FR2939843A1 - Dispositif de distribution d'huile dans une turbomachine - Google Patents

Abstract

Dispositif de lubrification et de refroidissement d'un organe, tel qu'un palier situé à l'intérieur d'une paroi tournante (12), des moyens (72, 74) d'amenée d'huile étant à l'extérieur de la paroi tournante (12) et portés par un élément fixe (20), caractérisé en ce que la paroi tournante (12) comprend des ouvertures radiales (68) régulièrement réparties autour de son axe (14) et les moyens d'amenée d'huile comprennent deux gicleurs fixes (72, 74) positionnés l'un par rapport à l'autre et par rapport aux ouvertures radiales (68) de la paroi tournante (12) de façon à ce que les jets des gicleurs (72, 74) passent alternativement dans les ouvertures radiales (68) de la paroi (12) et arrivent sans interruption sur le palier.

Description

DISPOSITIF DE DISTRIBUTION D'HUILE DANS UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne un dispositif de distribution d'huile de lubrification et de refroidissement dans une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, ce dispositif étant destiné en particulier à la lubrification et au refroidissement d'un organe tel qu'un palier de guidage d'un arbre de rotor. Les paliers de guidage utilisés dans une turbomachine comprennent deux bagues interne et externe enserrant des organes roulants, la bague externe étant montée sur une partie fixe de la turbomachine et la bague interne étant montée sur un élément tournant tel qu'un arbre rotatif par exemple. La distribution d'huile à ce type de palier est en général réalisée au moyen d'un gicleur conventionnel monté sur une partie fixe de la turbomachine, de façon à ce que le jet d'huile alimente sans interruption le palier pour le lubrifier et principalement le refroidir. Dans certaines configurations, le palier se trouve à l'intérieur d'une paroi tournante et l'amenée d'huile au palier est plus difficile à réaliser. Dans la technique antérieure, on peut parfois résoudre ce problème par un graissage permanent du palier. Cette solution n'est satisfaisante que dans le cas de paliers faiblement chargés, c'est-à-dire de diamètre moyen relativement faible et à vitesse de rotation faible. Le renouvellement du graissage peut toutefois être difficile et le refroidissement du palier n'est pas assuré, ce qui impose l'utilisation d'un dispositif annexe de refroidissement.

Il est également connu de monter des gicleurs sur une canne fixe axiale qui est insérée depuis l'aval ou l'amont à l'intérieur de la paroi tournante jusqu'au voisinage des organes à lubrifier et refroidir. Cependant, la configuration géométrique de la paroi tournante et l'architecture environnante de la turbomachine ne permettent pas toujours le montage de la canne axiale à l'intérieur de la paroi tournante. Il est par ailleurs nécessaire d'équiper cette canne de joints d'étanchéité. Il est encore connu d'acheminer l'huile sous pression jusqu'au palier grâce à des distributeurs comportant des joints dynamiques assurant la transmission de l'huile sous pression entre des pièces tournant les unes par rapport aux autres. Toutefois, ces joints dynamiques sont sujets à usure et posent des problèmes de fiabilité. Il n'existe donc pas de solution satisfaisante dans la technique antérieure pour la lubrification et le refroidissement d'un organe tel qu'un palier de guidage agencé à l'intérieur d'une paroi tournante.

