FR3005491A1

FR3005491A1 - INTEGRATION OF PUMPS TO A GEARBOX APPENDIX TO AN AIRCRAFT ENGINE

Info

Publication number: FR3005491A1
Application number: FR1354228A
Authority: FR
Inventors: Stephane Prunera-Usach; Guillaume Beck; Jordane Peltier
Original assignee: Hispano Suiza SA
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2014-11-14
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: FR3005491B1; WO2014181069A1

Abstract

Cette boîte d'engrenages pour un moteur aéronef, à fixer à son moteur pour soutirer une partie de sa puissance et la transmettre à des équipements dont notamment des pompes à carburant ou à lubrifiant, est originale en ce que certains au moins des pompes sont logées à l'intérieur du carter (31, 36) de la boîte, ce qui simplifie la structure du dispositif et son assemblage, et permet d'économiser des pièces et de diminuer l'encombrement. La pompe (32) est entraînée par l'axe (38) d'une roue dentée (39) de la chaîne cinématique de la boîte pour entraîner ses parties mobiles responsables notamment de la compression et du refoulement du fluide.This gearbox for an aircraft engine, to be fixed to its engine to extract some of its power and transmit it to equipment including fuel pumps or lubricant, is original in that at least some of the pumps are housed inside the casing (31, 36) of the box, which simplifies the structure of the device and its assembly, and saves parts and reduce clutter. The pump (32) is driven by the axis (38) of a toothed wheel (39) of the kinematic chain of the box to drive its moving parts responsible in particular for the compression and discharge of the fluid.

Description

INTEGRATION DE POMPES A UNE BOITE D'ENGRENAGES ANNEXE A UN MOTEUR D'AERONEF DESCRIPTION Le sujet de l'invention présente est une boîte d'engrenages annexe à un moteur d'aéronef, du genre qu'on assemble au moteur, de manière à l'entraîner par un arbre radial de ce moteur pour qu'elle communique son mouvement à des équipement dont notamment des pompes qui lui sont fixées, comme des pompes à carburant alimentant le moteur, ou des pompes de lubrification. De telles boîtes d'engrenages comprennent un carter fixé au moteur et auquel les équipements dont les pompes sont fixées, et une chaîne cinématique interne au carter, comprenant des roues dentées engrenant entre elles, une prise de mouvement de l'arbre radial du moteur et des portions d'entraînement des équipements, le carter étant pourvu d'orifices permettant de joindre la chaîne cinématique à l'arbre radial et au moyen de prise de mouvement des équipements.INTEGRATION OF PUMPS TO A GEARBOX APPENDIX TO AN AIRCRAFT ENGINE DESCRIPTION The subject of the present invention is a gearbox attached to an aircraft engine, of the type that is assembled to the engine, so as to the drive by a radial shaft of the engine to communicate its movement to equipment including pumps attached thereto, such as fuel pumps to the engine, or lubrication pumps. Such gearboxes comprise a casing fixed to the motor and to which the equipment whose pumps are fixed, and a kinematic chain internal to the casing, comprising toothed wheels meshing with each other, a power take-off of the radial shaft of the motor and drive portions of the equipment, the housing being provided with orifices for joining the drive train to the radial shaft and the power take-off means of the equipment.

Les contraintes d'encombrement sont particulièrement fortes, ce qui peut conduire à des difficultés d'aménagement des alentours du moteur d'aéronef, malgré la grande latitude de construction de la boîte d'engrenages et de position d'implantation des équipements. L'amélioration qui a été recherchée selon ce critère, a conduit à la présente invention. Elle consiste pour résumer à intégrer certaines au moins des pompes dans la boîte d'engrenages, en les logeant dans le carter. Ces pompes seront souvent appelées « internes » dans la suite de la description, afin de les distinguer de celles, classiques, extérieures à la boîte d'engrenages. Loger les pompes à l'intérieur du carter de la boîte d'engrenage permet de les rapprocher de la chaîne cinématique et donc de raccourcir et simplifier leurs éléments de jonction, d'où un encombrement moindre. Le dispositif sera moins complexe, plus léger et plus économique à produire.The constraints of space are particularly strong, which can lead to difficulties in arranging the surroundings of the aircraft engine, despite the great latitude of construction of the gearbox and equipment location position. The improvement which was sought according to this criterion led to the present invention. It consists of summarizing to integrate at least some of the pumps in the gearbox, housing them in the housing. These pumps will often be called "internal" in the remainder of the description, to distinguish them from those, conventional, external to the gearbox. Housing the pumps inside the casing of the gearbox makes it possible to bring them closer to the drive train and thus to shorten and simplify their connecting elements, resulting in less space. The device will be less complex, lighter and more economical to produce.

