EP4127438A1 - Module de turbomachine equipe d'une machine electrique - Google Patents

Module de turbomachine equipe d'une machine electrique

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Publication number
EP4127438A1
EP4127438A1 EP21720806.5A EP21720806A EP4127438A1 EP 4127438 A1 EP4127438 A1 EP 4127438A1 EP 21720806 A EP21720806 A EP 21720806A EP 4127438 A1 EP4127438 A1 EP 4127438A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric machine
rotor
bearing
shaft
turbomachine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21720806.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Julien Fabien Patrick Becoulet
Didier Gabriel Bertrand Desombre
Matthieu Bruno François Foglia
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP4127438A1 publication Critical patent/EP4127438A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/36—Power transmission arrangements between the different shafts of the gas turbine plant, or between the gas-turbine plant and the power user
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F01D25/20—Lubricating arrangements using lubrication pumps
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    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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    • F02C7/06—Arrangements of bearings; Lubricating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/32—Arrangement, mounting, or driving, of auxiliaries
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K3/00—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
    • F02K3/02—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber
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    • F02K3/06—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type with front fan
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    • F05D2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • F05D2260/40311—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing of the epicyclical, planetary or differential type
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    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • TITLE TURBOMACHINE MODULE EQUIPPED WITH AN ELECTRIC MACHINE
  • the present invention relates to the field of turbomachines equipped with a reduction gear. It relates in particular to a turbomachine module equipped with an electric machine intended to supply an auxiliary pump of a lubrication system of at least one item of equipment of the turbomachine and the corresponding turbomachine.
  • An aircraft turbomachine such as a double-flow turbomachine generally comprises a ducted fan disposed at the inlet of the turbomachine and which is driven in rotation by a low pressure shaft.
  • a reducer can be interposed between the blower and the low pressure shaft so that the blower rotates at a lower speed than that of the low pressure shaft. Reducing the speed also increases the size of the blower allowing very high dilution rates to be achieved.
  • the reducers are of the planetary or epicyclic gear type. They are generally equipped with several rotating wheels and / or pinions whose lubrication and cooling in all circumstances are essential aspects for the correct operation of the turbomachine and its efficiency. Indeed, when the speed reducer is not sufficiently lubricated, friction between the teeth of the wheels and / or gear wheels or at the bearings causes them to wear prematurely and thus a drop in the efficiency of the speed reducer. These bearings, wheels and / or gear wheels of speed reducers can generate very high thermal power which must be evacuated to prevent damage to the speed reducer.
  • Lubrication systems are known for lubricating certain components of the turbomachine, in particular the speed reducer, such as in documents US AI -2016/258324 and EP-A1 -3184780. Certain lubrication systems are designed to send a large flow of oil which can reach several thousand liters per hour, for example greater than 5000 liters per hour depending on the architecture of the turbomachine to lubricate the speed reducer and the bearings.
  • Lubrication systems generally include a main circuit comprising at least one reservoir and one main pump, and which is intended to supply a lubrication chamber in which the reducer and the bearings are arranged. The main pump is driven mechanically by the high pressure shaft of the turbomachine via an accessory box.
  • the main circuit only allows the lubrication and cooling of the reduction gear and the bearings when the high pressure shaft is rotating, ie when the turbomachine has already started and in flight.
  • the lubrication system also comprises an auxiliary circuit, with an auxiliary reservoir and an auxiliary pump, to cover the other cases of operation of the turbomachine, that is to say, during the start-up phase, or shutdown, or again when the fan shaft rotates freely thanks to the action of the wind and drives the low pressure shaft to which it is coupled in rotation.
  • the latter case is known by the English term of "WindMilling".
  • the object of the present invention is in particular to provide a solution making it possible to supply the auxiliary pump of a lubrication system autonomously while avoiding penalizing the mass of the turbomachine and by facilitating the assembly and disassembly of the components of the turbomachine. .
  • a turbomachine module comprising: a fan shaft guided in rotation about a longitudinal axis X by at least a first guide bearing mounted on a first bearing support which is fixed to a fixed structure of the turbomachine, a power shaft driving the shaft in rotation a fan by means of a speed reducer arranged in a lubrication chamber of the turbomachine, a lubrication system of at least one of the speed reducer comprising a main, closed circuit intended to supply the lubrication chamber, and an auxiliary circuit, closed, intended to supply the lubrication chamber when the main circuit is inactive, the auxiliary circuit comprising at least one auxiliary supply pump driven by an electric motor, the module further comprising an electric machine configured to so as to supply the electric motor of the auxiliary pump and which is carried at least in part by the first bearing support, the electric machine composes rtant a rotor connected to the fan shaft so as to be driven in rotation about an axis of rotation A parallel to the longitudinal
  • the auxiliary pump of the lubrication system is supplied directly to allow the circulation of the lubricant in the auxiliary circuit intended to supply the lubrication chamber, in particular when the main pump is inactive.
  • the main pump only operates when the high pressure shaft rotates at a predetermined speed while the fan shaft is rotated by the action of the wind (WindMilling) when the aircraft is on the ground and during stopping the turbomachine, starting the turbomachine or even during ventilation.
  • the electric machine takes advantage of the rotation of the fan shaft in different cases so that the rotor of the electric machine is then also rotated in all cases of operation to generate electric power which can be used to supply power.
  • the lubrication system and the electrical machine are then autonomous.
  • this configuration is modular, which allows easy disassembly and assembly from the upstream side of the turbomachine.
  • the blower module also includes one or more of the following features, taken alone or in combination: the blower module includes a power take-off mechanism configured to connect the rotor of the electrical machine to the blower shaft and transmitting the movement of the fan shaft to the rotor.
  • the power take-off mechanism comprises a gear train
  • the electric machine comprises a power take-off mechanism connecting the rotor to the fan shaft
  • the power take-off mechanism comprising a drive shaft mounted to rotate freely around the axis of rotation A and on which the rotor is mounted, the drive shaft being coupled to a toothed wheel intended to mesh with a toothed ring integral with the fan shaft.
  • the drive shaft is guided in rotation by a first rotor bearing comprising a first ring integral with the drive shaft and a second ring integral with the fixed element, the first rotor bearing being arranged upstream of the rotor of the electric machine.
  • the drive shaft is guided in rotation by a second rotor bearing comprising a first ring integral with the drive shaft and a second ring integral with the fixed element, the second rotor bearing being arranged downstream of the rotor of the electric machine.
  • the electrical machine is arranged upstream of the speed reducer with respect to the longitudinal axis and at least partly in the lubrication chamber.
  • the electrical machine is housed in a housing formed in the first bearing support.
  • the fixed element is a base of the electric machine mounted on the first bearing support or the fixed element is the first bearing support.
  • the drive shaft is integral with the toothed wheel the stator of the electric machine extends around the rotor of the electric machine.
  • the speed reducer is of the planetary gear type, the speed reducer comprising a solar mounted movable around an X axis and coupled to the power shaft, and a ring centered on the longitudinal axis coupled to the shaft of blower, the reduction gear further comprising a planet carrier which is fixed and which carries several mobile planet wheels meshing with the crown and the sun.
  • the speed reducer is of the planetary gear type, the speed reducer comprising a solar mounted movable around an X axis and coupled to the power shaft, a fixed ring gear and a planet carrier centered on the longitudinal axis which is coupled to the fan shaft and which carries several mobile satellites meshing with the crown and the solar.
  • the toothed wheel and the ring gear are housed in the lubrication chamber.
  • the fixed element comprises the housing of the electrical machine.
  • the auxiliary pump which is installed outside the lubrication chamber.
  • the invention also relates to an aircraft turbomachine comprising a turbomachine module having any of the preceding characteristics.
  • the invention also relates to a method of assembling a turbomachine module as mentioned above and comprises the following steps: mounting the ring gear on the fan shaft, assembling the electric machine by mounting the rotor on a drive shaft and the stator on the fixed element supporting at least in part the electric machine, fixing the base of the electric machine on the first bearing support so that the rotor and the stator are arranged in the housing of the first bearing support which is open in the lubrication chamber, and connect the electric cable to the electric machine and to the auxiliary pump which is installed outside the lubrication chamber.
  • the assembly method comprises the following characteristics and / or steps, taken alone or in combination: the fixed element supporting at least in part the electric machine comprises the base of the electric machine or the first bearing support, mounting a first support guide bearing for the fan shaft on a fixed structure of the turbomachine. assemble the electric machine by mounting the stator on the first bearing support. engage the toothed wheel coupled to the drive shaft with the toothed ring. assemble the speed reducer. fit the speed reducer in the lubrication chamber of the turbomachine. connect a blower disc to the blower shaft.
  • Figure 1 is a schematic view in axial section of a double-flow turbomachine with a reduction gear according to the invention
  • Figure 2 is a schematic, partial and detailed view of a fan module of a bypass turbomachine with a reduction gear interposed between a fan shaft and a power shaft of the turbomachine according to the invention
  • Figure 3a is a schematic view of a system for lubricating parts and equipment of a turbomachine with an active auxiliary pump according to the invention
  • Figure 3b is a schematic view of a system for lubricating parts and equipment of a turbomachine with an inactive auxiliary pump according to the invention
  • FIG. 4 is an embodiment of an arrangement of an electric machine cooperating with a fan shaft in a turbomachine module according to the invention
  • Figure 5 is another embodiment of an arrangement of an electric machine cooperating with a fan shaft in a turbomachine module according to the invention.
  • FIG. 6 represents the upstream side of an exemplary bearing support for a guide bearing of a fan shaft of a turbomachine, the bearing support carrying an electric machine according to the invention.
  • FIG. 1 shows a view in axial section of a turbomachine 1 of longitudinal axis X to which the invention applies.
  • the turbomachine shown is a double-flow, double-body turbomachine intended to be mounted on an aircraft according to the invention.
  • the invention is not limited to this type of turbomachine.
  • upstream is defined relative to the direction of gas flow in the turbomachine and also along the longitudinal axis X (and even from left to right in figure 1).
  • radial is also defined with respect to a radial axis Z which is perpendicular to the axis X of the turbomachine.
  • This double-flow, double-body turbomachine 1 comprises a fan 2 which is mounted upstream of a gas generator or gas turbine engine 3.
  • the fan 2 comprises a plurality of fan blades 4 which extend radially from the periphery of a disc 5 through which a fan shaft 6 passes.
  • the fan 2 is surrounded by a fan casing 7 which is carried by a nacelle 8 which extends around the gas generator 3 and along the longitudinal axis X.
  • the gas generator 3 comprises, from upstream to downstream, a low pressure compressor (LP) 9, a high pressure compressor (HP) 10, a combustion chamber 11, a high pressure turbine 12 and a low pressure turbine 13.
  • the HP compressor 10 is connected to the HP turbine via an HP shaft 14 to form a first so-called high pressure body.
  • the LP compressor is connected to the LP turbine via a LP shaft 15 to form a second so-called low pressure body.
  • the BP 15 shaft extends inside the HP 14 shaft.
