FR3130891A1 - Turbomachine pour aeronef - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une turbomachine (1) comprenant une enceinte de lubrification (17) dans laquelle est agencée un réducteur de vitesse (12), l’enceinte de lubrification (17) étant délimitée radialement par une virole interne (19), une virole externe (18) agencée de manière coaxiale autour de la virole interne (19), un bras (20) tubulaire s’étendant radialement entre les viroles interne (19) et externe (18), le bras (20) étant agencé à 6h, une canalisation (21) s’étendant à l’extérieur de la virole externe (18) et en communication fluidique avec la cavité interne (200), un circuit principal (24) et un circuit auxiliaire (25), la canalisation (21) formant un réservoir auxiliaire d’huile relié au circuit auxiliaire (25), et un conduit de récupération (22) relié au circuit principal (24) et configuré pour récupérer de l’huile du réservoir auxiliaire, le conduit de récupération (22) étant agencé dans le passage interne (212) de la canalisation (21). Figure d’abrégé : Figure 6
Description
Domaine technique de l'invention
L’invention concerne le domaine des turbomachines pour aéronef. Plus particulièrement, l’invention s’inscrit dans le domaine des turbomachines comprenant un système de lubrification d’un réducteur de vitesse, comprenant un circuit principal et un circuit auxiliaire de lubrification.
Arrière-plan technique
Une turbomachine d’aéronef, telle qu’un turboréacteur, comprend typiquement, d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante mobile en rotation autour d’un axe longitudinal, un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression et une tuyère d’échappement des gaz.
La soufflante permet l’aspiration d’un flux d’air se divisant en un flux primaire et un flux secondaire. Le flux primaire traverse une veine primaire de la turbomachine tandis que le flux secondaire est dirigé vers une veine secondaire entourant la veine primaire.
Le flux primaire est comprimé au sein des compresseurs. L’air comprimé est ensuite mélangé à un carburant et brulé au sein de la chambre de combustion. Les gaz issus de la combustion traversent les turbines puis s’échappent au travers de la tuyère dont la section permet l’accélération de ces gaz pour générer de la propulsion.
Le rotor de la turbine basse pression est relié au rotor du compresseur basse pression par un arbre basse pression et le rotor de la turbine haute pression est relié au rotor du compresseur haute pression par un arbre haute pression. Par ailleurs, la soufflante est entrainée en rotation par un arbre de soufflante qui est relié à l’arbre basse pression par un réducteur de vitesse ce qui permet d’entrainer la soufflante à une vitesse de rotation inférieure à la vitesse de rotation de l’arbre basse pression. Le réducteur de vitesse est typiquement agencé dans une enceinte de lubrification pour la lubrification du réducteur de vitesse. L’enceinte de lubrification comprend une virole interne annulaire et une virole externe annulaire reliées par des bras radiaux.
Pour assurer la lubrification du réducteur de vitesse dans l’enceinte de lubrification, la turbomachine comprend en outre un circuit principal de lubrification du réducteur. Le circuit principal comprend une pompe d’alimentation en huile du réducteur. La pompe d’alimentation en huile est typiquement entrainée en rotation par l’arbre haute pression par l’intermédiaire d’une boite d’accessoire.
Durant certaines phases de fonctionnement de la turbomachine, telles que les phases de rotation libre de la soufflante (connue sous le terme anglais « windmilling ») durant lesquelles l’arbre de soufflante est entrainé en rotation entrainant ainsi l’arbre basse pression, la vitesse de rotation de l’arbre haute pression est insuffisante pour entraîner la pompe d’alimentation à une vitesse suffisante pour fournir le débit nécessaire à la lubrification du réducteur. Dans ce cadre, la turbomachine comprend un circuit auxiliaire de lubrification du réducteur. Le circuit auxiliaire comprend typiquement une pompe auxiliaire alimentée en énergie par un générateur électrique par exemple ou entrainée par l’arbre basse pression, ce qui permet un amorçage de la pompe auxiliaire lors de rotation libre de la soufflante et de vitesse de rotation faible de l’arbre haute pression. La pompe auxiliaire aspire l’huile à partir d’un réservoir auxiliaire d’huile.
Le document FR-A1-3 108 951 décrit une turbomachine comprenant une enceinte de lubrification délimitée par une virole interne entourée par une virole externe et un réducteur de vitesse agencé dans l’enceinte de lubrification. La turbomachine comprend un circuit principal et un circuit auxiliaire de lubrification du réducteur reliés à l’enceinte de lubrification.