Conformément à ce qui précède, l'invention concerne, sous sa forme générale, une boîte d'engrenages annexe à un moteur d'aéronef, comprenant un carter, une chaîne cinématique logée dans le carter, la chaîne cinématique comprenant des roues dentées engrenant entre elles et montées sur des axes tournants, la boîte d'engrenages comprenant au moins parmi les équipements une pompe associée, entraînée par au moins un des axes, qui est un axe d'entraînement, caractérisée en ce que la pompe est une pompe interne logée dans le carter, et en ce que l'axe d'entraînement se prolonge dans la pompe interne et forme un arbre moteur de celle-ci. Les dispositifs classiques de jonction transmettant le mouvement de la chaîne cinématique à la pompe seront alors remplacés par un simple bout d'arbre pour les pompes internes. En remplaçant l'axe d'une des roues dentées et l'arbre de pompe par un axe unique, le nombre de paliers nécessaires est réduit. Les paliers de l'arbre de pompe peuvent éventuellement être omis, l'axe de la roue dentée, qui remplace cet arbre de pompe, pouvant être soutenu par les mêmes paliers qu'en l'absence de pompe.In accordance with the foregoing, the invention relates, in its general form, to a gearbox attached to an aircraft engine, comprising a casing, a kinematic chain housed in the casing, the kinematic chain comprising toothed wheels meshing between they are mounted on rotating shafts, the gearbox comprising at least one of the devices an associated pump, driven by at least one of the axes, which is a drive shaft, characterized in that the pump is an internal pump housed in the housing, and in that the drive shaft extends into the inner pump and forms a motor shaft thereof. Conventional junction devices transmitting the motion of the driveline to the pump will then be replaced by a simple shaft end for the internal pumps. By replacing the axis of one of the gears and the pump shaft by a single axis, the number of necessary bearings is reduced. The bearings of the pump shaft may possibly be omitted, the axis of the gear wheel, which replaces this pump shaft, can be supported by the same bearings in the absence of pump.

Une autre construction favorable, puisque compacte et robuste, sera caractérisée en ce que le carter comprend au moins un bossage de forme quelconque dans lequel les pompes internes, aussi de forme quelconque, sont contenues de façon ajustée, et les pompes internes sont pourvues d'une bride assemblée au carter autour du bossage.Another favorable construction, since compact and robust, will be characterized in that the casing comprises at least one boss of any shape in which the internal pumps, also of any shape, are contained in an adjusted manner, and the internal pumps are provided with a flange assembled to the housing around the boss.

L'axe d'entraînement ainsi concerné pourra servir soit à une seule pompe interne, soit à une pluralité de telles pompes, constituant une pluralité d'étages de compression travaillant en parallèle ou en série. Les pompes internes dépendant de cet axe peuvent être placées soit en empilement d'un même côté de la roue dentée portée par l'axe, soit de part et d'autre de cette roue dentée. Plusieurs dispositions intéressantes peuvent alors être définies, et elles seront commentées plus en détail plus loin. On passe en effet à une description plus détaillée de l'invention et de ses différents aspects, au moyen du commentaire de diverses réalisations purement illustratives de celle-ci et des figures suivantes : - la Figure 1 est une vue d'un équipement particulier, conforme à l'Art Antérieur ; et - les Figures suivantes 2, 3, 4 et 5 illustrent quatre réalisations particulières de l'invention.The drive shaft thus concerned may serve either a single internal pump, or a plurality of such pumps, constituting a plurality of compression stages operating in parallel or in series. The internal pumps depending on this axis can be placed either stacked on the same side of the toothed wheel carried by the axis, or on either side of this toothed wheel. Several interesting provisions can then be defined, and they will be discussed in more detail later. We go into a more detailed description of the invention and its various aspects, by means of the commentary of various embodiments purely illustrative of it and the following figures: - Figure 1 is a view of a particular equipment, conform to the prior art; and the following figures 2, 3, 4 and 5 illustrate four particular embodiments of the invention.

On se reporte à la Figure 1. Elle représente la pompe 12. Elle comprend un carter 16 logeant un corps de pompage 17 placé autour d'un même arbre d'entraînement 21. L'arbre 21 est soutenu dans le carter 16 par des paliers 23. Il comporte une queue saillante 24 à une extrémité ouverte 26 du carter 16, du côté de fixation à la boîte d'engrenages. La queue 24 est munie d'un pignon d'entraînement 27.Referring to Figure 1. It shows the pump 12. It comprises a housing 16 housing a pump body 17 placed around the same drive shaft 21. The shaft 21 is supported in the housing 16 by bearings 23. It has a protruding tail 24 at an open end 26 of the housing 16, the fixing side to the gearbox. The tail 24 is provided with a drive pinion 27.

