EP4267839A1 - Module de turbomachine equipe d'une machine electrique et turbomachine equipee d'un tel module - Google Patents

Module de turbomachine equipe d'une machine electrique et turbomachine equipee d'un tel module

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EP4267839A1
EP4267839A1 EP21852035.1A EP21852035A EP4267839A1 EP 4267839 A1 EP4267839 A1 EP 4267839A1 EP 21852035 A EP21852035 A EP 21852035A EP 4267839 A1 EP4267839 A1 EP 4267839A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
turbomachine
electric machine
casing
output shaft
Prior art date
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Pending
Application number
EP21852035.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric DAUTREPPE
Jean-Pierre Elie Galivel
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 EP4267839A1 publication Critical patent/EP4267839A1/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
    • 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
    • F02C7/06—Arrangements of bearings; Lubricating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C7/268—Starting drives for the rotor, acting directly on the rotor of the gas turbine to be started
    • F02C7/275—Mechanical drives
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    • F05D2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
    • 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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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • TITLE TURBOMACHINE MODULE EQUIPPED WITH AN ELECTRIC MACHINE AND TURBOMACHINE EQUIPPED WITH SUCH A MODULE
  • the present invention relates to the field of turbomachines for aircraft, and in particular turbomachine modules equipped with an electric machine. It is aimed in particular at turbomachines equipped with such a module and an accessory box linked to the electric machine.
  • An aircraft turbomachine such as a dual-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 reduction gear can be interposed between the fan and the low pressure shaft so that the fan rotates at a speed lower than that of the engine. low pressure shaft. Reducing the speed also makes it possible to increase the size of the fan, and then to achieve very high bypass ratios.
  • the turbomachine comprises an accessory box known by the English acronym AGB (for “Accessory Gear Box”) to supply various equipment or accessories necessary for the operation of the turbomachine or of the aircraft.
  • An example of an accessory is a permanent magnet alternator (generally called PMA meaning “Permanent Magnet Alternator”) which ensures the production of electric current using typically the accessory box.
  • the alternator is intended to supply an electrical power supply to the computer of the turbomachine such as the FADEC (whose acronym stands for “Full Authority Digital Engine Control”) from an idle speed.
  • FADEC Frull Authority Digital Engine Control
  • Examples of turbomachines equipped with accessory boxes are described in the patent documents US-A1-2013/098179, US-A1-2018/283281, US-A1-2019/146526.
  • the accessory box is made up of a series of shaft lines (gear train) driving the equipment with different speed ratios.
  • the accessory box power take-off is typically carried to the rotor of the high-pressure compressor via a radial shaft.
  • the latter is coupled to a transfer shaft of the accessory box by a bevel gear known by the acronym TGB for "Transfer Gear Box” in English.
  • an electric machine which is an electromechanical device based on electromagnetism allowing the conversion of electric energy, for example into mechanical energy (generator mode) or reversibly, allowing the production electricity from mechanical energy (motor mode).
  • the electric machine can also behave in generator mode as well as in motor mode.
  • This electric machine can be used to drive the high pressure shaft for a limited time and ideally at very low speed when the turbine engine is stopped and the aircraft on the ground.
  • the rotation of the high pressure shaft can be carried out by the magnet alternator as described in the patent application FR2950658.
  • the rotation of the high pressure shaft when the turbine engine is stopped makes it possible to avoid the buttressing of the high pressure body due to the thermal gradient present between the top and the bottom of the high pressure rotor.
  • This thermal gradient is caused by the convection of the air circulating in the turbomachine. Restarting the engine with this thermal gradient present on the rotor can cause an increase in vibrations with the risk of friction of the blades of the rotor of the turbine or of the low pressure compressor on their respective casings.
  • the present invention aims in particular to provide a solution allowing the integration of one or more equipment in a restricted environment of the turbomachine to easily drive a motor shaft thereof while avoiding penalizing the mass of the turbomachine and the manufacturing cost.
  • a turbine engine module for an aircraft comprising an accessory box as well as a transfer shaft and a drive shaft connected in rotation to each other via a power transmission device, the power transmission device being housed in a transmission box, the module further comprising an electric machine rotatably connected to the transfer shaft, the electric machine being interposed between the transmission box and at least a part of the transfer shaft.
  • this solution achieves the above objective.
  • such a configuration makes it possible not to clutter and to take advantage of the space available between the first power transmission device and the accessory box (generally includes a gear).
  • the electric machine makes it possible to take or inject mechanical power on the motor shaft, in particular when the aircraft is on the ground, and without considerably modifying this architecture.
  • the turbomachinery module also includes one or more of the following features, taken alone or in combination:
  • the electric machine comprises a rotor which is integral in rotation with the transfer shaft and a stator which surrounds the rotor and which is fixedly mounted relative to the transmission box.
  • stator is carried by a radially inner surface of a cylindrical wall fixed to the transmission case.
  • the transfer shaft is enveloped by a first casing, the electrical machine being housed in a second casing mounted between the transmission box and the first casing, and said cylindrical wall forms a wall of the second casing.
  • the power transmission device comprises an output shaft coupled to the transfer shaft and around which the rotor is mounted radially.
  • the output shaft comprises a first portion arranged in an annular wall of the transmission casing and a second portion which extends outside the annular wall, the second portion having a diameter smaller than that of the first portion so as to form a shoulder at the junction of the first and second portions.
  • the module comprises a sleeve mounted on the second portion of the output shaft and positioned in abutment against the shoulder, the rotor being mounted on the sleeve.
  • the module comprises at least one means for clamping the sleeve against the shoulder of the output shaft.
  • the second portion of the output shaft comprises a hollow part which extends axially over all or part of the second portion and which receives one end of the transfer shaft, coupling means being provided between said end and said hollow part so that the output shaft and the transfer shaft are integral in rotation.
  • the output shaft is guided in rotation in the annular wall by means of at least one rotation guide bearing, a sealing element being arranged at the level of an opening of the annular wall and around the first portion of the output shaft.
  • the electrical machine is of the motor and/or generator type.
  • the output shaft comprises first splines intended to cooperate with second splines of the transfer shaft.
  • the first grooves are arranged on a radially inner surface at a first end.
  • the second casing is fixed to the transmission housing and to the first casing which are fixed.
  • the electrical machine is a permanent magnet alternator.
  • the electric machine is arranged, in particular axially, between the first power transmission device and the accessory box.
  • the invention also relates to a turbomachine for an aircraft, comprising a high-pressure engine shaft and a turbomachine module having any one of the aforementioned characteristics, in which the power transmission device is a first power transmission device and the shaft drive is connected to the high pressure motor shaft via of a second power transmission device, such that the transfer shaft and the high-pressure motor shaft are connected in rotation.
