Brevet FR3038003A1 — publié le 20161230

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines aéronautiques équipées d'un boîtier d'accessoires. Les turbomachines aéronautiques sont généralement équipées d'un boîtier pour l'entraînement d'accessoires de la turbomachine ou d'équipements annexes à celui-ci, tels que notamment diverses pompes pour la production d'énergie hydraulique, l'alimentation en carburant, la lubrification, des générateurs électriques pour la production de puissance électrique, etc. Un tel boîtier est communément appelé AGB pour « Accessory GearBox ». Plus précisément, un boîtier d'accessoires renferme un ou plusieurs trains d'engrenages qui sont entraînés en rotation par un prélèvement mécanique sur un arbre rotatif (typiquement un arbre du corps haute-pression) de la turbomachine et sur lesquels sont couplés les différents accessoires. Parmi ces accessoires, il peut être prévu un ou plusieurs générateurs électriques pour fournir de la puissance électrique à l'avion, un alternateur pour fournir du courant électrique à des équipements électriques de la turbomachine, un démarreur pour mettre en route le turboréacteur, une pompe hydraulique pour fournir de la puissance hydraulique à l'avion, une pompe à carburant, une pompe de lubrification, etc. Généralement, un tel boîtier d'accessoires comprend également une commande manuelle permettant d'assurer les opérations de maintenance au sol, telles que par exemple les opérations d'endoscopie de la turbomachine au cours desquelles il est nécessaire de faire tourner à basse vitesse le corps haute-pression de la turbomachine pour vérifier le fonctionnement de ses différents composants. A cet effet, le train d'engrenages du boîtier comprend un engrenage qui est spécifiquement dédié à ce type de commande manuelle, cet engrenage étant accessible après la dépose d'un couvercle du boîtier. A l'aide d'un outil spécifique venant se coupler sur l'engrenage, il est alors possible de faire tourner à basse vitesse le corps haute-pression de la turbomachine et de réaliser une endoscopie des différents composants de celui-ci. L'un des problèmes d'un tel boîtier d'accessoires est qu'il possède un nombre important d'engrenages pour répondre aux besoins 3038003 2 des différents équipements, ainsi qu'une commande manuelle pour la maintenance. Or, ces éléments ont un impact important sur la masse et l'encombrement du boîtier d'accessoires, ce qui est contradictoire avec une conception optimisée en termes de coût et de complexité/fiabilité. En 5 outre, l'ouverture du couvercle du boîtier pour accéder à l'engrenage dédié à la commande manuelle est problématique compte tenu de la présence d'huile de lubrification à l'intérieur du boîtier d'accessoires. Objet et résumé de l'invention 10 La présente invention a donc pour but principal de proposer un boîtier d'accessoires qui ne présente pas les inconvénients précités. Ce but est atteint grâce à un boîtier d'accessoires de turbomachine comprenant au moins un train d'engrenages entraînés en rotation par un prélèvement mécanique sur un arbre rotatif de la 15 turbomachine et sur lesquels sont couplés une pluralité d'accessoires, et dans lequel, conformément à l'invention, les accessoires comprennent un moteur-alternateur électrique couplé à un variateur de vitesse et destiné à être relié à un dispositif de régulation électronique de la turbomachine pour l'alimenter en énergie électrique. 20 La présence d'un moteur-alternateur électrique permet de combiner au sein d'un même équipement le besoin de commande manuelle pour la maintenance au sol et la fonction de génération électrique pour fournir du courant électrique à différents équipements électriques de la turbomachine dont notamment le dispositif de régulation 25 électronique. En effet, couplé à un variateur de vitesse, le moteur- alternateur peut être utilisé au sol en phase de maintenance pour entraîner à basse vitesse le corps haute-pression de la turbomachine afin de vérifier par endoscopie le fonctionnement de ses composants. Ainsi, par rapport à l'art antérieur, le boîtier d'accessoires selon l'invention est 30 dépourvu de ligne d'arbre de commande manuelle pour la maintenance, ce qui permet un gain de masse et d'encombrement grâce à l'absence d'engrenage particulier dédié à cette fonction et à l'absence de couvercle pour y accéder. Par ailleurs, après un arrêt de la turbomachine en mission 