FR3135745A1 - VERTICAL AXIS TURBOMOTOR - Google Patents
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Abstract
Turbomoteur comprenant : - un générateur de gaz comprenant un rotor (4) qui est sensiblement vertical ; - une turbine de puissance qui entraine un arbre de transmission (7) ; - un palier (8) guidant le rotor (4) et l’arbre (7) tout en étant lubrifié avec de l’huile ; - un dispositif de récupération d’huile (10) qui est disposé directement en dessous du palier (8) et qui comprend un récipient (11) annulaire ; - un circuit d’air (12) pour pressuriser le palier (8) ; le dispositif de récupération d’huile (10) comprenant un déflecteur annulaire d’air (13) disposé axialement entre la turbine de détente et le récipient (11), le déflecteur (13) étant en regard et distant du récipient (11) de sorte à former entre eux une voie d’écoulement d’air (14) du circuit (12), la voie (14) étant alimentée par au moins un passage (15) formé dans le rotor (4) du générateur de gaz. Figure pour l'abrégé : 2Turbomotor comprising: - a gas generator comprising a rotor (4) which is substantially vertical; - a power turbine which drives a transmission shaft (7); - a bearing (8) guiding the rotor (4) and the shaft (7) while being lubricated with oil; - an oil recovery device (10) which is arranged directly below the bearing (8) and which comprises an annular container (11); - an air circuit (12) to pressurize the bearing (8); the oil recovery device (10) comprising an annular air deflector (13) arranged axially between the expansion turbine and the container (11), the deflector (13) being facing and distant from the container (11) so as to form between them an air flow path (14) of the circuit (12), the path (14) being supplied by at least one passage (15) formed in the rotor (4) of the gas generator. Figure for abstract: 2
Description
La présente invention se rapporte à un turbomoteur à axe vertical pour un aéronef.The present invention relates to a vertical axis turbine engine for an aircraft.
La demande US5722778A1 décrit une architecture de turbomoteur à axe vertical.Application US5722778A1 describes a vertical axis turbine engine architecture.
Une telle architecture de turbomoteur comprend notamment de haut en bas une entrée d’air, un compresseur, une chambre de combustion, une turbine de détente, et enfin une tuyère d’échappement.Such a turbine engine architecture includes in particular from top to bottom an air inlet, a compressor, a combustion chamber, an expansion turbine, and finally an exhaust nozzle.
Plus précisément, l'air qui pénètre par l’entrée d’air est comprimé par le compresseur, puis injecté dans la chambre de combustion pour être mélangé avec du carburant. Le mélange air/carburant est brûlé et détendu dans la turbine de détente avant d’être évacué du turbomoteur par la tuyère d’échappement.More precisely, the air entering through the air inlet is compressed by the compressor and then injected into the combustion chamber to be mixed with fuel. The air/fuel mixture is burned and expanded in the expansion turbine before being evacuated from the turbine engine through the exhaust nozzle.
Selon la demande précitée, la roue aubagée de la turbine de détente entraine non seulement le rouet du compresseur mais également via un arbre de transmission une pompe à liquide extérieure au turbomoteur, cette pompe servant par exemple à aspirer de l’eau pour empêcher des inondations.According to the aforementioned request, the bladed wheel of the expansion turbine drives not only the compressor wheel but also, via a transmission shaft, a liquid pump external to the turbine engine, this pump serving for example to suck up water to prevent flooding .
L’arbre de transmission est guidé en rotation via un palier disposé axialement entre le compresseur et la turbine de détente, le palier étant lubrifié avec de l’huile. Un dispositif de récupération d’huile est disposé directement en dessous du palier afin de recueillir l’huile usagée dans le but de la réutiliser après un traitement adéquat. Le dispositif comprend pour cela un récipient dans lequel l’huile converge par gravité pour y être stockée avant d’être aspirée par un conduit du circuit.The transmission shaft is guided in rotation via a bearing arranged axially between the compressor and the expansion turbine, the bearing being lubricated with oil. An oil recovery device is placed directly below the bearing to collect used oil with the aim of reusing it after adequate treatment. For this purpose, the device comprises a container in which the oil converges by gravity to be stored there before being sucked up by a conduit of the circuit.
Pour éviter notamment les fuites d’huile à l’extérieur du palier et maintenir une pression prédéterminée à l’intérieur du palier, le palier est pressurisé avec de l’air qui est par exemple prélevé dans la veine principale du turbomoteur.To avoid in particular oil leaks outside the bearing and maintain a predetermined pressure inside the bearing, the bearing is pressurized with air which is for example taken from the main vein of the turbine engine.
Les motoristes constatent que le turbomoteur décrit dans la demande précitée diffère des turbomoteurs connus destinés aux aéronefs et présente des inconvénients.Engine manufacturers note that the turboshaft engine described in the aforementioned application differs from known turboshaft engines intended for aircraft and has drawbacks.
En effet, premièrement, contrairement au turbomoteur décrit dans la demande précitée, un turbomoteur pour un aéronef comprend classiquement une turbine de puissance qui est également entrainée par les gaz d’échappement mais qui est indépendante de la turbine de détente, cette turbine de puissance étant par exemple destinée à entrainer le ou les propulseurs de l’aéronef.Indeed, firstly, unlike the turbine engine described in the aforementioned application, a turbine engine for an aircraft conventionally comprises a power turbine which is also driven by the exhaust gases but which is independent of the expansion turbine, this power turbine being for example intended to drive the propeller(s) of the aircraft.