  • the turbomachine also includes one or more of the following features, taken alone or in combination:
  • the second power transmission device comprises an input wheel which is mounted on the high pressure motor shaft and which meshes with a second toothed pinion mounted at a second end of the drive shaft.
  • the drive shaft extends inside a casing arm.
  • Figure 1 is a schematic view in axial section of a turbofan engine according to the invention
  • Figure 2 is a schematic view of a turbomachine module with an electric machine installed between a first mechanical transmission device and an accessory box according to the invention.
  • FIG. 3 is a detail view of a rotor of the electric machine rotatably connected to a transfer shaft of an accessory box according to the invention.
  • FIG. 1 shows an axial sectional view of a turbomachine 1 with longitudinal axis X to which the invention applies.
  • the turbine engine represented is a turbomachine with double flow and double body intended to be mounted on an aircraft.
  • the invention is not limited to this type of turbomachine.
  • upstream is defined with respect to the direction of circulation of the gases in the turbomachine and also along the longitudinal axis (and even from left to right on Figure 1).
  • radial is also defined with respect to a radial axis Z which is perpendicular to the axis X of the turbomachine.
  • This turbomachine 1 with double flow and double body 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 traversed by a fan shaft 6.
  • the fan 2 is surrounded by a fan casing 7 centered on the longitudinal axis X.
  • the fan casing 7 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 (LP) compressor 9, a high pressure (HP) compressor 10, a combustion chamber 11, a high pressure turbine 12 and a low pressure turbine 13.
  • the rotor of the HP compressor 10 is connected to the rotor of the HP turbine via an HP shaft 14 centered on the longitudinal axis to form a first so-called high-pressure body.
  • the LP compressor rotor is connected to the LP turbine rotor via a LP shaft 15 centered on the longitudinal axis to form a second so-called low pressure body.
  • the LP shaft 15 extends inside the HP shaft 14.
  • the HP shaft 14 is a motor shaft, which is driven in rotation along the longitudinal axis X in an internal casing 16 centered on the longitudinal axis.
  • An air flow F which enters the turbomachine via the fan 2 is divided by a separation nozzle 17 of the turbomachine into a primary air flow F1 which passes through the gas generator 3 and in particular in a primary stream 18, and in a secondary air flow F2 which circulates around the gas generator 3 in a secondary stream 19.
  • the primary stream 18 and the secondary stream 19 are coaxial.
  • the secondary air flow F2 is ejected by a secondary nozzle 20 terminating the nacelle 8 while the primary air flow F1 is ejected outside the turbomachine via an ejection nozzle 21 located downstream of the gas generator .
  • the primary stream 18 is delimited at least in part, radially, by the internal casing 16 and an inlet casing 22.
  • the secondary stream 19 is itself delimited at least in part, radially, by the inlet casing 22 and the fan housing.
  • the inlet casing 22 carries the separation spout 17 upstream and is extended downstream by an intervein casing 23 which carries the ejection nozzle 21.
  • a speed reducer 24 can connect the BP shaft 15 to the fan shaft 6, to allow the speed of the fan 2 to be reduced to a speed lower than that of the BP shaft 15.
  • the reducer speed 24 allows the other hand, the arrangement of a fan with a large diameter so as to increase the rate of dilution.
  • the dilution ratio of the fan is advantageously greater than 10.
  • the dilution ratio is between 15 and 20.
  • the speed reducer can be planetary gear or planetary gear.
  • the turbomachine comprises a drive shaft 25 which is connected on the one hand to the high pressure shaft 14 and on the other hand to an accessory box 30 of the turbomachine.
  • the drive shaft extends more or less radially, with an angle between 0° and 30° with respect to the radial axis Z, i.e. between 60° and 90° with respect to the longitudinal axis X.
  • This drive shaft makes it possible to drive the motor shaft, here the HP shaft 14, in rotation in order to be able to start the turbomachine via equipment or an accessory cooperating with an accessory box described below.
  • the drive shaft 25 is called a radial shaft because it extends substantially radially, being housed in a structural element of the turbomachine.
  • This structural element extends substantially radially between the inner casing 16 and the fan casing and/or the nacelle 8.
  • the structural element is a casing arm 26 which structurally connects the inner casing 16 to the fan casing.
  • the accessory box 30 is arranged in a compartment of the nacelle 8, and receives the various equipment or accessories of the turbine engine. These pieces of equipment, mounted on the casing 30, can be fuel pumps, electric generators, a lubrication unit, a starter, etc.
  • the housing 30 comprises a gear train 31 which consists of several toothed wheels 32 which mesh with each other and some of which are coupled to rotating parts of the equipment for their rotational drive.
  • the gear train 31 is housed in a rigid casing 33 intended to protect the toothed wheels 32.
  • the housing 30 comprises, among the toothed wheels 32, a toothed wheel forming an input of the gear train 31 and which is coupled to a first end 35 of a transfer shaft 34.
  • the latter extends generally outside the housing 30 , along an axis A which forms an angle with the axis of the drive shaft 25.
  • the transfer shaft 34 is coupled to the accessory box 30.
  • the transfer shaft 34 can be arranged by example so that its axis of rotation A is substantially parallel to the longitudinal axis X.
  • the transfer shaft 34 comprises a second end 45 which is connected to the radial shaft 25 via a first device power transmission 37, also called "angle transmission" or "transfer box".
  • the transfer shaft 34 is housed inside a first annular casing 38 centered on the axis A.
  • This casing 38 may consist of a sheath having no structural role but simply a protective function vis-à-vis the transfer shaft 34.
  • the first housing 38 comprises a first end 39 which is fixed on a side wall 40 of the accessory box 30 using means of fixation.
  • the fixing means can be bolts and/or screws.
  • the transfer shaft 34 is hollow and extends along the axis A from this side wall 40 of the accessory box 30.
  • the first power transmission device 37 comprises an output shaft 41 which is coupled to the transfer shaft 34.
  • the output shaft 41 is coaxial with the transfer shaft 34.
  • the output shaft 41 is also hollow over at least part of its axial length.
  • Coupling means are arranged between the output shaft 41 and the transfer shaft 34 so that the latter are integral in rotation.
  • the output shaft comprises a first portion 51 and a second portion 64.
  • the second portion 64 of the output shaft comprises a hollow part 64a which extends axially over all or part of the second portion 64 from a first end 42 of the output shaft 41 .
  • the hollow part 64a receives the second end 45 of the transfer shaft 34 and the coupling means are provided between the second end 45 and said hollow part.