Le corps de pompage 17 comprend ici plusieurs étages de compression 28 et 29, qui compriment successivement l'huile de lubrification qui les traverse en étant pompée. Les étages de compression 28 et 29 peuvent être de genres quelconque dans le domaine des pompes, comme une pompe à engrenages, une pompe Gerotor, une pompe centrifuge, etc.The pump body 17 here comprises several compression stages 28 and 29, which successively compress the lubricating oil which passes through them being pumped. The compression stages 28 and 29 may be of any kind in the field of pumps, such as a gear pump, a Gerotor pump, a centrifugal pump, etc.

La pompe 12 peut entrer dans les réalisations de l'invention avec des modifications mineures, comme on va le voir maintenant. D'autres types de pompes peuvent aussi être envisagés, avec un ou plusieurs étages de compression. Un premier mode de réalisation de l'invention est écrit à la Figure 2. La boîte d'engrenages, maintenant référencée 30, diffère des conceptions connues en ce que son carter 31 contient maintenant un des équipements qu'elle entraîne, ici une pompe 32, composée de deux étages de compression 33 et 34. Le carter 31 forme un bossage 36 à l'endroit de la pompe 32 pour la recevoir de façon ajustée ; la fixation de la pompe 32 peut se faire dans un cas particulier par boulonnage d'une bride 37 de son enveloppe à une portion du carter 31 autour du bossage 36, après que la pompe 32 a été enfoncée dans le bossage 36. Les parties mobiles des étages de compression 33 et 34 sont entraînées par un axe 38, qui sert par ailleurs au support d'une des roues dentées 39 de la boîte d'engrenage 30. L'axe 38 pénètre dans la pompe 32. L'axe 38 est, dans un cas particulier, supporté par ses paliers propres, et on peut alors supprimer des paliers dans la pompe 32. La pompe 32 n'est plus placée à l'extérieur de la boite d'engranages mais est intégrée à celle-ci. La queue de pignon d'entraînement fait directement partie de la pompe. Dans une conception particulière, les paliers 40 de la chaîne cinématique permettent de supprimer les paliers de la pompe 32. Il est manifeste que l'encombrement est réduit, la structure du dispositif simplifiée, et que l'assemblage devient plus facile. Le circuit de lubrifiant comprend un conduit d'entrée d'huile 41 dans le boîtier 31, une portion intermédiaire 42 creusée dans la structure de la pompe 32, entre les étages de compression 33 et 34, et un conduit de sortie 43, qui traverse le carter 31. La Figure 3 illustre une variante de réalisation, où la pompe 32 composée de deux étages de compression 33 et 34 successifs est remplacée par une pompe 32' dont les deux étages de compression 33' et 34' travaillent en parallèle, c'est-à-dire qu'ils gouvernent deux circuits de lubrification au moins partiellement indépendants. La pompe 32' peut alors aussi bien être considérée comme un groupe de deux pompes comprenant chacune un étage unique de compression. L'étage de compression 33' peut alors être alimenté par le même conduit d'entrée 41 que le précédent (33), qui le rejoint en s'étendant dans une direction parallèle à l'axe 38, mais le circuit de lubrification de l'étage de compression 33' fait un coude et sort du bossage 36 du carter 31 par un conduit de sortie 44 qui s'étend perpendiculairement à l'axe 38 et sort du bossage 36 entre les étages de compression 33' et 34'. L'autre étage de compression 34' est alimenté par un conduit d'entrée 45 d'emplacement semblable au conduit de sortie 43 précédent et qui s'étend parallèlement à l'axe 38; le circuit de lubrification fait aussi un coude dans la structure de la pompe 32' et la quitte par un conduit de sortie 46 traversant le bossage 36 perpendiculairement à l'axe 38, en étant conjoint au conduit de sortie 44, de sorte que les conduits de sortie 44 et 46 peuvent se confondre immédiatement après pour simplifier le circuit de lubrification.The pump 12 can enter the embodiments of the invention with minor modifications, as will be seen now. Other types of pumps can also be envisaged, with one or more stages of compression. A first embodiment of the invention is written in FIG. 2. The gearbox, now referenced 30, differs from the known designs in that its housing 31 now contains one of the equipment that it drives, here a pump 32 , composed of two compression stages 33 and 34. The housing 31 forms a boss 36 at the location of the pump 32 to receive it in a controlled manner; the fixing of the pump 32 can be done in a particular case by bolting a flange 37 of its envelope to a portion of the housing 31 around the boss 36, after the pump 32 has been driven into the boss 36. The moving parts compression stages 33 and 34 are driven by an axis 38, which is also used to support one of the gears 39 of the gearbox 30. The axis 38 enters the pump 32. The axis 38 is in a particular case, supported by its own bearings, and can then remove bearings in the pump 32. The pump 32 is no longer placed outside the gearbox but is integrated therewith. The drive pinion tail is directly part of the pump. In a particular design, the bearings 40 of the kinematic chain make it possible to eliminate the bearings of the pump 32. It is clear that the bulk is reduced, the structure of the device simplified, and that assembly becomes easier. The lubricant circuit comprises an oil inlet duct 41 in the casing 31, an intermediate portion 42 dug in the structure of the pump 32, between the compression stages 33 and 34, and an outlet duct 43, which passes through the casing 31. FIG. 3 illustrates an alternative embodiment, in which the pump 32 composed of two successive compression stages 33 and 34 is replaced by a pump 32 'whose two compression stages 33' and 34 'work in parallel, c that is, they govern two or more partially independent lubrication circuits. The pump 32 'can then be considered as a group of two pumps each comprising a single compression stage. The compression stage 33 'can then be fed by the same input duct 41 as the previous one (33), which joins it while extending in a direction parallel to the axis 38, but the lubrication circuit of the compression stage 33 'makes a bend and emerges from the boss 36 of the casing 31 via an outlet duct 44 which extends perpendicular to the axis 38 and leaves the boss 36 between the compression stages 33' and 34 '. The other compression stage 34 'is fed by an inlet duct 45 similar to the previous outlet duct 43 and which extends parallel to the axis 38; the lubrication circuit also makes a bend in the structure of the pump 32 'and leaves it by an outlet duct 46 passing through the boss 36 perpendicularly to the axis 38, being associated with the outlet duct 44, so that the ducts 44 and 46 can be confused immediately after to simplify the lubrication circuit.