Deuxièmement, le dispositif de récupération d’huile décrit dans la demande précitée présente l’inconvénient d’être directement exposé aux fortes températures de l’espace environnant (dues à la présence de la chambre de combustion) et au rayonnement thermique des pièces avoisinantes (notamment la turbine). Une telle exposition dégrade significativement les propriétés de l’huile et est propice à la cokéfaction de l’huile.Secondly, the oil recovery device described in the aforementioned application has the disadvantage of being directly exposed to the high temperatures of the surrounding space (due to the presence of the combustion chamber) and to thermal radiation from neighboring rooms ( notably the turbine). Such exposure significantly degrades the properties of the oil and is conducive to coking of the oil.
La cokéfaction de l’huile dépend directement de sa température. En effet, au-delà d’une température critique, l’huile s’oxyde et se cokéfie. La cokéfaction de l’huile se traduit par l’apparition d’un dépôt noirâtre qui s’accumule avec le temps et qui est à l’origine d’un encrassement progressif du circuit d’huile.The coking of the oil depends directly on its temperature. Indeed, beyond a critical temperature, the oil oxidizes and cokes. Coking of the oil results in the appearance of a blackish deposit which accumulates over time and which causes progressive clogging of the oil circuit.
L’objectif de la présente invention est donc de proposer un turbomoteur à axe vertical pour un aéronef qui prend en compte les inconvénients précités vis-à-vis du dispositif de récupération d’huile.The objective of the present invention is therefore to propose a vertical axis turbine engine for an aircraft which takes into account the aforementioned drawbacks with respect to the oil recovery device.
Dans le domaine aéronautique, il est intéressant de noter que les turbomachines utilisées pour propulser un aéronef sont classiquement montées horizontalement sur la structure de l’aéronef. Le document FR3100843A1 décrit par exemple un tel montage. Les dispositifs de récupération d’huile connus pour une turbomachine à axe horizontal ne sont pas compatibles avec une turbomachine à axe vertical.In the aeronautics field, it is interesting to note that the turbomachines used to propel an aircraft are conventionally mounted horizontally on the structure of the aircraft. Document FR3100843A1 describes for example such an assembly. The oil recovery devices known for a horizontal axis turbomachine are not compatible with a vertical axis turbomachine.
L’invention propose ainsi un turbomoteur pour un aéronef comprenant :
- un générateur de gaz comprenant un rotor mobile autour d’un axe X qui est sensiblement vertical ;
- une turbine de puissance qui entraine en rotation une prise de mouvement via un arbre de transmission, l’arbre de transmission étant centré sur l’axe X ;
- un palier disposé axialement entre une turbine de détente du générateur de gaz et la turbine de puissance, le palier guidant en rotation le rotor et l’arbre tout en étant lubrifié avec de l’huile ;
- un dispositif de récupération d’huile qui est disposé directement en dessous du palier, le dispositif comprenant un récipient annulaire ;
- un circuit d’air pour pressuriser le palier ;
caractérisé en ce que le dispositif de récupération d’huile comprend en outre un déflecteur annulaire d’air disposé axialement entre la turbine de détente et le récipient, le déflecteur étant en regard et distant du récipient de sorte à former entre eux une voie d’écoulement d’air du circuit, la voie étant alimentée par au moins un passage formé dans le rotor du générateur de gaz.The invention thus proposes a turbine engine for an aircraft comprising:
- a gas generator comprising a movable rotor around an axis X which is substantially vertical;
- a power turbine which rotates a power take-off via a transmission shaft, the transmission shaft being centered on the X axis;
- a bearing arranged axially between an expansion turbine of the gas generator and the power turbine, the bearing guiding the rotor and the shaft in rotation while being lubricated with oil;
- an oil recovery device which is arranged directly below the bearing, the device comprising an annular container;
- an air circuit to pressurize the bearing;
characterized in that the oil recovery device further comprises an annular air deflector arranged axially between the expansion turbine and the container, the deflector being facing and distant from the container so as to form between them a path of air flow of the circuit, the channel being supplied by at least one passage formed in the rotor of the gas generator.
Un tel déflecteur d’air forme une protection thermique physique qui permet de protéger l’huile contenue dans le récipient face au rayonnement thermique émis par les pièces avoisinantes, et notamment la turbine de détente. La présence du déflecteur d’air s’avère redoutablement efficace pour stopper les échanges radiatifs émis par les pièces métalliques incandescentes qui rayonnent fortement dans l’infrarouge.Such an air deflector forms a physical thermal protection which makes it possible to protect the oil contained in the container against the thermal radiation emitted by the neighboring parts, and in particular the expansion turbine. The presence of the air deflector proves to be extremely effective in stopping the radiative exchanges emitted by incandescent metal parts which radiate strongly in the infrared.
Une telle voie d’écoulement d’air forme en outre une protection thermique par refroidissement permettant de refroidir et d’isoler l’huile contenue dans le récipient face aux fortes températures de l’espace environnant, et ainsi d’éviter une baisse de performance de l’huile et/ou sa cokéfaction.Such an air flow path also forms thermal protection by cooling making it possible to cool and insulate the oil contained in the container against the high temperatures of the surrounding space, and thus to avoid a drop in performance. oil and/or its coking.