  • the output shaft 41 comprises, towards the first end 42, first splines 43 (shown in broken lines) which are formed on a radially internal surface of the output shaft 41 . These first grooves 43 engage with second corresponding splines 44 of the transfer shaft 34. These second splines 44 are formed on a radially outer surface of the transfer shaft 34 and at the level of the second end 45 thereof. In other words, the second end 45 of the transfer shaft 34 is mounted inside the output shaft 41. In this way, the output shaft 41 and the transfer shaft 34 are integral in rotation.
  • the fact of directly coupling the output shaft 41 to the transfer shaft 34 makes it possible to reduce the number of parts, the mass, to simplify the assembly and to reduce the size. Manufacturing and assembly costs are also reduced.
  • the output shaft 41 also includes a second end 46 which carries a toothed wheel 47 with conical teeth.
  • the latter meshes with a first pinion 48 with conical teeth carried by a radially outer end 49 of the radial shaft 25, forming a bevel gear.
  • the angle transmission transmits a rotational movement between two shafts that are not parallel.
  • the first power transmission device 37 is housed in a transmission casing 50 which envelops and protects the gears (formed pinions and/or wheels).
  • the first portion 51 of the output shaft 41 rotates inside the transmission housing 50.
  • guide bearings 52 in rotation are arranged around this first portion 51.
  • the guide bearings are advantageously bearings with bearings. These each comprise an inner ring mounted on the first portion of the output shaft 41 and an outer ring integral with an annular wall 53 of the transmission housing 50. Rolling members are arranged between the inner and outer rings. The rolling members can be balls or rollers.
  • the annular wall 53 is centered on the axis A.
  • the first portion 51 of the output shaft is arranged in the annular wall of the transmission housing 50 while the second portion 64 extends outside the annular wall 53.
  • the second portion 64 of the output shaft 41 has a diameter which is less than the diameter of the first portion 51.
  • FIG. 2 further illustrates an electric machine 54 which is intended to draw off or inject power (mechanical or electrical) respectively from or on the motor shaft.
  • the motor shaft can be the low pressure shaft or the high pressure shaft of the twin-spool turbomachine.
  • the electric machine 54 is arranged between the first power transmission device 37 and the accessory box 30. More precisely still, the electric machine 54 is inserted between the transmission box 50 and at least one part 34a transfer shaft 34.
  • the electric machine 54 comprises a rotor 54a and a stator 54b.
  • the electric machine 54 operates advantageously, but not exclusively, in generator mode so as to convert mechanical energy into electrical energy.
  • the electric machine 30 is reversible, that is to say that it can operate alternately in generator mode and in motor mode. In motor mode, it converts electrical energy into mechanical energy in order to be able to drive the HP shaft or at least assist its rotation.
  • the electric machine 54 is housed in a second annular casing 55.
  • This second casing 55 is mounted between the transmission casing 50 of the first power transmission device and the first casing 38 of the transfer shaft 34.
  • the second casing 55 comprises a cylindrical wall 56 of axis A.
  • Cylindrical wall 56 comprises at a first end a collar 57 which extends at least partly radially outwards with respect to axis A.
  • Cylindrical wall 56 comprises at a second end an annular base 58 which is centered on the axis A.
  • the annular base 58 is defined in a plane perpendicular to the axis A.
  • the flange 57 is fixed on an annular flange 59 of the transmission housing 50.
  • the annular flange 59 is centered on the axis A and s extends radially outward from a distal end of the annular wall 53 of the transmission housing. Fixing means such as screws or bolts make it possible to fix the second casing to the transmission case.
  • the annular wall 53 comprises an opening through which the output shaft 41 extends outside the transmission housing 50. The opening is delimited by the annular flange 59.
  • the second portion 64 of the shaft outlet 41 extends inside the cylindrical wall 59.
  • a cylindrical skirt 60 extends substantially along the axis A, from an outer surface 61 of the annular base 58. The cylindrical skirt 60 extends in particular inside the first casing 38.
  • Sealing means for example in the form of an O-ring, may be provided in a space formed radially between the cylindrical skirt 60 and the second end 62 (axially opposite the first end 39) of the first casing 38. In this way and in operation, the ambient air cannot enter inside the first casing 38 then inside the second casing 55 via a through hole in the annular base 58. It is also possible to provide that the second end 62 of the first casing 38 is fitted around the cylindrical skirt 60, or even fixed on the cylindrical skirt 60 by means of fixing means.
  • first casing 38 and the second casing 55 it is possible to plan to combine the first casing 38 and the second casing 55 into a single casing.
  • the single casing thus formed between the transmission box 50 and the accessory box 30 can optionally be provided sufficiently reinforced, for example thanks to an increased wall thickness and/or reinforcing ribs in the direction longitudinal, in order to obtain a structural casing which contributes to the suspension of the accessory box 30 in the turbomachine.
  • the transmission box 50 is for example fixed on a downstream flange of an intermediate casing of the turbomachine.
  • the accessory box 30 is then suspended cantilevered from the flange of the intermediate casing, by said structural casing which surrounds the transfer shaft 34.
  • the annular base 58 is provided with a through hole 63 which passes through it on either side along the axis A.
  • the through hole 63 is arranged radially inside the skirt cylindrical 60.
  • the output shaft 41 and in particular its second portion 64 passes through this through hole.
  • a tubular sleeve 66 is mounted centered on axis A around output shaft 41 .
  • the rotor 54a of the electric machine 54 which for example comprises permanent magnets, is mounted on the sleeve 66 in close contact with the latter so as to be able to rotate integrally with it.
  • the rotor 54a is mounted radially around the output shaft 41.
  • the rotor surrounds at least a part of the second end 45 of the transfer shaft which is received in the hollow part 64a of the output shaft 41 .
  • Socket 66 comprises a tubular body 66a with a first flange 67 at a first end and a second flange 68 at a second end.
  • the first and second flanges 67, 68 extend radially outwards with respect to the tubular body.
  • the sleeve 66 is mounted on the output shaft 41 and in particular on the second portion 64 of the output shaft 41.
  • the sleeve 66 is held in abutment against the shoulder 65, once the assembly has been tightened using clamping means 70 detailed below.
  • An axial spacing e is provided between the sleeve 66 which rotates with the output shaft 41 and the transmission housing 50 which is fixed, so as to avoid any contact and therefore any friction between the sleeve and the housing. More specifically, the axial spacing e is provided between the first flange 67 of the sleeve 66 and the annular flange 59 of the housing.
  • a sealing element 69 such as a seal, in particular a rotary seal, is mounted at the level of the opening of the annular wall 53 of the transmission housing through which the output shaft 41 extends. prevents lubricant from leaking from the guide bearings to the outside of the transmission housing.
  • a spacing can be preserved between the first flange 67 and the seal 69, so as to prevent the flange 67 from compressing the seal axially and compromising its operation. This spacing may be different from the spacing e, and in particular less than the latter.
