FR3017660A1

FR3017660A1 - Ensemble d'entrainement de machines auxiliaires destine a entrainer des machines auxiliaires dans un turboreacteur d'aeronef

Info

Publication number: FR3017660A1
Application number: FR1451295A
Authority: FR
Inventors: Julien Viel; Stephane Prunera-Usach
Original assignee: Hispano Suiza SA
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2015-08-21
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: FR3017660B1

Description

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un ensemble d'entrainement de machines auxiliaires destiné à entrainer des machines auxiliaires dans un 5 turboréacteur d'aéronef. ETAT DE LA TECHNIQUE Les turbomachines comprennent généralement un ou plusieurs corps rotatifs. Chaque corps rotatif comprend un compresseur, une turbine 10 et un arbre de transmission reliant la turbine au compresseur pour entrainer le compresseur en rotation. Dans les turboréacteurs comprenant plusieurs corps, les arbres de transmission des différents corps s'étendent les uns autour des autres, de manière concentrique. Une partie de la puissance générée par le turboréacteur est utilisée 15 pour entrainer différents accessoires (ou machines auxiliaires), nécessaires au fonctionnement du turboréacteur ou de l'aéronef, tels que par exemple un générateur électrique, une pompe de lubrification ou une pompe à carburant. A cet effet, le turboréacteur comprend généralement une boîte 20 d'engrenage d'entrée (en anglais « Inlet Gear Box »), un arbre d'entrainement radial (en anglais « Radial Drive Shaft ») s'étendant à l'intérieur d'un bras radial du carter inter-compresseur, une boîte d'engrenage de transfert (en anglais « Transfer Gear Box ») et une boîte d'engrenage d'accessoire (en anglais « Accessory Gear Box ») supportant 25 les différents accessoires. Lorsque l'arbre de transmission est entrainé en rotation, il entraine mécaniquement les différents accessoires par l'intermédiaire de la boîte d'engrenage d'entrée (IGB), du bras d'entrainement radial, de la boîte d'engrenage de transfert (TGB) et de la boîte d'engrenage d'accessoire 30 (AGB). La boîte d'engrenage d'entrée et la boîte d'engrenage de transfert assurent un renvoi d'angle. La boîte d'engrenage d'accessoire transmet le mouvement de rotation aux différents accessoires.

L'ensemble formé par la boîte d'engrenage d'accessoire et les accessoires est généralement logé dans le carter du turboréacteur, à proximité de la soufflante dans une zone appelée « zone fan ». Pour réduire l'encombrement de cet ensemble, il pourrait également être envisagé de loger l'ensemble entre le corps haute pression et la structure fixe interne (Inner Fixed Structure) du turboréacteur. Toutefois, cela nécessiterait d'adapter la boîte d'engrenage d'accessoire à l'espace disponible dans cette zone et de réduire le volume occupé par la boîte et les accessoires.

RESUME DE L'INVENTION Un but de l'invention est de réduire l'encombrement de la boîte d'engrenage d'accessoire (AGB) et des machines auxiliaires. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un 15 ensemble d'entrainement de machines auxiliaires, comprenant : - une boîte d'engrenage d'accessoire comprenant un boîtier sur lequel peuvent être fixés des premiers équipements, un arbre d'entrainement principal s'étendant à l'intérieur du boîtier, l'arbre d'entrainement principal étant propre à être entrainé en rotation par rapport 20 au boîtier par le biais d'un arbre d'entrainement radial d'une turbomachine et d'une boîte d'engrenage de transfert, et une pluralité de pignons coniques montés solidaires de l'arbre d'entrainement principal, chaque pignon conique étant propre à coopérer avec un pignon conique de l'un des premiers équipements pour entrainer un rotor du premier équipement, et 25 - un deuxième équipement comprenant un stator et un rotor, le stator étant monté solidaire du boîtier et le rotor étant monté solidaire de l'arbre d'entrainement principal. Dans un tel ensemble d'entrainement, le rotor du deuxième équipement est entrainé en rotation directement par l'arbre d'entrainement 30 principal, de sorte que le deuxième équipement peut être logé à l'intérieur du boîtier. Cette disposition permet de réduire l'encombrement de l'ensemble d'entrainement.