Le turbomoteur selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- le récipient comprend une cavité de stockage d’huile qui est annulaire et délimitée par un fond radial et deux parois axiales respectivement interne et externe, le déflecteur d’air comprenant un tronçon axial en regard de la paroi interne et un tronçon radial en regard du fond ;
- le turbomoteur comprend un circuit de retour dans lequel circule un mélange air/huile provenant du palier, le circuit de retour comprenant un chemin inter-arbres qui est défini entre l’arbre de transmission et un arbre du rotor du générateur de gaz ;
- le passage est formé entre un disque de la turbine de détente et un arbre du rotor sur lequel est solidarisé le disque, le disque portant une rangée annulaire de pales ;
- le dispositif de récupération d’huile comprend un flasque annulaire qui est fixé à une bague externe d’un roulement du palier, le récipient et le déflecteur d’air étant fixés à un carter fixe du turbomoteur, le dispositif de récupération d’huile comprenant un premier joint d’étanchéité entre le flasque et le récipient ;
- le dispositif de récupération d’huile comprend un déflecteur d’huile solidaire du rotor, le déflecteur d’huile étant rapporté sur un arbre du rotor entre une bague interne du roulement et un organe annulaire d’étanchéité, le déflecteur d’huile comprenant une fourche annulaire qui enfourche avec un jeu une ceinture interne du récipient ;
- le turbomoteur comprend un second joint d’étanchéité entre une portion axiale de l’organe et la ceinture interne du récipient, et un troisième joint d’étanchéité entre une portion radiale de l’organe et un tronçon axial du déflecteur d’air ;
- le turbomoteur comprend un quatrième joint d’étanchéité entre le disque de la turbine de détente et un tronçon axial du déflecteur d’air ;
- le dispositif de récupération d’huile comprend un conduit d’aspiration d’huile dont l’extrémité basse est disposée à proximité d’un fond du récipient, le conduit traversant le premier joint d’étanchéité et le flasque.The turbine engine according to the invention may comprise one or more of the characteristics, taken in isolation from each other or in combination with each other:
- the container comprises an oil storage cavity which is annular and delimited by a radial bottom and two axial walls respectively internal and external, the air deflector comprising an axial section facing the internal wall and a radial section facing the bottom ;
- the turbine engine comprises a return circuit in which circulates an air/oil mixture coming from the bearing, the return circuit comprising an inter-shaft path which is defined between the transmission shaft and a shaft of the rotor of the gas generator;
- the passage is formed between a disk of the expansion turbine and a shaft of the rotor on which the disk is secured, the disk carrying an annular row of blades;
- the oil recovery device comprises an annular flange which is fixed to an outer ring of a bearing of the bearing, the container and the air deflector being fixed to a fixed casing of the turbine engine, the oil recovery device comprising a first seal between the flange and the container;
- the oil recovery device comprises an oil deflector secured to the rotor, the oil deflector being attached to a shaft of the rotor between an internal ring of the bearing and an annular sealing member, the oil deflector comprising an annular fork which straddles with play an internal belt of the container;
- the turbine engine comprises a second seal between an axial portion of the member and the internal belt of the container, and a third seal between a radial portion of the member and an axial section of the air deflector;
- the turbine engine comprises a fourth seal between the disk of the expansion turbine and an axial section of the air deflector;
- the oil recovery device comprises an oil suction conduit whose lower end is arranged near a bottom of the container, the conduit passing through the first seal and the flange.
La présente invention concerne également un aéronef comprenant un turbomoteur tel que décrit précédemment.The present invention also relates to an aircraft comprising a turbine engine as described above.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description given by way of non-limiting example and with reference to the appended drawings in which:
Sur la
Le turbomoteur 1 comprend :
- un générateur de gaz 3 comprenant un rotor 4 mobile autour d’un axe X qui est sensiblement vertical ;
- une turbine de puissance 5 qui entraine en rotation une prise de mouvement 6 via un arbre de transmission 7, l’arbre de transmission 7 étant centré sur l’axe X ;
- un palier 8 disposé axialement entre une turbine de détente 9 du générateur de gaz 3 et la turbine de puissance 5, le palier 8 guidant en rotation le rotor 4 et l’arbre de transmission 7 tout en étant lubrifié avec de l’huile ;
- un dispositif de récupération d’huile 10 qui est disposé directement en dessous du palier 8, le dispositif 10 comprenant un récipient 11 annulaire autour de l’axe X ;
- un circuit d’air 12 pour pressuriser le palier 8.Turboshaft 1 includes:
- a gas generator 3 comprising a rotor 4 movable around an axis X which is substantially vertical;
- a power turbine 5 which rotates a power take-off 6 via a transmission shaft 7, the transmission shaft 7 being centered on the axis X;
- a bearing 8 arranged axially between an expansion turbine 9 of the gas generator 3 and the power turbine 5, the bearing 8 guiding the rotor 4 and the transmission shaft 7 in rotation while being lubricated with oil;
- an oil recovery device 10 which is arranged directly below the bearing 8, the device 10 comprising an annular container 11 around the axis X;
- an air circuit 12 to pressurize bearing 8.