La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes de la technique actuelle. A cet effet, elle propose un dispositif de distribution d'huile pour la lubrification et le refroidissement d'un organe tel par exemple qu'un palier de guidage d'arbre dans une turbomachine, cet organe étant d'un côté d'une paroi tournante et des moyens d'amenée d'huile étant de l'autre côté de cette paroi tournante et portés par un élément fixe, caractérisé en ce que la paroi tournante comprend des ouvertures radiales régulièrement réparties autour de son axe et les moyens d'amenée d'huile comprennent au moins deux gicleurs fixes positionnés l'un par rapport à l'autre et par rapport aux ouvertures radiales de la paroi de façon à ce que, lors de la rotation de la paroi, les jets d'huile des gicleurs passent alternativement dans les ouvertures radiales de la paroi et alimentent sans interruption l'organe précité. L'invention permet donc d'utiliser des moyens de distribution d'huile conventionnels tels que des gicleurs montés sur un élément fixe d'un côté d'une paroi tournante pour lubrifier et refroidir de façon continue un organe tel qu'un palier situé de l'autre côté de la paroi tournante. Lorsque le jet d'un premier gicleur est aligné avec une ouverture radiale de la paroi tournante, l'huile passe par cette ouverture et alimente le palier tandis que le jet du deuxième gicleur est bloqué par la paroi tournante. La rotation de la paroi tournante amène ensuite une ouverture radiale en alignement avec le jet du deuxième gicleur tandis que le jet du premier gicleur est à son tour bloqué par une partie de la paroi tournante séparant deux ouvertures radiales. De cette manière, il est possible d'assurer sans interruption la lubrification et le refroidissement d'un organe agencé à l'intérieur (ou l'extérieur, respectivement) d'une paroi tournante en évitant les problèmes de la technique antérieure. La paroi tournante comprend avantageusement une rangée annulaire d'ouvertures radiales et l'étendue angulaire de chaque ouverture radiale est égale à l'étendue angulaire séparant deux ouvertures adjacentes. Les gicleurs peuvent être espacés angulairement autour de l'axe de la paroi d'un angle sensiblement égal à l'étendue angulaire d'une ouverture de la paroi tournante. Dans un mode de réalisation de l'invention, les deux gicleurs sont dans un même plan transversal par rapport à l'axe de la paroi tournante. Dans une variante de réalisation de l'invention, la paroi tournante comprend deux rangées annulaires d'ouvertures radiales décalées axialement et angulairement les unes par rapport aux autres et les deux gicleurs sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre, un gicleur visant les ouvertures d'une rangée annulaire et l'autre gicleur visant les ouvertures de l'autre rangée annulaire. Cela permet de moins diminuer localement la résistance mécanique de la paroi tournante. Avantageusement, les parties de la paroi tournante séparant les ouvertures d'une même rangée annulaire ont des extrémités circonférentielles qui sont biseautées avec des pointes formées du côté des gicleurs, ce qui limite les perturbations liées à la coupure d'un jet d'huile lorsque la rotation de la paroi tournante interrompt le jet d'huile passant à travers une ouverture.