En particulier, le deuxième équipement peut être agencé de manière à occuper l'espace disponible entre deux pignons coniques solidaires de l'arbre d'entrainement principal. A cet effet, le rotor du deuxième équipement peut être positionné 5 entre deux pignons coniques. Selon une première possibilité, le boîtier comprend une ouverture autorisant un accès au deuxième équipement pour maintenance et une trappe propre à fermer l'ouverture. Selon une deuxième possibilité, le boîtier comprend une première 10 partie de boîtier et une deuxième partie de boîtier, le stator du deuxième équipement s'étendant entre la première partie de boîtier et la deuxième partie de boîtier. Dans ce cas, le stator du deuxième équipement peut être fixé uniquement sur l'une des deux parties de boîtier. 15 Alternativement, le stator du deuxième équipement peut être fixé sur chacune des deux parties de boîtier. Le deuxième équipement peut être un équipement électrique, tel qu'un un alternateur à aimant permanent (PMA) ou un équipement hydraulique, tel qu'une pompe hydraulique. 20 L'invention concerne également une boîte d'engrenage d'accessoire pour un ensemble tel que défini précédemment. La boîte d'engrenage d'accessoire peut comprendre un espace ménagé entre deux pignons coniques pour recevoir le deuxième équipement. 25 L'invention concerne également un groupe auxiliaire pour turbomachine, comprenant : - un ensemble d'entrainement tel que défini précédemment, et - une pluralité de premiers équipements, chaque équipement comprenant un stator fixé au boîtier, un rotor monté rotatif par rapport au 30 stator, et un pignon conique monté solidaire du rotor et engrenant avec un pignon conique monté solidaire de l'arbre d'entrainement principal.

Les premiers équipements comprennent par exemple au moins l'un parmi les équipements suivants : un groupe de lubrification, un démarreur, un générateur électrique à aimants permanents (PMG), un générateur électrique, une pompe à carburant.

L'invention concerne également une turbomachine comprenant : - une turbine, - un compresseur, - un arbre de transmission reliant la turbine au compresseur pour que la turbine entraine le compresseur, - un groupe auxiliaire tel que défini précédemment, et - un arbre d'entrainement radial présentant une première extrémité propre à engrener avec l'arbre de transmission et une deuxième extrémité propre à engrener avec l'arbre principal de l'ensemble d'entrainement de machines auxiliaires via une boîte d'engrenage de transfert.

Le boîtier peut être disposé dans une zone, appelée « zone core », située entre un flux d'air primaire et un flux d'air secondaire de la turbomachine. PRESENTATION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative, et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 représente de manière schématique, en coupe transversale, un turboréacteur double flux incluant un ensemble 25 d'entrainement de machines auxiliaires, - la figure 2 représente de manière schématique, en perspective, l'ensemble d'entrainement de machines auxiliaires, - la figure 3 représente de manière schématique un ensemble d'entrainement conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, 30 - la figure 4 représente de manière schématique un ensemble d'entrainement conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Sur la figure 1, la turbomachine 1 représentée est une turbomachine double corps. La turbomachine 1 comprend un carter moteur 2, une soufflante 3, un corps basse pression 4, un corps haute pression 5 et 5 une chambre de combustion 6. Le corps basse pression 4 comprend un compresseur basse pression 7, une turbine basse pression 8 et un arbre de transmission basse pression 9 reliant le compresseur basse pression 7 à la turbine basse pression 8. L'arbre de transmission basse pression 9 s'étend selon un axe 10 longitudinal X du turboréacteur 1. La turbine basse pression 8 est apte à entrainer en rotation le compresseur basse pression 7 via l'arbre de transmission basse pression 9. L'ensemble du corps basse pression 4 est ainsi entrainé en rotation par rapport au carter moteur 2 autour de l'axe X. Le corps haute pression 5 comprend un compresseur haute 15 pression 10, une turbine haute pression 11 et un arbre de transmission haute pression 12 reliant le compresseur haute pression 10 à la turbine haute pression 11. L'arbre de transmission haute pression 12 s'étend autour de l'arbre de transmission basse pression 9 de manière concentrique à celui-ci (c'est-à-dire centré sur l'axe X). La turbine haute pression 11 est 20 apte à entrainer en rotation le compresseur haute pression 12 via l'arbre de transmission haute pression 12. L'ensemble du corps haute pression 5 est ainsi entrainé en rotation par rapport au carter moteur 2 autour de l'axe X. En fonctionnement, les corps basse pression 4 et haute pression 5 sont entrainés en rotation par rapport au carter moteur 2 indépendamment 25 l'un de l'autre. Ainsi, l'arbre de transmission basse pression 9 et l'arbre de transmission 12 sont entrainés en rotation indépendamment l'un de l'autre autour de l'axe longitudinal X du turboréacteur 1. Lorsque le turboréacteur 1 est en marche, de l'air 13 est aspiré par la soufflante 3 et est divisé en un flux d'air primaire 14 et un flux d'air 30 secondaire 15, qui circulent d'amont en aval du turboréacteur 1. Le flux d'air primaire 14 s'écoule à travers le turboréacteur 1 d'amont en aval en passant successivement à travers le compresseur basse pression 7, le compresseur haute pression 10, la chambre de combustion 6 où il est mélangé avec du carburant pour être brûlé, la turbine haute pression 11 et la turbine basse pression 8. Le passage du flux d'air primaire 14 à travers la turbine haute pression 11 et la turbine basse pression 8 provoque une rotation des turbines 11 et 8 qui entrainent à leur tour en rotation le compresseur haute pression 10 et le compresseur basse pression 7, ainsi que la soufflante 3, via l'arbre de transmission 9 et l'arbre de transmission 12. Par ailleurs, la turbomachine 1 comprend également un arbre 10 d'entrainement radial (RDS) 53, s'étendant à l'intérieur d'un bras radial du carter intermédiaire, une boîte de transmission à engrenages (TGB) 54 et un groupe auxiliaire 55. L'arbre d'entrainement radial 53 s'étend selon un axe radial Y, perpendiculaire à l'axe X. L'arbre d'entrainement radial 53 présente une 15 première extrémité 56 et une deuxième extrémité 57. L'arbre d'entrainement radial 53 comprend un premier pignon conique 58 situé à sa première extrémité 56 et un deuxième pignon conique 59 situé à sa deuxième extrémité 57. Le premier pignon conique 58 engrène avec un pignon conique 20 monté solidaire de l'arbre de transmission haute pression 12.

