Brevet FR2759734A1 — publié le 19980821

DESCRIPTION TURBOMACHINE A SYSTEME DE COMPRESSION OPTIMISE L'invention concerne une turbomachine comportant un système de compression optimisé. Elle s'applique en particulier aux turbopropulseurs ou aux turbosoufflantes. Les turbopropulseurs ou les turbosoufflantes double corps classiques comportent généralement des groupes rotors de basse pression et de haute pression à rotation indépendante, chaque groupe comportant un compresseur et une turbine entraînant ce compresseur, le compresseur basse pression refoulant au moins en partie dans le compresseur haute pression et la turbine basse pression étant montée en série avec la turbine haute pression; le groupe rotor basse pression est en outre relié à une hélice ou une soufflante à pas variable pour l'entraîner. Cependant, pour les moteurs à rapport de compression élevé, cette structure nécessite d'utiliser un nombre important d'étages de compresseur et de turbine, ce qui augmente le coût du moteur. Par ailleurs, la compression est plus difficile à réaliser lorsque le nombre d'étages du25 compresseur est élevé car les vitesses de rotation des différents étages entraînés par une même turbine ne sont pas optimisés. Pour améliorer le rendement des compresseurs et des turbines et diminuer le nombre d'étages des compresseurs, il est connu d'utiliser une turbomachine triple corps qui permet de répartir la compression sur trois compresseurs entraînés respectivement par trois turbines. Cependant, une structure à triple corps est complexe et demeure d'un coût élevé.35 Le but de l'invention est de réaliser une turbomachine dont l'architecture permet de réduire le nombre d'étages de compresseur et de turbine par une meilleure adaptation des vitesses des rotors haute et basse pression et qui demeure moins complexe et moins chère que les turbomachines à triple corps. Pour cela l'invention consiste à entraîner le compresseur basse pression par la turbine haute pression par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse. L'utilisation d'un réducteur de vitesse pour entraîner le compresseur basse pression permet d'optimiser le rendement10 des compresseurs et des turbines en adaptant leurs régimes de rotation et permet ainsi une réduction du nombre d'étages des compresseurs et des turbines. Selon l'invention, la turbomachine à système de compression optimisé comportant une turbine à haute pression entraînant un premier compresseur à haute pression est caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins un deuxième compresseur à basse pression entraîné par la turbine à haute pression par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent:25 - la figure 1, une demi-coupe longitudinale axiale d'un premier exemple d'architecture de turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2, une demi-coupe longitudinale axiale d'une première variante de réalisation de l'invention, - la figure 3, une demi-coupe longitudinale axiale d'une deuxième variante de réalisation de l'invention, - la figure 4, une demi-coupe longitudinale axiale d'un deuxième exemple d'architecture de turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans toute la description, les termes haute, moyenne et basse pression sont utilisés de manière relative les uns par rapport aux autres. La turbomachine représentée sur la figure 1 comporte un compresseur basse pression 1 relié à une entrée d'air annulaire 2. La sortie du compresseur basse pression est reliée à un compresseur haute pression 3 par l'intermédiaire d'un carter intermédiaire 4. En sortie du compresseur haute pression 3, l'air comprimé passe dans une chambre de combustion 5 qui alimente en gaz chauds des turbines haute et basse pression 6, 7. Un carter d'échappement des gaz 8 est disposé en aval de la turbine basse pression 7. La turbine basse pression 7 est reliée à une hélice 9 par un arbre basse pression 10 et par l'intermédiaire d'un premier réducteur de vitesse monté dans l'enceinte avant de la turbomachine. La turbine basse pression 7 et l'arbre basse pression 10 sont supportés par des paliers 11, 12, les paliers 11, 12 étant respectivement supportés par le carter 8 d'échappement des gaz et par le carter 14 du réducteur de vitesse. Le premier réducteur de vitesse entraînant l'hélice est de type connu. Sur l'exemple représenté sur la figure 1, le premier réducteur de vitesse comporte une première couronne dentée 15 solidaire de l'arbre basse pression 10 de la turbine basse pression 7, la première couronne dentée 15 entraînant des satellites, chaque satellite comportant un premier et un deuxième pignons dentés 16, 17. Le deuxième pignon denté 17 engrène avec une deuxième couronne dentée 18 solidaire d'un arbre 19 supportant l'hélice 9. La turbine haute pression 6 est reliée au compresseur haute pression 3 par un arbre haute pression 20. La turbine haute pression 6 entraine aussi le compresseur basse pression 1 par l'intermédiaire d'un deuxième réducteur de vitesse monté dans l'enceinte avant de la turbomachine permettant d'optimiser le régime de rotation du compresseur basse pression 1. Le deuxième réducteur de vitesse comporte une troisième couronne dentée 21 solidaire de l'arbre haute pression 20, la troisième couronne dentée 21 