L'affaiblissement mécanique qui résulte de la réalisation d'ouvertures radiales dans la paroi tournante peut être compensée par un épaississement local de la paroi tournante au niveau des rangées annulaires d'ouvertures. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'organe précité comprend une bague interne comportant une écope centrifuge de récupération de l'huile en provenance des gicleurs. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de distribution d'huile du type décrit ci-dessus. Dans une configuration particulière de turbomachine, la paroi tournante comportant les ouvertures radiales est montée coaxialement à l'extérieur d'une seconde paroi contrarotative et est guidée par rapport à celle-ci par un palier destiné à recevoir l'huile en provenance des gicleurs. Le dispositif selon l'invention s'avère particulièrement utile dans ce type de montage où l'organe destiné à recevoir l'huile est agencé dans une enceinte située entre deux parois tournantes. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale de deux parois tournantes interne et externe guidées par des paliers amont et aval dans une turbomachine selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale correspondant à la figure 1, avec un dispositif de distribution d'huile selon l'invention ; les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en coupe transversale montrant la distribution d'huile au palier amont monté entre les deux parois tournantes, la paroi tournante externe étant dans une première et dans une seconde position angulaire, respectivement ; la figure 5 est une vue schématique en coupe transversale illustrant la distribution d'huile au palier aval monté entre les deux parois tournantes ; la figure 6 est une vue schématique en perspective d'une variante de réalisation de l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une enceinte arrière d'une turbomachine dans laquelle deux parois tournantes 10, 12 contrarotatives d'axe 14, l'une radialement interne 10 sensiblement cylindrique et l'autre radialement externe 12 sont guidées l'une par rapport à l'autre par des paliers amont 16 et aval 18. La paroi tournante externe 12 est entourée extérieurement par une paroi fixe 20. Deux paliers 22, 24 sont montés entre une partie amont de la paroi tournante externe 12 et la paroi fixe 20, la bague externe 26, 28 et la bague interne 30, 32 de chacun des paliers amont 26 et aval 28 étant fixées sur la surface interne de la paroi fixe 20 et sur la surface externe de la paroi tournante externe 12, respectivement. Deux gicleurs d'huile 34 36 sont fixés entre les deux paliers amont 22 et aval 24 sur la surface interne de la paroi fixe 20, le jet d'huile du gicleur amont 34 étant dirigé vers le palier amont 22 et le jet d'huile du gicleur aval 36 étant dirigé vers le palier aval 24. La paroi tournante externe 12 est fixée par boulonnage à son extrémité amont sur une bride radiale 38 d'une paroi tronconique 40 reliée à des moyens d'entraînement en rotation et est solidaire d'un support 41 du palier de guidage amont 16. Ce support comprend une paroi tronconique 42 qui s'étend vers l'aval et vers l'intérieur depuis l'extrémité amont de la paroi tournante externe et qui est reliée à une paroi cylindrique 44 s'étendant vers l'aval. Le palier de guidage amont 16 est monté entre cette paroi cylindrique 44 et l'extrémité amont de la paroi tournante interne 10, la bague interne 46 du palier 16 étant fixée sur la paroi tournante interne 10 et la bague externe 48 étant fixée sur la paroi cylindrique 44. L'extrémité aval de la paroi tournante externe 12 est reliée par une paroi tronconique 50 à section augmentant vers l'aval à une paroi aval cylindrique 52. La paroi tournante interne 10 est reliée à son extrémité amont à des moyens d'entraînement en rotation. Un module 54 comprenant une paroi cylindrique amont 56 reliée à une paroi cylindrique aval 58 par une paroi tronconique 60 à section augmentant vers l'aval est vissé sur la surface externe de la partie aval de la paroi tournante interne 10 grâce à un filetage de la surface interne de la paroi cylindrique amont 56 du module 54. Un écrou de serrage 62 assure le maintien en position de ce module 54 sur la paroi tournante interne 12. Le palier de guidage aval 18 comprend une bague externe 64 fixée sur la paroi cylindrique aval 52 de la paroi tournante externe 12 et une bague interne 66 fixée sur la paroi cylindrique aval 58 du module 54 vissé sur la paroi tournante interne 10. L'amenée d'huile aux paliers amont et aval de guidage 16, 18 est difficile à réaliser. En effet, l'utilisation de gicleurs d'huile similaires à ceux montés sur la paroi externe fixe 20 est impossible du fait des rotations des parois tournantes 10, 12. Il est également impossible d'avoir recours à une canne axiale portant des gicleurs et qui serait insérée entre les parois tournantes 10, 12 depuis l'amont ou l'aval et fixée sur une partie fixe de la turbomachine du fait de la complexité des géométries des parois tournantes 10, 12 et du faible espace disponible entre elles.

L'invention permet de résoudre ce problème en réalisant au moins une rangée annulaire d'ouvertures radiales dans la paroi tournante externe 12 et en fixant deux gicleurs sur la surface interne de la paroi fixe externe 20 (figures 2 à 4). La rangée annulaire d'ouvertures est réalisée dans la paroi tournante 12 entre les deux paliers de support amont et aval 22, 24 et les ouvertures radiales 68 sont régulièrement espacées autour de l'axe de rotation 14 de la paroi tournante. Chaque ouverture radiale s'étend de préférence sur une valeur d'angle égale à l'étendue angulaire d'une partie pleine 70 séparant deux ouvertures consécutives 68 (figures 3 à 5) Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les ouvertures 68 sont au nombre de 4 et s'étendent chacune sur 45° environ autour de l'axe 14. Les deux gicleurs 72, 74 sont décalés autour de l'axe 14 d'un angle sensiblement égal à l'étendue angulaire d'une ouverture radiale 68 et sont dans un même plan transversal par rapport à l'axe 14 et agencés aux extrémités d'une rampe 76 de lubrification et de refroidissement fixée sur la paroi fixe externe 20 (figure 3). Chaque gicleur 72, 74 vise la rangée annulaire d'ouvertures radiales 68. La rampe 76 porte également un gicleur visant le palier de support aval 24 (figure 2). La distribution d'huile au palier de guidage amont 16 se fait de la manière suivante. Lorsque les parois tournantes sont entraînées en rotation et que le jet d'huile d'un premier gicleur 72 passe par une ouverture radiale 68 et est dirigé vers le palier de guidage amont (figures 2 et 3), le jet d'huile du deuxième gicleur 74 est arrêté par une partie pleine 70 de la paroi tournante externe 12. Puis, quand la paroi tournante 12 a tourné d'un angle égal à l'étendue angulaire d'une ouverture radiale 68, le jet d'huile du premier gicleur 72 est arrêté par une partie pleine de la paroi tournante 12 tandis que le jet d'huile du deuxième gicleur 74 passe par une ouverture 68 et arrive sur le palier amont 16 (figure 4). L'huile qui passe par les ouvertures radiales impacte la paroi tournante interne 10 et est captée par une écope centrifuge 78 fixée sur la partie aval de la bague interne 46 du palier de guidage amont 16. Cette écope force ensuite l'huile à passer à travers les roulements du palier de guidage amont 16.