Selon l’invention, le dispositif de récupération d’huile 10 comprend en outre un déflecteur annulaire d’air 13 disposé axialement entre la turbine de détente 9 et le récipient 11, le déflecteur 13 étant en regard et distant du récipient 11 de sorte à former entre eux une voie d’écoulement d’air 14 du circuit 12, la voie 14 étant alimentée par au moins un passage 15 formé dans le rotor 4 du générateur de gaz 3.According to the invention, the oil recovery device 10 further comprises an annular air deflector 13 arranged axially between the expansion turbine 9 and the container 11, the deflector 13 being facing and distant from the container 11 so as to form between them an air flow path 14 of the circuit 12, the path 14 being supplied by at least one passage 15 formed in the rotor 4 of the gas generator 3.
Un tel déflecteur d’air 13 forme une protection thermique physique qui permet de protéger l’huile contenue dans le récipient 11 face au rayonnement thermique émis par les pièces avoisinantes, et notamment la turbine de détente 9. La présence du déflecteur d’air 13 s’avère redoutablement efficace pour stopper les échanges radiatifs émis par les pièces métalliques incandescentes qui rayonnent fortement dans l’infrarouge.Such an air deflector 13 forms a physical thermal protection which makes it possible to protect the oil contained in the container 11 against the thermal radiation emitted by the neighboring parts, and in particular the expansion turbine 9. The presence of the air deflector 13 proves to be extremely effective in stopping the radiative exchanges emitted by incandescent metal parts which radiate strongly in the infrared.
Une telle voie d’écoulement d’air 14 forme en outre une protection thermique par refroidissement permettant de refroidir et d’isoler l’huile contenue dans le récipient 11 face aux fortes températures de l’espace environnant, et ainsi d’éviter une baisse de performance de l’huile et/ou sa cokéfaction.Such an air flow path 14 further forms thermal protection by cooling making it possible to cool and insulate the oil contained in the container 11 against the high temperatures of the surrounding space, and thus to avoid a drop performance of the oil and/or its coking.
Le turbomoteur 1 est défini suivant un axe X qui est sensiblement vertical, l’axe X correspondant notamment à l’axe de rotation du rotor 4 du générateur de gaz 3 et de la roue 16 de la turbine de puissance 5.The turbine engine 1 is defined along an axis X which is substantially vertical, the axis
Par convention dans la présente demande, les termes « haut », « bas », « dessus », « dessous », « en dessus », « en dessous », « supérieur » et « inférieur » définissent les positions axiales des éléments du turbomoteur 1 les uns par rapport aux autres, selon l’axe X du turbomoteur 1 qui est sensiblement vertical.By convention in this application, the terms “top”, “bottom”, “above”, “below”, “above”, “below”, “upper” and “lower” define the axial positions of the elements of the turboshaft engine. 1 relative to each other, along the axis X of the turbine engine 1 which is substantially vertical.
En outre, par convention dans la présente demande, les termes « axial » ou « axialement » font référence à une direction parallèle à l’axe X du turbomoteur 1, et les termes « radial » ou « radialement » font référence à une direction perpendiculaire à l’axe X du turbomoteur 1.Furthermore, by convention in the present application, the terms "axial" or "axially" refer to a direction parallel to the axis to the X axis of the turbine engine 1.
De même, par convention dans la présente demande, les termes « interne » et « externe » associés aux éléments du turbomoteur 1 sont définis radialement par rapport à l’axe X du turbomoteur 1.Likewise, by convention in the present application, the terms “internal” and “external” associated with the elements of the turboshaft 1 are defined radially with respect to the axis X of the turboshaft 1.
Enfin, par convention dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans la veine principale 17 du turbomoteur 1.Finally, by convention in the present application, the terms “upstream” and “downstream” are defined in relation to the direction of gas circulation in the main stream 17 of the turbine engine 1.
Selon le mode de réalisation illustré sur la
Le compresseur 19, la chambre de combustion 20 et la turbine de détente 9 forment le générateur de gaz 3.The compressor 19, the combustion chamber 20 and the expansion turbine 9 form the gas generator 3.
Plus précisément, tel qu’illustré sur la
La chambre de combustion 20 est alimentée en air comprimé et en carburant via un ou plusieurs injecteurs. Le mélange air/carburant est brûlé sous l’action d’un ou plusieurs dispositifs d’allumage. La chambre de combustion 20 est ici à flux inversé (ou à retour) mais elle pourrait être à pots séparés ou à flux direct. Une chambre de combustion 20 à flux inversé présente l’avantage de minimiser l’encombrement axial du turbomoteur 1.The combustion chamber 20 is supplied with compressed air and fuel via one or more injectors. The air/fuel mixture is burned under the action of one or more ignition devices. The combustion chamber 20 here is reverse flow (or return) but it could be with separate pots or direct flow. A reverse flow combustion chamber 20 has the advantage of minimizing the axial bulk of the turbine engine 1.
La turbine de détente 9 (ou turbine haute pression) comprend un unique étage de détente axiale. La roue 25 de la turbine de détente 9 forme une partie du rotor 4 du générateur de gaz 3. La roue 25 comprend plus précisément un disque 26 qui porte une rangée annulaire de pales 27.The expansion turbine 9 (or high pressure turbine) comprises a single axial expansion stage. The wheel 25 of the expansion turbine 9 forms part of the rotor 4 of the gas generator 3. The wheel 25 comprises more precisely a disk 26 which carries an annular row of blades 27.