  • the first flange 67 may be provided in contact with the joint 69 to hold it axially, as shown in FIG. 2, without thereby compressing it and/or compromising its operation.
  • the clamping means 70 make it possible to clamp the sleeve 66 against the shoulder
  • the tightening means 70 comprise a nut 71 centered on the axis A and which is mounted downstream (relative to the axis A) of the second flange 68.
  • the radially outer surface of the second portion 64 of the output shaft 41 comprises for this an external thread intended to cooperate with an internal thread of the nut 71.
  • the outer diameter of the nut is less than the diameter of the through hole.
  • the stator 54b of the electric machine 54 is mounted on a radially inner surface of the cylindrical wall 56 of the second casing which is fixed.
  • the stator 54b is fixedly mounted relative to the transmission case 50
  • the rotor 54a is therefore rotating inside a fixed stator 54b.
  • Rotor 54a is integral in rotation with transfer shaft 34.
  • an input wheel 72 is carried by the high pressure shaft 14. This input wheel 72 is centered on the longitudinal axis X and carries on its radially outer surface a series of teeth.
  • the input wheel 72 is advantageously conical. In the case where a speed reducer 24 is provided, it is arranged upstream of this input wheel 72.
  • the radial shaft 25 comprises a radially internal end which is connected in rotation to the high pressure shaft 14.
  • the radially internal end carries a second toothed pinion 73 which meshes with the input wheel forming a bevel gear.
  • toothed sprockets are conical.
  • the input wheel 72 and the second toothed pinion 73 form a second power transmission device 74 which is arranged between the high pressure shaft and the radial shaft.
  • the cooperation between the input wheel 72 and the second pinion 73 ensures, during a rotation of the high pressure shaft 14 along the longitudinal axis, the rotation also of the radial shaft 25 along its substantially radial axis. In this way, the rotation of the radial shaft 25 generates the rotation of the transfer shaft 34 along its axis of rotation A.
  • the accessory box 30 and the first power transmission device 37 as well as the electric machine 54 are installed in the "core" zone of the turbomachine, that is to say in an inter-vein compartment located between the primary and secondary veins of the turbofan engine.

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Abstract

L'invention concerne un module de turbomachine pour aéronef, comprenant un boîtier d'accessoires (30) ainsi qu'un arbre de transfert (34) et un arbre d'entrainement (25) liés en rotation l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de puissance (37), le dispositif de transmission de puissance (37) étant logé dans un boitier de transmission (50), le module comprenant en outre une machine électrique (54) reliée en rotation à l'arbre de transfert (34). Selon l'invention, la machine électrique (54) est intercalée entre le boitier de transmission (50) et au moins une partie (64a) de l'arbre de transfert (34).

Description

DESCRIPTION
TITRE : MODULE DE TURBOMACHINE EQUIPE D’UNE MACHINE ELECTRIQUE ET TURBOMACHINE EQUIPEE D’UN TEL MODULE
Domaine de l’invention
La présente invention est relative au domaine des turbomachines pour aéronefs, et notamment des modules de turbomachine équipés de machine électrique. Elle vise en particulier les turbomachines équipées d’un tel module et d’une boîte d’accessoires liée à la machine électrique.
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. Dans certaines configurations de turbomachines à taux de dilution très élevé, dites UHBR pour «Ultra High By Pass Ratio », 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, et alors d’atteindre des taux de dilution très élevés.
La turbomachine comprend un boîtier d’accessoires connu sous l’acronyme anglais AGB (pour « Accessory Gear Box ») pour alimenter différents équipements ou accessoires nécessaires au fonctionnement de la turbomachine ou de l’aéronef. Un exemple d’accessoire est un alternateur à aimant permanent (généralement appelé PMA signifiant « Permanent Magnet Alternator ») qui assure la production de courant électrique à l’aide typiquement du boitier d’accessoires. En particulier, l’alternateur est destiné à fournir une alimentation électrique au calculateur de la turbomachine tel que le FADEC (dont l’acronyme signifie en anglais « Full Authority Digital Engine Control ») à partir d’un régime de ralenti. Des exemples de turbomachines équipées de boîtier d’accessoires sont décrits dans les documents de brevet US-A1-2013/098179, US-A1 -2018/283281 , US-A1-2019/146526. Le boîtier d’accessoires est constitué d’une suite de lignes d’arbres (train d’engrenages) entraînant les équipements avec des ratios de vitesses différents. La prise de mouvement du boîtier d’accessoires est typiquement effectuée sur le rotor du compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un arbre radial. Ce dernier est couplé à un arbre de transfert du boîtier d’accessoires par un renvoi d’angle connu sous l’acronyme TGB pour « Transfert Gear Box » en anglais.
Il est connu d’équiper le boîtier d’accessoires d’une machine électrique qui est un dispositif électromécanique basé sur l’électromagnétisme permettant la conversion d’énergie électrique par exemple en énergie mécanique (mode générateur) ou de manière réversible, permettant la production de l’électricité à partir d’une énergie mécanique (mode moteur). La machine électrique peut se comporter également en mode générateur comme en mode en moteur.
Cette machine électrique peut être utilisée pour entrainer l’arbre haute pression pendant une durée limitée et idéalement à très faible vitesse lorsque la turbomachine est arrêtée et l’aéronef au sol. La rotation de l’arbre haute pression peut être réalisée par l’alternateur à aimant comme cela est décrit dans la demande de brevet FR2950658. En effet, la rotation de l’arbre haute pression lorsque la turbomachine est à l’arrêt permet d’éviter l’arcboutement du corps haute pression dû au gradient thermique présent entre le haut et le bas du rotor haute pression. Ce gradient thermique est causé par la convection de l’air circulant dans la turbomachine. Un redémarrage du moteur avec ce gradient thermique présent sur le rotor peut provoquer une augmentation des vibrations avec le risque de frottement des pales du rotor de la turbine ou du compresseur basse pression sur leurs carters respectifs. Ce phénomène entraîne une dégradation des performances et potentiellement de la turbomachine. De plus, le pic de déflexion du rotor peut être atteint jusqu’à 2h après l’arrêt de la turbomachine. L’arcboutement du corps haute pression est critique pour tous les aéronefs qui effectuent plusieurs vols dans une même journée.
Résumé de l’invention
La présente invention a notamment pour objectif de fournir une solution permettant l’intégration d’un ou plusieurs équipements dans un environnement restreint de la turbomachine pour entraîner facilement un arbre moteur de celle-ci tout en évitant de pénaliser la masse de la turbomachine et le coût de fabrication.
