WO2022008853A1 - Compresseur contrarotatif de turbomachine - Google Patents

Compresseur contrarotatif de turbomachine Download PDF

Info

Publication number
WO2022008853A1
WO2022008853A1 PCT/FR2021/051278 FR2021051278W WO2022008853A1 WO 2022008853 A1 WO2022008853 A1 WO 2022008853A1 FR 2021051278 W FR2021051278 W FR 2021051278W WO 2022008853 A1 WO2022008853 A1 WO 2022008853A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blades
compressor
rotation
electric motor
turbomachine
Prior art date
Application number
PCT/FR2021/051278
Other languages
English (en)
Inventor
Alexandre FICHANT
Swan Alexis BOSC
Original Assignee
Safran Aircraft Engines
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 filed Critical Safran Aircraft Engines
Publication of WO2022008853A1 publication Critical patent/WO2022008853A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/024—Multi-stage pumps with contrarotating parts
    • 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
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/06—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages
    • F02C3/067—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages having counter-rotating rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/32—Arrangement, mounting, or driving, of auxiliaries
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid-driven
    • F04D25/045—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid-driven the pump wheel carrying the fluid driving means, e.g. turbine blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/321—Application in turbines in gas turbines for a special turbine stage
    • F05D2220/3216—Application in turbines in gas turbines for a special turbine stage for a special compressor stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to turbomachine compressors and more particularly counter-rotating turbomachine compressors.
  • a turbomachine conventionally comprises, from upstream to downstream in the direction of gas flow, a fan, several compressor bodies (low pressure, high pressure and possibly intermediate), a combustion chamber and several turbines.
  • FIG. 1 illustrates a two-spool turbomachine comprising, upstream to downstream, in the direction of gas flow (along the engine axis AA), a fan 20, a low-pressure compressor 11, a high-pressure compressor 12, a combustion chamber 13, a high pressure turbine 14 and a low pressure turbine 15.
  • the low pressure compressor 11 is driven in rotation by the low pressure turbine via a low pressure shaft 16 and the high pressure compressor is driven in rotation by the high pressure turbine via a high pressure shaft 17 .
  • a compressor generally comprises an annular casing inside which a succession of rotor and stator stages are arranged. Each stage comprises one or more blades. The blades of the rotor stage are driven in rotation by a transmission shaft mechanically driven by a turbine while the blades of the stator stage are fixed on a stator.
  • thermopropulsive efficiency and more specifically its thermal component.
  • this architecture imposes design compromises detrimental to the efficiency of each stage.
  • FIG. 2 An alternative to this compressor architecture is a compressor composed exclusively of counter-rotating rotor stages. From then on, the stages of stator vanes are replaced by stages of rotor vanes rotating in the opposite direction to the initial rotor vanes.
  • a counter-rotating compressor architecture is illustrated in FIG. 2 and notably comprises a first rotating shaft A1 and a second rotating shaft A2, each shaft being driven in rotation by two independent and counter-rotating turbines 161, 162.
  • Each shaft A1, A2 drives in rotation the blade stages 171, 172 of the compressor upstream.
  • the use of a counter-rotating compressor is advantageous because it makes it possible to obtain a higher compression ratio per compression stage than that of a conventional compressor. In addition, for the same compression ratio, it makes it possible to reduce the number of compressor stages.
  • turbomachine compressors may be subject to the surge phenomenon. Pumping can cause serious damage to the compressor.
  • the invention makes it possible to overcome the aforementioned drawbacks by simplifying in particular the architecture of a counter-rotating compressor.
  • the invention relates, according to a first aspect, to a turbomachine counter-rotating compressor comprising: a rotor; a plurality of stages of first blades mounted on the rotor so as to drive the first blades in a first direction of rotation of the rotor; at least one second blade stage mounted between the first blade stages; said compressor further comprising at least one electric motor; at least one stage of second blades being driven in rotation by said at least one first electric motor in a second direction of rotation contrary to the first direction of rotation.
