FR3014954A1 - Boite d'engrenages a fixer a une turbomachine comprenant une division de la chaine cinematique - Google Patents

Abstract

La boîte d'engrenages (1) comprend deux lignes d'engrenages (11, 12), entraînées par un même pignon d'attaque (9), directement commandé par l'arbre radial à la sortie d'une turbomachine dont dépend la boîte. Cette configuration offre un grand choix de conceptions pour la boîte, sans entraîner un encombrement important, et une des branches peut être affectée à la commande d'équipements (15) lents, notamment hydrauliques, et l'autre à des équipements (16) rapides, notamment électriques, puisque des lignes d'engrenages (11, 12) peuvent être conçues pour tourner à des vitesses bien différentes l'une de l'autre, grâce à un choix judicieux de diamètres des roues dentées.

Description

BOITE D'ENGRENAGES A FIXER A UNE TURBOMACHINE COMPRENANT UNE DIVISION DE LA CHAINE CINEMATIQUE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est une boîte d'engrenages à fixer à une turbomachine pour entraîner des équipements annexes à la turbomachine, équipements notamment hydrauliques (pompes) ou électriques (générateurs), et qui contient une chaîne cinématique de transmission de mouvement qui est divisée en deux lignes séparées. Les boîtes d'engrenages dont il est question ici prélèvent une partie de la puissance fournie par la turbomachine, par l'intermédiaire d'un arbre radial de prise de mouvement, qui aboutit à l'extérieur de la turbomachine, à un endroit auquel la boîte d'engrenages est fixée. L'extrémité de l'arbre radial engrène avec une chaîne cinématique, composée d'engrenages consécutifs à l'intérieur d'un carter de la boîte d'engrenages, et les axes des engrenages entraînés entraînent à leur tour les équipements fixés aux carters de la boîte d'engrenages. L'art antérieur connu du public comprend par exemple le document US A 12/0006137. Les boîtes d'engrenages de ce domaine technique sont sujettes à des contraintes d'installation et d'encombrement importantes, puisque leur volume doit être réduit, et que l'espace est très limité autour de la turbomachine, et d'ailleurs occupé par d'autres équipements, qui sont indépendants de la boîte d'engrenages.

Un aspect essentiel de l'invention est donc une boîte d'engrenages qu'on puisse construire avec une liberté de conception lui permettant de trouver place sans difficulté importante dans l'environnement encombré d'une turbomachine et sans guère nuire à la liberté d'installation d'autres équipements. Selon l'invention, la chaîne cinématique, composée d'engrenages consécutifs et contenus dans le carter de la boîte, comprend deux lignes d'engrenages engrenant avec un même pignon de la chaîne cinématique, qui est destiné à être entraîné directement par l'arbre radial de prise de mouvements de la turbomachine et traversant le carter, et les lignes d'engrenages sont par ailleurs séparées l'une de l'autre, c'est-à-dire qu'elles n'ont pas d'autres liaison entre elles que par l'intermédiaire dudit pignon d'entraînement. Cette disposition permet d'agencer la position des lignes d'engrenages indépendamment l'une de l'autre, dans des directions qui peuvent être parallèles, opposées ou divergentes d'une autre façon. Ces avantages deviennent plus manifestes si, conformément à une réalisation plus particulièrement caractéristique de l'invention, le carter comprend deux branches séparées l'une de l'autre et contenant chacune une des lignes d'engrenages, puisque le volume occupé par la boîte d'engrenages et défini par le carter est alors plus réduit. Si par exemple, selon une forme encore plus caractéristique, le carter a une section en vé, quand on le considère en direction radiale de la turbomachine, une fois qu'il est fixé à celle-ci, la boîte d'engrenages peut facilement rester adjacente à la surface de la turbomachine sur toute sa longueur, les directions des branches pouvant être choisies avec une liberté suffisante à leur faire occuper les endroits libres, sur la boîte d'engrenages, d'autant plus que les branches peuvent être coudées ou sinueuses. Dans un mode de réalisation particulier, les branches peuvent ainsi être approximativement parallèles en direction axiale de la turbomachine, et les équipements situés de part et d'autre d'elle.