  • An air flow F which enters the turbomachine via the fan 2 is divided by a separation nozzle 16 of the turbomachine into a primary air flow F1 which passes through the gas generator 3 and in particular in a primary duct 17, and in a secondary air flow F2 which circulates around the gas generator 3 in a secondary stream 18.
  • the primary stream 17 and the secondary stream 18 are coaxial.
  • the secondary air flow F2 is ejected by a secondary nozzle 19 terminating the nacelle 8 while the primary air flow F1 is ejected outside the turbomachine via a nozzle ejection 20 located downstream of the gas generator.
  • the primary and secondary air flows meet at the outlet of their respective nozzles.
  • the fan shaft 6 is connected to a power shaft which rotates it around the longitudinal axis X via a power transmission mechanism.
  • the power shaft is the low pressure shaft 15.
  • the power transmission mechanism makes it possible to reduce the speed of the fan 2 to a speed lower than that of the low pressure shaft 15.
  • the power transmission mechanism allows the arrangement of a fan with a large diameter so as to increase the dilution rate.
  • the fan dilution rate is advantageously greater than 10.
  • the dilution rate is between 15 and 20.
  • the power transmission mechanism comprises a reduction gear 21 which is here a planetary gear speed reducer.
  • a reduction gear 21 which is here a planetary gear speed reducer.
  • the reducer is housed in a lubrication chamber 22 arranged upstream of the gas generator 3.
  • the lubrication chamber 22 makes it possible to lubricate the speed reducer 21 as well as the rotational guide bearings of the speed reducer and of the shaft. blower.
  • the lubrication chamber 22 is arranged in an annular internal casing 23 which is extended upstream by an inlet cone 24 of aerodynamic shape.
  • the internal casing 23 comprises a first annular ferrule 23a which rotates about the longitudinal axis X with respect to a second annular ferrule 23b of the internal casing 23.
  • the first ferrule 23a is mounted on the disc 5 of the fan.
  • the second annular ferrule 23b is structurally connected to an inlet casing 28 of the intervein casing 25 by first stator vanes 26 (known by the acronym IGV) which extend radially into the primary air flow F1 and around it. the longitudinal axis X.
  • the inlet casing 28 carries the separation spout 15 upstream.
  • the fan disc 5 and the first ferrule 23a form a rotor assembly.
  • the gear train of the speed reducer 21 typically comprises a sun (or internal sun gear) 30, a plurality of planet gears 31, a planet carrier 32, and a ring gear (outer sun gear) 33.
  • the solar 30 is centered on the longitudinal axis X and is coupled in rotation with the BP shaft 15 along the longitudinal axis X via a solar shaft 34.
  • the latter comprises first elements (not shown) intended to cooperate with second complementary coupling elements (not shown) carried by the BP shaft 15.
  • the planet wheels 31 are carried by the planet gear carrier 32 and are each guided in rotation about a planet wheel axis, here, parallel to the longitudinal axis X. Each satellite 31 meshes with external teeth of the solar 30 and internal teeth of the ring 33.
  • the planet carrier 32 is locked in rotation and is secured to a stator housing of the turbomachine.
  • the crown 33 centered on the longitudinal axis X, surrounds the solar 30 and is coupled in rotation with the fan shaft 6.
  • the solar 30 forms the input of the reduction gear while the crown 33 forms the output of the reducer.
  • the planet carrier 32 is rotatably coupled with the fan shaft 6 and the ring 33 is integral with a stator housing of the turbomachine. In other words, the crown 33 is fixed in rotation. In this way, the solar 30 forms the input of the speed reducer while the planet carrier 32 forms the output of the speed reducer.
  • the fan shaft 6 is guided in rotation relative to a fixed structure of the turbomachine by means of at least one bearing.
  • a first bearing 35 (here with bearings) comprises an inner ring 36 mounted on the fan shaft 6, an outer ring 37 carried by a first annular bearing support 38 and rolling members 39 between the inner and outer rings.
  • the rolling members 39 of the first bearing 35 are advantageously balls.
  • the first annular bearing support 38 is secured to the fixed structure of the turbomachine.
  • the bearing 35 is arranged upstream of the speed reducer 21.
  • the turbomachine also comprises another guide bearing (second bearing) 40 in rotation of the fan shaft 6 with respect to the fixed structure thereof.
  • This second bearing 40 (here also with bearings) is arranged upstream of the first guide bearing 35.
  • the guide bearing 40 comprises an internal ring 41 mounted. on the fan shaft 6 and an outer ring 42 mounted on a second bearing support 43.
  • Rolling members 44 are interposed between the inner and outer rings. These rolling members 44 here include rollers.
  • the second bearing support 43 comprises a flange 46 on which the first bearing support 38 is fixed.
  • the fixing is carried out by means of fixing members 45 such as screws and nuts or other members allowing rapid assembly and disassembly.
  • the turbomachine comprises a lubrication system 50 of certain equipment and components of the turbomachine arranged in lubrication enclosures, such as the speed reducer 21 and the bearings 35, 40, described above.
  • the lubrication system comprises a main circuit 51 which supplies at least the lubrication chamber 22, described above, in a closed circuit.
  • the main circuit 51 comprises at least one main reservoir 52 for supplying lubricant and a main pump 53 for supplying this lubricant intended to allow circulation of the lubricant from the reservoir to the lubrication chamber 22.
  • the main circuit 51 also comprises a heat exchanger 54 which is arranged downstream of the main pump 53 in the direction of circulation of the lubricant in the turbomachine.
  • the main pump 53 is driven by an accessory box or accessory relay 55 (known by the English designation of "Accessory Gear Box" (signed AGB)).
  • the main pump 53 is advantageously mounted on the accessory box 55 (ie outside the lubrication chamber 22).
  • the accessory box 55 illustrated in Figure 1, is housed in the turbomachine in an area called "core area".
  • the “core zone” is located in the intervein casing 25 (ie between the primary vein 17 and the secondary vein 18).
  • the accessory box 55 is rotated by the high pressure shaft 14 via a radial shaft 56.
  • the accessory box 55 is housed in the nacelle 8 and is driven by the shaft. radial 56 then extending into a casing arm which connects the interveine casing 25 and the nacelle 8.
  • the main pump 53 communicates with an electronic control unit 58 which is dedicated to the controls of certain components and / or equipment of the turbomachine.
  • This electronic control unit 58 can be an EEC calculator (which stands for Electronic Engine Controller).
  • the computer is controlled by a full authority electronic system (known as the acronym FADEC stands for “Full Authority Digital Engine Control” which manages the proper functioning of the turbomachine.
  • the computer 58 is also connected to means for monitoring parameters of the high pressure shaft 14 such as its speed N1, N2 for example and means for detecting the pressure P of the lubricant in the main circuit 51.
  • the lubrication system 50 also includes an auxiliary lubrication circuit 60 which is intended to also supply the lubrication chamber 22, in a closed circuit.
  • This auxiliary circuit 60 includes an auxiliary lubricant supply pump 61 which is supplied with electrical energy.
  • This auxiliary pump 61 is connected, on the one hand, to an auxiliary oil reservoir 62 and, on the other hand, to the lubrication chamber 22.
  • the auxiliary pump 61 is arranged upstream of the lubrication chamber 22 according to the figure. direction of lubricant circulation in the auxiliary circuit.
  • the auxiliary tank 62 is advantageously an oil accumulation zone which collects the oil. This is located at the back of enclosure 22 (at six o'clock by analogy with a clock face).
  • each turbomachine lubrication chamber also includes a lubricant recovery pump 64 which returns lubricant from a recovery tank (or accumulation area) to the main supply tank.
  • the auxiliary pump 61 is electric and is driven by an electric motor 63.
  • the auxiliary pump 61 and the electric motor 63 are arranged outside the lubrication chamber 22 so as to take the space out of the lubrication chamber. and keep them away from this constrained environment bathed in lubricant.
  • the main pump 53 is primed (or activated) as soon as the high pressure shaft 14 rotates at a predetermined rotational speed N2 and / or a predetermined pressure P is reached in the main circuit 51 so as to allow the circulation of the lubricant from the main reservoir 51 into the lubrication chamber 22.
  • This operating mode takes place after starting the turbomachine and in flight.
  • the auxiliary pump 61 is inactive and the auxiliary circuit 60 is not supplied with lubricant.
  • the turbomachine 1 further comprises an electric machine 65 which comprises a rotor and a stator so as to benefit from additional electric power, in particular to supply the electric motor 63 of the auxiliary pump 61.
  • the electric machine 65 operates advantageously, but not limitatively as a motor, that is to say that the latter allows the conversion of mechanical energy into electrical energy.
  • the electric machine 65 is coupled with the fan shaft 6 which supplies it with mechanical power during its rotation and which will be converted into electric power.
  • the fan shaft 6 is driven in rotation by the LP shaft 15 as soon as the HP shaft 14 turns or when the wind exerts its action on the blades of the fan blades.
  • this additional electrical power will be available regardless of the operation of the turbomachine, namely, in the event of Windmilling (autorotation of the fan on the ground or at standstill), during flight, in the landing phase and start-up.
  • the reducer lubrication system in the lubrication chamber 22 (where the speed reducer is located) is thus independent.
  • the electrical machine 65 could operate in generator mode so as to convert electrical energy into mechanical energy.
  • the electric machine 65 is electrically connected to an electric relay box
  • FIG. 3a shows the turbomachine turned off.
  • the computer 58 is inactive.
  • the relay box is closed and the switch
  • the main circuit 51 is interrupted. This is made possible by a valve 59 which is installed at least between the auxiliary pump 61 and the enclosure 22. The valve is also located between the two circuits and the enclosure. In particular, the valve 59 makes it possible to have two inlet ports and one outlet port. A first inlet port is connected to the auxiliary circuit 60 and a second inlet port is connected to the main circuit 51.
  • the valve 59 further comprises an obturating element, such as a ball, intended to close one of the inlet orifices as a function of the pressure in the circuits.
  • an obturating element such as a ball
  • the pressure increases in the auxiliary circuit 60 until it reaches a pressure which will cause the entry of the main circuit 51 to be blocked and prevent the lubricant from circulating in the latter towards the chamber 22.
  • the lubricant circulates in the auxiliary circuit. and to enclosure 22.
  • the turbomachine is on.
  • the computer 58 is active and can control the relay box 48.
  • the switch 49 is in the open position.
  • the computer 58 receives information indicating that the high pressure shaft is rotating at a speed at least equal to the predetermined speed N1 or N2 and / or that the pressure in the circuit reaches the predetermined pressure P in the main circuit, the computer 58 deactivates the relay box 48 (a control command is sent to the relay box 48).
  • the main circuit is operational, the oil is pumped from the auxiliary tank (via the main tank among others) and from an outlet which is connected to the main circuit. This oil outlet connected to the main circuit is located radially inside the oil outlet connected to the auxiliary circuit.
  • the increasing pressure in the main circuit causes the plugging of the inlet of the auxiliary circuit 60, which prevents the lubricant from circulating towards the enclosure 22.