  • the invention according to the first aspect is advantageously completed by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combination:
  • the rotor is driven in rotation by means of a second electric motor separate from each of said at least one first electric motor;
  • the second blades of at least one stage of second blades are linked at their outer end by a ring, this ring being driven in rotation by one of the at least one electric motor;
  • each first electric motor operates independently of the other first electric motors
  • At least one of the at least one first electric motor is asynchronous.
  • the invention relates, according to a second aspect, to a turbomachine comprising a turbine, a drive shaft and a compressor according to the first aspect of the invention, the rotor being driven in rotation by the turbine.
  • a first and/or an electric motor is powered by the turbine via an electricity generator
  • the turbine comprises counter-rotating stages, each stage of the turbine being configured to rotate one stage of a compressor.
  • - It comprises a casing in which is housed a compressor according to the first aspect of the invention, in which at least one of the electric motors is arranged on the casing.
  • the invention relates, according to a third aspect, to an aircraft comprising a turbomachine according to the second aspect of the invention.
  • the invention makes it possible in particular to avoid the use of two rotating shafts and therefore to simplify the architecture of the compressor.
  • FIG. 3 schematically illustrates a turbomachine comprising a counter-rotating compressor according to the invention
  • FIG. 4 schematically illustrates a turbomachine comprising a counter-rotating compressor according to one embodiment of the invention
  • FIG. 5 schematically illustrates a turbomachine comprising a counter-rotating compressor according to one embodiment of the invention
  • FIG. 6 schematically illustrates a turbomachine comprising a counter-rotating compressor according to one embodiment of the invention
  • Figure 7 illustrates a compressor according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 schematically illustrates part of a turbomachine on which is visible a compressor 10, a combustion chamber 13 and a turbine 14, an annular flow space delimited by an outer casing 24 and an inner hub 25 having an axis of AA rotation.
  • the terms “inner” and “outer” are defined with respect to motor axis AA.
  • Compressor 10 can be a high pressure, low pressure compressor and turbine 14 can be high pressure or low pressure.
  • the compressor 10 comprises stages of first blades 1 mounted on a rotor 16 rotating around an axis AA which is the motor axis according to a first direction of rotation.
  • the turbine 14 for its part comprises several stages of counter-rotating blades making it possible to drive one or more rotors of the compressor.
  • a succession of stages of second blades 2 is rotatably mounted around the rotor 16.
  • stages of second blades 2 are mounted between the stages of first blades 1. There is then an alternation of first blades 1 and second blades 2 .
  • the first and second stages of blades 1, 2 are arranged in the annular space delimited by the outer casing 24 and the inner hub 25.
  • the rotor 16 is driven in rotation by a turbine 14 and constitutes a transmission shaft.
  • the rotor 16 and the stages of first blades 1 are then driven in rotation in the first direction of rotation directly by the turbine 14.
  • FIG. 4 illustrates a configuration in which a stage of second blades 2 is rotated by means of a first electric motor 21 while another stage of second blades 2 is stationary.
  • FIG. 6 illustrates when it all the stages of second blades 2 are rotated by means of a first electric motor 21.
  • the stages of second blades 2 provide additional work to the work provided by the stages of first blades 1, allowing thus increasing the compression rate of the stream. The increase in the compression ratio thus makes it possible to reduce the total number of stages and therefore to reduce the length of the compressor 10.
  • the stages of second blades 2 straighten the flow. This therefore makes it possible to avoid the use of stator vanes and thus to limit the size of the motor.
  • the second blades 2 can extend radially inwards, that is to say that the tip of the blade is closer to the motor axis AA than the root of the blade. Such an arrangement of the blades makes it possible to reduce the size of the engine.
  • each electric motor 21 drives in rotation the mass of a single stage of second blades 2.
  • the mass driven in rotation by each first electric motor 21 being limited to a single stage of second blades 2, and not to a rotor on which all the stages of blades are mounted, this makes it possible to reduce the response time of the engine when changing the speed of rotation of the stages of second blades 2.
  • the rotor 16 can be rotated in the first direction of rotation by a second electric motor 23.
  • This embodiment makes it possible to make the speed of rotation of the rotor 11 independent of the turbine 14 and therefore to control the speed of rotation of the rotor 16.
  • the second electric motor 23 is independent of the first electric motor 21.