20 Les deux pignons 58 et 20 forment un renvoi d'angle de sorte qu'une rotation du corps haute pression 5 autour de l'axe X provoque une rotation de l'arbre d'entrainement radial 53 par rapport au carter moteur 2 autour de l'axe Y. Le groupe auxiliaire 55 est situé entre l'arbre de transmission 12 et 25 une structure fixe interne (en anglais « Inner Fixed Structure ») du carter 2 de la turbomachine 1. Plus précisément, le groupe auxiliaire 55 est disposé dans une zone (appelée « zone core ») située entre le flux d'air primaire 14 et le flux d'air secondaire 15. Comme cela est illustré sur la figure 2, la boîte d'engrenage de 30 transfert (TGB) 54 comprend un boîtier 21, un pignon conique d'entrée 59 et un pignon conique de sortie 22, logés à l'intérieur du boîtier 21. Le pignon conique d'entrée 59 engrène avec le pignon conique de sortie en formant un renvoi d'angle. La deuxième extrémité 57 de l'arbre d'entrainement radial 53 s'étend dans le carter moteur jusqu'à la boîte d'engrenage d'entrée (IGB). Le groupe auxiliaire 55 comprend une boîte d'engrenage 5 d'accessoire (Accessory Gear Box) 23 et différents équipements 24 à 29 raccordés à la boîte d'engrenage d'accessoires 23. La boîte d'engrenage d'accessoire (AGB) 23 comprend un boîtier 30 fixé au carter moteur 2, un arbre d'entrainement principal 31 s'étend à l'intérieur du boîtier 30, un ensemble de premiers pignons coniques 32 à 34 10 fixés sur l'arbre d'entrainement principal 31, et un ensemble de deuxièmes pignons coniques 37 à 41 montés rotatif par rapport au boîtier 30. L'arbre d'entrainement principal 31 est monté rotatif par rapport au boîtier 30 selon un axe de rotation X' formant un angle non-nul avec l'axe de rotation Y de l'arbre d'entrainement radial 53. L'arbre d'entrainement 15 principal 31 est propre à être entrainé en rotation par rapport au boîtier 30 par l'arbre d'entrainement radial 53. A cet effet, l'arbre d'entrainement principal 31 est raccordé à l'arbre d'entrainement radial 53 par le biais des pignons 59 et 22 de la boîte de transmission à engrenages (TGB) 14. A cet effet, l'arbre d'entrainement principal 31 présente une 20 première extrémité 35 et une deuxième extrémité 36, la première extrémité 35 étant raccordée au pignons de sortie 22 de la boîte de transmission à engrenages 14, les pignons 59 et 22 assurant un renvoi d'angle entre l'arbre d'entrainement radial 53 et l'arbre d'entrainement principal 31. Les équipements 24 à 29 comprennent d'une part des premiers 25 équipements (ou premiers accessoires) montés sur le boîtier 30, et d'autre part un ou plusieurs deuxième équipements (ou deuxièmes accessoires) intégrés au boîtier 30. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, les premiers équipements incluent une pompe de lubrification 24, un démarreur 25, un générateur à 30 aimants permanents (en anglais « Permanent Magnet Generator ») 26, un générateur électrique 27 et une pompe à carburant 28. Dans cet exemple, la deuxième machine auxiliaire est un alternateur à aimants permanents (en anglais « Permanent Magnet Alternator ») 29 propre à produire de l'électricité nécessaire au fonctionnement du turboréacteur 1. Chaque premier équipement 24 à 28 comprend un stator fixé au boîtier 30 et un rotor solidaire en rotation d'un pignon conique d'entrée, 5 respectivement 37 à 41, par exemple par le biais de cannelures. On notera que sur la figure 2, le pignon 22 fait partie de la boîte d'engrenage de transfert (TGB) 54. Dans ce cas, la liaison entre la boîte d'engrenage de