Domaine technique

La présente invention concerne une pompe de fluide pour turbomachine d’aéronef, un circuit de lubrification avec une telle pompe et une turbomachine d’aéronef avec un tel circuit de lubrification.

Art antérieur

Les turboréacteurs d’aéronefs possèdent de nombreux équipements mécaniques qu’il est nécessaire de lubrifier ou refroidir : il s’agit notamment des arbres, des paliers ou des engrenages. Pour cela, ces turboréacteurs sont équipés d’un circuit de lubrification permettant d’apporter de l’huile à chacun de ces équipements. Une pompe d’alimentation génère un débit d’huile qui est ensuite divisé entre plusieurs lignes pour alimenter les différents équipements du moteur.

Afin d’économiser de l’huile, ce circuit de lubrification fonctionne en circuit fermé, l’huile délivrée au niveau de chaque équipement étant récupérée puis réinjectée dans le circuit de lubrification par des pompes de récupération.

L’augmentation des débits et des pressions de sortie des pompes assurant la fonction alimentation (réservoir d’huile vers enceintes moteur) implique des nouveaux phénomènes hydrauliques à maîtriser.

L’un des phénomènes à maîtriser est la pulsation de pression en sortie du groupe de lubrification. Les pompes aéronautiques étant des pompes volumétriques, elles assurent un débit. La pression de sortie est le résultat des pertes de charges du circuit aval et du débit imposé.

Par conséquent, les pulsations de pression reviennent à des pulsations de débit. Si le débit refoulé n’est pas constant, alors il y aura aussi des variations (ou pulsations) de pression en sortie du groupe de lubrification. Ces pulsations peuvent notamment être dues à la compressibilité du fluide.

Les pulsations sont néfastes à plusieurs égards, notamment la tenue du carter du groupe de lubrification et la tenue des équipements du circuit d’huile en aval du groupe de lubrification (tels que les filtres, vannes, échangeurs, canalisations, ...). L’inconvénient des groupes de lubrification actuels est qu’ils sont sujets à une casse prématurée (fatigue en pulsation) d’un ou plusieurs équipements des groupes. Pour éviter une telle casse, certains groupes de lubrification actuels ont des équipements surdimensionnés - ce qui conduit à une augmentation globale de la masse du moteur.

Il y a une donc un besoin de réduire, voire annuler, les pulsations de pressions.

Exposé de l’invention

À cet effet, l’invention propose une pompe à fluide pour turbomachine d’aéronef, comprenant une couronne traversée par un conduit selon un axe central, un rotor entrainé en rotation par rapport à la couronne selon un axe principal décalé par rapport à l’axe central, des cavités entre la couronne et le rotor, le volume des cavités variant selon la position angulaire du rotor par rapport à la couronne, un espace d’admission pour l’admission du fluide dans les cavités et un espace de refoulement pour le refoulement du fluide depuis les cavités, la pression dans l’espace de refoulement étant plus élevée que la pression dans l’espace d’admission, une rainure mettant les cavités à la pression de l’espace de refoulement lors de la rotation du rotor.

De préférence, la couronne est immobile et comporte une paroi, les espaces de refoulement et d’admission étant radiaux et traversant la paroi et la rainure traverse radialement la paroi et débouche dans l’espace de refoulement.

Selon une variante, la rainure a une forme allongée selon une circonférence de la paroi.

Selon une variante, la rainure 15 a une longueur et une hauteur, la longueur étant supérieure à 110% de la hauteur.

Selon une variante, la pompe comprend en outre une zone d’étanchéité entre l’espace d’admission du fluide et l’espace de refoulement du fluide, la rainure s’étendant sur une partie de la zone d’étanchéité.

Selon une variante, la rainure débouche dans l’espace de refoulement, en amont ou en aval de l’espace de refoulement, dans le sens de rotation du rotor. Selon une variante, la paroi comporte une zone d’étanchéité entre l’espace d’admission du fluide et l’espace de refoulement du fluide, la rainure s’étendant sur une partie de la zone d’étanchéité.

Selon une variante, la pompe comprend une pluralité d’espaces de refoulement avec chacun une rainure traversant radialement la paroi de la couronne et débouchant dans l’espace de refoulement respectif, la hauteur cumulée des rainures selon la direction axiale de la couronne est comprise entre 1 et 15% de la hauteur de la couronne selon la direction de l’axe central.

Selon une variante, la ou les rainures sont obtenues par une procédé de fraisage, d’électroérosion ou de découpe fil.