  • each stage of second blades 2 is connected circumferentially to a ring 22.
  • each second blade 2 of the same stage is connected to ring 22 by one of its ends. , for example by the foot of dawn.
  • Ring 22 can, for example, be a ferromagnetic ring.
  • the first electric motors 21 can be asynchronous.
  • each stage of second blades 2 can have a different speed of rotation.
  • This embodiment also makes it possible to control and modulate the speeds of rotation of the stages of second blades 2, which makes it possible to preserve the pumping margins and thus the risks of pumping.
  • the control and the rapid adaptation of the speed of rotation of each stage of second blades 2 makes it possible to control the angle of attack of the second blades 2. Limiting the angle of attack of the rotor blades, in particular of the blades rotors of the compressor 10 furthest upstream, makes it possible to prevent the angles of attack from reaching a critical value causing the separation of the flow with the upper surface of the rotor blades.
  • the motors can be independent.
  • the independence of the first electric motors 21 makes it possible to optimize the speed of rotation of the stages of second blades 2 so as to adapt the speed of rotation of each stage of second blades 2 to the different engine operating points.
  • this makes it possible to reduce the energy consumption of the compressor 10, compared to a conventional counter-rotating compressor, by optimizing the speed of rotation of each stage of second blades 2.
  • the first electric motors 21 driving the stages of second blades 2 in rotation can be arranged on the internal annular wall of the casing 24.
  • the first electric motors 21 are then arranged opposite the stages of first blades 1.
  • the turbine 14 can be connected to an electric generator 30.
  • the electric generator 30 thus makes it possible to transform the mechanical energy supplied by the turbine 14 into electric energy.
  • the electrical energy produced then makes it possible to supply at least one of the first and second electric motors 21, 23 (see also FIG. 4). It will therefore be understood that each first electric motor 21 and/or the second electric motor 23 can be powered by energy coming from the turbine 14.
  • the first electric motors 21, 23 can, for example, be powered electrically by a combustion cell and/or an electric battery.
  • the electrical energy to power the first and second electric motors 21, 23 can be taken from a particular location of the turbomachine, for example in electronic equipment of the turbomachine.
  • a twin spool turbomachine may include a high pressure compressor, a low pressure compressor, a high pressure turbine, and a low pressure turbine.
  • one or both compressors 10 can be as described above.
  • turbomachine may also comprise a third so-called intermediate body, comprising an intermediate compressor and an intermediate turbine.
  • intermediate body comprising an intermediate compressor and an intermediate turbine.
  • compressors 10 may be as described above.
  • an additional turbine can be provided, in addition to that driving the rotor 16 or the electric motors in rotation. This additional turbine makes it possible, for example, to rotate the fan independently of the rest.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

L'invention concerne un compresseur (10) contrarotatif de turbomachine comprenant : un rotor (16); une pluralités d'étages de premières aubes (1) montés sur le rotor (16) de manière à entrainer les premières aubes (1) dans un premier sens de rotation du rotor (11); au moins un étage de deuxième aubes (2) monté entre les étages de premières aubes (1); ledit compresseur (10) comprenant en outre, au moins un moteur électrique (21); au moins un étage de deuxième aubes étant entrainé en rotation par ledit au moins un premier moteur électrique (21) dans un deuxième sens de rotation contraire au premier sens de rotation.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Compresseur contrarotatif de turbomachine
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L’invention concerne les compresseurs de turbomachine et plus particulièrement les compresseurs de turbomachine contrarotatifs.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une turbomachine comprend classiquement d’amont en aval dans le sens de l’écoulement des gaz une soufflante plusieurs corps de compresseurs (basse pression, haute pression et éventuellement intermédiaire), une chambre de combustion et plusieurs turbines.
La figure 1 illustre une turbomachine à double corps comprenant d’amont en aval, dans le sens de l’écoulement des gaz (selon l’axe moteur AA), une soufflante 20, un compresseur basse pression 11, un compresseur haute pression 12, une chambre de combustion 13, une turbine haute pression 14 et une turbine basse pression 15.