Le rouet 24 du compresseur 19 et la roue 25 de la turbine de détente 9 sont solidarisés à un arbre 28 qui est propre au générateur de gaz 3. L’arbre 28 peut comprendre plusieurs portions axiales liées les unes aux autres, via par exemple des crabots. Le rouet 24 du compresseur 19 est entrainé en rotation par la roue 25 de la turbine de détente 9 via l’arbre 28. Le rouet 24 du compresseur 19, la roue 25 de la turbine de détente 9 et l’arbre 28 sont mobiles autour de l’axe X.The impeller 24 of the compressor 19 and the impeller 25 of the expansion turbine 9 are secured to a shaft 28 which is specific to the gas generator 3. The shaft 28 can comprise several axial portions linked to each other, for example via dogs. The impeller 24 of the compressor 19 is rotated by the wheel 25 of the expansion turbine 9 via the shaft 28. The impeller 24 of the compressor 19, the wheel 25 of the expansion turbine 9 and the shaft 28 are movable around of the X axis.
La turbine de puissance 5 (ou turbine basse pression) est indépendante du générateur de gaz 3 et comprend un unique étage de détente axiale. Les gaz d’échappement provenant de la chambre de combustion 20 sont détendus dans la turbine de détente 9 puis dans la turbine de puissance 5. La roue 16 de la turbine de puissance 5 est liée en rotation à la prise de mouvement 6 via l’arbre de transmission 7 et un mécanisme de transmission 29 (par exemple un mécanisme à engrenages), l’arbre de transmission 7 traversant l’arbre 28 du générateur de gaz 3. La roue 16 de la turbine de puissance 5 et l’arbre de transmission 7 sont mobiles autour de l’axe X. Le mécanisme de transmission 29 fait partie d’un boitier de transmission 30 qui est disposé axialement à une extrémité amont (ou basse) du turbomoteur 1.The power turbine 5 (or low pressure turbine) is independent of the gas generator 3 and includes a single axial expansion stage. The exhaust gases coming from the combustion chamber 20 are expanded in the expansion turbine 9 then in the power turbine 5. The wheel 16 of the power turbine 5 is linked in rotation to the power take-off 6 via the transmission shaft 7 and a transmission mechanism 29 (for example a gear mechanism), the transmission shaft 7 passing through the shaft 28 of the gas generator 3. The wheel 16 of the power turbine 5 and the shaft of transmission 7 are movable around the axis
La prise de mouvement 6 (également appelée prise de force) est disposée en sortie du mécanisme de transmission 29 et entraine en rotation par exemple un ou plusieurs propulseurs de l’aéronef 2, ou encore un alterno-générateur pour de la génération électrique. Lorsque l’aéronef 2 est un hélicoptère, la prise de mouvement 6 peut entrainer un rotor principal via une boite de transmission principale (connue sous l’acronyme BTP) et un rotor arrière de queue (connu également sous l’acronyme RAC pour rotor anticouple) via une boite de transmission arrière (connue sous l’acronyme BTA).The power take-off 6 (also called power take-off) is arranged at the output of the transmission mechanism 29 and rotates for example one or more thrusters of the aircraft 2, or even an alternator-generator for electrical generation. When the aircraft 2 is a helicopter, the power take-off 6 can drive a main rotor via a main transmission box (known by the acronym BTP) and a rear tail rotor (also known by the acronym RAC for anti-torque rotor ) via a rear transmission box (known by the acronym BTA).
La tuyère 23 est disposée ici à une extrémité aval (ou haute) du turbomoteur 1. La tuyère 23 comprend une unique sortie axiale d’échappement.The nozzle 23 is arranged here at a downstream (or upper) end of the turbine engine 1. The nozzle 23 includes a single axial exhaust outlet.
Le générateur de gaz 3 forme le corps haute pression du turbomoteur 1, et la turbine de puissance 5 et la prise de mouvement 6 forment le corps basse pression du turbomoteur 1.The gas generator 3 forms the high pressure body of the turbine engine 1, and the power turbine 5 and the power take-off 6 form the low pressure body of the turbine engine 1.
La veine principale 17 s’étend depuis l’entrée d’air 18 jusqu’à la tuyère 23 en passant notamment par le compresseur 19, la chambre de combustion 20, la turbine de détente 9 et la turbine de puissance 5. La veine principale 17 est traversée à l’amont par de l’air jusqu’à la chambre de combustion 20, puis par des gaz d’échappement jusqu’à la tuyère 23.The main stream 17 extends from the air inlet 18 to the nozzle 23, passing in particular through the compressor 19, the combustion chamber 20, the expansion turbine 9 and the power turbine 5. The main stream 17 is crossed upstream by air up to the combustion chamber 20, then by exhaust gases up to the nozzle 23.
Le mode de réalisation du turbomoteur 1 illustré sur les figures n’est en rien limitatif. Le compresseur et les turbines pourraient par exemple comprendre un nombre d’étages différent. Le compresseur peut par exemple comprendre un ou plusieurs étages de compression axiale et/ou centrifuge. Les turbines peuvent par exemple comprendre chacune un ou plusieurs étages de détente axiale et/ou centripète.The embodiment of the turbine engine 1 illustrated in the figures is in no way restrictive. The compressor and turbines could, for example, include a different number of stages. The compressor may for example comprise one or more axial and/or centrifugal compression stages. The turbines can for example each comprise one or more stages of axial and/or centripetal expansion.
