en direction d’une paroi radialement interne (107) de l’arbre central (100) de sorte à former un film de lubrifiant (136) entre ladite seconde section (130) du tube d’acheminement de lubrifiant (112) et ladite paroi radialement interne (107) de l’arbre central (100). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 2] Lubrification de paliers d’un arbre de turbomachine Domaine technique de l’invention Le présent exposé concerne la lubrification des parties tournantes dans les turbines à gaz, en particulier la lubrification des paliers portant un arbre des turbines à gaz. Etat de la technique antérieure Un exemple de turbine à gaz est représenté à la sur laquelle l'amont (AM) et l'aval (AV) de la structure suivant un axe moteur, soit l’axe longitudinal Y ci-après, sont situés respectivement à gauche et à droite de la . La turbine à gaz 10 comprend, axialement en partie amont, un compresseur axial 12 suivi d’un compresseur radial 14. Une rangée annulaire d’aubes de stator 16 est agencée entre le compresseur axial 12 et le compresseur radial 14 pour redresser un flux d’air en sortie du compresseur axial 12. La turbine à gaz 10 comprend en outre une chambre de combustion 18 qui est refroidie par le flux d’air 20 en sortie du compresseur radial 14 et qui est diffusé autour de la chambre de combustion 18 par le diffuseur 22. Les gaz chauds en sortie de la chambre de combustion 18 entrainent à leur tour une turbine haute pression 24. Cette turbine haute pression 24 est reliée par un arbre au compresseurs axial et radial et entraine leur rotation. Les gaz chauds en sortie de la chambre de combustion 18 entrainent aussi en rotation une turbine libre 26 séparée de la turbine haute pression 24. La turbine libre 26 comprend plusieurs étages de rangées annulaires d’aubes mobiles entrainant la rotation d’un arbre de turbine 27 qui est relié par un boitier réducteur 30 à un arbre de sortie 28. L’arbre de sortie 28 est entrainé en rotation par l’arbre de turbine 27 et peut par exemple être relié à un rotor d’un hélicoptère équipé de la turbine à gaz 10. L’arbre de sortie 28 est déporté par rapport aux parties chaudes de la turbine à gaz soit la chambre de combustion et les turbines 24 et 28. La turbine à gaz 10 comprend aussi une autre rangée annulaire d’aubes de stator 32 agencée en aval de la turbine libre 26 et configurée pour redresser le flux d’air en sortie de la turbine haute pression 24. Les gaz chauds en sortie de la turbine libre 26 sont évacués par une tuyère 34 agencée à l’extrémité aval de la turbine à gaz 10. L’arbre de turbine est guidé en rotation par un palier amont 36 et un palier aval 38. Ces paliers assurent le maintien en position radiale et longitudinale de l’arbre de turbine tout en assurant sa rotation. Les paliers 36 et 38 sont entourés par la tuyère 34 dans laquelle circulent les gaz chauds. Les paliers 36 et 38 sont ainsi soumis à des températures élevées et nécessitent une lubrification efficace pour le graissage des éléments roulants des paliers et pour l’évacuation des calories.. L’huile de lubrification des paliers 36 et 38 est amenée depuis une zone située radialement à l’extérieur des gaz d’échappement, par exemple en passant par un bras logeant un élément tubulaire tel que l’élément 37 et qui se situe dans une zone chaude. L’huile de lubrification passe donc dans une zone à une température élevée pour arriver aux paliers 36 et 38, ce qui peut poser des problèmes de protection thermique et d’encombrement associé, et par ailleurs entraîner des risques de cokéfaction de l’huile. En outre, l’accès aux paliers 36 et 38 est difficile en raison de l’encombrement autour de l’arbre de turbine 27. Il existe des systèmes de lubrification des paliers qui sont agencés pour amener du lubrifiant au niveau des bagues externes des paliers à travers des pompes et des gicleurs agencés au niveau des paliers ou relié aux paliers par des moyens de transfert de lubrifiant. Cependant, ces systèmes manquent d’efficacité et sont complexes à intégrer dans les turbines à gaz. En effet, Il est bien connu que l’apport du lubrifiant est plus efficace lorsque celui-ci est pratiqué par une bague