Nous parvenons à cet objectif, conformément à l’invention, grâce à un module de turbomachine pour aéronef, comprenant un boîtier d’accessoires ainsi qu’un arbre de transfert et un arbre d’entrainement liés en rotation l’un à l’autre par l’intermédiaire d’un dispositif de transmission de puissance, le dispositif de transmission de puissance étant logé dans un boitier de transmission, le module comprenant en outre une machine électrique reliée en rotation à l’arbre de transfert, la machine électrique étant intercalée entre le boitier de transmission et au moins une partie de l’arbre de transfert.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, une telle configuration permet de ne pas encombrer et de tirer profit de l’espace disponible entre le premier dispositif de transmission de puissance et le boîtier d’accessoires (comprend généralement un engrenage). La machine électrique permet de prélever ou d’injecter de la puissance mécanique sur l’arbre moteur, notamment lorsque l’aéronef est au sol, et sans modifier considérablement cette architecture.
Le module de turbomachine comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- la machine électrique comprend un rotor qui est solidaire en rotation de l’arbre de transfert et un stator qui entoure le rotor et qui est monté fixement par rapport au boitier de transmission.
- le stator est porté par une surface radialement interne d’une paroi cylindrique fixée au boitier de transmission.
- l’arbre de transfert est enveloppé par un premier carter, la machine électrique étant logée dans un deuxième carter monté entre le boîtier de transmission et le premier carter, et ladite paroi cylindrique forme une paroi du deuxième carter.
- le dispositif de transmission de puissance comprend un arbre de sortie couplé à l’arbre de transfert et autour duquel le rotor est monté radialement.
- l’arbre de sortie comprend une première portion agencée dans une paroi annulaire du boîtier de transmission et une deuxième portion qui s’étend à l’extérieur de la paroi annulaire, la deuxième portion ayant un diamètre inférieur à celui de la première portion de façon à former un épaulement à la jonction des première et deuxième portions.
- le module comprend une douille montée sur la deuxième portion de l’arbre de sortie et positionnée en butée contre l’épaulement, le rotor étant monté sur la douille.
- le module comprend au moins un moyen de serrage de la douille contre l’épaulement de l’arbre de sortie.
- la deuxième portion de l’arbre de sortie comprend une partie creuse qui s’étend axialement sur tout ou partie de la deuxième portion et qui reçoit une extrémité de l’arbre de transfert, des moyens de couplage étant prévus entre ladite extrémité et ladite partie creuse afin que l’arbre de sortie et l’arbre de transfert soient solidaires en rotation.
- l’arbre de sortie est guidé en rotation dans la paroi annulaire au moyen d’au moins un palier de guidage en rotation, un élément d’étanchéité étant agencé au niveau d’une ouverture de la paroi annulaire et autour de la première portion de l’arbre de sortie.
- la machine électrique est de type moteur et/ou générateur.
- l’arbre de sortie comprend des premières cannelures destinées à coopérer avec des deuxièmes cannelures de l’arbre de transfert.
- les premières cannelures sont agencées sur une surface radialement interne au niveau d’une première extrémité.
- le deuxième carter est fixé au boîtier de transmission et au premier carter qui sont fixes.
- la machine électrique est un alternateur à aimant permanent.
- les pignons dentés et les roues sont coniques.
- la machine électrique est agencée, en particulier axialement, entre le premier dispositif de transmission de puissance et le boîtier d’accessoires.
- l’arbre de transfert s’étend hors du boîtier d’accessoire.
L’invention concerne également une turbomachine pour aéronef, comprenant un arbre moteur haute pression et un module de turbomachine présentant l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées, dans laquelle le dispositif de transmission de puissance est un premier dispositif de transmission de puissance et l’arbre d’entrainement est relié à l’arbre moteur haute pression par l’intermédiaire d’un deuxième dispositif de transmission de puissance, de telle façon que l’arbre de transfert et l’arbre moteur haute pression sont liés en rotation.
La turbomachine comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le deuxième dispositif de transmission de puissance comprend une roue d’entrée qui est montée sur l’arbre moteur haute pression et qui engrène avec un deuxième pignon denté monté à une deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement.
- l’arbre d’entrainement s’étend à l’intérieur d’un bras de carter.
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 selon l’invention ;
[Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique d’un module de turbomachine avec une machine électrique installée entre un premier dispositif de transmission mécanique et un boîtier d’accessoires selon l’invention ; et
[Fig. 3] La figure 3 est une vue de détails d’un rotor de la machine électrique lié à rotation à un arbre de transfert d’un boîtier d’accessoires 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 à double flux et double corps destinée à être montée sur un aéronef. 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 (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 centré sur l’axe longitudinal X. Le carter de soufflante 7 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 rotor du compresseur HP 10 est relié au rotor de la turbine HP via un arbre HP 14 centré sur l’axe longitudinal pour former un premier corps dit haute pression. Le rotor du compresseur BP est relié au rotor de la turbine BP via un arbre BP 15 centré sur l’axe longitudinal pour former un deuxième corps dit basse pression. L’arbre BP 15 s’étend à l’intérieur de l’arbre HP 14. L’arbre HP 14, est un arbre moteur, qui est entraîné en rotation suivant l’axe longitudinal X dans un carter interne 16 centré sur l’axe longitudinal.
Un flux d’air F qui entre dans la turbomachine via la soufflante 2 est divisé par un bec de séparation 17 de la turbomachine en un flux d’air primaire F1 qui traverse le générateur de gaz 3 et en particulier dans une veine primaire 18, et en un flux d’air secondaire F2 qui circule autour du générateur de gaz 3 dans une veine secondaire 19. La veine primaire 18 et la veine secondaire 19 sont coaxiales. Le flux d’air secondaire F2 est éjecté par une tuyère secondaire 20 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 21 située en aval du générateur de gaz. La veine primaire 18 est délimitée au moins en partie, radialement, par le carter interne 16 et un carter d’entrée 22. La veine secondaire 19 est quant à elle délimitée au moins en partie, radialement, par le carter d’entrée 22 et le carter de soufflante. Le carter d’entrée 22 porte le bec de séparation 17 en amont et est prolongé en aval par un carter interveine 23 qui porte la tuyère d’éjection 21. Dans une configuration optionnelle, un réducteur de vitesse 24 peut relier l’arbre BP 15 à l’arbre de soufflante 6, pour permettre de réduire la vitesse de la soufflante 2 à une vitesse inférieure à celle de l’arbre BP 15. Le réducteur de vitesse 24 permet d’autre part, 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 réducteur de vitesse peut être à train planétaire ou à train épicycloïdal.
La turbomachine comprend un arbre d’entrainement 25 qui est relié d’une part, à l’arbre haute pression 14 et d’autre part, à un boitier d’accessoires 30 de la turbomachine. L’arbre d’entraînement s’étend plus ou moins radialement, avec un angle compris entre 0° et 30° par rapport à l’axe radial Z, c’est à dire compris entre 60° et 90° par rapport à l’axe longitudinal X. Cet arbre d’entraînement permet d’entraîner l’arbre moteur, ici l’arbre HP 14 en rotation pour pouvoir démarrer la turbomachine via un équipement ou accessoire coopérant avec un boîtier d'accessoires décrit ci-après.