  • the lubricant circulates in the main circuit 51 and towards the enclosure 22. It does not flow. there is no electric current produced.
  • the electric machine does not transmit electric power to the auxiliary pump (there is no current).
  • the electrical machine 65 is carried by the bearing support 38 which is located upstream of the speed reducer 21.
  • the electric machine 65 is arranged in the lubrication enclosure 22 so that the latter can be cooled by the lubricant.
  • the maximum temperature which prevails in the lubrication chamber 22 is of the order of 150 ° C., which is entirely acceptable for the electrical machine 65.
  • the temperature of the components of the electrical machine 65 should not generally exceed this value. In addition, this gives off strong powers which are directly evacuated into the lubricating fluid.
  • the lubrication chamber 22 (shown in part in a dotted line in FIG.
  • blower 6 can also delimit the lubrication enclosure depending on the configuration.
  • the lubricant which occupies the lubrication chamber 22 is oil in the form of a mist. In this lubrication chamber, the connection between the electrical machine 65 and the fan shaft 6 is facilitated. Furthermore, the electric machine 65 is also arranged upstream of the speed reducer 21 where space is available for its installation.
  • the bearing support 38 comprises a first substantially cylindrical portion 66 on which is secured the outer ring 37 of the guide bearing 35 in rotation of the fan shaft 6.
  • the bearing support 38 comprises a second substantially frustoconical portion 67 which is connected. on the one hand, to the first portion 66, and on the other hand to the fixed structure 68 of the turbomachine.
  • the first portion 66 extends radially inside the second portion 67.
  • the first portion 66 and the second portion 67 are integral.
  • the bearing support 38 comprises a housing 69 which is intended to house or carry at least part of the electrical machine 65.
  • the second portion 67 comprises a recess 47 with a bottom 70 ( see Figure 6) which is provided on the upstream side of the bearing support 38.
  • the bottom 70 is defined in a plane which is perpendicular or substantially perpendicular to the longitudinal axis X.
  • the bottom 70 is extended downstream by a skirt 71 substantially cylindrical with an axis parallel to the longitudinal axis.
  • the skirt 71 defines a through cavity 72 which opens out at the bottom 70 (upstream of the second portion 67) of the recess 47.
  • the bottom 70 comprises a first opening with an axis parallel to the longitudinal axis.
  • the free end 73 of the skirt 71 defines a second opening through which the cavity 72 also opens downstream.
  • the rotor 74 is connected (indirectly) to the fan shaft 6 so as to be driven in rotation about an axis of rotation A parallel to the longitudinal axis X with respect to the stator 75 which is mounted on a fixed element.
  • the connection of the rotor 74 and of the fan shaft 6 is made by a movement take-off mechanism 76 which allows the transmission of the movement of the fan shaft 6 to the electric machine 65.
  • the power take-off mechanism is arranged (kinematically) between the rotor of the electric machine and the fan shaft.
  • the electric machine 65 also comprises a base (or support) 77 which supports at least the rotor 74, the stator 75 or the movement take-off mechanism 76.
  • the base 77 comprises a sole 78 from which extends a substantially cylindrical annular wall 79.
  • the annular wall 79 extends axially inside the skirt 71 of the bearing bracket 38 (or of the housing 69).
  • the base 77 is fixed to the bottom 70 of the housing 69, on the upstream side of the bearing support 38, using fasteners.
  • the latter are of the screw, nut, or any element allowing rapid disassembly and / or assembly without damaging the electrical machine 65.
  • the stator 75 is disposed on a radially internal face of the annular wall 79.
  • the bottom 70, the skirt 71 and the base 77 form the housing 69 of the electrical machine 65.
  • the power take-off mechanism 76 of the electric machine 65 comprises a drive shaft 80 of axis of rotation A (parallel to the longitudinal axis X and coaxial with the axis of the rotor) which is rotated by the fan shaft 6.
  • the drive shaft 80 is carried by a central finger 81 which is integral with the sole 78 and which is coaxial with the axis of rotation A of the drive shaft.
  • the driveshaft 80 is hollow and the finger 81 extends therein.
  • Guide bearings designated the first rotor bearing 82 and second rotor bearing 83, allow the drive shaft 80 to be guided relative to the base 77 (and more particularly the finger 81).
  • the drive shaft 80 is mounted to rotate freely about the axis of rotation A.
  • the power take-off mechanism 76 includes a toothed wheel 84 which is coupled at one end to the drive shaft 80.
  • the toothed wheel 84 is coaxial with the axis of rotation A of the drive shaft 80.
  • the toothed wheel 84 is disposed downstream of the free end 73 of the skirt 71 of the housing and also that of the annular wall 79.
  • the toothed wheel 84 is intended to mesh with a toothed ring 85 which is integral in rotation with blower shaft 6.
  • the power take-off mechanism includes a gear train. This configuration of the power take-off mechanism reinforces the modular nature of the electric machine and of the power take-off, as well as easy disassembly and assembly from the upstream side of the turbomachine to possibly carry out maintenance operations.
  • the space upstream of the speed reducer allows the integration of the power take-off mechanism.
  • the fan shaft 6 comprises for this a projecting element 86 which extends axially from the wall of the fan shaft 6 and on which the toothed ring 85 is fixed.
  • the toothed ring 85 is shrunk onto the wall.
  • the ring gear is integral (made in one piece) with the fan shaft 6.
  • the ring gear 85 is coaxial with the fan shaft 6 (i.e. the axis longitudinal X).
  • the drive shaft 80 is integral with the toothed wheel 84.
  • the rotor 74 is mounted on the drive shaft 80 so that when the fan shaft 6 rotates, the rotor 74 also rotates relative to the stator 75.
  • the stator 75 of the electric machine 65 here extends around the rotor 74 of the electric machine 65.
  • the first rotor bearing 82 is arranged upstream of the rotor 74 while the second rotor bearing 83 is arranged downstream of the rotor 74.
  • Each first and second rotor bearings 82, 83 respectively comprises a first ring integral with the shaft d. 'drive 80 and a second ring integral with a fixed element.
  • the first ring is the outer ring 87 and the second ring is the inner ring 88 which is fixed to the base 77 (in particular to the finger 81) of the electric machine 65.
  • the first bearing and the second rotor bearing 82, 83 are rolling bearings.
  • the first and second bearings also have the same diameter. Alternatively, the diameters can be different.
  • the rolling members of the first and second bearings respectively comprise balls or rollers.
  • FIG. 5 illustrates another embodiment of the electric machine 65.
  • the stator 75 is mounted on the bearing support 38 and the rotor 74 is mounted on the drive shaft 80 of the electric machine.
  • the drive shaft 80 rotates freely around the axis of rotation A and relative to the base 77 of the electric machine 65 by means of at least one rotating guide bearing.
  • the axis of rotation A is substantially parallel to the longitudinal axis X. Its proximal end 90 is guided in rotation by the first rotor bearing 82 in a receiving housing 92 of the base 77 and its distal end 91 is coupled to the wheel. toothed 84.
  • the drive shaft 80 comprises a first portion 93 and a second portion 94 which are integral in rotation.
  • the first portion 93 carries the proximal end 90 and the second portion 94 carries the distal end 91.
  • the first portion 93 comprises (towards its free end 97) grooves 95 on its radially outer surface and which engage with the grooves. corresponding formed on the radially internal surface of the second portion 94.
  • the receiving housing 92 is delimited by an annular partition 96 of axis coaxial with the axis of rotation A of the drive shaft 80 and which is integral with the sole 78.
  • the annular partition 96 rises from a surface. internal sole 78.
  • the first rotor bearing 82 arranged upstream of the rotor 74, comprises a first ring (here, the inner ring 88) secured to the drive shaft 80 and a second ring (here the outer ring 87) secured to the wall of the annular partition 96.
  • the free end 97 of the first portion 93 extends inside the second portion 94.
  • the second rotor bearing 83 is arranged, axially downstream of the rotor 74, and radially between the support bearing 38 and the second portion 94 of the drive shaft 80.
  • the first ring (here, the inner ring 88) of the second rotor bearing 83 is integral with the drive shaft 80 and the second ring (here the outer ring 87) is integral with the bearing support 38.
  • the stator 75 is mounted on the annular skirt 71 of the housing of the bearing support.
  • the free end of the skirt 71 comprises an annular neck 98 which carries the outer ring 87 of the second rotor bearing 83.
  • the second rotor bearing 83 has a diameter greater than that of the first rotor bearing 82.
  • the toothed wheel 84 is coupled to the second portion 94 of the drive shaft 80.
  • the toothed wheel 84 meshes with the fixed ring gear 85. on the projecting element 86 of the fan shaft 6 (or which is made in one piece with the fan shaft 6).
  • the toothed wheel 84 is disposed axially between the inner ring 88 of the second rotor bearing 83 and a fastening element 99 (here a nut) to hold the latter on the second portion 94 of the drive shaft 80.
  • the electric machine 65 comprises at least one electric cable 100 intended to transmit the electric power to the auxiliary pump 61.
  • the electric cable 100 extends outside the lubrication chamber 22 which prevents the latter from coming into contact with an oil-bathed environment.
  • the electric cable 100 is advantageously connected (directly or indirectly) to the stator 75 and passes through an orifice 101 (shown in FIG. 5) of the sole 78 of the support 77 of the electric machine 65.
  • the orifice 101 has an axis B parallel to the longitudinal axis X.
  • the cable 100 is connected to the electric motor 65.
  • the electric machine 65 is configured so as to facilitate its assembly and disassembly.
  • the speed reducer 21 is first assembled with its various components by sliding it from upstream to downstream so that the solar 30 is coupled to the low pressure shaft 15.
  • the fan shaft 6 is fixed to radial flanges 102 (shown in FIG. 2) of the ring 33 using fasteners 103 (shown in FIG. 2). These fasteners may include screws, nuts, bolt, stud or other suitable elements to facilitate disassembly and / or assembly.
  • the bearing 35 (with its inner and outer rings) is mounted on the fan shaft 6.
  • the bearing 40 (with its inner and outer rings) is also mounted on the fan shaft 6 (preferably after mounting the bearing 35 ).
  • the bearing 35 is mounted on the first bearing support 38.
  • the latter is then fixed to a fixed structure of the turbomachine.
  • the bearing 35 is then tightened on the fan shaft 6 using a nut for example.
  • the first and second bearing brackets 38, 43 are secured together.
  • the bearing 40 is mounted on the second bearing support 43 before the latter is fixed on the first bearing support 38.
  • the electric machine 65 (with its rotor 74, stator 75, drive shaft 80 and bearing 82, 83, etc.) is assembled and then arranged in the housing 69 (produced in the bearing support 38). More precisely, the rotor 74 is mounted on the drive shaft 80 of the base 77.