intérieure tournante du palier. On connait le document FR1352264A qui décrit un système de lubrification d’un roulement entre un arbre externe et un arbre interne contrarotatifs. Le lubrifiant est amené depuis la paroi externe de l’arbre externe, par un racleur centripète qui va à l’encontre des forces centrifuge, vers sa paroi interne et une vis sans fin courte, solidaire de l’arbre interne qui pousse le lubrifiant vers la zone du roulement où une forme pentue tire parti des forces centrifuges pour terminer la migration de la lubrification vers le palier à lubrifier. Un tel système est complexe à mettre en œuvre et nécessite le guidage en rotation à la fois de l’arbre interne et de l’arbre externe. On connait aussi le document US20130213740 qui porte sur la lubrification d’une transmission et divulgue un tube agencé dans un arbre creux rotatif pour injecter de l’huile dans ledit arbre creux, ce dernier comprenant des orifices radiaux formant des conduits pour acheminer l’huile par centrifugation vers des éléments à lubrifier à l’extérieur de l’arbre. L’extrémité du tube comprend un orifice axial afin de projeter de l’huile vers le fond de l’arbre tournant. Le tube est agencé en porte à faux dans l’arbre creux, et reste centré à l’intérieur de l’arbre grâce notamment à un joint annulaire intercalé radialement entre le tube et la paroi intérieure de l’arbre creux. Ce dispositif ne paraît pas adapté au cas d’un arbre creux qui tournerait à des vitesses rapides, tel que par exemple un arbre d’une turbine à gaz de turbomachine, car le joint annulaire subirait une usure importante et devrait être remplacé fréquemment. De plus, la matière usée irait polluer le lubrifiant. Il existe donc un besoin de lubrification des paliers supportant un arbre d’une turbine à gaz de façon plus efficace et plus fiable. A cet effet, le présent exposé propose un ensemble pour turbine à gaz comprenant un arbre central creux, qui est guidé en rotation par au moins un palier, l’ensemble comprenant en outre un dispositif de lubrification dudit au moins palier comprenant un tube creux d’acheminement de lubrifiant agencé dans l’arbre central et configuré pour acheminer le lubrifiant vers ledit au moins un palier, le tube d’acheminement présentant une première section ayant un premier diamètre et une seconde section ayant un second diamètre supérieur au premier diamètre, la seconde section comprenant une pluralité de canaux radiaux reliant l’intérieur du tube d’acheminement de lubrifiant et débouchant radialement à l’extérieur du tube d’acheminement de lubrifiant en direction d’une paroi radialement interne de l’arbre central de sorte à former un film de lubrifiant entre ladite seconde section du tube d’acheminement de lubrifiant et ladite paroi radialement interne de l’arbre central. Ainsi, le film de lubrifiant permet de maintenir le tube d’acheminement de lubrifiant dans une position radiale constante. Ceci permet de simplifier le montage du tube d’acheminement de lubrifiant tout en acheminement le lubrifiant du coté interne dudit au moins un palier. L’ensemble permet donc une meilleure lubrification de l’au moins un palier. La turbine à gaz peut comprendre un compresseur suivi d’une chambre de combustion qui produit des gaz chauds. Ces gaz chauds peuvent entrainer une turbine qui est configurée pour entrainer la rotation de l’arbre central. Dans cet exposé, la direction radiale est une direction perpendiculaire à un axe de rotation de l’arbre creux et une direction axiale ou longitudinale est une direction parallèle à l’axe de rotation et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l’axe de rotation . Le lubrifiant peut être de préférence introduit sous pression dans le tube d’acheminement de lubrifiant. Le second diamètre peut être compris entre 90% et 99% du diamètre de la paroi radialement interne de l’arbre central creux. Ainsi, un espace relativement mince peut être formé entre la surface radialement externe de la seconde partie et la paroi radialement interne de l’arbre central creux. La paroi radialement interne de l’arbre creux peut être la surface de la paroi radialement interne formant le creux de