Tel qu’indiqué ci-dessus, le palier 8 guide en rotation le rotor 4 du générateur de gaz 3 et l’arbre de transmission 7 tout en étant lubrifié avec de l’huile.As indicated above, the bearing 8 guides the rotor 4 of the gas generator 3 and the transmission shaft 7 in rotation while being lubricated with oil.
Plus précisément, tel qu’illustré sur les figures, le palier 8 comprend un roulement supérieur 31 qui guide en rotation l’arbre de transmission 7 autour de l’axe X. Le roulement supérieur 31 est ainsi disposé entre une structure fixe 32 du turbomoteur 1 et l’arbre de transmission 7. Le palier 8 comprend en outre un roulement inférieur 33 qui guide l’arbre 28 du rotor 4 autour de l’axe X. Le roulement inférieur 33 est ainsi disposé entre la structure fixe 32 et l’arbre 28 du rotor 4.More precisely, as illustrated in the figures, the bearing 8 comprises an upper bearing 31 which guides the transmission shaft 7 in rotation around the axis 1 and the transmission shaft 7. The bearing 8 further comprises a lower bearing 33 which guides the shaft 28 of the rotor 4 around the axis shaft 28 of rotor 4.
Les roulements supérieur 31 et inférieur comprennent chacun une bague externe 34 logée dans la structure fixe 32 et une bague interne 35 rapportée sur l’arbre correspondant 7, 28, ainsi que des éléments roulants 36 disposés entre la bague externe 34 et la bague interne 35.The upper 31 and lower bearings each comprise an outer ring 34 housed in the fixed structure 32 and an inner ring 35 attached to the corresponding shaft 7, 28, as well as rolling elements 36 arranged between the outer ring 34 and the inner ring 35 .
Le palier 8 définit une enceinte 37 annulaire autour de l’axe X dans laquelle sont logés et lubrifiés les roulements 31, 33. Les roulements 31, 33 sont lubrifiés avec de l’huile d’un circuit d’huile 38. L’enceinte 37 du palier 8 est pressurisée avec de l’air du circuit d’air 12. Le flux d’air qui circule dans le circuit d’air 12 est mineur en comparaison au flux d’air circulant dans la veine principale 17.The bearing 8 defines an annular enclosure 37 around the axis 37 of bearing 8 is pressurized with air from the air circuit 12. The air flow circulating in the air circuit 12 is minor in comparison to the air flow circulating in the main vein 17.
L’enceinte 37 est délimitée inférieurement par le dispositif de récupération d’huile 10, et autrement dit le dispositif de récupération d’huile 10 est disposé directement en dessous du palier 8. Le dispositif de récupération d’huile 10 recueille ainsi l’huile usagée dans le but de la réutiliser après un traitement adéquat. Le dispositif 10 comprend pour cela le récipient 11 dans lequel l’huile converge par gravité pour y être stockée avant d’être aspirée par un ou plusieurs conduits 39 du circuit 38.The enclosure 37 is delimited below by the oil recovery device 10, and in other words the oil recovery device 10 is arranged directly below the bearing 8. The oil recovery device 10 thus collects the oil used with the aim of reusing it after adequate treatment. For this purpose, the device 10 comprises the container 11 in which the oil converges by gravity to be stored there before being sucked up by one or more conduits 39 of the circuit 38.
Tel qu’indiqué ci-dessus, selon l’invention, le dispositif de récupération d’huile 10 comprend le déflecteur d’air 13 et la voie d’écoulement d’air 14 qui forment des protections thermiques de l’huile contenue dans le récipient 11 face au rayonnement thermique émis par les pièces avoisinantes (notamment la turbine de détente) et face aux fortes températures de l’espace environnant.As indicated above, according to the invention, the oil recovery device 10 comprises the air deflector 13 and the air flow path 14 which form thermal protections for the oil contained in the container 11 facing the thermal radiation emitted by the neighboring parts (in particular the expansion turbine) and facing the high temperatures of the surrounding space.
Tel qu’illustré sur la
Le déflecteur d’air 13 est annulaire autour de l’axe X et disposé axialement entre la roue 25 de la turbine de détente 9 et le récipient 11. Le déflecteur d’air 13 comprend un tronçon axial 47 qui est en regard de la paroi interne 42 de la cavité 40 et un tronçon radial 48 qui en regard du fond 41 de la cavité 40. Le tronçon axial 47 comprend intérieurement deux anneaux abradables respectivement supérieur et inférieur. Le déflecteur d’air 13 est fixé au carter 46 via des moyens de fixation tels que des vis. Les moyens de fixation utilisés pour fixer le déflecteur d’air 13 et le récipient 11 peuvent être communs ou distincts.The air deflector 13 is annular around the axis internal 42 of the cavity 40 and a radial section 48 which faces the bottom 41 of the cavity 40. The axial section 47 internally comprises two abradable rings respectively upper and lower. The air deflector 13 is fixed to the casing 46 via fixing means such as screws. The fixing means used to fix the air deflector 13 and the container 11 may be common or distinct.