Le circuit auxiliaire est relié à un réservoir auxiliaire ménagé dans un bras de stockage présentant une cavité interne débouchant dans l’enceinte de lubrification et s’étendant entre les viroles interne et externe. Le bras de stockage est agencé en fond d’enceinte c’est-à-dire à 6h afin de récupérer l’huile de l’enceinte de lubrification s’écoulant par gravité dans le fond de l’enceinte.
Le bras de stockage traverse une partie de la veine primaire qui est délimitée par les viroles interne et externe.
Selon ce document, le circuit principal est par ailleurs relié à un bras de récupération adjacent au bras de stockage. De l’huile est acheminée dans le bras de récupération par débordement, c’est-à-dire lorsque le volume d’huile dans l’enceinte de lubrification dépasse un certain volume qui est donc supérieur au volume du réservoir auxiliaire. L’huile est alors aspirée du bras de récupération par une pompe de récupération du circuit principal.
Une telle solution ne donne pas entière satisfaction. En effet, certains éléments du réducteur peuvent être noyés dans l’huile stagnante dans l’enceinte de lubrification. Comme le réducteur présente des éléments tournants, typiquement une couronne, un phénomène d’échauffement d’huile peut survenir et dégrader le réducteur de vitesse ou tout du moins nécessiter un plus grand dimensionnement des échangeurs de chaleur pour pouvoir dissiper le surplus de chaleur généré au sein de l’enceinte. L’augmentation de la taille des échangeurs de chaleur peut pénaliser l’aérodynamique du système et donc les performances du moteur.
En outre, le volume d’huile disponible dans le bras de stockage peut s’avérer insuffisant pour la lubrification du réducteur à partir du circuit auxiliaire. Or, augmenter le volume d’huile disponible dans le réservoir auxiliaire et donc le bras de stockage reviendrait à augmenter le volume de la cavité interne du bras ce qui impacterait négativement les performances aérodynamiques de la turbomachine puisque la trainée aérodynamique augmenterait à cause d’un bras de stockage plus encombrant traversant la veine primaire.
Le document FR-A1-3 075 875 propose une turbomachine comprenant une enceinte de lubrification délimitée par une virole interne entourée par une virole externe et un réducteur de vitesse agencé dans l’enceinte de lubrification. La turbomachine comprend un circuit principal et un circuit auxiliaire de lubrification du réducteur reliés à l’enceinte de lubrification.
Le circuit auxiliaire est relié à un réservoir auxiliaire ménagé dans un bras de stockage présentant une cavité interne débouchant dans l’enceinte de lubrification et s’étendant entre les viroles interne et externe. Le bras de stockage est agencé en fond d’enceinte c’est-à-dire à 6h afin de récupérer l’huile de l’enceinte de lubrification s’écoulant par gravité dans le fond de l’enceinte.
Le bras de stockage traverse une partie de la veine primaire qui est délimitée par les viroles interne et externe.
Le réservoir auxiliaire est relié au circuit auxiliaire de lubrification par l’intermédiaire d’une canalisation s’étendant à l’extérieur de la virole et en communication fluidique avec le bras.
Le réservoir auxiliaire est par ailleurs relié à un conduit de récupération relié à un circuit principal de lubrification.
Cette solution ne procure pas entière satisfaction. En effet, le stockage de l’huile provenant de l’enceinte de lubrification est également réalisé dans le bras de stockage qui présente généralement un volume insuffisant. La lubrification du réducteur de vitesse peut donc s’avérer également insuffisante en cas d’arrêt de la pompe d’alimentation, et l’augmentation du volume du bras de stockage impacterait négativement les performances aérodynamiques de la turbomachine.
Il existe donc un besoin de fournir une turbomachine qui assure une lubrification suffisante, efficace et fiable du réducteur de vitesse tout en impactant au minimum l’encombrement de la turbomachine.
A cet effet, l’invention propose turbomachine pour un aéronef, s’étendant autour d’un axe longitudinal et comprenant :
- une soufflante entrainée en rotation autour de l’axe longitudinal par un arbre de soufflante,
- un arbre basse pression relié à l’arbre de soufflante par un réducteur de vitesse mécanique,
- une enceinte de lubrification dans laquelle est agencée le réducteur de vitesse, l’enceinte de lubrification étant délimitée radialement par une virole interne annulaire centrée sur l’axe longitudinal,
- une virole externe agencée de manière coaxiale autour de la virole interne,
- un bras tubulaire s’étendant radialement entre les viroles interne et externe, le bras étant agencé à 6h et comportant une cavité interne débouchant dans l’enceinte de lubrification,
- une canalisation s’étendant à l’extérieur de la virole externe et comportant un passage interne en communication fluidique avec la cavité interne du bras,
- un système de lubrification du réducteur de vitesse comprenant un circuit principal de lubrification et un circuit auxiliaire de lubrification reliés à l’enceinte de lubrification.