l’arbre central. La seconde section peut comprendre au moins un filet d’une partie filetée. Cette partie filetée peut être formée par un filet hélicoïdal. Ainsi, l’arbre central étant entrainé en rotation, le lubrifiant éjecté par les canaux radiaux se trouvant dans l’espace annulaire entre la partie filetée et la paroi radialement interne de l’arbre central est poussé par les filets de la partie filetée vers une partie aval du tube d’acheminement de lubrifiant. Ceci améliore la lubrification de l’au moins un palier et permet le centrage du tube d’acheminement de lubrifiant dans l’arbre central. L’amont du tube d’acheminement de lubrifiant est du côté de l’admission du lubrifiant dans le tube d’acheminement de lubrifiant. Le second diamètre peut être le diamètre externe des filets de la partie filetée. Le tube d’acheminement de lubrifiant peut comprendre une seule partie filetée, et une dimension longitudinale de ladite partie filetée peut être inférieure à une dimension longitudinale de l’arbre central. La seconde section du tube d’acheminement de lubrifiant peut être formée par des filets de deux parties filetées séparées selon l’axe de rotation par une partie non filetée. Une première partie filetée desdites parties filetées peut être agencée du côté amont du tube d’acheminement de lubrifiant et une seconde partie filetée desdites parties filetées peut être agencée du côté aval du tube d’acheminement de lubrifiant. Une surface radialement externe de chaque filet d’au moins une partie filetée peut comprendre une première surface cylindrique et une seconde surface, en particulier annulaire, inclinée par rapport à un axe de rotation de l’arbre central. La seconde surface peut être inclinée de sorte à converger vers l’axe de rotation de l’arbre central. La surface radialement externe de chaque filet peut être agencée en vis-à-vis de la paroi radialement interne de l’arbre central. La première surface cylindrique peut présenter un diamètre radialement externe égal au diamètre de la paroi radialement interne de l’arbre creux. La seconde surface inclinée peut présenter le second diamètre. Ainsi, le second diamètre peut être variable, par exemple en diminuant de l’amont vers l’aval selon la direction de circulation du lubrifiant. Au moins un des canaux radiaux peut déboucher sur une seconde surface inclinée de l’au moins une partie filetée du tube d’acheminement de lubrifiant. La première surface cylindrique peut être agencé en amont de la seconde surface inclinée selon le sens de circulation du lubrifiant. Une dimension longitudinale du tube d’acheminement de lubrifiant peut être inférieure à une dimension longitudinale de l’arbre central. Ainsi, le lubrifiant peut être acheminé vers une position longitudinale intermédiaire de l’arbre central. Le tube d’acheminement de lubrifiant peut être agencé fixe en rotation et en translation longitudinal par rapport à la turbine à gaz en particulier par rapport à l’arbre central. L’ensemble peut comprendre des moyens de fixation du tube d’acheminement de lubrifiant en translation longitudinale et en rotation autour de l’axe de rotation. Au moins un des canaux radiaux peut déboucher sur une surface cylindrique du tube d’acheminement de lubrifiant agencée en vis-à-vis de la paroi radialement interne de l’arbre central. La surface cylindrique du tube d’acheminement de lubrifiant peut être coaxiale avec la paroi radialement interne de l’arbre central. La paroi radialement interne de l’arbre central peut être aussi cylindrique. Les canaux radiaux peuvent être distribués circonférentiellement autour de l’axe de rotation et distribués longitudinalement le long de la seconde section. L’arbre central peut comprendre au moins une chambre de distribution de lubrifiant vers l’au moins un palier. Le tube d’acheminement de lubrifiant peut comprendre un canal longitudinal débouchant dans ladite au moins une chambre de distribution de lubrifiant. Le canal longitudinal peut déboucher à une extrémité longitudinale du tube d’acheminement de lubrifiant située au niveau d’une chambre de distribution de lubrifiant. Le canal longitudinal peut être fluidiquement relié à une