Selon une variante, la pompe comprend des palettes mobiles sur le rotor selon une direction radiale du rotor, et s’étendant jusqu’à la couronne, les palettes définissant entre elles les cavités.

L’invention se rapporte aussi à un circuit de lubrification de turbomachine d’aéronef, comprenant au moins une pompe telle que décrite précédemment, la rainure mettant les cavités à la pression de l’espace de refoulement et à la pression du circuit en aval de la pompe.

L’invention se rapporte aussi à une turbomachine d’aéronef, comprenant le circuit de lubrification tel que décrit précédemment.

L’usage, dans ce document, du verbe « comprendre >>, de ses variantes, ainsi que ses conjugaisons, ne peut en aucune façon exclure la présence d’éléments autres que ceux mentionnés. L’usage, dans ce document, de l’article indéfini « un >>, « une », ou de l’article défini « le >>, « la >> ou « I’ >>, pour introduire un élément n’exclut pas la présence d’une pluralité de ces éléments.

Les termes « premier >>, « deuxième >>, « troisième >>, etc. sont, quant à eux, utilisés dans le cadre de ce document exclusivement pour différencier différents éléments, et ce sans impliquer d'ordre entre ces éléments.

L’ensemble des modes de réalisation préférés ainsi que l’ensemble des avantages de la couronne se transposent mutatis mutandis à la pompe, au circuit de lubrification et à la turbomachine - et inversement. Les différents modes de réalisation peuvent être considérés seuls ou en combinaison. Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées qui montrent :

- la figure 1 , une vue schématique d’un circuit de lubrification ;

- la figure 2, une vue en perspective d’un exemple de réalisation d’une pompe de fluide ;

- la figure 3, une vue en perspective d’un exemple de réalisation d’une couronne de la pompe de la figure 2 ;

- la figure 4, une autre vue en perspective d’un exemple de réalisation d’une couronne de la pompe de la figure 2.

Les dessins des figures ne sont pas à l’échelle. Des éléments semblables sont en général dénotés par des références semblables dans les figures. Dans le cadre du présent document, les éléments identiques ou analogues peuvent porter les mêmes références. En outre, la présence de numéros ou lettres de référence aux dessins ne peut être considérée comme limitative, y compris lorsque ces numéros ou lettres sont indiqués dans les revendications.

Description détaillée de modes de réalisation de l’invention

L’invention se rapporte à une pompe à fluide pour turbomachine d’aéronef, comprenant une couronne traversée par un conduit selon un axe central, un rotor entrainé en rotation par rapport à la couronne selon un axe principal décalé par rapport à l’axe central, des cavités entre la couronne et le rotor, le volume des cavités variant selon la position angulaire du rotor par rapport à la couronne, un espace d’admission pour l’admission du fluide dans les cavités et un espace de refoulement pour le refoulement du fluide depuis les cavités, la pression dans l’espace de refoulement étant plus élevée que la pression dans l’espace d’admission. La pompe comprend aussi une rainure mettant les cavités à la pression de l’espace de refoulement lors de la rotation du rotor. Une telle rainure permet de mettre les cavités de la pompe à la pression de sortie, ce qui permet de réduire, voire annuler, les pulsations de pressions en sortie de la pompe. A terme, la durée de vie des pièces de la pompe augmente.

La figure 1 illustre un circuit 2 de lubrification de turbomachine d’aéronef. Le circuit 2 permet de refroidir et/ou de lubrifier les différents équipements de la turbomachine. Au sein du circuit 2, l’huile est envoyée depuis le réservoir 3 vers des équipements 4 de la turbomachine, tels que des paliers ou des enceintes. Le circuit 2 comprend un groupe 5 de lubrification comprenant des pompes 1 de circulation dont la technologie peut varier. Dans la présente description, il s’agit par exemple de pompes 1 à palettes desmodromiques ou de pompes 1 gérotor. Les pompes 1 alimentent en huile les équipements 4 par des lignes d’alimentation 6. En aval des équipements 4, des lignes de récupération 7 permettent de récupérer l’huile et la faire recirculer dans le circuit 2. On peut envisager une pompe 1 par équipement 4 en amont et en aval des équipements 4, ou bien une pompe 1 pour plusieurs équipements 4 en amont et en aval des équipements 4. Selon le mode de réalisation de la figure 1 donné à titre d’exemple, une pompe 1 est prévue par équipement 4 en amont et une seule pompe 1 en aval pour l’ensemble des équipements 4.