35 chaude, le moteur-alternateur du boîtier selon l'invention peut être actionné pour entraîner à faible vitesse différents accessoires (tels que les 3038003 3 pompes à carburant et à huile) et le corps haute-pression de la turbomachine. L'entraînement de ces accessoires dans ces conditions chaudes après l'arrêt de la turbomachine permet ainsi d'assurer des débits suffisants de carburant et d'huile au sein de la turbomachine pour éviter 5 une cokéfaction dans les circuits d'huile et de carburant. L'entraînement par le moteur-alternateur du corps haute-pression permet également d'éviter toute déformation thermique de certaines pièces sensibles au flambage (telles que l'arbre de turbine haute-pression et l'interférence aubes/abradable) tout en assurant un débit minimum d'air dans la veine 10 primaire de la turbomachine. De préférence, pour des raisons de sécurité et de certification, le moteur-alternateur est commandé par l'intermédiaire d'un contacteur relais destiné à assurer, en position de repos, une alimentation en énergie électrique de deux voies du dispositif de régulation électronique de la 15 turbomachine, et en position d'entraînement, un entraînement mécanique du train d'engrenages du boîtier. Dans ce cas, le le variateur de vitesse est de préférence équipé d'une commande manuelle (ce qui présente une plus grande fiabilité par rapport à une commande électronique du variateur de vitesse). 20 De plus, le moteur-alternateur peut être une machine synchrone ayant une puissance électrique comprise entre 100 et 150 kW et peut être relié à une batterie destinée à assurer son alimentation électrique à l'arrêt de la turbomachine. De préférence également, les accessoires du boîtier 25 comprennent en outre un démarreur destiné à démarrer la turbomachine. En d'autres termes, le moteur-alternateur électrique du boîtier selon l'invention n'est pas dimensionné pour assurer la fonction de démarrage de la turbomachine. L'invention a également pour objet un procédé de 30 fonctionnement du boîtier d'accessoires tel que défini précédemment, dans lequel, à l'arrêt de la turbomachine, le moteur-alternateur est commandé pour entraîner à faible vitesse des accessoires du boîtier et/ou un corps haute-pression de la turbomachine. 3038003 4 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout 5 caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique d'un boîtier d'accessoires selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue schématique montrant le fonctionnement du moteur-alternateur électrique du boîtier d'accessoires 10 selon l'invention. Description détaillée de l'invention La figure 1 représente de façon très schématique un boîtier d'accessoires 2 selon l'invention, ce boîtier étant destiné à équiper une 15 turbomachine aéronautique (le boîtier est communément désigné AGB qui est l'acronyme des termes « Auxiliary Gear Box »). De façon connue, le boîtier 2 renferme un ou plusieurs trains d'engrenages 4 composé de plusieurs roues dentées 6. Un arbre de transmission de puissance 8 (partiellement représenté sur la figure 1) 20 prélève de la puissance mécanique sur un arbre de turbine de la turbomachine (par exemple l'arbre de turbine haute-pression) pour la transmettre au train d'engrenages 4 par l'intermédiaire d'une roue dentée 10. Le train d'engrenages 4 a pour fonction d'entraîner en rotation 25 une pluralité d'accessoires en couplant un arbre de transmission à l'une des roues dentées 6. A titre d'exemple, ces accessoires peuvent notamment comprendre : deux générateurs électriques 12a, 12b pour fournir de la puissance électrique (par exemple à l'avion propulsé par la turbomachine) ; un démarreur 14 pour mettre en route la turbomachine ; 30 deux pompes hydrauliques 16a, 16b pour fournir de l'huile pressurisée à la turbomachine et/ou à ses équipements ; une pompe principale à huile 18 pour fournir de l'huile de lubrification aux circuits d'huile de la turbomachine et/ou de ses équipements ; et une pompe principale à carburant 20. 