Le compresseur basse pression 11 est entraîné en rotation par la turbine basse pression par l’intermédiaire d’un arbre 16 basse pression et le compresseur haute pression est entraîné en rotation par la turbine haute pression par l’intermédiaire d’un arbre 17 haute pression.
Un compresseur comprend généralement un carter annulaire à l’intérieur duquel une succession d’étages rotoriques et statoriques sont disposés. Chaque étage comprend une ou plusieurs aubes. Les aubes de l’étage rotorique sont entraînées en rotation par un arbre de transmission entraîné mécaniquement par une turbine tandis que les aubes de l’étage statorique sont fixes sur un stator.
L’intérêt d’avoir plusieurs corps de compresseur est d’optimiser le rendement thermopropulsif (et plus spécifiquement sa composante thermique). Toutefois cette architecture impose des compromis de conception nuisant au rendement de chaque étage.
Une alternative à cette architecture de compresseur est un compresseur composé exclusivement d’étages rotoriques contrarotatifs. Dès lors les étages d’aubes statoriques sont remplacés par des étages d’aubes rotoriques tournant dans le sens contraire des aubes rotoriques initiales. Une architecture de compresseur contrarotatif est illustrée sur la figure 2 et comprend notamment un premier arbre tournant A1 et un deuxième arbre tournant A2, chaque arbre étant entraîné en rotation par deux turbines indépendantes et contrarotatives 161 , 162. Chaque arbre A1, A2 entraîne en rotation les étages d’aubes 171 , 172 du compresseur en amont. Ainsi, on comprendra que pour passer de la configuration de la figure 1 à la configuration de la figure 2, les aubes statoriques de la figure 1 sont maintenant mobiles en rotation. Pour ce faire, un carter externe ou interne auquel sont liées les aubes est liés aux turbines. C’est donc la rotation du carter qui entraîne en rotation les aubes correspondantes.
L’utilisation d’un compresseur contrarotatif est avantageuse car elle permet d’obtenir un taux de compression par étage de compression plus important que celui d’un compresseur conventionnel. En outre, pour un même taux de compression, il permet de réduire le nombre d’étages de compresseur.
Bien qu’avantageuse, une architecture contrarotative est complexe puisque plusieurs arbres tournants sont nécessaires.
De plus, les compresseurs de turbomachine peuvent être soumis au phénomène de pompage. Le pompage peut causer d’importants dommages au compresseur. Afin de limiter les risques de pompage, il est d’usage d’équiper les compresseurs d’un mécanisme de calage variables des aubes des étages statoriques et d’ajouter des vannes de décharges. Ces mécanismes complexifient encore l’architecture des compresseurs contrarotatifs.
PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention permet de pallier les inconvénients précités en simplifiant notamment l’architecture d’un compresseur contrarotatif.
Pour atteindre ce but, l’invention concerne, selon un premier aspect, un compresseur contrarotatif de turbomachine comprenant : un rotor ; une pluralité d’étages de premières aubes montés sur le rotor de manière à entraîner les premières aubes dans un premier sens de rotation du rotor ; au moins un étage de deuxième aubes monté entre les étages de premières aubes ; ledit compresseur comprenant en outre, au moins un moteur électrique ; au moins un étage de deuxième aubes étant entraîné en rotation par ledit au moins un premier moteur électrique dans un deuxième sens de rotation contraire au premier sens de rotation. L’invention selon le premier aspect est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- le rotor est entraîné en rotation au moyen d’un deuxième moteur électrique distinct de chacun desdits au moins un premier moteur électrique ;
- les deuxièmes aubes d’au moins un étage de deuxièmes aubes sont liées à leur extrémité externe par un anneau, cet anneau étant entraîné en rotation par un des au moins un moteur électrique ;
- chaque premier moteur électrique fonctionne indépendamment des autres premiers moteurs électriques ;
- au moins un des au moins un premier moteur électrique est asynchrone.
L’invention concerne selon un deuxième aspect, une turbomachine comprenant une turbine, un arbre d’entraînement et un compresseur selon le premier aspect de l’invention, le rotor étant entraîné en rotation par la turbine.