chambre de distribution de lubrifiant par un des canaux radiaux. L’arbre central peut comprendre deux chambres de distribution de lubrifiant. Une chambre de distribution peut être agencée entre la première partie filetée et la seconde partie filetée. Chaque chambre de distribution peut présenter un diamètre interne supérieur au diamètre interne de la paroi radialement interne de l’arbre central. Chaque chambre de distribution peut comprendre des orifices de distribution de lubrifiant distribués circonférentiellement autour de l’axe longitudinal et débouchant sur l’au moins un palier. Les orifices de distribution de lubrifiant permettent de diriger le lubrifiant vers l’au moins un palier depuis l’intérieur de la chambre de distribution. L’arbre central peut comprendre une chambre d’évacuation de particules, par exemple les particules issues de l’usure du palier et du tube d’acheminement de lubrifiant, en particulier depuis l’intérieur de l’arbre central vers l’extérieur de ce dernier. La chambre d’évacuations de particules peut présenter un diamètre interne supérieur au diamètre interne de la paroi radialement interne de l’arbre central. La chambre d’évacuations de particules peut être agencée au niveau d’une partie aval du tube d’achement et en amont de la chambre de distribution de lubrifiant. La chambre d’évacuations de particules peut être agencée entre la première partie filetée et la seconde partie filetée. L’au moins un palier peut comprendre une bague interne montée autour de l’arbre central qui comprend une pluralité d’orifices débouchant sur au moins une bille portée par la bague interne. Ces orifices peuvent être distribuées circonférentiellement autour de l’axe longitudinal. La bague interne de l’au moins un palier peut comprendre deux rangées circonférentielles d’orifices espacées longitudinalement. Les rangées circonférentielles d’orifices peuvent être décalées circonférentiellement l’une par rapport à l’autre. Dit autrement vu selon l’axe longitudinal, chaque orifice de l’une des rangées annulaires d’orifices de distribution peut être agencé circonférentiellement entre deux orifices de l’autre rangée annulaire d’orifice de distribution. Ceci permet une bonne répartition du lubrifiant dans le palier. Au moins un des orifices du palier peut être orienté longitudinalement depuis une partie aval ou une partie amont de la bague interne vers un centre de rotation des billes du palier. Ainsi, le lubrifiant est dirigé directement vers les billes, ce qui améliore la lubrification. Le lubrifiant peut être par exemple de l’huile, ou encore du carburant. Le dispositif de lubrification peut comprendre des moyens de refroidissement du lubrifiant, par exemple un échangeur thermique. Le tube d’acheminement de lubrifiant peut être réalisé en bronze pour limiter les frottements en phase transitoires où la lubrification est moins présente par exemple lors du démarrage/arrêt de la rotation de l’arbre central. La chambre d’évacuation de particules peut être configurée pour évacuer une partie ou la totalité du film de lubrifiant compris dans l’espace annulaire entre la seconde section et la paroi radialement interne de l’arbre central. L’ensemble peut comprend un joint d’étanchéité agencé dans un espace annulaire formé entre une paroi radialement externe du tube d’acheminement et la paroi radialement interne de l’arbre central. Le joint d’étanchéité peut être agencé au niveau d’une partie amont du tube d’acheminement de lubrifiant et peut être configuré pour éviter l’écoulement du lubrifiant vers l’amont du tube d’acheminement de lubrifiant soit vers l’arrivée du lubrifiant. Le présent exposé concerne encore une turbine à gaz comprenant un ensemble tel que précité. Brève description des figures la , déjà décrite, représente une coupe schématique de profil d’une turbine à gaz pour aéronef. la représente une coupe schématique vue de profil d’un arbre central d’une turbine à gaz équipé d’un premier exemple de dispositif de lubrification. la représente une coupe schématique vue en perspective de l’arbre de la . la représente une vue de profil d’une extrémité du dispositif de lubrification. la représente