Brevet FR2852462A1 — publié le 20040917

Domaine de l'invention La présente invention concerne une turbomachine comprenant un rotor de turbine formé d'un arbre et d'une roue et une machine électrique avec un rotor électrique, la roue étant installée de façon flot5 tante à une extrémité de l'arbre et le rotor électrique est relié à l'arbre du rotor de turbine. Etat de la technique Les turbomachines connues en pratique et ayant les caractéristiques évoquées ci-dessus comportent un arbre monté dans les pa0o liers de part et d'autre du rotor électrique. Une telle conception du rotor de turbine pose des conditions très strictes à la précision de fabrication requise des perçages recevant les paliers. Cela est important en particulier lorsqu'on utilise des paliers à roulement de grande précision tournant rapidement et qui exigent une précision d'alignement à tolérance extrême15 ment serrée pour les paliers. Cette précision d'alignement est elle-même fréquemment neutralisée en fonctionnement par les déformations opposées en température malgré une fabrication la plus précise de tous les composants. Les déformations liées à la température résultent du dégagement de chaleur en partie important dans les machines électriques 20 tournant rapidement, ainsi que de l'utilisation fréquente de turbomachine à la fois en températures élevées par exemple d'un turbocompresseur et aux températures basses notamment aux températures cryogéniques, par exemple comme turbine d'air liquide. L'inconvénient est en outre que l'accès au rotor électrique nécessite des travaux de démontage importants. 25 But de l'invention La présente invention a pour but de développer une turbomachine du type défini ci-dessus pour assurer pendant le fonctionnement sollicité thermiquement, une très grande précision d'alignement des paliers d'arbre. L'invention doit également permettre un accès très facile au 30 rotor électrique. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une turbomachine du type défini ci-dessus caractérisée en ce que le rotor électrique est monté également de manière flottante à l'autre extrémité de l'arbre, et l'arbre est 35 monté dans des paliers d'arbre logés dans un carter de palier séparant thermiquement les paliers d'arbre par rapport à la machine électrique. Les paliers d'arbre et le carter de palier forment une unité fermée en soi. Les perçages de réception des paliers du boîtier se réalisent ainsi avec une seule mise en place. Cela permet une précision de fabrication très élevée avec en même temps des moyens réduits. Le rotor de la turbine se caractérise par une très grande précision de fonctionnement et un faible frottement de palier. La séparation thermique selon l'invention 5 entre les paliers d'arbre et le moteur électrique réduit les contraintes d'origine thermique et les variations de géométrie dans les paliers. Le carter de palier selon l'invention constitue ainsi une protection efficace contre le dégagement de chaleur souvent considérable dans l'entrefer entre le rotor et le stator de la machine électrique. Le montage selon l'invention 10 peut également s'utiliser avantageusement à des températures très basses en particulier aux températures cryogéniques que l'on rencontre par exemple pour les turbomachines fonctionnant dans une installation de liquéfaction de gaz. Globalement l'encapsulage des paliers de roulement dans un carter de palier commun augmente d'autant plus la précision de 15 fonctionnement du rotor de turbine et diminue le frottement des paliers. En outre le rotor électrique est facilement accessible à partir de la face frontale du rotor sans avoir à démonter les parties du palier d'arbre. Cela permet par exemple un démontage et un montage facile du rotor. La roue peut être la roue de compression d'un étage de 20 compresseur et le rotor électrique la sortie d'un moteur électrique. En variante il est également possible que la roue soit la roue d'une turbine dans un étage d'expansion et le rotor électrique soit la pièce motrice d'un générateur. De manière préférentielle, le carter de palier avec ses passa25 ges d'arbre munis d'une isolation thermique pour l'arbre du rotor de turbine, permet d'augmenter encore plus la protection thermique des paliers d'arbre. En plus les segments d'arbre entre le carter de palier et la roue ou le rotor peuvent être munis en outre de bagues isolantes pour accentuer encore plus l'effet de protection. De manière préférentielle les paliers 30 d'arbre sont réalisés comme des paliers de roulement de grande précision ou de paliers à gaz à tolérances étroites. Cela permet un montage en palier, précis et en même temps économique. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus 35 détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans l'unique figure annexée. L'unique figure montre schématiquement une coupe partielle d'une turbomachine selon l'invention. Description du mode de réalisation La turbomachine représentée à la figure comporte un rotor 3 formé d'un arbre 1 et d'une roue à ailette 2 ainsi que d'un moteur électrique 4 qui n'est représenté que partiellement avec un rotor électrique 5. 5 La roue 2 est montée flottante à une extrémité de l'arbre 1. Le rotor électrique 5 est relié à l'arbre 1 du rotor 3 de la turbomachine en étant également monté flottant à cette autre extrémité de l'arbre 1. L'arbre 1 est monté dans des paliers 6 d'un carter de palier 7 séparant thermiquement les paliers d'arbre 6 du moteur électrique 4 et comportant de préférence 10 une isolation 8. Les paliers d'arbre 6 forment avec le carter de palier 7 une unité fermée en soi. Les surfaces de réception du carter de palier 7 peuvent ainsi être fixées par un seul montage. Cela permet une très grande précision de fixation avec en même temps une mise en oeuvre de moyens réduits. On peut ainsi assurer une très grande précision d'alignement des 15 paliers d'arbre 6 les uns par rapport aux autres. Le rotor de turbine 3 se caractérise pour cela par une précision de fonctionnement élevée et un faible frottement de palier. La séparation thermique selon l'invention des paliers d'arbre 6 par rapport au moteur électrique 4 par le carter de palier 7 commun réduit considérablement les contraintes thermiques et les va20 riations de géométrie des paliers d'arbre 6. La séparation thermique représente une protection efficace contre le développement considérable de chaleur dans l'entrefer entre le rotor 5 et le stator 9 de la machine électrique 4. La séparation thermique assure en outre une protection efficace contre les basses températures en particulier les températures du type 25 cryogénique. Globalement la séparation thermique augmente encore plus la précision de fonctionnement du rotor de turbine 3 et diminue encore plus le frottement des paliers. Le montage flottant du rotor électrique 5 permet en outre une facilité d'accès à partir de la face frontale du rotor de turbine 3 sans avoir à démonter des parties du palier ce qui permet 30 d'exécuter facilement les travaux de montage et d'entretien. Dans l'exemple de réalisation, la roue 2 est une roue d'une turbine à air liquéfié et le rotor électrique 5 est la pièce d'entraînement d'un générateur. On peut également envisager de réaliser le rotor 2 sous la forme d'un rotor de compresseur pour un étage de compression et le rotor 35 électrique 5 comme sortie d'un moteur électrique. Le carter de palier 7 comporte des passages d'arbre 10 munis d'une isolation thermique pour l'arbre 1 du rotor de turbine 3. Dans l'exemple de réalisation, il est prévu une isolation 8 entourant le carter de palier 7 et s'étendant radialement jusqu'au niveau des passages d'arbre 10. En plus les segments d'arbre peuvent être munis de bagues isolantes entre le carter de palier 7 et la roue 2 ou le rotor 5. Les paliers d'arbre 6 sont constitués par des paliers de s roulement de très grande précision. Cela permet d'assurer un montage précis et en même temps économique. REVENDICATIONS 10) Turbomachine comprenant - un rotor de turbine (3) formé d'un arbre (1) et d'une roue (2) et - une machine électrique (4) avec un rotor électrique (5), la roue (2) étant installée de façon flottante à une extrémité de l'arbre (1) et le rotor électrique (5) est relié à l'arbre (1) du rotor de turbine (3), caractérisée en ce que le rotor électrique (5) est monté également de manière flottante à l'autre extrémité de l'arbre (1), et io l'arbre (1) est monté dans des paliers d'arbre (6) logés dans un carter de palier (7) séparant thermiquement les paliers d'arbre (6) par rapport à la machine électrique (4). 20) Turbomachine selon la revendication 1, 15 caractérisée en ce que la roue (2) est une roue de compresseur d'un étage de compression et le rotor électrique (5) est la pièce de sortie d'un moteur électrique. 30) Turbomachine selon la revendication 1, 20 caractérisée en ce que la roue (2) est la roue de turbine d'un étage d'expansion et le rotor électrique (5) est la pièce de sortie d'un générateur. 40) Turbomachine selon la revendication 1, 25 caractérisée en ce que le carter de palier (7) est muni de passages d'arbre (10) équipés d'une isolation thermique pour l'arbre (1) du rotor de turbine (3). 50) Turbomachine selon la revendication 1, 30 caractérisée en ce que les paliers d'arbre (6) sont des paliers à roulement de grande précision ou des paliers à gaz à tolérances étroites.