L’invention selon le deuxième aspect est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- un premier et/ou un moteur électrique est alimenté par la turbine par l’intermédiaire d’un générateur d’électricité ;
- la turbine comprend des étages contrarotatifs chaque étage de la turbine étant configuré pour entraîner en rotation un étage d’un compresseur.
- Elle comprend un carter dans lequel est logé un compresseur selon le premier aspect de l’invention, dans laquelle au moins un des moteurs électriques est disposé sur le carter.
L’invention concerne selon un troisième aspect un aéronef comprenant une turbomachine selon le deuxième aspect de l’invention.
L’invention permet notamment d’éviter l’utilisation de deux arbres tournants et donc de simplifier l’architecture du compresseur.
PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels, outre les figures 1 et 2 déjà discutées :
La figure 3 illustre schématiquement une turbomachine comprenant un compresseur contrarotatif selon l’invention ;
La figure 4 illustre schématiquement une turbomachine comprenant un compresseur contrarotatif selon un mode de réalisation de l’invention ;
La figure 5 illustre schématiquement une turbomachine comprenant un compresseur contrarotatif selon un mode de réalisation de l’invention ;
La figure 6 illustre schématiquement une turbomachine comprenant un compresseur contrarotatif selon un mode de réalisation de l’invention ;
La figure 7 illustre un compresseur selon un mode de réalisation de l’invention.
Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
La figure 3 illustre schématiquement une partie d’une turbomachine sur laquelle est visible un compresseur 10, une chambre de combustion 13 et une turbine 14, un espace annulaire d’écoulement délimité par un carter 24 externe et un moyeu interne 25 présentant un axe de rotation AA. Dans ce qui suit, les termes « intérieur » et « extérieur » sont définis par rapport à l’axe moteur AA.
Le compresseur 10 peut être un compresseur haute pression, basse pression et la turbine 14 peut être haute pression ou basse pression.
Le compresseur 10 comprend des étages de premières aubes 1 montés sur un rotor 16 en rotation autour d’un axe AA qui est l’axe moteur selon un premier sens de rotation. La turbine 14 comprend quant à elle plusieurs étages d’aubes contrarotatifs permettant d’entrainer un ou plusieurs rotors du compresseur.
Une succession d’étages de deuxièmes aubes 2 est montée tournante autour du rotor 16. En particulier, des étages de deuxième aubes 2 sont montés entre les étages de premières aubes 1. On a alors une alternance de première aubes 1 et de deuxième aubes 2.
Les premier et deuxième étages d’aubes 1 , 2 sont disposés dans l’espace annulaire délimité par le carter 24 externe et le moyeu interne 25.
Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 4, le rotor 16 est entraîné en rotation par une turbine 14 et constitue un arbre de transmission. Le rotor 16 et les étages de premières aubes 1 sont alors entraînés en rotation dans le premier sens de rotation directement par la turbine 14.
En outre, selon ce premier mode de réalisation au moins un étage de deuxièmes aubes 2 est entraîné en rotation par au moins un premier moteur électrique 21 selon un deuxième sens de rotation contraire au premier sens de rotation mais autour du rotor 16. La figure 4 illustre une configuration selon laquelle un étage de deuxième aubes 2 est mis en rotation au moyen d’un premier moteur électrique 21 tandis qu’un autre étage de deuxième aubes 2 est fixe. La figure 6 illustre quand elle que tous les étages de deuxième aubes 2 sont mis en rotation au moyen d’un premier moteur électrique 21. Les étages de deuxièmes aubes 2 fournissent un travail supplémentaire au travail fourni par les étages de premières aubes 1 , permettant ainsi d’augmenter le taux de compression du flux. L’augmentation du taux de compression permet ainsi de réduire le nombre total d’étages et donc de réduire la longueur du compresseur 10. De plus, les étages de deuxièmes aubes 2 redressent le flux. Cela permet donc d’éviter l’utilisation d’aubes de stator et ainsi de limiter l’encombrement du moteur.
Les deuxièmes aubes 2 peuvent s’étendre radialement vers l’intérieur, c’est-à-dire que la tête de l’aube est plus proche de l’axe moteur AA que le pied de l’aube. Un tel agencement des aubes permet de réduire l’encombrement du moteur.