Le dispositif de récupération d’huile 10 comprend également un flasque 49 annulaire autour de l’axe X qui est fixé à la bague externe 34 du roulement inférieur 33 via des vis 66. Le flasque 49 recouvre en totalité le récipient 11 et est formé pour faciliter l’acheminement de l’huile provenant du palier 8 jusqu’à la cavité 40. Un joint plat 50 annulaire autour de l’axe X (premier joint d’étanchéité 50) est placé entre le flasque 49 et la paroi externe 43 du récipient 11 afin de garantir l’étanchéité entre ces deux pièces. Le flasque 49 et le joint plat 50 sont traversés par un ou plusieurs conduits d’aspiration d’huile 39 du circuit d’huile 38, chaque conduit 39 présentant une extrémité basse disposée à proximité du fond 41 du récipient 11.The oil recovery device 10 also includes an annular flange 49 around the axis facilitate the routing of the oil coming from the bearing 8 to the cavity 40. A flat annular seal 50 around the axis container 11 in order to guarantee the seal between these two parts. The flange 49 and the flat seal 50 are crossed by one or more oil suction conduits 39 of the oil circuit 38, each conduit 39 having a lower end disposed near the bottom 41 of the container 11.
Le dispositif de récupération d’huile 10 comprend également un déflecteur d’huile 51 annulaire autour de l’axe X. Le déflecteur d’huile 51 est solidaire du rotor 4. Le déflecteur d’huile 51 est rapporté sur l’arbre 28 du rotor 4 entre la bague interne 35 du roulement inférieur 33 et un organe d’étanchéité 52. L’organe d’étanchéité 52, le déflecteur d’huile 51 et la bague interne 35 du roulement inférieur 33 sont maintenus en position via un écrou 53 qui prend appui sur l’entretoise 68. Le déflecteur d’huile 51 comprend une fourche 54 annulaire, autrement dit un flasque annulaire qui présente en section la forme d’une fourche comprenant deux doigts orientés vers le bas, qui enfourche avec un jeu (jeu axial et jeu radial) la ceinture 44 du récipient 11. Autrement dit, la fourche 54 définit un logement annulaire ouvert vers le bas dans lequel vient se loger une extrémité supérieure de la ceinture 44. Le déflecteur d’huile 51 est formé pour faciliter l’acheminement de l’huile provenant du palier 8 jusqu’à la cavité 40. L’organe d’étanchéité 52 est annulaire autour de l’axe X, et comprend une portion axiale 55 et une portion radiale 56 munies chacune de léchettes ou lèvres (ici quatre) orientées vers l’extérieur. Les léchettes de la portion axiale 55 sont en contact radial avec l’anneau abradable de la ceinture 44, de sorte à former un joint d’étanchéité de type labyrinthe 57 (second joint d’étanchéité 57). De même, les léchettes de la portion radiale 56 sont en contact radial avec l’anneau abradable supérieur du déflecteur d’air 13, de sorte à former un joint d’étanchéité de type labyrinthe 58 (troisième joint d’étanchéité 58). Le disque 26 de la roue 25 de la turbine de détente 9 comprend également des léchettes (ici trois) orientées vers l’extérieur, ces léchettes étant en contact radial avec l’anneau abradable inférieur du déflecteur d’air 13, de sorte à former également un joint d’étanchéité de type labyrinthe 49 (quatrième joint d’étanchéité 49).The oil recovery device 10 also comprises an annular oil deflector 51 around the axis rotor 4 between the inner ring 35 of the lower bearing 33 and a sealing member 52. The sealing member 52, the oil deflector 51 and the inner ring 35 of the lower bearing 33 are held in position via a nut 53 which rests on the spacer 68. The oil deflector 51 comprises an annular fork 54, in other words an annular flange which has in section the shape of a fork comprising two fingers oriented downwards, which straddles with a clearance ( axial play and radial play) the belt 44 of the container 11. In other words, the fork 54 defines an annular housing open downwards in which is housed an upper end of the belt 44. The oil deflector 51 is shaped to facilitate the routing of the oil coming from the bearing 8 to the cavity 40. The sealing member 52 is annular around the axis lips (here four) oriented outwards. The lips of the axial portion 55 are in radial contact with the abradable ring of the belt 44, so as to form a labyrinth type seal 57 (second seal 57). Likewise, the lips of the radial portion 56 are in radial contact with the upper abradable ring of the air deflector 13, so as to form a labyrinth-type seal 58 (third seal 58). The disc 26 of the wheel 25 of the expansion turbine 9 also includes wipers (here three) oriented outwards, these wipers being in radial contact with the lower abradable ring of the air deflector 13, so as to form also a labyrinth type seal 49 (fourth seal 49).
Le circuit d’huile 38 comprend une ou plusieurs pompes qui permettent de faire circuler l’huile au sein du circuit 38. Le circuit d’huile 38 comprend également plusieurs buses d’injection d’huile dans l’enceinte 37, ces buses étant avantageusement orientées en direction des roulements 31, 33. Le sens de circulation de l’huile dans le circuit d’huile 38 est représenté sur la
Le circuit d’air 12 comprend une rangée annulaires de passages 15 formés entre le disque 26 de la turbine de détente 9 et l’arbre 28 du rotor 4. Les passages 15 sont alimentés via un ou plusieurs orifices de prélèvement connectés à la veine principale 17 au niveau de l’entrée d’air 18 ou entre deux étages de compression (pour un turbomoteur comprenant au moins deux étages de compression). Les passages 15 alimentent une chambre commune 60 qui se divise en plusieurs en voies annulaires 14, 61 ,62 à différentes bifurcations 63, 64 du circuit 12, à savoir :
- une première voie 14 définie entre le récipient 11 et le déflecteur d’air 13 ;
- une seconde voie 61 définie entre le récipient 11 et l’organe d’étanchéité 52 ;
- une troisième voie 62 définie entre le déflecteur d’air 13 et la roue 25 de la turbine de détente 9.The air circuit 12 comprises an annular row of passages 15 formed between the disk 26 of the expansion turbine 9 and the shaft 28 of the rotor 4. The passages 15 are supplied via one or more sampling orifices connected to the main stream 17 at the air inlet 18 or between two compression stages (for a turbine engine comprising at least two compression stages). The passages 15 supply a common chamber 60 which is divided into several annular channels 14, 61, 62 at different bifurcations 63, 64 of the circuit 12, namely:
- a first path 14 defined between the container 11 and the air deflector 13;
- a second channel 61 defined between the container 11 and the sealing member 52;
- a third channel 62 defined between the air deflector 13 and the wheel 25 of the expansion turbine 9.