Dans le présent exemple, l’arbre d’entraînement 25 est appelé arbre radial car il s’étend sensiblement radialement, en étant logé dans un élément structural de la turbomachine. Cet élément structural s’étend sensiblement radialement entre le carter interne 16 et le carter de soufflante et/ou la nacelle 8. L’élément structural est un bras de carter 26 qui relie structurellement le carter interne 16 au carter de soufflante.
En référence à la figure 2, le boîtier d’accessoires 30 est agencé dans un compartiment de la nacelle 8, et reçoit les divers équipements ou accessoires de la turbomachine. Ces équipements, montés sur le boîtier 30, peuvent être des pompes à carburant, des générateurs électriques, un groupe de lubrification, un démarreur, etc. Généralement, le boîtier 30 comprend un train d’engrenages 31 qui est constitué de plusieurs roues dentées 32 qui engrènement les unes avec les autres et dont certaines sont couplées à des parties rotatives des équipements pour leur entrainement en rotation. Le train d’engrenages 31 est logé dans une enveloppe rigide 33 destinée à protéger les roues dentées 32. Le boîtier 30 comprend, parmi les roues dentées 32, une roue dentée formant une entrée du train d’engrenages 31 et qui est couplée à une première extrémité 35 d’un arbre de transfert 34. Ce dernier s’étend généralement hors du boîtier 30, suivant un axe A qui forme un angle avec l’axe de l’arbre d’entraînement 25. Nous comprenons que l’arbre de transfert 34 est couplé au boîtier d’accessoires 30. L’arbre de transfert 34 peut être disposé par exemple de façon à ce que son axe de rotation A soit sensiblement parallèle à l’axe longitudinal X. L’arbre de transfert 34 comprend une deuxième extrémité 45 qui est reliée à l’arbre radial 25 par l’intermédiaire d’un premier dispositif de transmission de puissance 37, également appelé « renvoi d’angle » ou encore « boîte de transfert ».
Comme cela est illustré sur la figure 2, l’arbre de transfert 34 est logé à l’intérieur d’un premier carter 38 annulaire centré sur l’axe A. Ce carter 38 peut être constitué d’un fourreau n’ayant pas de rôle structural mais simplement une fonction de protection vis-à-vis de l’arbre de transfert 34. Le premier carter 38 comprend une première extrémité 39 qui est fixée sur une paroi latérale 40 du boîtier d’accessoires 30 à l’aide de moyens de fixation. Les moyens de fixation peuvent être des boulons et/ ou vis. L’arbre de transfert 34 est creux et s’étend suivant l’axe A depuis cette paroi latérale 40 du boîtier d’accessoires 30.
Le premier dispositif de transmission de puissance 37 comprend un arbre de sortie 41 qui est couplé à l’arbre de transfert 34. L’arbre de sortie 41 est coaxial avec l’arbre de transfert 34. L’arbre de sortie 41 est également creux sur au moins une partie de sa longueur axiale. Des moyens de couplage sont agencés entre l’arbre de sortie 41 et l’arbre de transfert 34 de sorte que ceux-ci soient solidaires en rotation. L’arbre de sortie comprend une première portion 51 et une deuxième portion 64. La deuxième portion 64 de l’arbre de sortie comprend une partie creuse 64a qui s’étend axialement sur tout ou partie de la deuxième portion 64 depuis une première extrémité 42 de l’arbre de sortie 41 . La partie creuse 64a reçoit la deuxième extrémité 45 de l’arbre de transfert 34 et les moyens de couplage sont prévus entre la deuxième extrémité 45 et ladite partie creuse. En particulier, l’arbre de sortie 41 comprend vers la première extrémité 42 des premières cannelures 43 (représentées en traits discontinus) qui sont formées sur une surface radialement interne de l’arbre de sortie 41 . Ces premières cannelures 43 s’engagent avec des deuxièmes cannelures 44 correspondantes de l’arbre de transfert 34. Ces deuxièmes cannelures 44 sont formées sur une surface radialement externe de l’arbre de transfert 34 et au niveau de la deuxième extrémité 45 de celui-ci. En d’autres termes, la deuxième extrémité 45 de l’arbre de transfert 34 est montée à l’intérieur de l’arbre de sortie 41 . De la sorte, l’arbre de sortie 41 et l’arbre de transfert 34 sont solidaires en rotation. Le fait de coupler directement l’arbre de sortie 41 à l’arbre de transfert 34 permet de réduire le nombre de pièces, la masse, de simplifier le montage et réduire l’encombrement. Les coûts de fabrication et de montage sont également réduits.
L’arbre de sortie 41 comprend également une deuxième extrémité 46 qui porte une roue dentée 47 à denture conique. Cette dernière engrène avec un premier pignon 48 à denture conique porté par une extrémité radialement externe 49 de l’arbre radial 25 en formant un renvoi d’angle. Le renvoi d’angle permet de transmettre un mouvement de rotation entre deux arbres qui ne sont pas parallèles.
Le premier dispositif de transmission de puissance 37 est logé dans un boîtier de transmission 50 qui enveloppe et protège les engrenages (formés des pignons et/ou roues).
La première portion 51 de l’arbre de sortie 41 tourne à l’intérieur du boîtier de transmission 50. Pour cela, des paliers de guidage 52 en rotation sont agencés autour de cette première portion 51. Les paliers de guidage sont avantageusement des paliers à roulements. Ceux-ci comprennent chacun une bague interne montée sur la première portion de l’arbre de sortie 41 et une bague externe solidaire d’une paroi annulaire 53 du boîtier de transmission 50. Des organes roulants sont agencés entre les bagues interne et externe. Les organes roulants peuvent être des billes ou des rouleaux. La paroi annulaire 53 est centrée sur l’axe A. La première portion 51 de l’arbre de sortie est agencée dans la paroi annulaire du boîtier de transmission 50 tandis que la deuxième portion 64 s’étend à l’extérieur de la paroi annulaire 53. La deuxième portion 64 de l’arbre de sortie 41 présente un diamètre qui est inférieur au diamètre de la première portion 51. Cette différence de diamètre est marquée par un épaulement 65 lequel délimite la jonction des première et deuxième portions 51 , 64 de l’arbre de sortie 41 . La figure 2 illustre en outre une machine électrique 54 qui est destinée à prélever ou injecter une puissance (mécanique ou électrique) respectivement depuis l’arbre moteur ou sur celui-ci. L’arbre moteur peut être l’arbre basse pression ou l’arbre haute pression de la turbomachine à double corps. Dans le présent exemple, la machine électrique 54 est agencée entre le premier dispositif de transmission de puissance 37 et le boîtier d’accessoires 30. Plus précisément encore, la machine électrique 54 est intercalée entre le boitier de transmission 50 et au moins une partie 34a de l’arbre de transfert 34.