L’invention se caractérise en ce que la canalisation forme un réservoir auxiliaire d’huile relié au circuit auxiliaire et en ce que la turbomachine comprend en outre :
- un conduit de récupération relié au circuit principal et configuré pour récupérer de l’huile du réservoir auxiliaire, le conduit de récupération étant agencé dans le passage interne de la canalisation.
La turbomachine comprend ainsi un circuit principal de lubrification du réducteur qui permet la lubrification du réducteur dans les phases de fonctionnement nominales de la turbomachine.
Elle comprend également un circuit auxiliaire de lubrification du réducteur qui permet la lubrification du réducteur dans les autres phases de fonctionnement de la turbomachine telles que les phases d’autorotation de la soufflante (« windmilling » en langue anglaise) provoquant l’arrêt du circuit principal.
Selon l’invention, la turbomachine comprend en outre une canalisation qui s’étend à l’extérieur de la virole externe et qui forme le réservoir auxiliaire du circuit auxiliaire de lubrification qui est ainsi reliée au circuit auxiliaire.
La canalisation s’étendant à l’extérieur de la virole externe et donc en dehors de l’espace délimité par les viroles interne et externe, permet la création d’un volume de stockage d’huile supérieur au volume généralement disponible dans le bras.
Le réservoir auxiliaire peut donc présenter un volume plus adapté sans impacter les performances aérodynamiques de la turbomachine.
En outre, selon l’invention, un conduit de récupération est agencé dans le passage interne de la canalisation. Le conduit de récupération est relié au circuit principal et permet ainsi de récupérer l’huile du réservoir auxiliaire pour alimenter le circuit principal notamment lorsque le niveau d’huile dans le réservoir auxiliaire a atteint un seuil pré déterminé. La configuration du conduit de récupération selon l’invention permet de réduire l’encombrement radial de la turbomachine.
L’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la cavité interne du bras présente un premier volume interne inférieur à un second volume dudit passage interne de la canalisation,
- le conduit de récupération comprend une bouche de sortie reliée à une pompe de récupération du circuit principal,
- la canalisation présente une entrée d’huile reliée à une extrémité radialement externe du bras, et le conduit de récupération présente une bouche d’entrée radialement interne configurée pour collecter de l’huile débordant au-dessus d’un niveau prédéterminé dans le passage interne,
- l’entrée est située sur une première circonférence centrée sur l’axe longitudinal et la bouche d’entrée est située sur une seconde circonférence centrée sur l’axe longitudinal, la seconde circonférence présentant un diamètre égal ou supérieur au diamètre de la première circonférence,
- la canalisation présente un port de sortie relié au circuit auxiliaire,
- le bras comprend un déflecteur agencé dans la cavité interne du bras et configuré pour dévier l’huile dans le passage interne de la canalisation,
- le déflecteur présente au moins une surface inclinée par rapport à l’axe longitudinal vers le passage interne de la canalisation,
- la canalisation est située dans un compartiment inter-veines agencé radialement entre une veine primaire destinée à l’écoulement d’un flux primaire et une veine secondaire destinée à l’écoulement d’un flux secondaire,
- la veine secondaire est située dans une nacelle de la turbomachine entourant la soufflante, la veine secondaire entourant la veine primaire,
- le circuit principal comprend une pompe de récupération reliée au conduit de récupération et le circuit auxiliaire comprend une pompe auxiliaire reliée à la canalisation, les pompes de récupération et auxiliaire étant agencées dans le compartiment inter-veines.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la est une représentation schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine d’aéronef selon l’invention,
la est une représentation schématique en coupe longitudinale d’un réducteur de vitesse équipant la turbomachine de la ,
la est une vue schématique d’un système de lubrification du réducteur de la , comprenant un circuit auxiliaire en arrêt et un circuit principal en marche,
la est une vue schématique du système de lubrification de la dans lequel le circuit auxiliaire est en marche et le circuit principal en arrêt,
la est une vue en coupe transversale de l’enceinte de lubrification équipant la turbomachine de la ,
la est une vue schématique en perspective d’une portion de l’enceinte de lubrification,
la est une vue schématique d’une portion de l’enceinte de lubrification lorsque le circuit auxiliaire de lubrification est en arrêt et que le circuit principal est actif, et que le volume d’huile dans le réservoir auxiliaire est inférieur au volume maximal du réservoir auxiliaire,
la est une vue schématique d’une portion de l’enceinte de lubrification lorsque le circuit auxiliaire de lubrification est en arrêt et que le circuit principal de lubrification est actif, et que le volume d’huile dans le réservoir auxiliaire est supérieur au volume maximal du réservoir auxiliaire,
la est une vue schématique d’une portion de l’enceinte de lubrification lorsque le circuit auxiliaire de lubrification est actif et que le circuit principal de lubrification est inactif.