Tel qu’indiqué ci-dessus, la première voie d’écoulement d’air 14 est utilisée pour refroidir et isoler l’huile contenue dans la cavité 40. La seconde voie d’écoulement d’air 61 est utilisée pour pressuriser l’enceinte 37 du palier 8. La troisième voie d’écoulement d’air 62 est également utilisée pour isoler l’huile contenue dans la cavité 40 vis-à-vis de l’espace environnant. Les première et troisième voies 14, 62 aboutissent dans la veine principale 17 du turbomoteur 1.As indicated above, the first air flow path 14 is used to cool and isolate the oil contained in the cavity 40. The second air flow path 61 is used to pressurize the enclosure 37 of bearing 8. The third air flow path 62 is also used to isolate the oil contained in the cavity 40 from the surrounding space. The first and third channels 14, 62 end in the main vein 17 of the turbine engine 1.
Une première bifurcation 63 se trouve entre les troisième et quatrième joints 58, 59, une partie du flux d’air traversant le troisième joint 58 pour rejoindre les première et seconde voies 14, 61, et l’autre partie du flux d’air rejoignant la troisième voie 62.A first bifurcation 63 is located between the third and fourth joints 58, 59, part of the air flow passing through the third joint 58 to join the first and second paths 14, 61, and the other part of the air flow joining the third way 62.
Une seconde bifurcation 64 se trouve en sortie du troisième joint 58, une partie du flux d’air rejoignant le première voie 14 et l’autre partie du flux d’air rejoignant la seconde voie 61. Le sens de circulation de l’air dans le circuit d’air 12 est représenté sur la
Le turbomoteur 1 comprend également un circuit de retour 65 dans lequel circule un mélange air/huile provenant du palier 8, le circuit de retour 65 comprenant un chemin inter-arbres 66 qui est défini entre l’arbre de transmission 7 et l’arbre 28 du rotor 4 du générateur de gaz 3. Le mélange air/huile est ici acheminé via le chemin 66 jusqu’à un décanteur placé dans le boitier de transmission 30, le décanteur permettant de séparer l’air et l’huile. Le sens de circulation du mélange air/huile dans le circuit de retour 65 est représenté sur la
Claims (10)
- un générateur de gaz (3) comprenant un rotor (4) mobile autour d’un axe (X) qui est sensiblement vertical ;
- une turbine de puissance (5) qui entraine en rotation une prise de mouvement (6) via un arbre de transmission (7), l’arbre de transmission (7) étant centré sur l’axe (X) ;
- un palier (8) disposé axialement entre une turbine de détente (9) du générateur de gaz (3) et la turbine de puissance (5), le palier (8) guidant en rotation le rotor (4) et l’arbre (7) tout en étant lubrifié avec de l’huile ;
- un dispositif de récupération d’huile (10) qui est disposé directement en dessous du palier (8), le dispositif (10) comprenant un récipient (11) annulaire ;
- un circuit d’air (12) pour pressuriser le palier (8) ;
caractérisé en ce que le dispositif de récupération d’huile (10) comprend en outre un déflecteur annulaire d’air (13) disposé axialement entre la turbine de détente (9) et le récipient (11), le déflecteur (13) étant en regard et distant du récipient (11) de sorte à former entre eux une voie d’écoulement d’air (14) du circuit (12), la voie (14) étant alimentée par au moins un passage (15) formé dans le rotor (4) du générateur de gaz (3).Turbomotor (1) for an aircraft (2) comprising:
- a gas generator (3) comprising a rotor (4) movable around an axis (X) which is substantially vertical;
- a power turbine (5) which rotates a power take-off (6) via a transmission shaft (7), the transmission shaft (7) being centered on the axis (X);
- a bearing (8) arranged axially between an expansion turbine (9) of the gas generator (3) and the power turbine (5), the bearing (8) guiding the rotor (4) and the shaft ( 7) while being lubricated with oil;
- an oil recovery device (10) which is arranged directly below the bearing (8), the device (10) comprising an annular container (11);
- an air circuit (12) to pressurize the bearing (8);
characterized in that the oil recovery device (10) further comprises an annular air deflector (13) arranged axially between the expansion turbine (9) and the container (11), the deflector (13) being in view and distant from the container (11) so as to form between them an air flow path (14) of the circuit (12), the path (14) being supplied by at least one passage (15) formed in the rotor (4) of the gas generator (3).
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|---|---|---|---|
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- 2022-05-18 FR FR2204722A patent/FR3135745A1/en active Pending
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