  • the stator 75 is mounted on the fixed element supporting at least in part the electrical machine, or on the base 77 of the housing of the electrical machine. 65 (more precisely the annular wall 79) (embodiment of Figures 2 and 4), or on a wall of the housing of the electrical machine (more precisely the cylindrical skirt 71 of the first bearing support 38) (embodiment of the figure 5).
  • the toothed ring 85 is advantageously fixed on the fan shaft 6 before the electric machine 65 with the toothed wheel 84 is inserted into the housing 69.
  • the base 77 is then fixed on the first support 38 so that the rotor 74 and the stator 75 are arranged in the housing 69 of the first bearing support 38 which is open in the lubrication enclosure 22. In this way, when the latter is engaged in the housing 69, the toothed wheel 84 (carried by the 'drive shaft 80) meshes with the toothed ring 85.
  • the sole 78 of the base 77 is screwed here on the bottom 70 of the housing 69.
  • Disassembly is carried out by performing the steps in reverse.
  • the electric cable 100 is connected to the electric machine 65 and to the auxiliary pump 61.
  • the disc 5 is then inserted from upstream of the inner case to couple it to the fan shaft 6.
  • the inlet cone 24 is finally mounted on the inner case to close the fan module.
  • the power take-off mechanism 76 is installed on the fan shaft 6 after the installation of the fan shaft 6.
  • the ring gear 85 is mounted on the fan shaft 6 and is attached to the latter.
  • the toothed ring 85 can be made integrally with the fan shaft 6 as described above.
  • the toothed wheel 84 (previously fixed on the second portion 94 of the drive shaft 80) is arranged so as to mesh with the ring gear toothed 85.
  • the second rotor bearing 83 (with its inner and outer rings) is also secured to the second portion 94 of the drive shaft 80.
  • the first and second bearing supports 38, 43 are mounted in the turbomachine with their respective bearings 35, 40.
  • the electric machine 65 is assembled and arranged in the housing 69 of the electric machine 65.
  • the rotor 74 is mounted on the drive shaft 80 of the base 77 and the stator 75 is mounted on the housing of the electric machine. (more precisely, on the cylindrical skirt 71 of the first the bearing support 38).
  • the first portion 93 of the drive shaft 80 with the rotor 74 and the first rotor bearing 82 (inner ring and outer ring) which are mounted thereon is inserted into the housing of the bearing bracket of the. upstream to downstream.
  • the splines of the first portion 93 of the drive shaft 80 engage by sliding in the corresponding splines of the second portion 94 of the drive shaft 80.
  • the sole 78 of the support 7 is then screwed onto the bottom 70 of the case.
  • the toothed ring 85, the toothed wheel 84, the bearing 83 (with its inner and outer rings), the nut 99 and the second portion 94 of the drive shaft 80 remain permanently on the fan shaft 6.
  • the sole 78, the bearing 82 (with its inner and outer rings) and the rotor 74 are removed simultaneously.
  • the stator 75 can then be removed as well.
  • the bearing brackets 38, 43 are then removed, as well as the fan shaft 6

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Abstract

L'invention concerne un module de turbomachine comprenant : - un arbre de soufflante (6), - un arbre de puissance (15) entraînant en rotation l'arbre de soufflante via un réducteur de vitesse (21) agencé dans une enceinte de lubrification (22), - un système de lubrification (50) du réducteur de vitesse (21) comportant un circuit principal (51), fermé, pour alimenter l'enceinte de lubrification, et un circuit auxiliaire (60), fermé, pour alimenter l'enceinte de lubrification lorsque le circuit principal est inactif, le circuit auxiliaire comprenant une pompe auxiliaire (61) entraînée par un moteur électrique (63), et - une machine électrique (65) configurée de manière à alimenter le moteur électrique (63), la machine électrique comportant un rotor relié à l'arbre de soufflante pour être entrainé en rotation et un stator monté sur un élément fixe supportant au moins en partie la machine électrique.

Description

DESCRIPTION
TITRE : MODULE DE TURBOMACHINE EQUIPE D’UNE MACHINE ELECTRIQUE
Domaine de l’invention
La présente invention est relative au domaine des turbomachines équipées de réducteur. Elle vise en particulier un module de turbomachine équipé d’une machine électrique destinée à alimenter une pompe auxiliaire d’un système de lubrification d’au moins un équipement de la turbomachine et la turbomachine correspondante.
Etat de la technique
Une turbomachine d’aéronef telle qu’une turbomachine double flux comprend de manière générale une soufflante carénée disposée en entrée de la turbomachine et qui est entraînée en rotation par un arbre basse pression. Un réducteur peut être interposé entre la soufflante et l’arbre basse pression pour que la soufflante tourne à une vitesse inférieure à celle de l’arbre de basse pression. La réduction de la vitesse permet également d’augmenter la taille de la soufflante permettant alors d’atteindre des taux de dilution très élevés.
Les réducteurs (également désignés par le terme anglais « Réduction Gear Box » et siglé RGB) sont du type à train planétaire ou épicycloïdal. Ils sont généralement équipés de plusieurs roues et/ou pignons d’engrenage rotatifs dont la lubrification et le refroidissement dans toutes les circonstances sont des aspects primordiaux pour le bon fonctionnement de la turbomachine et son rendement. En effet, lorsque le réducteur de vitesse n’est pas suffisamment lubrifié, les frottements entre les dents des roues et ou pignons d’engrenage ou au niveau des paliers entraînent leurs usures prématurées et ainsi une baisse du rendement du réducteur de vitesse. Ces paliers, roues et/ou pignons d’engrenage des réducteurs de vitesse peuvent générer une puissance thermique très élevée qui doit être évacuée pour éviter l’endommagement du réducteur de vitesse.
Il est connu des systèmes de lubrification pour lubrifier certains organes de la turbomachine, notamment le réducteur de vitesse tels que dans les documents US AI -2016/258324 et EP-A1 -3184780. Certains systèmes de lubrification sont conçus pour envoyer un débit d’huile important pouvant atteindre plusieurs milliers de litres par heure, par exemple supérieur à 5000 litres par heure en fonction de l’architecture de la turbomachine pour lubrifier le réducteur de vitesse et les paliers. Les systèmes de lubrification comprennent généralement un circuit principal comprenant au moins un réservoir et une pompe principale, et qui est destiné à alimenter une enceinte de lubrification dans laquelle sont agencés le réducteur et les paliers. La pompe principale est entraînée mécaniquement par l’arbre haute pression de la turbomachine via une boîte d’accessoires. Dans ce cas, le circuit principal ne permet la lubrification et le refroidissement du réducteur et des paliers que lorsque l’arbre haute pression tourne, soit lorsque la turbomachine a déjà démarré et en vol. Le système de lubrification comprend également un circuit auxiliaire, avec un réservoir auxiliaire et une pompe auxiliaire, pour couvrir les autres cas de fonctionnement de la turbomachine, c’est-à- dire, pendant la phase du démarrage, ou d’arrêt, ou encore lorsque l’arbre de soufflante tourne librement grâce à l’action du vent et entraîne en rotation l’arbre basse pression auquel il est couplé. Ce dernier cas est connu sous le terme anglais de « WindMilling ». Il existe une solution de type mécanique où la pompe auxiliaire est entraînée par le réducteur et où le fonctionnement doit être adapté avec des organes adéquats dans tous les cas de rotation de la soufflante en WindMilling (sens horaire et antihoraire). Cette pompe mécanique présente un montage relativement compliqué et est encombrante. D’autre part, la pompe mécanique fonctionne continuellement, ce qui entraîne une usure prématurée de celle-ci et il est nécessaire de mettre en place une technologie spécifique pour qu’elle puisse tourner dans les deux sens dans le cas de WindMilling. Il existe une solution de type électrique où la pompe auxiliaire est alimentée par une puissance extérieure de l’enceinte de lubrification telle qu’une batterie qui pénalise la masse de la turbomachine.
Résumé de l’invention
La présente invention a notamment pour objectif de fournir une solution permettant d’alimenter de manière autonome la pompe auxiliaire d’un système de lubrification tout en évitant de pénaliser la masse de la turbomachine et en facilitant le montage et le démontage des organes de la turbomachine.
Nous parvenons à cet objectif, conformément à l’invention, grâce à un module de turbomachine comprenant : un arbre de soufflante guidé en rotation autour d’un axe longitudinal X par au moins un premier palier de guidage monté sur un premier support de palier qui est fixé à une structure fixe de la turbomachine, un arbre de puissance entraînant en rotation l’arbre de soufflante par l’intermédiaire d’un réducteur de vitesse agencé dans une enceinte de lubrification de la turbomachine, un système de lubrification d’au moins du réducteur de vitesse comportant un circuit principal, fermé, destiné à alimenter l’enceinte de lubrification, et un circuit auxiliaire, fermé, destiné à alimenter l’enceinte de lubrification lorsque le circuit principal est inactif, le circuit auxiliaire comprenant au moins une pompe auxiliaire d’alimentation entraînée par un moteur électrique, le module comprenant en outre une machine électrique configurée de manière à alimenter le moteur électrique de la pompe auxiliaire et qui est portée au moins en partie par le premier support de palier, la machine électrique comportant un rotor relié à l’arbre de soufflante de manière à être entraîné en rotation autour d’un axe de rotation A parallèle à l’axe longitudinal X et un stator monté sur un élément fixe supportant au moins en partie la machine électrique.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, grâce à la liaison du rotor de la machine électrique avec l’arbre de soufflante, la pompe auxiliaire du système de lubrification est directement alimentée pour permettre la circulation du lubrifiant dans le circuit auxiliaire destiné à alimenter l’enceinte de lubrification, notamment lorsque la pompe principale est inactive. En effet, la pompe principale ne fonctionne que lorsque l’arbre haute pression tourne à une vitesse prédéterminée alors que l’arbre de soufflante est entraîné en rotation par l’action du vent (WindMilling) lorsque l’aéronef est au sol et lors de l’arrêt de la turbomachine, au démarrage de la turbomachine ou encore lors de la ventilation. La machine électrique tire parti de la rotation de l’arbre de soufflante dans différents cas de sorte que le rotor de la machine électrique soit alors également entraîné en rotation dans tous les cas de fonctionnement pour générer de la puissance électrique qui pourra être utilisée pour alimenter divers équipements de la turbomachine. Le système de lubrification et la machine électrique sont alors autonomes. De plus, cette configuration est modulaire ce qui permet un démontage et un montage faciles par l’amont de la turbomachine. Le module de soufflante comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : le module de soufflante comprend un mécanisme de de prise de mouvement configuré de manière à relier le rotor de la machine électrique à l’arbre de soufflante et à transmettre le mouvement de l’arbre de soufflante au rotor. Une telle configuration permet d’éloigner la machine électrique des engrenages du réducteur de vitesse pour limiter les projection d’huile sur les éléments électriques. le mécanisme de prise de mouvement comprend un train d’engrenages la machine électrique comprend un mécanisme de prise de mouvement reliant le rotor à l’arbre de soufflante, le mécanisme de prise de mouvement comprenant un arbre d’entraînement monté libre en rotation autour de l’axe de rotation A et sur lequel est monté le rotor, l’arbre d’entraînement étant couplé à une roue dentée destinée à engrener avec une couronne dentée solidaire de l’arbre de soufflante. l’arbre d’entrainement est guidé en rotation par un premier palier de rotor comprenant une première bague solidaire de l’arbre d’entraînement et une deuxième bague solidaire de l’élément fixe, le premier palier de rotor étant agencé en amont du rotor de la machine électrique. l’arbre d’entrainement est guidé en rotation par un deuxième palier de rotor comprenant une première bague solidaire de l’arbre d’entraînement et une deuxième bague solidaire de l’élément fixe, le deuxième palier de rotor étant agencé en aval du rotor de la machine électrique. la machine électrique est agencée en amont du réducteur de vitesse par rapport à l’axe longitudinal et au moins en partie dans l’enceinte de lubrification. la machine électrique est logée dans un boîtier formé dans le premier support de palier. l’élément fixe est un socle de la machine électrique montée sur le premier support de palier ou l’élément fixe est le premier support de palier. l’arbre d’entrainement est venu de matière avec la roue dentée le stator de la machine électrique s’étend autour du rotor de la machine électrique. un câble électrique est relié à la machine électrique et au moteur électrique, le câble électrique circulant à l’extérieur de l’enceinte de lubrification. le réducteur de vitesse est de type à train planétaire, le réducteur de vitesse comprenant un solaire monté mobile autour d’un axe X et couplé à l’arbre de puissance, et une couronne centrée sur l’axe longitudinal couplée à l’arbre de soufflante, le réducteur comprenant en outre un porte-satellites qui est fixe et qui porte plusieurs satellites mobiles s’engrenant avec la couronne et le solaire. le réducteur de vitesse est de type à train épicycloïdal, le réducteur de vitesse comprenant un solaire monté mobile autour d’un axe X et couplé à l’arbre de puissance, une couronne fixe et un porte-satellites centré sur l’axe longitudinal qui est couplé à l’arbre de soufflante et qui porte plusieurs satellites mobiles s’engrenant avec la couronne et le solaire. la roue dentée et la couronne sont logées dans l’enceinte de lubrification. l’élément fixe comprend le boîtier de la machine électrique. la pompe auxiliaire qui est installée à l’extérieur de l’enceinte de lubrification.