une coupe schématique vue de profil d’un arbre central d’une turbine à gaz équipé d’un deuxième exemple de dispositif de lubrification. la représente une coupe schématique vue de profil d’un arbre central d’une turbine à gaz équipé d’un troisième exemple de dispositif de lubrification. la représente une coupe schématique vue de profil d’un arbre central d’une turbine à gaz équipé d’un quatrième exemple de dispositif de lubrification. la représente une partie de la turbine à gaz de la équipée par un exemple du dispositif de lubrification. la représente un groupe auxiliaire de puissance comprenant un exemple du dispositif de lubrification. Ensemble pour turbine à gaz comprenant un arbre central (100) creux, qui est guidé en rotation par au moins un palier (102), l’ensemble comprenant en outre un dispositif de lubrification (110) dudit au moins un palier (102) comprenant un tube (112) creux d’acheminement de lubrifiant agencé dans l’arbre central (100) et configuré pour acheminer le lubrifiant vers ledit au moins un palier (102), le tube d’acheminement de lubrifiant (112) présentant une première section (304, 113L) ayant un premier diamètre et une seconde section (302, 130) ayant un second diamètre supérieur au premier diamètre, la seconde section (302, 130) comprenant une pluralité de canaux radiaux (128) reliant l’intérieur du tube d’acheminement de lubrifiant (112) et débouchant radialement à l’extérieur du tube d’acheminement de lubrifiant en direction d’une paroi radialement interne (107) de l’arbre central (100) de sorte à former un film de lubrifiant (136) entre ladite seconde section (302, 130) du tube d’acheminement de lubrifiant (112) et ladite paroi radialement interne (107) de l’arbre central (100). Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le second diamètre est compris entre 90% et 99% du diamètre de la paroi radialement interne (107) de l’arbre central (100) creux. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la seconde section comprend au moins un filet (130) d’une partie filetée (113,202,204). Ensemble selon la revendication 3, dans lequel le tube d’acheminement de lubrifiant (112) comprend une seule partie filetée, et une dimension longitudinale de ladite partie filetée est inférieure à une dimension longitudinale de l’arbre central (100). Ensemble selon la revendication 3, dans lequel la seconde section (130) du tube d’acheminement de lubrifiant (112) est formée par des filets de deux parties filetées (202,204) séparées selon l’axe longitudinal (X) par une partie non filetée (206). Ensemble selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel une surface radialement externe de chaque filet (130) d’au moins une partie filetée comprend une première surface (130A) cylindrique et une seconde surface (130B) inclinée par rapport à un axe de rotation (X) de l’arbre central (100), la seconde surface (130B) étant inclinée de sorte à converger vers l’axe de rotation (X) de l’arbre central (100). Ensemble selon la revendication 6, dans lequel au moins un des canaux radiaux (128) débouche sur une seconde surface inclinée (130B) de l’au moins une partie filetée du tube d’acheminement de lubrifiant (112) Ensemble selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel l’arbre central (100) comprend au moins une chambre de distribution (118) de lubrifiant vers l’au moins un palier (102), le tube d’acheminement de lubrifiant (112) comprenant un canal longitudinal (114) débouchant dans ladite au moins une chambre de distribution de lubrifiant (118). Ensemble selon la revendication 8, dans lequel l’arbre central (100) comprend au moins un canal (120) traversant radialement l’arbre creux et débouchant d’une part dans la chambre de distribution et d’autre part en regard d’une bague interne (104) du palier (102). Ensemble selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel l’arbre central (100) comprend au moins une chambre d’évacuation (132) de particules présentant un diamètre interne supérieur au diamètre interne de la paroi radialement interne (107) de l’arbre central (100). Turbine à gaz comprenant un ensemble selon l’une des revendications précédentes.