Un autre problème technique rencontré avec les boîtes d'engrenages est la diversité des équipements qu'elles doivent entraîner, et à des vitesses différentes. Selon un autre aspect de l'invention, qui permet de résoudre cette difficulté, les lignes d'engrenages de la chaîne cinématique sont dissemblables quant à l'agencement des rapports de denture de leurs engrenages au point qu'on peut y distinguer une ligne « lente » et une ligne « rapide », en référence aux vitesses de rotation des axes d'entraînement des équipements et qu'on place alors, de préférence, des équipements d'une catégorie déterminée sur une des lignes, comme les équipements hydrauliques sur la ligne lente, alors que l'autre des lignes est réservée à d'autres équipements, comme les équipements électriques pour la ligne rapide.

On parvient à disposer facilement des équipements hétérogènes sur une même boîte d'engrenages, et avec un agencement rationnel, d'autant plus que les équipements des deux catégories différentes peuvent être placés de deux côtés opposés de la turbomachine. Il faut cependant ajouter qu'on dispose d'une grande liberté d'agencement de la forme du carter et de la cinématique des lignes d'engrenages, qui autorise des exceptions ou des particularités locales (un axe d'entraînement rigide sur la ligne lente par exemple) sans que les règles précédentes soient violées. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en liaison aux figures, parmi lesquelles : -la figure 1 est une vue générale de l'assemblage de la boîte sur la turbomachine ; -la figure 2 illustre la boîte en perspective ; -la figure 3, la boîte en perspective munie des équipements qu'elle entraîne ; -la figure 4 est une vue de dessous de la boîte ; -la figure 5, une vue de la boîte dans l'axe de la turbomachine ; -la figure 6 illustre certains détails d'une chaîne cinématique ; -et la figure 7 illustre certains détails d'une autre chaîne cinématique. D'après ces figures, la boîte d'engrenages 1 de l'invention, fixée à une turbomachine 2 (figure 1) par des boulonnages ou d'autres moyens, comprend (figures 2, 3 et 4) un carter 3, composé d'une petite portion centrale 4 et de deux branches latérales 5 et 6, raccordées à la portion centrale 4 mais séparées l'une de l'autre, qui s'étendent dans des directions légèrement divergentes, quoique approximativement parallèles dans la direction axiale de la turbomachine 2, en donnant donc une forme de vé à la boîte d'engrenages (figure 4) quand on la considère en direction radiale de la turbomachine. La boîte d'engrenages 1 et notamment les branches 5 et 6 sont adjacentes au carter de la turbomachine 2 sur toute leur longueur (figures 1 et 5). La portion centrale 4 comporte une ouverture 7, abouchée à une ouverture complémentaire de la turbomachine 2 quand la boîte d'engrenages 1 lui est assemblée, de manière à laisser passer un arbre radial 8 (figure 6) appartenant à la turbomachine 2, qui entraîne directement un pignon d'attaque 9 conique situé dans la portion centrale 4. Le carter 3 contient une chaîne cinématique 10 composée d'engrenages successifs, qu'on peut se représenter en deux lignes d'engrenages 11 et 12, séparées et s'étendant dans les branches 5 et 6 respectivement, mais dont chacune est entraînée par le pignon d'attaque 9, en engrenant avec lui par une roue dentée 13 ou 14 conique respective. La roue dentée 14 est toutefois d'un diamètre beaucoup plus petit que la roue dentée 13, ce qui fait que la ligne d'engrenages 12 tourne beaucoup plus vite que la ligne d'engrenages 11. De plus, les engrenages 21 de la ligne d'engrenages 11 ont un rapport de denture plus petit entre la roue menante et la roue menée que les engrenages 22 de l'autre ligne d'engrenages 12, de sorte que les axes 17 de rotation des roues dentées tournent à des vitesses de plus en plus différentes d'une ligne d'engrenages 11 à l'autre 12, à mesure qu'on s'éloigne du pignon d'attaque 9 ; dans la réalisation représentée, où les engrenages 21 sont des diviseurs de mouvement et les engrenages 22 des multiplicateurs, les axes 17 de la première ligne d'engrenages 11 sont même tous plus lents en rotation que les axes 17 de la seconde ligne d'engrenages 12.