L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef comprenant un module de turbomachine présentant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
L’invention concerne également un procédé d’assemblage d’un module de turbomachine tel que susmentionné et comprend les étapes suivantes : monter la couronne dentée sur l’arbre de soufflante, assembler la machine électrique en montant le rotor sur un arbre d’entraînement et le stator sur l’élément fixe supportant au moins en partie la machine électrique, fixer le socle de la machine électrique sur le premier support de palier de manière que le rotor et le stator soient agencés dans le boîtier du premier support de palier qui est ouvert dans l’enceinte de lubrification, et relier le câble électrique à la machine électrique et à la pompe auxiliaire qui est installée à l’extérieur de l’enceinte de lubrification.
Le procédé d’assemblage comprend les caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises seules ou en combinaison : l’élément fixe supportant au moins en partie la machine électrique comprend le socle de la machine électrique ou le premier support de palier, monter un premier support de palier de guidage de l’arbre de soufflante sur une structure fixe de la turbomachine. assembler la machine électrique en montant le stator sur le premier support de palier. réaliser un engrènement de la roue dentée couplée à l’arbre d’entraînement avec la couronne dentée. assembler le réducteur de vitesse. monter le réducteur de vitesse dans l’enceinte de lubrification de la turbomachine. relier un disque de soufflante à l’arbre de soufflante.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux figures suivantes annexées :
[Fig.1 ] La figure 1 est une vue schématique et en coupe axiale d’une turbomachine double flux avec un réducteur selon l’invention ;
[Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique, partielle et de détails d’un module de soufflante d’une turbomachine double flux avec un réducteur interposé entre un arbre de soufflante et un arbre de puissance de la turbomachine selon l’invention ;
[Fig. 3a] La figure 3a est une vue schématique d’un système de lubrification d’organes et d’équipements d’une turbomachine avec une pompe auxiliaire active selon l’invention ;
[Fig. 3b] La figure 3b est une vue schématique d’un système de lubrification d’organes et d’équipements d’une turbomachine avec une pompe auxiliaire inactive selon l’invention ;
[Fig. 4] La figure 4 est un mode de réalisation d’un agencement d’une machine électrique coopérant avec un arbre de soufflante dans un module de turbomachine selon l’invention ;
[Fig. 5] La figure 5 est un autre mode de réalisation d’un agencement d’une machine électrique coopérant avec un arbre de soufflante dans un module de turbomachine selon l’invention ; et
[Fig. 6] La figure 6 représente l’amont d’un exemple de support de palier d’un palier de guidage d’un arbre de soufflante d’une turbomachine, le support de palier portant une machine électrique selon l’invention. Description détaillée de l’invention La figure 1 montre une vue en coupe axiale d’une turbomachine 1 d’axe longitudinal X à laquelle s’applique l’invention. La turbomachine représentée est une turbomachine double flux et double corps destinée à être montée sur un aéronef selon l’invention. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce type de turbomachine.
Dans la présente demande, les termes « amont », « aval », « axial » et « axialement » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans la turbomachine et également suivant l’axe longitudinal X (et même de gauche à droite sur la figure 1). Les termes « radial », « radialement », « interne » et « externe » sont également définis par rapport à un axe radial Z qui est perpendiculaire à l’axe X de la turbomachine.
Cette turbomachine 1 à double flux et double corps comprend une soufflante 2 qui est montée en amont d’un générateur de gaz ou moteur de turbine à gaz 3. La soufflante 2 comprend une pluralité d’aubes de soufflante 4 qui s’étendent radialement depuis la périphérie d’un disque 5 traversé par un arbre de soufflante 6. La soufflante 2 est entourée d’un carter de soufflante 7 lequel est porté par une nacelle 8 qui s’étend autour du générateur de gaz 3 et suivant l’axe longitudinal X.
Le générateur de gaz 3 comprend, d’amont en aval, un compresseur basse pression (BP) 9, un compresseur haute pression (HP) 10, une chambre de combustion 11 , une turbine haute pression 12 et une turbine basse pression 13. Le compresseur HP 10 est relié à la turbine HP via un arbre HP 14 pour former un premier corps dit haute pression. Le compresseur BP est relié à la turbine BP via un arbre BP 15 pour former un deuxième corps dit basse pression. L’arbre BP 15 s’étend à l’intérieur de l’arbre HP 14.
Un flux d’air F qui entre dans la turbomachine via la soufflante 2 est divisé par un bec de séparation 16 de la turbomachine en un flux d’air primaire F1 qui traverse le générateur de gaz 3 et en particulier dans une veine primaire 17, et en un flux d’air secondaire F2 qui circule autour du générateur de gaz 3 dans une veine secondaire 18. La veine primaire 17 et la veine secondaire 18 sont coaxiales. Le flux d’air secondaire F2 est éjecté par une tuyère secondaire 19 terminant la nacelle 8 alors que le flux d’air primaire F1 est éjecté à l’extérieur de la turbomachine via une tuyère d’éjection 20 située en aval du générateur de gaz. Les flux d’air primaire et secondaire se rejoignent en sortie de leurs tuyères respectives.
En référence à la figure 2, l’arbre de soufflante 6 est relié à un arbre de puissance qui l’entraîne en rotation autour de l’axe longitudinal X via un mécanisme de transmission de puissance. Dans le présent exemple, l’arbre de puissance est l’arbre basse pression 15. Le mécanisme de transmission de puissance permet de réduire la vitesse de la soufflante 2 à une vitesse inférieure à celle de l’arbre basse pression 15. D’autre part, le mécanisme de transmission de puissance permet l’agencement d’une soufflante avec un diamètre important de manière à augmenter le taux de dilution. Le taux de dilution de la soufflante est avantageusement supérieur à 10. Préférentiellement, le taux de dilution est compris entre 15 et 20.
Le mécanisme de transmission de puissance comprend un réducteur 21 qui est ici un réducteur de vitesse à train planétaire. Bien entendu un réducteur de vitesse à train épicycloïdal est envisageable. Le réducteur est logé dans une enceinte de lubrification 22 agencée en amont du générateur de gaz 3. L’enceinte de lubrification 22 permet de lubrifier le réducteur de vitesse 21 ainsi que des paliers de guidage en rotation du réducteur de vitesse et de l’arbre de soufflante. En particulier, l’enceinte de lubrification 22 est agencée dans un carter interne 23 annulaire qui est prolongé en amont par un cône d’entrée 24 de forme aérodynamique.
Le carter interne 23 comprend une première virole annulaire 23a qui tourne autour de l’axe longitudinal X par rapport à une deuxième virole annulaire 23b du carter interne 23. La première virole 23a est montée sur le disque 5 de la soufflante. La deuxième virole annulaire 23b est reliée structurellement à un carter d’entrée 28 du carter interveine 25 par des premières aubes de stator 26 (connues sous l’acronyme IGV) qui s’étendent radialement dans le flux d’air primaire F1 et autour de l’axe longitudinal X. Le carter d’entrée 28 porte le bec de séparation 15 en amont. Le disque de soufflante 5 et la première virole 23a forment un ensemble rotor. Le carter d’entrée 28, les aubes de stator 26 et la deuxième virole 23b forment un ensemble stator. Des secondes aubes de stator 27 (connues sous l’acronyme OGV) relient structurellement le carter d’entrée 28 au carter de soufflante 7 qui s’entendent radialement dans le flux d’air secondaire et autour de l’axe longitudinal. Sur la figure 2, le train d’engrenage du réducteur de vitesse 21 comprend typiquement un solaire (ou planétaire interne) 30, une pluralité de satellites 31 , un porte-satellites 32, et une couronne (planétaire externe) 33. Dans le présent exemple avec un réducteur à train planétaire, le solaire 30 est centré sur l’axe longitudinal X et est couplé en rotation avec l’arbre BP 15 suivant l’axe longitudinal X via un arbre solaire 34. Ce dernier comprend des premiers éléments (non représentés) destinés à coopérer avec des seconds éléments d’accouplement (non représentés) complémentaires portés par l’arbre BP 15. Les satellites 31 sont portés par le porte- satellites 32 et sont chacun guidés en rotation autour d’un axe de satellite, ici, parallèle à l’axe longitudinal X. Chaque satellite 31 engrène avec des dentures externes du solaire 30 et des dentures internes de la couronne 33. Le porte-satellites 32 est bloqué en rotation et est solidaire d’un carter de stator de la turbomachine. La couronne 33, centrée sur l’axe longitudinal X, entoure le solaire 30 et est couplée en rotation avec l’arbre de soufflante 6. Le solaire 30 forme l’entrée du réducteur tandis que la couronne 33 forme la sortie du réducteur.