La figure 2 montre une vue en perspective d’un exemple de réalisation d’une pompe 1 qui est une pompe à palettes desmodromique. La pompe 1 est une pompe volumétrique, qui impose un débit. La pompe 1 comprend une couronne 10 (ou came pour une telle pompe) avec une forme extérieure généralement cylindrique de révolution. La couronne 10 comprend un conduit 12 cylindrique axial traversant la couronne 10 selon un axe central 101 . La couronne 10 est immobile. La couronne 10 est délimitée radialement par une paroi 13. La couronne 10 comprend également un espace d’admission 16 (ou lumière d’admission) de fluide et un espace de refoulement 11 (ou lumière de refoulement) de fluide - notamment de fluide de lubrification - les espaces 11 et 16 étant radiaux et traversant la paroi 13. La pression dans l’espace de refoulement 1 1 est plus élevée que la pression dans l’espace d’admission 16 ; en d’autres termes, l’espace de refoulement 1 1 est à haute pression, pour refouler le fluide vers la sortie de la pompe, et l’espace d’admission 16 est à basse pression pour admettre le fluide depuis l’entrée de la pompe. La couronne 10 peut comprendre un ou plusieurs espaces d’admission 16 et de refoulement 11 , repartis le long de l’axe principal 100. Deux espaces d’admission 16 et deux espaces de refoulement 11 sont représentés à titre d’exemple sur les figures ; selon un autre exemple, la couronne 10 peut comporter deux espaces d’admission 16 - provenant de lignes différentes - et un espace de refoulement 1 1 - renvoyant le fluide vers une unique ligne. Les espaces 11 et 16 s’étendent selon un certain secteur angulaire, de manière à mettre en communication différentes cavités du conduit 12 avec l’extérieur.

La pompe 1 comprend également un rotor 20 (ou arbre) mobile en rotation autour d’un axe principal 100 parallèle mais excentré par rapport à l’axe central 101 . Le rotor 20 s’étend selon l’axe principal 100 et traverse longitudinalement le conduit 12 de la couronne 10. Le rotor 20 comprend un tambour 21 supportant des palettes 30. Le rotor 20 est supporté par des tourillons 22 de part et d’autre du tambour 21 le long de l’axe 100. Les tourillons 22 sont chacun montés à rotation sur des paliers 40. Les palettes 30 sont radiales, s’étendant selon un rayon du rotor 20, dans un plan contenant l’axe principal 100. Les palettes 30 sont insérées dans des fentes 17 du tambour 21 , s’étendant radialement dans le tambour 21 , dans un plan contenant l’axe principal 100. Les palettes 30 sont au nombre de quatre sur la figure 2, et ce, à titre d’exemple ; les palettes 30 peuvent être plus nombreuses, par exemple au nombre de six ou huit.

Les palettes 30 délimitent les cavités du conduit 12 en communication avec l’extérieur, au travers des espaces 11 et 16. Une cavité est délimitée entre deux palettes consécutives, selon un secteur angulaire du conduit 12 centré sur l’axe principal 100. Une cavité admet le fluide lorsque la cavité est en regard d’un espace d’admission 16 ; une cavité refoule le fluide lorsque la cavité est en regard d’une lumière de refoulement 1 1 .

La surface interne du conduit 12 de la couronne 10 forme une surface de came 18, qui, à mesure que le rotor 12 tourne, vient agir sur les palettes 30 - en raison du décalage entre l’axe principal 100 de rotation du rotor 20 et l’axe central 101 du conduit 12. Pour une certaine palette 30, lorsque la distance entre le rotor 12 et la surface de came 18 diminue, la surface de came 18 repousse la palette 30 vers l’intérieur du tambour 21 , maintenant ainsi l’étanchéité en bout de palette 30, entre deux cavités consécutives. Ensuite, pour une certaine palette 30, lorsque la distance entre le rotor 12 et la surface de came 18 augmente, la palette 30 est sollicitée vers l’extérieure du tambour 21 contre la surface de couronne 18, maintenant également l’étanchéité en bout de palette 30. Les palettes 30 sont sollicitées contre la surface de came 18 par divers moyens possibles, par exemple par des ressorts non représentés. Ainsi, le volume des cavités varie selon la position angulaire du rotor 20 par rapport à la couronne 10.

A mesure que le rotor 20 tourne autour de l’axe principal 100, le fluide tel que l’huile pénètre par un espace d’admission 16 dans une cavité à l’intérieur du conduit 12, délimité par deux palettes 30 consécutives. La rotation du rotor 20 entraîne la cavité vers un espace de refoulement 11 , augmentant la pression du fluide du fait de la réduction du volume de la cavité.