Le dispositif selon l'invention permet ainsi de distribuer sans interruption de l'huile au palier de guidage amont 16 de séparation des parois tournantes 10, 12. L'amenée d'huile au palier de guidage aval 18 est réalisée au moyen de deux gicleurs supplémentaires montés aux extrémités de la rampe 76.

Ces deux gicleurs additionnels 80, 82 sont orientés de manière à ce que les jets d'huile passent de part et d'autre de la paroi tournante interne 10 du fait du diamètre important du palier de guidage aval 18 (figure 5). De manière similaire à ce qui a été décrit en référence au palier de guidage amont, les jets d'huile des deux gicleurs additionnels 80, 82 passent alternativement à travers les ouvertures radiales 68 de manière à assurer sans interruption une amenée en huile de lubrification et de refroidissement au palier de guidage aval 18. Du fait de la longueur du trajet de l'huile jusqu'au palier de guidage aval 18, il est possible que la trajectoire du jet s'incurve. Cependant, la forme de l'enceinte à son extrémité aval permet de guider et de centrifuger l'huile vers le palier de guidage aval 18.

Les parties pleines 70 de la paroi tournante externe 12 séparant deux ouvertures radiales consécutives 68 d'une même rangée annulaire d'ouvertures ont des extrémités circonférentielles qui sont biseautées avec des pointes 71 formées du côté des gicleurs (figures 3 à 5), ce qui permet de limiter les éclaboussures lorsqu'un jet d'huile est coupé par ces extrémités circonférentielles des parties pleines. Afin d'assurer la distribution d'huile aux palier amont 16 et aval 18, la rampe 76 porte donc deux gicleurs à chacune de ses extrémités circonférentielles, un gicleur d'une extrémité de la rampe étant destiné à coopérer avec un gicleur de l'autre extrémité pour distribuer de l'huile sans interruption à un palier de guidage amont 16 ou aval 18. Dans une variante de réalisation de l'invention, la paroi tournante externe 12 comprend deux rangées annulaires amont 84 et aval 86 d'ouvertures radiales 68 ayant les mêmes caractéristiques que décrit précédemment et les deux gicleurs 88, 90 de lubrification et de refroidissement d'un même palier sont espacés axialement et portés par une rampe axiale 92, le gicleur amont 88 visant les ouvertures 68 de la rangée annulaire amont 84 et l'autre gicleur aval 90 visant les ouvertures 68 de la rangée annulaire aval 86 (figure 6). Les ouvertures de la rangée annulaire aval 86 sont décalées angulairement par rapport aux ouvertures de la rangée annulaire amont 84 d'un angle égal à l'étendue angulaire d'une ouverture radiale 68. De cette manière, lors de la rotation de la paroi tournante externe 12, le jet d'huile d'un des deux gicleurs est toujours aligné avec une ouverture radiale 68, ce qui assure une distribution d'huile sans interruption sur le palier amont 16 (ou aval 18). De nombreuses variantes de l'invention sont réalisables et en particulier, il est possible d'aligner axialement les ouvertures radiales 68 des rangées annulaires amont et aval. Dans ce cas, les deux gicleurs doivent être décalés axialement et angulairement, leur décalage angulaire étant égal à l'étendue angulaire d'une ouverture radiale 68. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la paroi tournante externe 12 comprend une seule rangée annulaire d'ouvertures comportant quatre ouvertures radiales, ce qui permet de conserver une bonne tenue mécanique et assure un bon équilibrage de la paroi tournante externe 12 en fonctionnement. Afin d'améliorer la résistance mécanique de la paroi externe 12, il est possible d'épaissir localement la paroi tournante externe 12 au niveau de chacune des rangées annulaires d'ouvertures radiales 68. Dans un exemple de réalisation, les gicleurs ont un diamètre de sortie de 0,8 mm environ et sont alimentés en huile à une pression de 5 à 6 bars, ce qui permet des jets d'huile très fins et sans dispersion.