transfert (TGB) 54 et l'arbre d'entrainement principal 31 de la boîte d'engrenage d'accessoire (AGB) 23 peut être réalisée via des 10 moyens de liaison, tels que des cannelures. En variante, le pignon 22 faire partie de la boîte d'engrenage d'accessoire (AGB) 23. Dans ce cas, le pignon 22 est fixé sur l'arbre d'entrainement principal 31. En référence aux figures 3 et 4, le boîtier 30 de la boîte d'engrenage d'accessoire (AGB) 23 comprend une paroi 42 et une pluralité 15 de brides de fixation 43 à 47 entourant des ouvertures ménagées dans la paroi 42. Chaque bride 43 à 47 permet la fixation d'un stator d'un premier équipement 24 à 28 sur la paroi 42 du boîtier 30, par exemple au moyen d'une liaison boulonnée ou d'un collier de serrage en V (en anglais « V-band »). Les premiers équipements 24 à 28 s'étendent ainsi à l'extérieur du 20 boîtier 30, de part et d'autre de l'arbre d'entrainement principal 31. Chaque bride 43 à 47 est agencée de sorte que lorsqu'un premier équipement 24 à 28 est fixé sur la paroi 42 du boîtier 30, le pignon conique 37 à 41 solidaire du rotor de l'équipement engrène avec l'un des pignons 32, 33 et 34 solidaires de l'arbre d'entrainement principal 31. De cette 25 manière, une rotation de l'arbre d'entrainement principal 31 entraine simultanément en rotation les rotors des premiers équipements 24 à 28. Le deuxième équipement 29 est logé à l'intérieur du boîtier 30. Le deuxième équipement 29 comprend un stator 48 fixé à la paroi 42 du boîtier 30 et un rotor 49 fixé à l'arbre d'entrainement principal 31. Ainsi, 30 contrairement aux premiers équipements 24 à 28 dont les rotors sont entrainés en rotation par l'intermédiaire de pignons coniques 32 à 34 et 37 à 41, le rotor 49 du deuxième équipement 29 est entrainé en rotation directement par l'arbre d'entrainement principal 31. En particulier, le deuxième équipement 29 peut être agencé de manière à occuper l'espace disponible entre deux pignons coniques 32 et 5 33 fixés sur l'arbre d'entrainement principal 31 de la boîte d'engrenage d'accessoire (AGB) 23. A cet effet, le rotor 49 du deuxième équipement 29 peut être positionné entre deux pignons coniques 32 et 33. Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 3, le 10 boîtier 30 est formé en une seule partie et le stator 48 du deuxième équipement 29 est fixé à la paroi 42 du boîtier 30 à l'intérieur de celui-ci. Dans ce cas, le boîtier 30 peut comprendre une ouverture (non-représentée) autorisant un accès au deuxième équipement 29 pour réaliser des opérations de maintenance sur le deuxième équipement 29 et une 15 trappe (non-représentée) propre à fermer l'ouverture. Selon une autre possibilité, l'accès au deuxième équipement 29 peut être réalisé via l'une des deux ouvertures du carter 30 situées aux extrémités 35 et 36 de l'arbre d'entrainement principal 31. Selon un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 4, le 20 boîtier 30 est formé en deux parties : une première partie 30A et une deuxième partie 30B. Le stator 48 du deuxième équipement 29 est agencé entre la première partie 30A et la deuxième partie 30B. Le stator 48 du deuxième équipement 29 est fixé uniquement sur l'une des parties 30A ou 30B du boîtier 30. L'équipement 29 se trouve « pincée » entre les deux 25 parties 30A et 30B du boîtier 30. Il suffit de démonter la première partie 30A et/ou la deuxième partie 30B du boîtier 30 pour accéder à la deuxième machine auxiliaire 29 pour réaliser des opérations de maintenance sur la deuxième machine auxiliaire 29. 30