Les figures 3 et 4 montrent une vue en perspective d’un exemple de réalisation de la couronne 10 de la pompe 1. Entre deux espaces d’admission 16 et de refoulement 11 situés sur une même circonférence de la couronne, la couronne 10 comprend une zone d’étanchéité 19 définie par la paroi 13. Ainsi, lorsque le fluide est admis dans une cavité par un espace d’admission 16, le fluide ne peut pas fuir de la cavité lorsque cette dernière est entraînée en rotation par le rotor et qu’elle est en regard de la zone d’étanchéité 19 ; le fluide n’est refoulé que lorsque la cavité est en regard de l’espace de refoulement 1 1 . En raison du décalage entre les axes 100 et 101 , la couronne 10 comporte une partie 23 de paroi 13 plus épaisse et une partie 22 de paroi 13 plus fine ; chacune des parties 23 et 22 comporte une zone d’étanchéité 19. De même, entre deux espaces d’admission 16 et entre deux espaces de refoulement 11 le long de l’axe principal 100, la couronne 10 comprend une zone d’étanchéité 19 définie par la paroi 13. Ainsi, le fluide admis dans une cavité en regard d’un espace d’admission 16 ne peut fuir en direction d’une cavité voisine le long de l’axe principal 100.

Lorsque le fluide est refoulé du conduit par un espace de refoulement 11 , une pulsation de pression se produit. La pompe 1 étant une pompe volumétrique, elle assure un débit. La pression de sortie est le résultat des pertes de charges du circuit aval et du débit imposé. Par conséquent, les pulsations de pression reviennent à des pulsations de débit. Si le débit refoulé n’est pas constant, alors il y aura aussi des variations (pulsations) de pression en sortie du groupe 5 de lubrification. Ces pulsations peuvent notamment être dues à la compressibilité du fluide. Pour réduire, voire annuler, les pulsations de pression, la couronne 10 comprend une rainure 15 visible sur les figures mettant les cavités à la pression de l’espace de refoulement 1 1 lors de la rotation du rotor 20. Une telle rainure 15 assure une mise en pression progressive de la cavité du conduit 12 avant le refoulement du fluide. Ceci permet d’éviter la casse prématurée d’un ou plusieurs équipements du circuit d’huile et aussi d’éviter le surdimensionnement des équipements pour éviter la casse.

En étant déjà à haute pression au moment où la cavité refoule, la réduction du volume de la cavité lors de la rotation du rotor 20 permet de refouler directement le fluide. Sans les rainures 15, les premiers instants de réduction du volume de la cavité servent uniquement à mettre le fluide à pression (par compression/réduction du volume de la cavité). Il y a donc un délai durant lequel la cavité ne refoule pas ce qui induit des variations de débit (et donc des pulsations de pression) en sortie de la pompe 1 . La présence des rainures 15 permet donc d’amorcer un refoulement et réduire, voire annuler, les pulsations de pression.

Plus spécifiquement, la rainure 15 traverse radialement la paroi 13 et débouche dans l’espace de refoulement 11 , selon la circonférence de la couronne 10. La rainure 15 s’étend sur une partie de la zone d’étanchéité 19 définie dans la paroi 13 entre un espace d’admission 16 et un espace de refoulement 11 de fluide. La présence de la rainure 15 dans la zone d’étanchéité rompt l’étanchéité d’une cavité de fluide, entre l’entrée et la sortie mais permet une mise à pression de la cavité avant son refoulement, en direction de l’espace de refoulement 11. En d’autres termes, selon le sens de rotation du rotor 20 dans le conduit 12, le fluide est admis au travers d’un espace d’admission 16 dans une cavité entre deux palettes 30 puis la cavité est dirigée vers un espace de refoulement 11 ; la rainure 15 étant dans la zone d’étanchéité entre les espaces d’admission 16 et de refoulement 1 1 , en amont de l’espace de refoulement 11 , la rainure permet de mettre la cavité de la pompe à la pression de sortie tout en limitant les fuites et le refoulement du fluide.