En particulier, la machine électrique 54 comprend un rotor 54a et un stator 54b. La machine électrique 54 fonctionne avantageusement, mais non limitativement, en mode générateur de manière à convertir l’énergie mécanique en énergie électrique. Dans le présent exemple, la machine électrique 30 est réversible, c’est-à-dire que celle-ci peut fonctionner alternativement en mode générateur et en mode moteur. En mode moteur, elle convertit de l’énergie électrique en énergie mécanique dans le but de pouvoir entraîner l’arbre HP ou tout au moins d’assister sa rotation.
La machine électrique 54 est logée dans un deuxième carter 55 annulaire. Ce deuxième carter 55 est monté entre le boîtier de transmission 50 du premier dispositif de transmission de puissance et le premier carter 38 de l’arbre de transfert 34. A cet effet, le deuxième carter 55 comprend une paroi cylindrique 56 d’axe A. La paroi cylindrique 56 comprend à une première extrémité une collerette 57 qui s’étend au moins en partie radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe A. La paroi cylindrique 56 comprend à une deuxième extrémité une base annulaire 58 qui est centrée sur l’axe A. La base annulaire 58 est définie dans un plan perpendiculaire à l’axe A. La collerette 57 est fixée sur une bride annulaire 59 du boîtier de transmission 50. La bride annulaire 59 est centrée sur l’axe A et s’étend radialement vers l’extérieur depuis une extrémité distale de la paroi annulaire 53 du boîtier de transmission. Des moyens de fixation tels que de vis ou boulons permettent de réaliser la fixation du deuxième carter sur le boîtier de transmission. La paroi annulaire 53 comprend une ouverture par laquelle s’étend l’arbre de sortie 41 à l’extérieur du boîtier de transmission 50. L’ouverture est délimitée par la bride annulaire 59. En particulier, la deuxième portion 64 de l’arbre de sortie 41 s’étend à l’intérieur de la paroi cylindrique 59. Une jupe cylindrique 60 s’étend sensiblement suivant l’axe A, depuis une surface externe 61 de la base annulaire 58. La jupe cylindrique 60 s’étend en particulier à l’intérieur du premier carter 38. Des moyens d’étanchéité, par exemple sous la forme d’un joint torique, peuvent être prévus dans un espace ménagé radialement entre la jupe cylindrique 60 et la deuxième extrémité 62 (opposée axialement à la première extrémité 39) du premier carter 38. De cette façon et en fonctionnement, l’air ambiant ne peut pas s’introduire à l’intérieur du premier carter 38 puis à l’intérieur du deuxième carter 55 via un orifice traversant de la base annulaire 58. Il est également possible de prévoir que la deuxième extrémité 62 du premier carter 38 soit emmanchée autour de la jupe cylindrique 60, voire fixée sur la jupe cylindrique 60 grâce à des moyens de fixation.
Dans une autre alternative non représentée, il est possible de prévoir de regrouper le premier carter 38 et le deuxième carter 55 en un unique carter. Pour réaliser cela, il est envisageable de prolonger la jupe cylindrique 60 jusqu’à des moyens de fixation de cette jupe sur la paroi latérale 40 du boîtier d’accessoires 30, de façon à ce ladite jupe 60 forme un carter de protection pour l’arbre de transfert 34. L’unique carter ainsi constitué entre le boîtier de transmission 50 et le boîtier d’accessoires 30 peut éventuellement être prévu suffisamment renforcé, par exemple grâce à une épaisseur de paroi augmentée et/ou des nervures de renfort dans la direction longitudinale, afin d’obtenir un carter structural qui participe à la suspension du boîtier d’accessoires 30 dans la turbomachine. Le boîtier de transmission 50 est par exemple fixé sur un flasque aval d’un carter intermédiaire de la turbomachine. Le boîtier d’accessoires 30 se trouve alors suspendu en porte à faux par rapport au flasque du carter intermédiaire, par ledit carter structural qui entoure l’arbre de transfert 34.
Plus en détail sur la figure 3, la base annulaire 58 est pourvue d’un orifice traversant 63 qui la traverse de part et d’autre suivant l’axe A. L’orifice traversant 63 est agencé radialement à l’intérieur de la jupe cylindrique 60. L’arbre de sortie 41 et notamment sa deuxième portion 64 traverse cet orifice traversant.
Le premier carter 38, le deuxième carter 55 et le boîtier de transmission 50 ainsi que l’enveloppe rigide 33 du boîtier d’accessoires 30 sont fixes. En référence aux figures 2 et 3, une douille 66 tubulaire est montée centrée sur l’axe A autour de l’arbre de sortie 41 . Le rotor 54a de la machine électrique 54, qui comprend par exemple des aimants permanents, est monté sur la douille 66 en contact étroit avec celle-ci de façon à pouvoir tourner solidairement avec elle. En d’autres termes, le rotor 54a est monté radialement autour de l’arbre de sortie 41. De même, le rotor entoure au moins une partie de la deuxième extrémité 45 de l’arbre de transfert qui est reçue dans la partie creuse 64a de l’arbre de sortie 41 . La douille 66 comprend un corps 66a tubulaire avec une première semelle 67 à une première extrémité et une deuxième semelle 68 à une deuxième extrémité. Les première et deuxième semelles 67, 68 s’étendent radialement vers l’extérieur par rapport au corps tubulaire. La douille 66 est montée sur l’arbre de sortie 41 et en particulier sur la deuxième portion 64 de l’arbre de sortie 41 .
La douille 66 est maintenue en butée contre l’épaulement 65, une fois le montage serré grâce à des moyens de serrage 70 détaillés plus loin. Un écartement axial e est prévu entre la douille 66 qui tourne avec l’arbre de sortie 41 et le boîtier de transmission 50 qui est fixe, de manière à éviter tout contact et donc tout frottement entre la douille et le boîtier. Plus précisément, l’écartement axial e est prévu entre la première semelle 67 de la douille 66 et la bride annulaire 59 du boîtier.