Un autre genre de conception va maintenant être décrit. La Figure 4 illustre un agencement où une pompe 132 analogue à la pompe 32 est composée comme elle de deux étages de compression 133 et 134 successifs ou travaillant en série. Elle s'en distingue cependant, puisque les étages de compression 133 et 134 sont placés sur l'axe 38 de part et d'autre de la roue dentée 39. Le carter, maintenant 131, de la boîte d'engrenages comprend alors deux bossages opposés 136 et 136' pour les étages de compression 133 et 134, qui y sont encore ici logés de façon ajustée et retenus par des boulonnages de brides 137 et 137'. Le circuit de fluide peut comprendre, comme précédemment, un conduit d'entrée et un conduit de sortie 41 et 43 s'étendant dans la direction de l'axe 38 (sauf que le conduit d'entrée 41 traverse cette fois le carter 131 à la partie plate du bossage 136), mais la portion intermédiaire 42 qui s'étendait dans le corps de la pompe 32 est ici remplacée par une portion intermédiaire 142 de forme plus complexe et comprenant principalement un canal 47 disposé à l'intérieur de l'axe 38, qui est principalement creux, ou dans une conception particulière directement percé, deux collecteurs 48 et 49 circulaires aux extrémités du canal 47, ces collecteurs étant situés respectivement à l'endroit des étages 133 et 134, et des portions de raccordement 50 et 51 reliant les collecteurs 48 et 49 aux chambres des étages de compression 133 et 134 et s'étendant dans leurs enveloppes. Les enveloppes des étages de compression 133 et 134 sont encore munies de paliers lisses 52 pour soutenir l'axe 38. La réalisation de la Figure 5 est dérivée à la fois de celle de la Figure 4 et de la Figure 5 : elle comprend deux étages de compression 133' et 134' indépendants, disposés de part et d'autre de la roue dentée 39 sur l'axe 38 dans deux bossages 136 et 136' opposés sur le carter 131. La description de la Figure 5 s'applique en général, si ce n'est que le circuit de lubrification ne comprend pas de portion intermédiaire 142 s'étendant dans l'axe 38, ni de raccords 50 ou 51, mais le conduit d'entrée 41 déjà décrit et un conduit de sortie 53 s'étendant d'abord dans le carter 131 pour l'étage de compression 133', ainsi qu'un conduit d'entrée 54 s'étendant d'abord à l'intérieur du carter 131 et le conduit de sortie 43 déjà décrit pour l'étage de compression 134'. On notera toutefois que cet agencement se prête facilement à devenir une pompe dont les étages de compression travailleraient en série, en reliant les conduits 53 et 54 par une portion intermédiaire 55 contournant la roue dentée 39. Les modes de réalisation des Figures 3 à 5 possèdent à peu près les mêmes avantages que celui de la Figure 2. Dans tous ces modes de réalisation, le reste de la boîte d'engrenages peut être de conception connue.30Another kind of design will now be described. Figure 4 illustrates an arrangement where a pump 132 similar to the pump 32 is composed as it of two compression stages 133 and 134 successive or working in series. It differs however, since the compression stages 133 and 134 are placed on the axis 38 on either side of the toothed wheel 39. The casing, now 131, of the gearbox then comprises two bosses opposed 136 and 136 'for the compression stages 133 and 134, which are still here fitted and retained by clamping flanges 137 and 137'. The fluid circuit may comprise, as previously, an inlet duct and an outlet duct 41 and 43 extending in the direction of the axis 38 (except that the inlet duct 41 this time passes through the casing 131 to the flat portion of the boss 136), but the intermediate portion 42 which extended in the body of the pump 32 is here replaced by an intermediate portion 142 of more complex shape and mainly comprising a channel 47 disposed inside the 38, which is mainly hollow, or in a particular design directly pierced, two circular collectors 48 and 49 at the ends of the channel 47, these collectors being located respectively at the locations of the stages 133 and 134, and the connecting portions 50 and 51 connecting the collectors 48 and 49 to the chambers of the compression stages 133 and 134 and extending into their envelopes. The envelopes of the compression stages 133 and 134 are again provided with plain bearings 52 to support the axis 38. The embodiment of FIG. 5 is derived both from that of FIG. 4 and FIG. 5: it comprises two stages 133 'and 134' independent compression, disposed on either side of the toothed wheel 39 on the axis 38 in two opposite bosses 136 and 136 'on the housing 131. The description of Figure 5 applies in general , except that the lubrication circuit does not comprise an intermediate portion 142 extending in the axis 38, nor connectors 50 or 51, but the inlet duct 41 already described and an outlet duct 53 extending first into the housing 131 for the compression stage 133 ', as well as an inlet duct 54 extending first inside the housing 131 and the outlet duct 43 already described for the compression stage 134 '. Note however that this arrangement is easily adapted to become a pump whose compression stages work in series, connecting the conduits 53 and 54 by an intermediate portion 55 bypassing the toothed wheel 39. The embodiments of Figures 3 to 5 have approximately the same advantages as that of Figure 2. In all these embodiments, the rest of the gearbox may be of known design.