Selon les figures 3 et 4, les rainures 15 sont à une extrémité 14 des espaces de refoulement 11 , en amont des espaces de refoulement 11. 11 s’agit de l’extrémité atteinte en premier par la cavité du conduit ou cours du mouvement de rotation du rotor 20. Alternativement ou en combinaison, les rainures 15 peuvent être aussi à une extrémité des espaces de refoulement 11 , en aval des espaces de refoulement 11 . La présence de la forme en rainure débouchant dans l’espace de refoulement, permet des variations de pression progressives dans l’espace de refoulement. La présence de la ou des rainures en amont et/ou en aval permet une variation de pression progressive de la cavité et de réduire les charges mécaniques dans les composants du circuit de lubrification dues aux variations brusques de pression.

Les dimensions d’une rainure 15 sont suffisamment faibles pour limiter les fuites (ou un débit de retour) tout en assurant une mise à pression progressive de la cavité avant sont refoulement. Une rainure de trop grande dimension conduirait à des fuites non acceptables alors qu’une rainure trop petite n’aurait pas d’effet de mise à pression de la cavité. Pour cela, la hauteur cumulée des rainures 15 est comprise entre 1 et 15% de la hauteur de la couronne 10. La rainure 15 a une forme allongée. La rainure 15 est un orifice de forme allongée. La rainure 15 a une forme allongée selon la circonférence de la couronne 10 (et de la paroi 13). La rainure 15 est une entaille en long dans la paroi 13. La rainure 15 est une entaille en long dans la paroi 13, selon la circonférence de la couronne 10. La rainure 15 a une dimension dans une direction (circonférentielle de la couronne 10 et la paroi 13) plus importante qu’une dimension dans une autre direction (selon l’axe central 101 de la couronne 10). La rainure 15 a une longueur et une hauteur, la longueur étant supérieure à 1 10% de la hauteur. La longueur de la rainure 15 est une dimension selon la circonférence de la couronne 10 (et de la paroi 13). En d’autres termes, la longueur de la rainure 15 est selon une directrice de la couronne 10 de forme cylindrique. La hauteur de la rainure 15 est une dimension selon l’axe central 101 de la couronne 10. En d’autres termes, la hauteur de la rainure 15 est selon une génératrice de la couronne 10 de forme cylindrique. La rainure 15 traverse radialement la paroi 13 et débouche à une extrémité de sa plus grande dimension dans l’espace de refoulement 11 , selon la circonférence de la couronne 10. La rainure est un orifice long selon une direction et étroit selon une autre direction. La forme et la disposition de la rainure au travers de la paroi et par rapport à l’espace de refoulement 11 assure une mise à pression progressive de la cavité avant sont refoulement. Alternativement ou en combinaison, la forme et la disposition de la rainure au travers de la paroi et par rapport à l’espace de refoulement 11 assure une variation de pression progressive de la cavité après sont refoulement.

Les rainures 15 sont positionnées en fin de zone d’étanchéité 19 en amont de l’espace de refoulement 11 , dans le sens de rotation du rotor 20. Cette zone d’étanchéité 19 peut, en fonction de la conception de la couronne 10, correspondre à la partie 22 plus fine de la paroi 13 (comme cela est visible sur les figures 3 et 4) mais peut aussi être dans la partie 23 plus épaisse de la paroi 13. Les rainures 15 peuvent aussi être positionnées en début de zone d’étanchéité 19, en aval de l’espace de refoulement 1 1 , dans le sens de rotation du rotor 20.

Les rainures 15 peuvent par exemple être obtenues par une procédé de fraisage, d’électroérosion ou de découpe fil, permettant de maîtriser les dimensions des rainures et d’obtenir des dimensions appropriées. Une rainure de trop grande dimension conduirait à des fuites non acceptables alors qu’une rainure trop petite n’aurait pas d’effet de mise à pression de la cavité.

Les éléments de la pompe 1 tels que le rotor 20, les tourillons, 22, le tambour 21 , les palettes 30 et la couronne 10 peuvent être en acier ; les paliers 40 peuvent être en bronze.

L’invention se rapporte aussi au circuit 2 de lubrification comprenant la pompe 1 et une turbomachine d’aéronef. Les rainures 15 permettent de réduire, voire annuler, les pulsations de pressions dans le circuit de lubrification. Ceci est sans impact sur les interfaces avec la pompe. Ceci permet aussi une meilleure circulation du fluide et d’éviter une casse prématurée d’un ou plusieurs équipements du circuit d’huile. Cela offre une durée de vie plus grande aux équipements. On évite aussi le surdimensionnement des équipements et donc l’augmentation globale de la masse de la turbomachine. La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. D’une manière générale, il apparaîtra évident pour un homme du métier que la présente invention n’est pas limitée aux exemples illustrés et/ou décrits ci-dessus.