De manière avantageuse, chaque moteur électrique 21 entraîne en rotation la masse d’un seul étage de deuxièmes aubes 2. La masse entraînée en rotation par chaque premier moteur électrique 21 étant limité à un seul étage de deuxièmes aubes 2, et non pas à un rotor sur lequel sont montés tous les étages d’aubes, cela permet de diminuer le temps de réponse du moteur lors du changement de vitesse de rotation des étages de deuxièmes aubes 2.
Selon un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 6, le rotor 16 peut être mis en rotation dans le premier sens de rotation par un second moteur électrique 23. Ce mode de réalisation permet de rendre la vitesse de rotation du rotor 11 indépendante de la turbine 14 et donc de contrôler la vitesse de rotation du rotor 16. Le second moteur électrique 23 est indépendant du premier moteur électrique 21.
De manière complémentaire, comme illustré sur la figure 7, chaque étage de deuxièmes aubes 2 est lié circonférentiellement à un anneau 22. Dans ce cas, chaque deuxième aube 2 d’un même étage est liée à l’anneau 22 par une de ses extrémités, par exemple par le pied de l’aube. L’anneau 22 peut, par exemple, être un anneau ferromagnétique. Ainsi, chaque anneau de chaque étage de deuxièmes aubes 2 est entraîné en rotation dans le deuxième sens de rotation par un premier moteur électrique 21.
De manière avantageuse, les premiers moteurs électriques 21 peuvent être asynchrones. Dans ce cas, chaque étage de deuxièmes aubes 2 peut avoir une vitesse de rotation différente. Ce mode de réalisation permet en outre de contrôler et moduler les vitesses de rotation des étages de deuxièmes aubes 2, ce qui permet de préserver les marges au pompage et ainsi les risques de pompage. En effet, le contrôle et l’adaptation rapide de la vitesse de rotation de chaque étage de deuxièmes aubes 2 permet de contrôler l’angle d’attaque des deuxièmes aubes 2. Limiter l’angle d’attaque des aubes rotoriques, notamment des aubes rotoriques du compresseur 10 les plus en amont, permet d’éviter que les angles d’attaque n’atteignent une valeur critique causant la séparation de l’écoulement avec l’extrados des aubes rotoriques. Cela permet donc de diminuer les zones de décollement et d’augmenter les marges au décollement. On augmente ainsi les marges au pompage car le phénomène de pompage est généralement précédé du phénomène de décrochage. En conséquence, un mécanisme complexe de calage variable des deuxièmes aubes 2, qui permet classiquement de contrôler l’angle d’attaque des deuxièmes aubes 2, n’est plus nécessaire. Cela permet de simplifier l’architecture du compresseur 10. De plus, cela permet de s’affranchir du besoin de vannes de décharges qui permettent si besoin d’évacuer une partie de la surpression afin de limiter les risques d’apparition du phénomène de pompage. Cela permet donc de simplifier encore l’architecture du compresseur 10.
De manière complémentaire, les moteurs peuvent être indépendants. L’indépendance des premiers moteurs électriques 21 permet d’optimiser la vitesse de rotation des étages de deuxièmes aubes 2 de sorte à adapter la vitesse de rotation de chaque étage de deuxièmes aubes 2 aux différents points de fonctionnement moteur. Ainsi, cela permet de réduire la consommation énergétique du compresseur 10, par rapport à un compresseur contrarotatif classique, en optimisant la vitesse de rotation de chaque étage de deuxièmes aubes 2.
Dans un mode de réalisation, les premiers moteurs électriques 21 entraînant en rotation les étages de deuxièmes aubes 2 peuvent être disposés sur la paroi annulaire interne du carter 24. Les premiers moteurs électriques 21 sont alors disposés en face des étages de premières aubes 1. De manière complémentaire, la turbine 14 peut être reliée à un générateur électrique 30. Le générateur électrique 30 permet ainsi de transformer l’énergie mécanique fournie par la turbine 14 en énergie électrique. L’énergie électrique produite permet alors d’alimenter au moins un des premiers et deuxième moteurs électriques 21, 23 (voir aussi la figure 4). On comprendra donc que chaque premier moteur électrique 21 et/ou le deuxième moteur électrique 23 peuvent être alimentés par de l’énergie provenant de la turbine 14.