L'invention est également applicable dans des configurations où la paroi fixe portant les gicleurs est agencée à l'intérieur d'une paroi tournante et où les jets d'huile sont dirigés à travers des ouvertures radiales de la paroi tournante vers un organe monté à l'extérieur de la paroi tournante.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de distribution d'huile pour la lubrification et le refroidissement d'un organe tel par exemple qu'un palier d'arbre (16, 18) dans une turbomachine, cet organe étant d'un côté d'une paroi tournante (12) et des moyens d'amenée d'huile (72, 74) étant de l'autre côté de la paroi tournante (12) et portés par un élément fixe (20), caractérisé en ce que la paroi tournante (12) comprend des ouvertures radiales (68) régulièrement réparties autour de son axe (14) et les moyens d'amenée d'huile comprennent au moins deux gicleurs fixes (72, 74) positionnés l'un par rapport à l'autre et par rapport aux ouvertures radiales (68) de la paroi (12) de façon à ce que, lors de la rotation de la paroi (12), les jets d'huile des gicleurs (72, 74) passent alternativement dans les ouvertures radiales (68) de la paroi (12) et alimentent sans interruption l'organe (16, 18) précité.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi tournante (12) comprend une rangée annulaire d'ouvertures radiales (68).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étendue angulaire de chaque ouverture (68) est égale à l'étendue angulaire séparant deux ouvertures adjacentes (68).
4. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les gicleurs (72, 74) sont décalés autour de l'axe de la paroi tournante d'un angle sensiblement égal à l'étendue angulaire d'une ouverture (68) de la paroi tournante (12).
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les deux gicleurs (72, 74) sont dans un même plan transversal par rapport à l'axe (14) de la paroi tournante (12).
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la paroi (12) comprend deux rangées annulaires (84, 86) d'ouvertures radiales (68) décalées axialement les unes par rapport aux autres et en ce que les deux gicleurs (88, 90) sont décalés axialement l'un par rapport àl'autre, un gicleur (88) visant les ouvertures (68) d'une rangée annulaire (84) et l'autre gicleur (88) visant les ouvertures (68) de l'autre rangée annulaire (86).
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les parties (70) de la paroi séparant deux ouvertures (68) consécutives d'une même rangée annulaire d'ouvertures ont des extrémités circonférentielles (71) qui sont biseautées avec des pointes formées du côté des gicleurs.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la paroi tournante (12) est localement plus épaisse au niveau des rangées annulaires d'ouvertures (68).
9. 9. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de distribution d'huile selon l'une des revendications précédentes.
10. 10. Turbomachine selon la revendication 9, caractérisée en ce que la paroi tournante comportant les ouvertures radiales (68) est montée coaxialement à l'extérieur d'une seconde paroi contrarotative (10) et est guidée par rapport à celle-ci par un palier (16, 18) destiné à recevoir l'huile en provenance des gicleurs (72, 74).
11. 11. Turbomachine selon la revendication 10, caractérisée en ce que le palier comprend une bague interne (46) comportant une écope centrifuge (78) de récupération de l'huile en provenance des gicleurs.