Claims

CLAIMS1) Gearbox attached to an aircraft engine, comprising a casing (31, 131), a kinematic chain (8) housed in the casing, the kinematic chain comprising toothed wheels meshing with each other and mounted on shafts ( 38), the gearbox comprising at least one associated pump (32; 32 '; 132; 132') driven by at least one of the axes, which is a drive shaft, characterized in that the pump is an internal pump housed in the housing, and in that the drive shaft (38) extends into the internal pump and forms a motor shaft thereof.

2) gearbox according to claim 1, comprising at least one pump, characterized in that the drive shaft (38) is supported exclusively by bearings (40) of the drive train.

3) gearbox according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the casing comprises at least one boss (36, 136, 136 ') in which the inner pump is contained in an adjusted manner.

4) A gearbox according to claim 3, characterized in that the boss and the internal pumps are of any shape, and the inner pump is provided with a flange (37, 137, 137 ') assembled to the housing around the boss .

5) gearbox according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the inner pump is provided with fluid conduits (43; 44, 45, 46) or not passing through the housing.

6) gearbox according to claim 1 to 5, characterized in that the drive shaft (38) drives a plurality of the internal pumps, which are either stacked on said drive shaft on the same side of the toothed wheel (39) mounted on said axis, or disposed on said drive shaft on either side of the toothed wheel (39) mounted on said axis.

7) gearbox according to claims 1 to 6, characterized in that it comprises a plurality of said internal pumps, which are interconnected by fluid conduits (42; 47; 55) internal to the housing to form successive stages fluid compression.

8) gearbox according to claim 6, wherein the pumps are stacked on the same side of the toothed wheel, characterized in that the pumps are provided with fluid inlet ducts and fluid outlet ducts, said ducts of exit being conjoined.

9) gearbox according to claims 6 and 7, wherein the compression stages are arranged on either side of the toothed wheel, characterized in that said compression stages are connected by a conduit (47) internal to the axis (38).

10) gearbox according to claims 6 and 7, wherein the compression stages are arranged on either side of the toothed wheel, characterized in that said compression stages are connected by a conduit (55) bypassing said wheel toothed.