De manière alternative, les premiers moteurs électriques 21 , 23 peuvent, par exemple, être alimentés électriquement par une pile à combustion et/ou une batterie électrique. De manière alternative, l’énergie électrique pour alimenter les premiers et deuxième moteurs électriques 21 , 23 peut être prélevée sur un endroit particulier de la turbomachine, par exemple dans un équipement électronique de la turbomachine.
Dans un mode de réalisation, une turbomachine double corps peut comprendre un compresseur haute pression, un compresseur basse pression, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Dans ce cas, un ou les deux compresseurs 10 peuvent être tels que décrits ci-avant.
En complément, la turbomachine peut comprendre en outre un troisième corps dit intermédiaire, comprenant un compresseur 10 intermédiaire et une turbine intermédiaire. Dans ce cas, une partie ou tous les compresseurs 10 peuvent être tels que décrits ci-avant.
Également, en complément, on peut prévoir une turbine supplémentaire, en plus de celle entraînant en rotation le rotor 16 ou les moteurs électriques. Cette turbine supplémentaire permet par exemple d’entrainer en rotation la soufflante indépendamment du reste.
Grâce à l’invention, on peut bénéficier de tous les avantages d’un compresseur contrarotatif tout en limitant la complexité de son architecture.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Compresseur (10) contrarotatif de turbomachine comprenant : un rotor (16) ; une pluralité d’étages de premières aubes (1) montés sur le rotor (16) de manière à entraîner les premières aubes (1 ) dans un premier sens de rotation du rotor (11) ; au moins un étage de deuxième aubes (2) monté entre les étages de premières aubes (1) ; ledit compresseur (10) comprenant en outre, au moins un premier moteur électrique (21) ; au moins un étage de deuxième aubes étant entraîné en rotation par ledit au moins un premier moteur électrique (21) dans un deuxième sens de rotation contraire au premier sens de rotation, les deuxièmes aubes d’au moins un étage de deuxièmes aubes sont liées à leur extrémité externe par un anneau (22), cet anneau (22) étant entraîné en rotation par un des au moins un premier moteur électrique (21).
2. Compresseur (10) selon la revendication 1 , dans lequel le rotor (16) est entraîné en rotation au moyen d’un deuxième moteur électrique (23) distinct de chacun desdits au moins un premier moteur électrique (21).
3. Compresseur (10) selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que chaque au moins un premier moteur électrique (21) fonctionne indépendamment des autres premiers moteurs électriques (21).
4. Compresseur (10) selon l’une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que au moins un des au moins un premier moteur électrique (21) est asynchrone.
5. Turbomachine comprenant une turbine (14), un arbre d’entraînement (12) et un compresseur (10) selon l’une des revendications 1 à 4, le rotor (11) étant entraîné en rotation par la turbine (14).
6. Turbomachine selon la revendication 5, dans laquelle un premier et/ou un moteur électrique est alimenté par la turbine (14) par l’intermédiaire d’un générateur d’électricité (30).
7. Turbomachine selon l’une des revendications 5 à 6, dans laquelle la turbine (14) comprend des étages contrarotatifs chaque étage de la turbine étant configuré pour entraîner en rotation un étage d’un compresseur.
8. Turbomachine selon l’une des revendications 5 à 7, comprenant un carter (24) dans lequel est logé un compresseur (10) selon les revendications 1 à 5, dans laquelle au moins un des moteurs électriques (21) est disposé sur le carter (24).