entrainant des satellites, chaque satellite comportant un troisième et un quatrième pignons dentés 22, 23, le quatrième pignon denté 23 engrenant avec une quatrième couronne dentée 24 fixée sur un arbre 25 5 relié au compresseur basse pression 1. Le compresseur basse pression est supporté par des paliers 26, 27 fixés respectivement sur le carter intermédiaire 4 et sur le carter 14 des deux réducteurs de vitesse. Le compresseur haute pression 3, la turbine haute pression 6 et l'arbre haute pression 20 sont supportés par des paliers 28, 29, 30 fixés respectivement sur le carter intermédiaire 4, sur le carter 13 de la turbine basse pression 7 et sur le carter 14 des deux réducteurs de vitesse. La première variante de la turbomachine représentée sur la figure 2 est de structure similaire à celle représentée sur la figure 1. L'hélice a été remplacée par une soufflante 3120 et le premier réducteur de vitesse a été supprimé. La soufflante est donc directement entraînée par la turbine basse pression 7. Le compresseur basse pression est remplacé par un compresseur à moyenne pression 32 qui est entraîné par la turbine haute pression 6 par l'intermédiaire d'un25 réducteur de vitesse 33 situé dans l'enceinte avant de la turbomachine. Cette structure présente l'intérêt de répartir judicieusement la compression entre les compresseurs moyenne pression et haute pression en adaptant leurs régimes de rotation de façon à optimiser leur rendement et le rendement30 de la turbine haute pression. La deuxième variante de la turbomachine représentée sur la figure 3 est de structure similaire à celle représentée sur la figure 1. L'hélice est remplacée par une soufflante 3135 comme sur la figure 2, mais elle est entraînée par la turbine basse pression 7 par un premier réducteur de vitesse 34 situé dans l'enceinte avant de la turbomachine. Le compresseur à moyenne pression 32 est entraîné par la turbine haute pression 6 par l'intermédiaire d'un deuxième réducteur de vitesse 35 localisé entre les compresseurs à moyenne pression 32 et à haute pression 3. La localisation du 5 deuxième réducteur de vitesse est particulièrement avantageuse au point de vue dynamique car elle permet de réduire la longueur de l'arbre haute pression 20 et de s'affranchir d'un roulement inter-arbres non référencé à une structure fixe. Un tel roulement, non représenté sur les10 figures pour des raisons de simplification est cependant indispensable lorsque la longueur de l'arbre haute pression est importante. Les architectures de turbomachine représentées sur les figures 1 à 3 permettent de répartir la compression sur deux compresseurs axiaux. L'invention s'applique également à une turbomachine comportant un nombre de compresseurs supérieur à deux. La20 figure 4 montre un exemple d'architecture de turbomachine comportant deux compresseurs axiaux à basse et moyenne pression 40, 41 et un compresseur centrifuge à haute pression 42. La turbine basse pression 7 entraîne une soufflante 31 par l'intermédiaire d'un premier réducteur de vitesse 34. La turbine haute pression 6 entraîne directement le compresseur centrifuge à haute pression 42 et entraîne les compresseurs axiaux à basse et moyenne pression 40, 41 par l'intermédiaire30 d'un deuxième réducteur de vitesse 47. Les premier et deuxième réducteurs de vitesse 34, 47 sont localisés dans l'enceinte avant de la turbomachine. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précisément décrits. Notamment les arrangements des réducteurs de vitesse représentés sur les figures 1 à 4 ne sont pas limitatifs et d'autres arrangements peuvent être utilisés. De même la localisation du réducteur de vitesse entraînant les compresseurs basse et/ou moyenne pression peut être différente. Le nombre de compresseurs peut être supérieur a trois. REVENDICATIONS 1. Turbomachine à système de compression optimisé comportant une turbine à haute pression entraînant un premier compresseur à haute pression caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins un deuxième compresseur à basse pression (1) entraîné par la turbine à haute pression (6) par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse (21, 22, 23, 24). 2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compresseur à basse pression (1) est remplacé par un compresseur à moyenne pression (32) entraîné par la turbine à haute pression (6) par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse. 3. Turbomachine selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième compresseur à basse pression (40) et un troisième compresseur à moyenne pression (41), le deuxième et le troisième compresseur étant entraînés par la turbine à haute pression (6) par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse (47). 4. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le réducteur de vitesse est localisé dans une enceinte avant de la turbomachine. 5. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le réducteur de vitesse est localisé entre les compresseurs moyenne et haute pression. 6. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une hélice (9) entraînée par une turbine à basse pression (7). 7. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une soufflante (31) entraînée par une turbine à basse pression (7).