Claims (10)
- Turbomachine (1) pour un aéronef, s’étendant autour d’un axe longitudinal (X) et comprenant :
- une soufflante (2) entrainée en rotation autour de l’axe longitudinal (X) par un arbre de soufflante (11),
- un arbre basse pression (10) relié à l’arbre de soufflante (11) par un réducteur de vitesse (12) mécanique,
- une enceinte de lubrification (17) dans laquelle est agencée le réducteur de vitesse (12), l’enceinte de lubrification (17) étant délimitée radialement par une virole interne (19) annulaire centrée sur l’axe longitudinal (X),
- une virole externe (18) agencée de manière coaxiale autour de la virole interne (19),
- un bras (20) tubulaire s’étendant radialement entre les viroles interne (19) et externe (18), le bras (20) étant agencé à 6h et comportant une cavité interne (200) débouchant dans l’enceinte de lubrification (17),
- une canalisation (21) s’étendant à l’extérieur de la virole externe (18) et comportant un passage interne (212) en communication fluidique avec la cavité interne (200) du bras (20),
- un système de lubrification (23) du réducteur de vitesse (12) comprenant un circuit principal (24) de lubrification et un circuit auxiliaire (25) de lubrification reliés à l’enceinte de lubrification (17),
caractérisée en ce que la canalisation (21) forme un réservoir auxiliaire d’huile relié au circuit auxiliaire (25) et en ce que la turbomachine (1) comprend (17) en outre :
- un conduit de récupération (22) relié au circuit principal (24) et configuré pour récupérer de l’huile du réservoir auxiliaire, le conduit de récupération (22) étant agencé dans le passage interne (212) de la canalisation (21). - Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la cavité interne (200) du bras (20) présente un premier volume interne (V1) inférieur à un second volume (V2) dudit passage interne (212) de la canalisation (21).
- Turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit de récupération (22) comprend une bouche de sortie (221) reliée à une pompe de récupération (240) du circuit principal (24).
- Turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la canalisation (21) présente une entrée (210) d’huile reliée à une extrémité radialement externe (201) du bras (20), et en ce que le conduit de récupération (22) présente une bouche d’entrée (220) radialement interne configurée pour collecter de l’huile débordant au-dessus d’un niveau prédéterminé dans le passage interne (212).
- Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’entrée (210) est située sur une première circonférence (C1) centrée sur l’axe longitudinal (X) et la bouche d’entrée (220) est située sur une seconde circonférence (C2) centrée sur l’axe longitudinal (X), la seconde circonférence (C2) présentant un diamètre égal ou supérieur au diamètre de la première circonférence (C1).
- Turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la canalisation (21) présente un port de sortie (211) relié au circuit auxiliaire (25).
- Turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bras (20) comprend un déflecteur (34) agencé dans la cavité interne (200) du bras (20) et configuré pour dévier l’huile dans le passage interne (212) de la canalisation (21).
- Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le déflecteur (34) présente au moins une surface inclinée par rapport à l’axe longitudinal (X) vers le passage interne (212) de la canalisation (21).
- Turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la canalisation (21) est située dans un compartiment inter-veines (1c) agencé radialement entre une veine primaire (1a) destinée à l’écoulement d’un flux primaire (F1) et une veine secondaire (1b) destinée à l’écoulement d’un flux secondaire (F2).
- Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le circuit principal (24) comprend une pompe de récupération (240) reliée au conduit de récupération (22) et en ce que le circuit auxiliaire (25) comprend une pompe auxiliaire (28) reliée à la canalisation (21), les pompes de récupération et auxiliaire (240, 28) étant agencées dans le compartiment inter-veines (1c).
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