Dans le cas d’un train épicycloïdal, le porte-satellites 32 est couplé en rotation avec l’arbre de soufflante 6 et la couronne 33 est solidaire d’un carter de stator de la turbomachine. En d’autres termes, la couronne 33 est fixe en rotation. De la sorte, le solaire 30 forme l’entrée du réducteur de vitesse tandis que le porte-satellites 32 forme la sortie du réducteur de vitesse.
L’arbre de soufflante 6 est guidé en rotation par rapport à une structure fixe de la turbomachine à l’aide d’au moins un palier. Un premier palier 35 (ici à roulements) comprend une bague interne 36 montée sur l’arbre de soufflante 6, une bague externe 37 portée par un premier support de palier 38 annulaire et des organes roulants 39 entre les bagues interne et externe. Les organes roulants 39 du premier palier 35 sont avantageusement des billes. Le premier support de palier 38 annulaire est solidarisé à la structure fixe de la turbomachine. Le palier 35 est agencé en amont du réducteur de vitesse 21.
La turbomachine comprend également un autre palier de guidage (deuxième palier) 40 en rotation de l’arbre de soufflante 6 par rapport à la structure fixe de celle-ci. Ce deuxième palier 40 (ici à roulements à également) est disposé en amont du premier palier de guidage 35. Le palier de guidage 40 comprend une bague interne 41 montée sur l’arbre de soufflante 6 et une bague externe 42 montée sur un deuxième support 43 de palier. Des organes roulants 44 sont interposés entre les bagues interne et externe. Ces organes roulants 44 comprennent ici des rouleaux. Le deuxième support 43 de palier comprend une bride 46 sur laquelle est fixé le premier support de palier 38. La fixation est réalisée au moyen d’organes de fixation 45 tels que des vis et écrous ou autres organes permettant un montage et un démontage rapides.
En référence aux figures 3a et 3b, la turbomachine comprend un système de lubrification 50 de certains équipements et organes de la turbomachine agencés dans des enceintes de lubrification, tels que le réducteur de vitesse 21 et les paliers 35, 40, décrits ci-dessus. Le système de lubrification comprend un circuit principal 51 qui alimente au moins l’enceinte de lubrification 22, décrite ci-avant, en circuit fermé. Le circuit principal 51 comprend au moins un réservoir principal 52 d’alimentation en lubrifiant et une pompe principale 53 d’alimentation de ce lubrifiant destinée à permettre la circulation du lubrifiant du réservoir vers l’enceinte de lubrification 22. Le circuit principal 51 comprend également un échangeur thermique 54 qui est disposé en aval de la pompe principale 53 suivant le sens de circulation du lubrifiant dans la turbomachine. La pompe principale 53 est entraînée par une boîte d’accessoires ou relais d’accessoires 55 (connue sous la désignation anglaise d’« Accessory Gear Box » (signé AGB)). La pompe principale 53 est avantageusement montée sur la boîte d’accessoires 55 (soit à l’extérieur de l’enceinte de lubrification 22).
La boîte d’accessoires 55, illustré sur la figure 1 , est logée dans la turbomachine dans une zone dénommée « zone core ». La « zone core » est située dans le carter interveine 25 (soit entre la veine primaire 17 et la veine secondaire 18). La boîte d’accessoires 55 est entraînée en rotation par l’arbre haute pression 14 via un arbre radial 56. De manière alternative (non représentée), la boîte d’accessoires 55 est logée dans la nacelle 8 et est entraînée par l’arbre radial 56 s’étendant alors dans un bras de carter qui relie le carter interveine 25 et la nacelle 8.
Sur les figures 3a, 3b, la pompe principale 53 communique avec une unité électronique de commande 58 qui est dédiée aux commandes de certains organes et/ou équipements de la turbomachine. Cette unité électronique de commande 58 peut être un calculateur EEC (qui signifie en anglais Electronic Engine Controller). Le calculateur est piloté par un système électronique de pleine autorité (connu sous l’acronyme FADEC pour « Full Authority Digital Engine Control » qui gère le bon fonctionnement de la turbomachine. Le calculateur 58 est également relié à des moyens de surveillance de paramètres de l’arbre haute pression 14 comme sa vitesse N1 , N2 par exemple et des moyens de détection de la pression P du lubrifiant dans le circuit principal 51 .
Le système de lubrification 50 (en référence aux figures 3a et 3b) comprend également un circuit auxiliaire 60 de lubrification qui est destiné à alimenter aussi l’enceinte de lubrification 22, en circuit fermé. Ce circuit auxiliaire 60 comprend une pompe auxiliaire 61 d’alimentation en lubrifiant qui est alimentée en énergie électrique. Cette pompe auxiliaire 61 est reliée d’une part, à un réservoir auxiliaire d’huile 62 et d’autre part, à l’enceinte de lubrification 22. La pompe auxiliaire 61 est disposée en amont de l’enceinte de lubrification 22 suivant le sens de circulation du lubrifiant dans le circuit auxiliaire. Le réservoir auxiliaire 62 est avantageusement une zone d’accumulation d’huile qui récupère l’huile. Celui-ci se trouve au fond de l’enceinte 22 (à six heures par analogie au cadran d’une horloge).
De manière générale, chaque enceinte de lubrification de la turbomachine comprend également une pompe de récupération 64 de lubrifiant qui renvoie le lubrifiant d’un réservoir de récupération (ou zone d’accumulation) vers le réservoir principal d’alimentation. La pompe auxiliaire 61 est électrique et est entraînée par un moteur électrique 63. De manière avantageuse, la pompe auxiliaire 61 et le moteur électrique 63 sont agencés à l’extérieur de l’enceinte de lubrification 22 de manière à désencombrer l’enceinte de lubrification et de les maintenir à distance de cet environnement contraint et baigné de lubrifiant.
La pompe principale 53 est amorcée (ou activée) dès que l’arbre haute pression 14 tourne à une vitesse de rotation N2 prédéterminée et/ou une pression P prédéterminée est atteinte dans le circuit principal 51 de sorte à permettre la circulation du lubrifiant depuis le réservoir principal 51 jusque dans l’enceinte de lubrification 22. Ce mode de fonctionnement s’opère après le démarrage de la turbomachine et en vol. La pompe auxiliaire 61 est inactive et le circuit auxiliaire 60 n’est pas alimenté en lubrifiant. La turbomachine 1 comprend en outre une machine électrique 65 qui comprend un rotor et un stator de manière à bénéficier d’une puissance électrique supplémentaire, notamment pour alimenter le moteur électrique 63 de la pompe auxiliaire 61. La machine électrique 65 fonctionne avantageusement, mais non limitativement en tant que moteur, c’est-à-dire que celle-ci permet la conversion d’énergie mécanique en énergie électrique. A cet effet, la machine électrique 65 est couplée avec l’arbre de soufflante 6 qui lui fournit la puissance mécanique lors de sa rotation et qui sera convertie en puissance électrique. L’arbre de soufflante 6 est entraîné en rotation par l’arbre BP 15 dès que l’arbre HP 14 tourne ou lorsque le vent exerce son action sur les pales des aubes de soufflante. Autrement dit, cette puissance électrique supplémentaire sera disponible quel que soit le fonctionnement de la turbomachine, à savoir, en cas de Windmilling (autorotation de la soufflante au sol ou à l’arrêt), pendant le vol, en phase d’atterrissage et de démarrage. Le système de lubrification du réducteur dans l’enceinte de lubrification 22 (où se trouve le réducteur de vitesse) est ainsi autonome.
Bien entendu, la machine électrique 65 pourrait fonctionner en mode générateur de manière à convertir de l’énergie électrique en énergie mécanique.
La machine électrique 65 est reliée électriquement à un boîtier de relais électriques
48 qui est configuré de manière à autoriser ou non l’alimentation électrique du moteur électrique 63 de la pompe auxiliaire 61 . Ces relais électriques 48 sont eux-mêmes reliés électriquement au calculateur 58. Ces relais électriques coopèrent avec au moins un interrupteur (ou clapet) 49 configurés pour occuper une position ouverte ou une position fermée.
La figure 3a représente la turbomachine éteinte. Dans ce cas, nous considérons que le calculateur 58 est inactif. Par défaut le boîtier de relais est fermé et l’interrupteur
49 est en position fermée. La rotation de l’arbre de soufflante permet à la machine électrique 65 de générer une puissance électrique qui alimente alors le moteur électrique 63 de la pompe auxiliaire 61. De même, la pompe principale est « désamorcée » et la circulation de l’huile dans le circuit principal 51 est interrompue. Cela est permis grâce à un clapet 59 qui est installé au moins entre la pompe auxiliaire 61 et l’enceinte 22. Le clapet est également situé entre les deux circuits et l’enceinte. En particulier, le clapet 59 permet d’avoir deux orifices d’entrée et un orifice de sortie. Un premier orifice d’entrée est relié au circuit auxiliaire 60 et un deuxième orifice d’entrée est relié au circuit principal 51 . Le clapet 59 comprend en outre un élément d’obturation, tel qu’une bille, destiné à obturer un des orifices d’entrée en fonction de la pression dans les circuits. En activant la pompe auxiliaire 61 , l’huile est pompée dans le réservoir auxiliaire 62 et en particulier depuis le fond de celui-ci. La pression augmente dans le circuit auxiliaire 60 jusqu’à atteindre une pression qui va entraîner l’obturation de l’entrée du circuit principal 51 et empêcher le lubrifiant de circuler dans ce dernier vers l’enceinte 22. Le lubrifiant circule dans le circuit auxiliaire et vers l’enceinte 22.
En référence à la figure 3b, la turbomachine est allumée. Dans ce cas le calculateur 58 est actif et peut piloter le boîtier de relais 48. L’interrupteur 49 se trouve en position ouverte. Lorsque le calculateur 58 reçoit une information signalant que l’arbre haute pression tourne à une vitesse au moins égale à la vitesse N1 ou N2 prédéterminée et/ou que la pression dans le circuit atteint la pression P prédéterminée dans le circuit principal, le calculateur 58 désactive le boîtier de relais 48 (un ordre de commande est envoyé au boîtier de relais 48). De la sorte le circuit principal est opérationnel l’huile est pompée depuis le réservoir auxiliaire (en passant par le réservoir principal entre autres) et depuis une sortie qui est reliée au circuit principal. Cette sortie d’huile reliée au circuit principal se trouve radialement à l’intérieur de la sortie d’huile reliée au circuit auxiliaire. La pression augmentant dans le circuit principal entraîne l’obturation de l’entrée du circuit auxiliaire 60 ce qui empêche au lubrifiant de circuler vers l’enceinte 22. Le lubrifiant circule dans le circuit principal 51 et vers l’enceinte 22. Il n’y a pas de courant électrique produit. La machine électrique ne transmet pas de puissance électrique à la pompe auxiliaire (Il n’y a pas d’intensité).