9. Aéronef comprenant une turbomachine selon l’une des revendications 5 à 8.
PCT/FR2021/051278 2020-07-09 2021-07-09 Compresseur contrarotatif de turbomachine WO2022008853A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2007298A FR3112369B1 (fr) 2020-07-09 2020-07-09 Compresseur contrarotatif de turbomachine
FRFR2007298 2020-07-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022008853A1 true WO2022008853A1 (fr) 2022-01-13

Family

ID=72885715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2021/051278 WO2022008853A1 (fr) 2020-07-09 2021-07-09 Compresseur contrarotatif de turbomachine

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3112369B1 (fr)
WO (1) WO2022008853A1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB574447A (en) * 1941-05-26 1946-01-07 Fritz Albert Max Heppner Improvements in and relating to power plants which include an internal-combustion turbine
US7661271B1 (en) * 2005-03-18 2010-02-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Integrated electric gas turbine
TWM446824U (zh) * 2011-08-25 2013-02-11 Ray-Yu Lin 混合動力導風扇引擎
DE102012015104A1 (de) * 2012-07-30 2014-01-30 Bauhaus Luftfahrt E. V. Fahrzeugtriebwerk, Fahrzeug mit diesem Fahrzeugtriebwerk und Verfahren zum Betrieb dieses Fahrzeugtriebswerkes
WO2014150377A1 (fr) * 2013-03-15 2014-09-25 Embry-Riddle Aeronautical University, Inc. Contre-rotation couplée électriquement pour compresseurs de turbine à gaz

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB574447A (en) * 1941-05-26 1946-01-07 Fritz Albert Max Heppner Improvements in and relating to power plants which include an internal-combustion turbine
US7661271B1 (en) * 2005-03-18 2010-02-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Integrated electric gas turbine
TWM446824U (zh) * 2011-08-25 2013-02-11 Ray-Yu Lin 混合動力導風扇引擎
DE102012015104A1 (de) * 2012-07-30 2014-01-30 Bauhaus Luftfahrt E. V. Fahrzeugtriebwerk, Fahrzeug mit diesem Fahrzeugtriebwerk und Verfahren zum Betrieb dieses Fahrzeugtriebswerkes
WO2014150377A1 (fr) * 2013-03-15 2014-09-25 Embry-Riddle Aeronautical University, Inc. Contre-rotation couplée électriquement pour compresseurs de turbine à gaz

Also Published As

Publication number Publication date
FR3112369B1 (fr) 2024-02-23
FR3112369A1 (fr) 2022-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1564397B1 (fr) Architecture d'un turboréacteur ayant une double soufflante à l'avant
EP2715091B1 (fr) Moteur à turbine à gaz avec arrangement spécifique de trois corps rotatifs
EP1566522B1 (fr) Turboréacteur à double soufflante ayant des aubes directrices à calage variable
CA2837498C (fr) Distributeur de turbine radiale a calage variable, en particulier de turbine de source de puissance auxiliaire
FR2950381A1 (fr) Turbomachine a helices non carenees contrarotatives
FR3027053B1 (fr) Stator de turbomachine d'aeronef
CA2794825C (fr) Procede d'adaptation de debit d'air de turbomachine a compresseur centrifuge et diffuseur de mise en oeuvre
FR3090049A1 (fr) Turbomachine comportant un alternateur entre deux elements contrarotatifs
EP4048897B1 (fr) Turbomachine munie d'une pompe electromagnetique a flux magnetique axial
WO2022008853A1 (fr) Compresseur contrarotatif de turbomachine
EP4097343A1 (fr) Circuit d'alimentation en carburant d'un moteur d'aeronef
FR3102509A1 (fr) Turbomachine munie d’une pompe électromagnétique à flux magnétique radial
FR3130748A1 (fr) Ensemble hydraulique pour un moteur d’aeronef
FR3127523A1 (fr) Module pour une turbomachine d’aeronef
FR3127532A1 (fr) Module pour une turbomachine d’aeronef
EP4027019A1 (fr) Sous-ensemble de turbomachine d'aéronef
WO2021176152A1 (fr) Turbomachine d'aéronef avec un compresseur hybride
FR3126021A1 (fr) Passage de servitudes dans un carter d’echappement de turbomachine d’aeronef
WO2023156741A1 (fr) Système de régulation de carburant
FR3099518A1 (fr) Ensemble redresseur pour un compresseur de turbomachine
FR3118093A1 (fr) Aube de turbine, en particulier destinée à une turbine contrarotative
FR3123694A1 (fr) Pompe electromagnétique pour turbomachine
FR2970746A1 (fr) Turbomachine a turbines haute pression et basse pression imbriquees
CH325949A (fr) Compresseur à écoulement axial

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21752073

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21752073

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1