Une telle différence n'est toutefois ni nécessaire, ni caractéristique de l'invention, et des exceptions locales peuvent être acceptées, ou des recouvrements des plages de vitesses de rotation des axes 17 d'entraînement entre les deux lignes d'engrenages 11 et 12. Des équipements hydrauliques 15 et électriques 16 sont boulonnés au carter 3, respectivement aux branches 5 et 6, chacun d'eux étant entraîné par un des axes 17 de la chaîne cinématique 10, ces axes 17 se prolongeant hors du carter 3. Les équipements 15 et 16 sont, dans cette réalisation de l'invention, approximativement tangents à la turbomachine 2 et ne contribuent donc pas ou presque à augmenter son encombrement radial. Avantageusement (figure 5), les équipements 15 et 16 sont situés sur les deux côtés opposés de la turbomachine 2 et approximativement tangents à elle.

Cela est accompli par une courbure du carter 3 vu en direction axiale de la turbomachine, qui fait que les faces principales de fixation des équipements 15 et 16 ne sont pas parallèles et que les équipements 15 et 16 des deux branches 5 et 6 s'en élèvent dans des directions divergentes. Une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention est que les équipements hydrauliques 15 soient commandés par la ligne d'engrenages 11 lente, et regroupés sur la même branche 5, et les équipements électriques 16, commandés par la ligne d'engrenages 12 rapide et regroupés sur l'autre branche 6. La partie centrale 4 peut comprendre un bouchon 20 amovible (figure 4), permettant d'accéder à l'extrémité de l'arbre radial 8, pour le faire tourner manuellement. Si les équipements 15 et 16 sont avantageusement proches de la turbomachine 2 pour limiter leur encombrement, cela n'est pas nécessaire, et on a représenté un équipement 19 supplémentaire, fixé sur la face de la branche 6 qui est opposée à la face de fixation principale de cette branche 6. On s'aperçoit que des équipements peuvent être montés sur deux faces opposées de chacune des branches 5 et 6, et que la boîte d'engrenages 1 peut donc en porter un grand nombre si nécessaire. Il est manifeste que d'autres modes de réalisation sont possibles. Les branches 5 et 6 peuvent ainsi être réunies sur une partie de leur longueur, tout en maintenant la séparation des lignes d'engrenages 11 et 12. Les branches 5 et 6 peuvent avoir des orientations et des formes différentes, et notamment irrégulières, puisque les lignes d'engrenages 11 et 12 peuvent elles-mêmes avoir des formes différentes, selon la nature des engrenages. Dans cette réalisation, les lignes d'engrenages 11 et 12 sont composées d'engrenages 21 et 22 droits, ayant des axes de rotation tous parallèles entre eux, à l'intérieur de chaque branche, et les axes sont à un angle à peu près droit de la ligne 11 à l'autre 12 ; mais aucune de ces caractéristiques n'est nécessaire. Une variante de réalisation est décrite à l'aide de la figure 7. Dans le mode de réalisation de la figure 6, le pignon d'attaque 9 et les roues dentées 13 et 14 étaient hypoïdes, alors que d'autres formes de dents, notamment, spiro-coniques, peuvent être préférées pour l'engrenage conique. Il est alors nécessaire que les roues dentées, maintenant 113 et 114, engrenant avec le pignon d'attaque en formant l'engrenage conique aient les mêmes rayons. Les principes exposés à propos de la figure 6 demeurent valables et sont simplement appliqués de façon légèrement modifiée, les engrenages 21 de la première ligne d'engrenages (maintenant 111) et ceux 22 de la seconde ligne d'engrenages (maintenant 112) étant encore à des rapports de dentures différents leur permettant d'amplifier les différences de vitesses de rotation des axes 17 entre les deux lignes. Une bonne façon de contribuer à obtenir ce résultat consiste alors à joindre sur l'axe de rotation des roues dentées 113 et 114 semblables des roues dentées 23 et 24, qui sont les roues menantes du premier engrenage 21 ou 22 de la ligne 111 ou 112 respectivement, de rayons différents, la roue dentée 23 étant plus petite que la roue dentée 24. Ainsi, la dissymétrie des lignes commence aussitôt que possible, juste après les premières roues dentées 113 et 114. La conception de l'invention est compatible avec des dérogations aux principes exposés jusqu'à présent, concernant les rapports des engrenages 21 et 22 et les vitesses des axes 17 d'entraînement des équipements 15 et 16. Une exception importante est que les chaînes cinématiques peuvent comprendre des pignons