En référence à la figure 4, la machine électrique 65 est portée par le support de palier 38 qui se trouve en amont du réducteur de vitesse 21 . En d’autres termes, la machine électrique 65 est agencée dans l’enceinte de lubrification 22 de manière à ce que celle-ci puisse être refroidie par le lubrifiant. La température maximum qui règne dans l’enceinte de lubrification 22 est de l’ordre de 150°C, ce qui est tout à fait acceptable pour la machine électrique 65. La température des composants de la machine électrique 65 (conducteurs électriques, isolants électriques, circuit magnétique, capteurs de température, excitatrice) ne doit généralement pas excédée cette valeur. De plus, celle-ci dégage de fortes puissances qui sont directement évacuées dans le fluide de lubrification. L’enceinte de lubrification 22 (représentée en partie en trait pointillé sur la figure 2) est délimitée au moins en partie par les premier et deuxième supports de palier 38, 43 et une portion du carter interne 23. Une partie de l’arbre de soufflante 6 peut également délimiter l’enceinte de lubrification en fonction de la configuration. Avantageusement, le lubrifiant qui occupe l’enceinte de lubrification 22 est de l’huile sous forme de brouillard. Dans cette enceinte de lubrification, la connexion entre la machine électrique 65 et l’arbre de soufflante 6 est facilitée. Par ailleurs, la machine électrique 65 est également agencée en amont du réducteur de vitesse 21 où de l’espace est disponible pour son installation.
Le support de palier 38 comprend une première portion 66 sensiblement cylindrique sur laquelle est solidarisée la bague externe 37 du palier de guidage 35 en rotation de l’arbre de soufflante 6. Le support de palier 38 comprend une deuxième portion 67 sensiblement tronconique qui est reliée d’une part, à la première portion 66, et d’autre part à la structure fixe 68 de la turbomachine. La première portion 66 s’étend radialement à l’intérieur de la deuxième portion 67. La première portion 66 et la deuxième portion 67 sont venues de matière.
En référence aux figures 4 à 7, le support de palier 38 comprend un boîtier 69 qui est destiné à loger ou porter au moins une partie de la machine électrique 65. En particulier, la deuxième portion 67 comprend un renfoncement 47 avec un fond 70 (cf. figure 6) qui est prévu du côté amont du support de palier 38. Le fond 70 est défini dans un plan qui est perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal X. Le fond 70 est prolongé en aval par une jupe 71 sensiblement cylindrique d’axe parallèle à l’axe longitudinal. La jupe 71 délimite une cavité 72 traversante qui débouche au niveau du fond 70 (en amont de la deuxième portion 67) du renfoncement 47. En d’autres termes, le fond 70 comprend une première ouverture d’axe parallèle à l’axe longitudinale et l’extrémité libre 73 de la jupe 71 délimite une deuxième ouverture par laquelle débouche en aval la cavité 72 également.
Le rotor 74 est relié (indirectement) à l’arbre de soufflante 6 de manière à être entraîné en rotation autour d’un axe de rotation A parallèle à l’axe longitudinal X par rapport au stator 75 qui est monté sur un élément fixe. La liaison du rotor 74 et de l’arbre de soufflante 6 est réalisée par un mécanisme de prise de mouvement 76 qui permet la transmission du mouvement de l’arbre de soufflante 6 à la machine électrique 65. En d’autres termes, le mécanisme de prise de mouvement est agencé (cinématiquement) entre le rotor de la machine électrique et l’arbre de soufflante. La machine électrique 65 comprend également un socle (ou support) 77 qui supporte au moins le rotor 74, le stator 75 ou le mécanisme de prise de mouvement 76.
Comme nous pouvons le voir sur la figure 4, le socle 77 comprend une semelle 78 depuis laquelle s’étend une paroi annulaire 79 sensiblement cylindrique. La paroi annulaire 79 s’étend axialement à l’intérieur de la jupe 71 du support de palier 38 (ou du boîtier 69). Le socle 77 est fixé sur le fond 70 du boîtier 69, du côté amont du support de palier 38, à l’aide d’organes de fixation. Ces derniers sont du type vis, écrou, ou tout élément permettant un démontage et/ou un montage rapide(s) sans endommager la machine électrique 65. Avantageusement, le stator 75 est disposé sur une face radialement interne de la paroi annulaire 79. Le fond 70, la jupe 71 et le socle 77 forment le boîtier 69 de la machine électrique 65.
Le mécanisme de prise de mouvement 76 de la machine électrique 65 comprend un arbre d’entraînement 80 d’axe de rotation A (parallèle à l’axe longitudinal X et coaxial à l’axe du rotor) qui est entraîné en rotation par l’arbre de soufflante 6. L’arbre d’entraînement 80 est porté par un doigt 81 central qui est solidaire de la semelle 78 et qui est coaxial avec l’axe de rotation A de l’arbre d’entraînement. L’arbre d’entraînement 80 est creux et le doigt 81 s’étend à l’intérieur de celui-ci. Des paliers de guidage, désignés premier palier de rotor 82 et deuxième palier de rotor 83 permettent le guidage de l’arbre d’entrainement 80 par rapport au socle 77 (et plus particulièrement le doigt 81 ). L’arbre d’entraînement 80 est monté libre en rotation autour de l’axe de rotation A.
Le mécanisme de prise de mouvement 76 comprend une roue dentée 84 qui est couplée à une de ses extrémités à l’arbre d’entraînement 80. La roue dentée 84 est coaxiale avec l’axe de rotation A de l’arbre d’entraînement 80. La roue dentée 84 est disposée en aval de l’extrémité libre 73 de la jupe 71 du boîtier et aussi de celle de la paroi annulaire 79. La roue dentée 84 est destinée à engrener avec une couronne dentée 85 qui est solidaire en rotation de l’arbre de soufflante 6. Nous comprenons que le mécanisme de prise de mouvement comprend un train d’engrenages. Cette configuration du mécanisme de prise de mouvement renforce le caractère modulaire de la machine électrique et de la prise de mouvement, ainsi que le démontage et un montage faciles par l’amont de la turbomachine pour réaliser éventuellement les opérations de maintenance. L’espace en amont du réducteur de vitesse permet l’intégration du mécanisme de prise de mouvement.
L’arbre de soufflante 6 comprend pour cela un élément en saillie 86 qui s’étend axialement depuis la paroi de l’arbre de soufflante 6 et sur lequel est fixée la couronne dentée 85. En particulier, la couronne dentée 85 est frettée sur l’arbre de soufflante 6 et un pion axial (non représenté) permet un maintien en position. Dans une configuration alternative (non représentée), la couronne dentée est venue de matière (réalisée d’un seul tenant) avec l’arbre de soufflante 6. La couronne dentée 85 est coaxiale avec l’arbre de soufflante 6 (soit l’axe longitudinal X).
Dans cet exemple de réalisation, l’arbre d’entrainement 80 est venu de matière avec la roue dentée 84. Le rotor 74 est monté sur l’arbre d’entraînement 80 de sorte que lorsque l’arbre de soufflante 6 tourne, le rotor 74 tourne également par rapport au stator 75. Le stator 75 de la machine électrique 65 s’étend ici autour du rotor 74 de la machine électrique 65.
Le premier palier de rotor 82 est agencé en amont du rotor 74 tandis que le deuxième palier de rotor 83 est agencé en aval du rotor 74. Chaque premier et deuxième paliers de rotor 82, 83 comprend respectivement une première bague solidaire de l’arbre d’entraînement 80 et une deuxième bague solidaire d’un élément fixe. Dans le cas de la figure 4, la première bague est la bague externe 87 et la deuxième bague est la bague interne 88 qui est fixée au socle 77 (en particulier au doigt 81) de la machine électrique 65. Le premier palier et le deuxième palier de rotor 82, 83 sont des paliers à roulements. Les premier et deuxième paliers présentent également le même diamètre. De manière alternative, les diamètres peuvent être différents. Les organes roulants des premier et deuxième paliers comprennent respectivement des billes ou des rouleaux.
La figure 5 illustre un autre mode de réalisation de la machine électrique 65. Les références numériques sont conservées pour les éléments identiques ou sensiblement identiques et/ou ayant la même fonction. Dans cet exemple de réalisation, le stator 75 est monté sur le support de palier 38 et le rotor 74 est monté sur l’arbre d’entraînement 80 de la machine électrique. L’arbre d’entrainement 80 tourne librement autour de l’axe de rotation A et par rapport au socle 77 de la machine électrique 65 au moyen d’au moins d’un palier de guidage en rotation. L’axe de rotation A est sensiblement parallèle à l’axe longitudinal X. Son extrémité proximale 90 est guidée en rotation par le premier palier de rotor 82 dans un logement de réception 92 du socle 77 et son extrémité distale 91 est couplée à la roue dentée 84.
En particulier, dans ce mode de réalisation, l’arbre d’entraînement 80 comprend une première portion 93 et une deuxième portion 94 qui sont solidaires en rotation. La première portion 93 porte l’extrémité proximale 90 et la deuxième portion 94 porte l’extrémité distale 91. La première portion 93 comprend (vers son extrémité libre 97) des cannelures 95 sur sa surface radialement externe et qui s’engagent avec des cannelures correspondantes formées sur la surface radialement interne de la deuxième portion 94. De la sorte, la première portion 93 et la deuxième portion 94 de l’arbre d’entraînement 80 sont solidaires en rotation. Le logement de réception 92 est délimité par une cloison annulaire 96 d’axe coaxial avec l’axe de rotation A de l’arbre d’entraînement 80 et qui est solidaire de la semelle 78. La cloison annulaire 96 s’élève depuis une surface interne de la semelle 78.
Le premier palier de rotor 82, disposé en amont du rotor 74, comprend une première bague (ici, la bague interne 88) solidaire de l’arbre d’entraînement 80 et une deuxième bague (ici la bague externe 87) solidaire de la paroi de la cloison annulaire 96. L’extrémité libre 97 de la première portion 93 s’étend à l’intérieur de la deuxième portion 94. Le deuxième palier de rotor 83 est agencé, axialement en aval du rotor 74, et radialement entre le support de palier 38 et la deuxième portion 94 de l’arbre d’entraînement 80. La première bague (ici, la bague interne 88) du deuxième palier de rotor 83 est solidaire de l’arbre d’entraînement 80 et la deuxième bague (ici la bague externe 87) est solidaire du support de palier 38. En particulier, le stator 75 est monté sur la jupe 71 annulaire du boîtier du support de palier. L’extrémité libre de la jupe 71 comprend un col 98 annulaire qui porte la bague externe 87 du deuxième palier de rotor 83. Dans cet exemple de réalisation, le deuxième palier de rotor 83 présente un diamètre supérieur à celui du premier palier de rotor 82. Comme nous pouvons le voir également sur la figure 5, la roue dentée 84 est couplée à la deuxième portion 94 de l’arbre d’entraînement 80. Comme pour le premier mode de réalisation, la roue dentée 84 engrène avec la couronne dentée 85 fixée sur l’élément en saillie 86 de l’arbre de soufflante 6 (ou qui est réalisée d’un seul tenant avec l’arbre de soufflante 6). La roue dentée 84 est disposée axialement entre la bague interne 88 du deuxième palier de rotor 83 et un élément de fixation 99 (ici un écrou) pour maintenir celle-ci sur la deuxième portion 94 de l’arbre d’entraînement 80.