Claims

REVENDICATIONS1. Ensemble d'entrainement de machines auxiliaires, comprenant : - une boîte d'engrenage d'accessoire (23) comprenant un boîtier 5 (30) sur lequel peuvent être fixés des premiers équipements (24-28), un arbre d'entrainement principal (31) s'étendant à l'intérieur du boîtier (30), l'arbre d'entrainement principal (31) étant propre à être entrainé en rotation par rapport au boîtier (30) par le biais d'un arbre d'entrainement radial (53) d'une turbomachine (1) et d'une boîte d'engrenage de transfert (14), et une 10 pluralité de pignons coniques (32-34) montés solidaires de l'arbre d'entrainement principal (31), chaque pignon conique (32-34) étant propre à coopérer avec un pignon conique (37-41) de l'un des premiers équipements (24-28) pour entrainer un rotor du premier équipement, et - un deuxième équipement (29) comprenant un stator (48) et un 15 rotor (49), le stator (48) étant monté solidaire du boîtier (30) et le rotor (49) étant monté solidaire de l'arbre d'entrainement principal (31).
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le rotor (49) du deuxième équipement (29) est positionné entre deux pignons coniques (32, 20 33).
3. Ensemble selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le boîtier (30) comprend une ouverture autorisant un accès au deuxième équipement (29) pour maintenance et une trappe propre à fermer 25 l'ouverture.
4. Ensemble selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le boîtier (30) comprend une première partie de boîtier (30A) et une deuxième partie de boîtier (30B), le stator (48) du deuxième équipement (29) 30 s'étendant entre la première partie de boîtier (30A) et la deuxième partie de boîtier (30B).
5. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel le stator (48) du deuxième équipement (29) est fixé uniquement sur l'une des deux parties de boîtier (30A, 30B).
6. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel le stator (48) du deuxième équipement (29) est fixé sur chacune des deux parties de boîtier (30A, 30B).
7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le 10 deuxième équipement (29) est un équipement électrique, tel qu'un alternateur à aimant permanent (PMA).
8. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le deuxième équipement (29) est un équipement hydraulique, tel qu'une 15 pompe hydraulique.
9. Boîte d'engrenage d'accessoire (23) pour un ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant un boîtier (30) sur lequel peuvent être fixés des premiers équipements (24-28), un arbre 20 d'entrainement principal (31) s'étendant à l'intérieur du boîtier (30), l'arbre d'entrainement principal (31) étant propre à être entrainé en rotation par rapport au boîtier (30) par le biais d'un arbre d'entrainement radial (53) d'une turbomachine (1) et d'une boîte d'engrenage de transfert (14), une pluralité de pignons coniques (32-34) montés solidaires de l'arbre 25 d'entrainement principal (31), chaque pignon conique (32-34) étant propre à coopérer avec un pignon conique (37-41) de l'un des premiers équipements (24-28) pour entrainer un rotor du premier équipement, et un espace ménagé entre deux pignons coniques (32, 33) pour recevoir le deuxième équipement (29). 30
10. Groupe auxiliaire (55) pour turbomachine, comprenant :- un ensemble d'entrainement selon l'une des revendications 1 à 8, et - une pluralité de premiers équipements (24-28), chaque équipement (24-28) comprenant un stator fixé au boîtier (30), un rotor monté rotatif par rapport au stator, et un pignon conique (37-41) monté solidaire du rotor et engrenant avec un pignon conique (32-34) monté solidaire de l'arbre d'entrainement principal (31).
11. Groupe auxiliaire selon la revendication 10, dans lequel les premiers équipements (24-28) comprennent au moins l'un parmi les équipements suivants : un groupe de lubrification, un démarreur, un générateur électrique à aimants permanents (PMG), un générateur électrique, une pompe à carburant.
12. Turbomachine (1) comprenant : - une turbine (11), - un compresseur (7), - un arbre de transmission (12) reliant la turbine (11) au compresseur (7) pour que la turbine entraine le compresseur, - un groupe auxiliaire (55) selon l'une des revendications 10 et 11, et - un arbre d'entrainement radial (53) présentant une première extrémité (56) propre à engrener avec l'arbre de transmission (12) et une deuxième extrémité (57) propre à engrener avec l'arbre principal (31) de l'ensemble d'entrainement de machines auxiliaires via une boîte d'engrenage de transfert (14).
13. Turbomachine selon la revendication 12, dans laquelle le boîtier (30) est disposé dans une zone située entre un flux d'air primaire 30 (14) et un flux d'air secondaire (55) de la turbomachine (1).