isolés dans les engrenages, tel le pignon 25, qui engrène avec deux roues dentées 26 et 27 à la fois pour former un engrenage 121 particulier dans la ligne d'engrenage 111. Comme le pignon 25 a un rayon plus petit que les roues dentées 26 et 27, l'axe 17 qui l'entraîne est plus rapide et forme donc une exception dans la première branche 5. Un tel axe 17 peut être utilisé pour entraîner un équipement électrique, qui serait, contrairement aux autres, placé sur la première branche 5 : il s'agit de l'équipement 19 déjà rencontré. De tels équipements additionnels peuvent avantageusement être placés à l'opposé des autres ici, sur la face du carter 3 dirigée vers l'extérieur, dans le cas de petits équipements, qui n'augmentent pas beaucoup l'encombrement radial de l'assemblage, et dont l'accès serait beaucoup plus difficile s'ils étaient placés sur la face opposée, dirigée sensiblement radialement vers l'intérieur de la turbomachine, porteuse des équipements hydrauliques 15. Mais d'une façon générale, les branches 5 et 6 peuvent comprendre des équipements quelconques situés sur deux faces opposées.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1) Boîte d'engrenages (1) à fixer à une turbomachine (2) pour entraîner des équipements (15, 16) annexes à la turbomachine, comprenant un carter (3), une chaîne cinématique (10) interne au carter, la chaîne cinématique étant composée d'engrenages consécutifs, caractérisée en ce que la chaîne cinématique comprend deux lignes d'engrenages (11, 12) engrenant avec un même pignon (9) de la chaîne cinématique, qui est entraîné directement par un arbre (8) de prise de mouvement sortant du carter, et les lignes d'engrenages (11, 12) sont par ailleurs séparées l'une de l'autre.
2. 2) Boîte d'engrenages selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carter (3) comprend deux branches (5, 6) séparées l'une de l'autre et contenant chacune une des lignes d'engrenages (11, 12).
3. 3) Boîte d'engrenages selon la revendication 2, caractérisée en ce que le carter (3) a une forme en vé en direction radiale de la turbomachine, quand il est fixé à la turbomachine (2).
4. 4) Boîte d'engrenages selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les équipements (15, 16) comprennent des équipements hydrauliques et des équipements électriques, les équipements hydrauliques sont tous placés sur une première des branches (5) et seuls des équipements électriques sont placés sur une seconde des branches (6), les lignes d'engrenages (11, 111 ; 12, 112) étant agencées avec des rapports de denture faisant que les équipements électriques (26) sont entraînés à des vitesses plus grandes que les équipements hydrauliques (15).
5. 5) Boîte d'engrenages selon la revendication 4, caractérisé en ce que soit les lignes d'engrenages (11, 12) de la chaîne cinématique (10) engrènent avec le pignon (9) par des roues dentées (13, 14) de rayons différents, soit les lignes d'engrenages (110, 112) de la chaîne cinématique engrènent avec le pignon (9) par des roues dentées de rayons égaux, mais qui entraînent des engrenages (21, 22) ayant des rapports de denture différents.
6. 6) Boîte d'engrenages selon la revendication 5, caractérisé en ce que, les lignes d'engrenages (11, 12 ; 111, 112) de la chaîne cinématique (10) aboutissant à des axes (17) d'entraînement des équipements (15, 16), les axes d'entraînement de l'une des lignes d'engrenages tournent tous à des vitesses de rotation plus grandes que les axes d'entraînement de l'autre des lignes d'engrenages.
7. 7) Boîte d'engrenages selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que certains des équipements électriques (19) sont placés sur la première branche (5), en étant entraînés par des axes dépendant de pignons intermédiaires (25), engrenant avec deux roues dentées (26, 27) de plus grand rayon.
8. 8) Boîte d'engrenages selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits équipements électriques entraînés par les pignons intermédiaires sont placés sur une face de la première branche qui est opposée à une face sur laquelle sont placés les équipements hydrauliques.
9. 9) Boîte d'engrenages selon la revendication 1 à 7, caractérisée en ce que des équipements (15, 19) sont placés sur deux faces opposées d'une même branche (5).
10. 10) Boîte d'engrenages selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les équipements (15, 16) sont situés approximativement tangents à la turbomachine et de part et d'autre de la turbomachine (2).20