En référence à la figure 6, la machine électrique 65 comprend au moins un câble électrique 100 destiné à transmettre la puissance électrique à la pompe auxiliaire 61 . Le câble électrique 100 s’étend à l’extérieur de l’enceinte de lubrification 22 ce qui évite que celui-ci soit en contact avec un environnement baigné d’huile. Le câble électrique 100 est relié (directement ou indirectement) avantageusement au stator 75 et traverse un orifice 101 (représenté sur la figure 5) de la semelle 78 du support 77 de la machine électrique 65. L’orifice 101 présente un axe B parallèle à l’axe longitudinal X. D’autre part, le câble 100 est connecté au moteur électrique 65.
La machine électrique 65 est configurée de manière à faciliter son montage et son démontage. Lors du montage ou assemblage du module de la turbomachine, et en particulier du module de soufflante, le réducteur 21 de vitesse est d’abord assemblé avec ses différents composants en glissant celui-ci de l’amont vers l’aval pour que le solaire 30 soit couplé à l’arbre basse pression 15. L’arbre de soufflante 6 est fixé à des brides radiales 102 (représentées sur la figure 2) de la couronne 33 à l’aide d’organes de fixation 103 (représentées sur la figure 2). Ces organes de fixation peuvent comprendre des vis, écrous, boulon, goujon ou autres éléments adéquats pour faciliter le démontage et/ou le montage. Le palier 35 (avec ses bagues interne et externe) est monté sur l’arbre de soufflante 6. Le palier 40 (avec ses bagues interne et externe) est également monté sur l’arbre de soufflante 6 (avantageusement après le montage du palier 35). Préalablement, le palier 35 est monté sur le premier support de palier 38. Ce dernier est ensuite fixé sur une structure fixe de la turbomachine. Le palier 35 est ensuite serré sur l’arbre de soufflante 6 à l’aide d’un écrou par exemple. Le premier et le deuxième supports de paliers 38, 43 sont fixés ensemble. De même, le palier 40 est monté sur le deuxième support 43 de palier avant que celui-ci soit fixé sur le premier support 38 de palier. La machine électrique 65 (avec son rotor 74, stator 75, arbre d’entrainement 80 et palier 82, 83, etc.) est assemblée puis agencée dans le boîtier 69 (réalisé dans le support de palier 38). Plus précisément, le rotor 74 est monté sur l’arbre d’entraînement 80 du socle 77. Le stator 75 est monté sur l’élément fixe supportant au moins en partie la machine électrique, soit sur le socle 77 du boîtier de la machine électrique 65 (plus précisément la paroi annulaire 79) (mode de réalisation des figures 2 et 4), soit sur une paroi du boîtier de la machine électrique (plus précisément la jupe cylindrique 71 du premier support 38 de palier) (mode de réalisation de la figure 5).
La couronne dentée 85 est avantageusement fixée sur l’arbre de soufflante 6 avant que la machine électrique 65 avec la roue dentée 84 ne soit insérée dans le boîtier 69. Le socle 77 est ensuite fixé sur le premier support 38 de manière que le rotor 74 et le stator 75 soient agencés dans le boîtier 69 du premier support 38 de palier qui est ouvert dans l’enceinte de lubrification 22. De la sorte, lorsque celle-ci est engagée dans le boîtier 69, la roue dentée 84 (portée par l’arbre d’entraînement 80) engrène avec la couronne dentée 85. La semelle 78 du socle 77 est vissée ici sur le fond 70 du boîtier 69.
Le démontage est réalisé en effectuant les étapes de manière inversée.
Le câble électrique 100 est relié à la machine électrique 65 et à la pompe auxiliaire 61.
Le disque 5 est ensuite inséré depuis l’amont du carter interne pour le coupler à l’arbre de soufflante 6. Le cône d’entrée 24 est enfin monté sur le carter interne pour fermer le module de soufflante.
Dans le cadre du mode de réalisation de la figure 5, au moins une partie du mécanisme de prise de mouvement 76 est installée sur l’arbre de soufflante 6 après l’installation de l’arbre de soufflante 6. En particulier, la couronne dentée 85 est montée sur l’arbre de soufflante 6 et est fixée à ce dernier. La couronne dentée 85 peut être réalisée d’un seul tenant avec l’arbre de soufflante 6 tel que décrit précédemment. La roue dentée 84 (préalablement fixée sur la deuxième portion 94 de l’arbre d’entraînement 80) est disposée de manière à engrener avec la couronne dentée 85. Le deuxième palier de rotor 83 (avec ses bagues interne et externe) est également solidarisé à la deuxième portion 94 de l’arbre d’entraînement 80. Les premier et deuxième supports de palier 38, 43 sont montés dans la turbomachine avec leurs paliers 35, 40 respectifs. La machine électrique 65 est assemblée et agencée dans le boîtier 69 de la machine électrique 65. En particulier, le rotor 74 est monté sur l’arbre d’entraînement 80 du socle 77 et le stator 75 est monté sur le boîtier de la machine électrique (plus précisément, sur la jupe cylindrique 71 du premier le support 38 de palier). Ensuite, la première portion 93 de l’arbre d’entraînement 80 avec le rotor 74 et le premier palier de rotor 82 (bague interne et bague externe) qui sont montés sur celle-ci est insérée dans le boîtier du support de palier de l’amont vers l’aval. Lors de cette insertion, les cannelures de la première portion 93 de l’arbre d’entrainement 80 s’engagent par coulissement dans les cannelures correspondantes de la deuxième portion 94 de l’arbre d’entraînement 80. La semelle 78 du support 7 est ensuite vissée sur le fond 70 du boîtier.
Lors du démontage du mécanisme de prise de mouvement 76, suivant ce mode de réalisation de la figure 5, la couronne dentée 85, la roue dentée 84, le palier 83 (avec ses bagues interne et externe), l’écrou 99 et la deuxième portion 94 de l’arbre d’entraînement 80 restent à demeure sur l’arbre de soufflante 6. En déconnectant la première portion 93 de l’arbre de soufflante 6 de la deuxième portion 94 grâce aux cannelures, la semelle 78, le palier 82 (avec ses bagues interne et externe) et le rotor 74 sont démontés simultanément. Le stator 75 peut ensuite être enlevé également. Les supports de palier 38, 43 sont ensuite démontés, ainsi que l’arbre de soufflante 6

Claims

REVENDICATIONS
1 . Module de turbomachine comprenant : une enceinte de lubrification (22), un premier support (38) de palier, un arbre de soufflante (6) guidé en rotation autour d’un axe longitudinal X par au moins un premier palier de guidage (35) monté sur le premier support (38) de palier qui est fixé à une structure fixe (68) de la turbomachine, un arbre de puissance (15) entraînant en rotation l’arbre de soufflante (6) par l’intermédiaire d’un réducteur de vitesse (21 ) agencé dans une enceinte de lubrification (22), un système de lubrification (50) d’au moins du réducteur de vitesse (21) comportant un circuit principal (51), fermé, destiné à alimenter l’enceinte de lubrification (22), et un circuit auxiliaire (60), fermé, destiné à alimenter l’enceinte de lubrification lorsque le circuit principal est inactif, le circuit auxiliaire (60) comprenant au moins une pompe auxiliaire (61) d’alimentation entraînée par un moteur électrique (63), et une machine électrique (65) configurée de manière à alimenter le moteur électrique (63) de la pompe auxiliaire (61), caractérisé en ce que la machine électrique est portée au moins en partie par le premier support de palier (38) et en ce que la machine électrique (65) comporte un rotor (74) relié à l’arbre de soufflante (6) de manière à être entraîné en rotation autour d’un axe de rotation A parallèle à l’axe longitudinal X et un stator (75) monté sur un élément fixe (38, 69, 77) supportant au moins en partie la machine électrique (65).
2. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le module comprend un mécanisme de de prise de mouvement (76) configuré de manière à relier le rotor de la machine électrique à l’arbre de soufflante et à transmettre le mouvement de l’arbre de soufflante au rotor (74).
3. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le mécanisme de prise de mouvement (76) comprend une roue dentée (84), et un arbre d’entraînement (80) monté libre en rotation autour de l’axe de rotation A et sur lequel est monté le rotor (74), l’arbre d’entraînement (80) étant couplé à la roue dentée (84) destinée à engrener avec une couronne dentée (85) solidaire de l’arbre de soufflante
(6).
4. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’arbre d’entrainement (80) est guidé en rotation par un premier palier de rotor (82) comprenant une première bague solidaire de l’arbre d’entraînement (80) et une deuxième bague solidaire de l’élément fixe (38, 69, 77), le premier palier de rotor (82) étant agencé en amont du rotor de la machine électrique (65).
5. Module selon l’une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l’arbre d’entrainement (80) est guidé en rotation par un deuxième palier de rotor (83) comprenant une première bague solidaire de l’arbre d’entraînement (80) et une deuxième bague solidaire de l’élément fixe (38, 69, 77), le deuxième palier de rotor (83) étant agencé en aval du rotor (74) de la machine électrique (65).
6. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (65) est agencée en amont du réducteur de vitesse (21) par rapport à l’axe longitudinal X et au moins en partie dans l’enceinte de lubrification (22).
7. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (65) est logée dans un boîtier (69) formé dans le premier support (38) de palier.
8. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément fixe (38, 69, 77) est un socle (77) de la machine électrique (65) montée sur le premier support (38) de palier ou l’élément fixe (38, 69, 77) est le premier support (38) de palier.
9. Module selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l’arbre d’entrainement (80) est venu de matière avec la roue dentée (84).
10. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator (75) de la machine électrique (65) s’étend autour du rotor (74) de la machine électrique (65).
11. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un câble électrique (100) est relié à la machine électrique (65) et au moteur électrique (63), le câble électrique (100) circulant à l’extérieur de l’enceinte de lubrification (22).
12. Module selon l’une quelconque des revendications 2 à 11 , caractérisé en ce que le mécanisme de prise de mouvement comprend un train d’engrenages.
13. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce la pompe auxiliaire qui est installée à l’extérieur de l’enceinte de lubrification.
14. Turbomachine (1) d’aéronef comprenant un module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes.
15. Procédé d’assemblage d’un module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : monter la couronne dentée (85) sur l’arbre de soufflante (6), assembler la machine électrique (65) en montant le rotor (74) sur l’arbre d’entraînement (80) et le stator (75) sur l’élément fixe (38, 77) supportant au moins en partie, fixer le socle de la machine électrique (65) sur le premier support (38) de palier de manière que le rotor et le stator soient agencés dans le boîtier du premier support (38) de palier qui est ouvert dans l’enceinte de lubrification (22), et - relier le câble électrique (100) à la machine électrique (65) et à la pompe auxiliaire (61) qui est installée à l’extérieur de l’enceinte de lubrification (22).
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