Un élément d’étanchéité 69 tel qu’un joint, en particulier un joint tournant, est monté au niveau de l’ouverture de la paroi annulaire 53 du boîtier de transmission par laquelle s’étend l’arbre de sortie 41. Ce joint 69 permet d’éviter la fuite du lubrifiant des paliers de guidage à l’extérieur du boîtier de transmission. Une fois que la douille 66 est en appui contre l’épaulement 65, un espacement peut être préservé entre la première semelle 67 et le joint 69, de façon à éviter que la semelle 67 comprime axialement le joint et compromette son fonctionnement. Cet espacement peut être différent de l’écartement e, et en particulier inférieur à celui-ci. En alternative, la première semelle 67 peut être prévue en contact avec le joint 69 pour le maintenir axialement, comme visible sur la figure 2, sans pour autant le comprimer et/ou compromettre son fonctionnement.
Les moyens de serrage 70 permettent de serrer la douille 66 contre l’épaulement
65, et donc de maintenir axialement la douille sur l’arbre de sortie 41 . En particulier, les moyens de serrage 70 comprennent un écrou 71 centré sur l’axe A et qui est monté en aval (par rapport à l’axe A) de la deuxième semelle 68. La surface radialement externe de la deuxième portion 64 de l’arbre de sortie 41 comprend pour cela un filet externe destiné à coopérer avec un filet interne de l’écrou 71. Le diamètre externe de l’écrou est inférieur au diamètre de l’orifice traversant.
Le stator 54b de la machine électrique 54 est monté sur une surface radialement interne de la paroi cylindrique 56 du deuxième carter qui est fixe. Le stator 54b est monté fixement par rapport au boitier de transmission 50 Le rotor 54a est donc tournant à l’intérieur d’un stator 54b fixe. Le rotor 54a est solidaire en rotation de l’arbre de transfert 34.
Comme nous pouvons le voir précisément sur la figure 1 , une roue d’entrée 72 est portée par l’arbre haute pression 14. Cette roue d’entrée 72 est centrée sur l’axe longitudinal X et porte sur sa surface radialement externe une série de dents. La roue d’entrée 72 est avantageusement conique. Dans le cas où un réducteur de vitesse 24 est prévu, celui-ci est agencé en amont de cette roue d’entrée 72.
L’arbre radial 25 comprend une extrémité radialement interne qui est liée en rotation à l’arbre haute pression 14. L’extrémité radialement interne porte un deuxième pignon denté 73 qui engrène avec la roue d’entrée en formant un renvoi d’angle.
Ces pignons dentés sont coniques. En particulier, la roue d’entrée 72 et le deuxième pignon denté 73 forment un deuxième dispositif de transmission de puissance 74 qui est disposé entre l’arbre haute pression et l’arbre radial. La coopération entre la roue d’entrée 72 et le deuxième pignon 73 assure, lors d’une rotation de l’arbre haute pression 14 suivant l’axe longitudinal, la rotation également de l’arbre radial 25 suivant son axe sensiblement radial. De la sorte, la rotation de l’arbre radial 25 engendre la rotation de l’arbre de transfert 34 suivant son axe de rotation A.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention non représenté, le boîtier d’accessoires 30 et le premier dispositif de transmission de puissance 37 ainsi que la machine électrique 54 sont installés dans la zone « core » de la turbomachine, c’est à dire dans un compartiment inter-veines situé entre les veines primaire et secondaire de la turbomachine à double flux.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module de turbomachine pour aéronef, comprenant un boîtier d’accessoires (30) ainsi qu’un arbre de transfert (34) et un arbre d’entrainement (25) liés en rotation l’un à l’autre par l’intermédiaire d’un dispositif de transmission de puissance (37), l’arbre de transfert (34) étant couplé au boîtier d’accessoires (30) et le dispositif de transmission de puissance (37) étant logé dans un boitier de transmission (50), le module comprenant en outre une machine électrique (54) qui est reliée en rotation à l’arbre de transfert (34) et qui agencée entre le dispositif de transmission de puissance (37) et le boîtier d’accessoires (30), la machine électrique (54) comprenant un rotor (54a) et un stator (54b), le module étant caractérisé en ce que la machine électrique (54) est intercalée entre le boitier de transmission (50) et au moins une partie (34a) de l’arbre de transfert (34) et en ce que le dispositif de transmission de puissance (37) comprend un arbre de sortie (41) couplé à l’arbre de transfert (34) et autour duquel le rotor (54a) est monté radialement.
2. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rotor (54a) est solidaire en rotation de l’arbre de transfert (34) et le stator (54b) entoure le rotor (54a) et qui est monté fixement par rapport au boitier de transmission (50).
3. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le stator (54b) est porté par une surface radialement interne d’une paroi cylindrique (56) fixée au boitier de transmission (50).
4. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’arbre de transfert (34) est enveloppé par un premier carter (38), la machine électrique (54) étant logée dans un deuxième carter (55) monté entre le boîtier de transmission (50) et le premier carter (38), et ladite paroi cylindrique (56) forme une paroi du deuxième carter (55).
5. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’arbre de sortie (41) comprend une première portion (51) agencée dans une paroi annulaire (53) du boîtier de transmission (50) et une deuxième portion (64) qui s’étend à l’extérieur de la paroi annulaire (53), la deuxième portion (64) ayant un diamètre inférieur à celui de la première portion de façon à former un épaulement (65) à la jonction des première et deuxième portions (51 , 64).
6. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une douille (66) montée sur la deuxième portion (64) de l’arbre de sortie (41 ) et positionnée en butée contre l’épaulement (65), le rotor (54a) étant monté sur la douille (66).
7. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un moyen de serrage (70) de la douille (66) contre l’épaulement (65) de l’arbre de sortie (46).
8. Module selon l’une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la deuxième portion (64) de l’arbre de sortie (41) comprend une partie creuse (64a) qui s’étend axialement sur tout ou partie de la deuxième portion (64) et qui reçoit une extrémité (45) de l’arbre de transfert (34), des moyens de couplage (43, 44) étant prévus entre ladite extrémité (45) et ladite partie creuse afin que l’arbre de sortie (46) et l’arbre de transfert (34) soient solidaires en rotation.
9. Module selon l’une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l’arbre de sortie (41) est guidé en rotation dans la paroi annulaire (53) au moyen d’au moins un palier de guidage (52) en rotation, un élément d’étanchéité (69) étant agencé au niveau d’une ouverture de la paroi annulaire (53) et autour de la première portion (51) de l’arbre de sortie (41 ).
10. Module (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (54) est de type moteur et/ou générateur.
11 . Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’arbre de transfert (34) s’étend hors du boîtier d’accessoires.
12. Turbomachine (1) pour aéronef, comprenant un arbre moteur haute pression (14) et un module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications 16 précédentes, dans laquelle le dispositif de transmission de puissance est un premier dispositif de transmission de puissance et l’arbre d’entrainement (25) est relié à l’arbre moteur haute pression (14) par l’intermédiaire d’un deuxième dispositif de transmission de puissance (74), de telle façon que l’arbre de transfert (34) et l’arbre moteur haute pression (14) sont liés en rotation.
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