35 Selon l'invention, les équipements entraînés par le boîtier d'accessoires 2 comprennent également un moteur-alternateur électrique 3038003 5 22. Comme pour les autres accessoires du boîtier, ce moteur-alternateur 22 est entraîné en rotation par couplage de son arbre de transmission à l'une des roues dentées 6 du train d'engrenages. Le moteur-alternateur 22 peut être une machine synchrone 5 ayant une puissance électrique comprise entre 100 et 150 kW. Il est relié à un dispositif de régulation électronique de la turbomachine pour l'alimenter en énergie électrique (lorsqu'il fonctionne en mode générateur). Le moteur-alternateur 22 est utilisé en lieu et place de 10 l'alternateur à aimant permanent (ou PMA pour « Permanent Magnet Alternator ») typiquement utilisé dans les AGB de l'art antérieur à la fois pour fournir du courant électrique à des équipements de la turbomachine et pour assurer une mesure du régime de rotation du corps haute-pression de la turbomachine. 15 Le moteur-alternateur 22 du boîtier d'accessoires selon l'invention est également utilisé lors des phases de maintenance au sol pour entraîner à basse vitesse le corps haute-pression de la turbomachine afin de vérifier par endoscopie le fonctionnement de ses composants. Le moteur-alternateur 22 peut encore être utilisé après l'arrêt de 20 la turbomachine en mission chaude pour entraîner à faible vitesse différents accessoires (tels que les pompes à carburant et à huile) et le corps haute-pression de la turbomachine. Typiquement, à l'arrêt de la turbomachine, le moteur-alternateur 22 peut être déclenché en cas de détection d'une valeur de température des fluides (carburant et huile) et 25 de l'air ambiant supérieure à une valeur seuil de température de sorte à entraîner à faible vitesse certains accessoires du boîtier d'accessoires, et en particulier les pompes hydrauliques 16a, 16b, la pompe principale à huile 18 et la pompe principale à carburant 20. L'entraînement de ces accessoires permet ainsi d'entretenir une circulation des fluides au sein 30 des circuits d'huile et de carburant, et ainsi éviter toute cokéfaction pouvant obturer ces circuits. De même, toujours en cas de mission chaude, le moteur-alternateur 22 peut aussi être utilisé après l'arrêt de la turbomachine pour entraîner à faible vitesse le corps haute-pression de la turbomachine pour 35 éviter toute déformation thermique de certaines pièces de la turbomachine 3038003 6 qui sont sensibles au flambage (telles que l'arbre de turbine haute-pression et l'interférence aubes/abradable). Pour ce faire, comme représenté sur la figure 2, le moteur-alternateur 22 est couplé, pour sa commande, à un variateur de vitesse 24 5 avantageusement équipé d'une commande manuelle 26. Plus précisément, le moteur-alternateur 22 est commandé par l'intermédiaire d'un contacteur relais 28 qui est destiné à assurer, en position de repos, une alimentation en énergie électrique des deux voies 30a, 30b du dispositif de régulation électronique de la turbomachine (et 10 une mesure du régime de rotation du corps haute-pression de la turbomachine), et en position d'entraînement, un entraînement mécanique du train d'engrenages 4 du boîtier d'accessoires (pour les phases de maintenance et en mission chaude après l'arrêt de la turbomachine). Ainsi, lorsque le contacteur relais 28 est en position de repos, le 15 moteur-alternateur 22 fonctionne en mode générateur pour alimenter en énergie électrique les deux voies 30a, 30b du dispositif de régulation électronique de la turbomachine. A l'arrêt de la turbomachine, un opérateur au sol, peut, par l'intermédiaire de la commande manuelle 26 du variateur de vitesse 24, 20 commuter le contacteur relais 28 pour le passer en position d'entraînement dans laquelle le moteur-alternateur entraîne en rotation le train d'engrenages du boîtier, et donc les différents accessoires couplés à celui-ci, ainsi que l'arbre de transmission de puissance 8 couplé au corps haute-pression de la turbomachine. 25 Dans cette position d'entraînement, le moteur-alternateur 22 nécessite d'être alimenté en énergie électrique. A cet effet, il est de préférence relié à une batterie électrique 32 propre à l'avion. En particulier, compte-tenu de la relative faible puissance du moteur-alternateur (de l'ordre de 100 à 150 kW environ), une batterie propre à 30 l'avion (par opposition à une alimentation externe à l'avion) s'avère suffisante pour alimenter le moteur-alternateur. On notera que la vitesse d'entraînement des accessoires de la boîte d'accessoires et de l'arbre de transmission de puissance peut être modifiée par l'opérateur grâce au variateur de vitesse 24. 35 REVENDICATIONS1. Boîtier d'accessoires (2) de turbomachine comprenant au moins un train d'engrenages (4) entraînés en rotation par un prélèvement mécanique sur un arbre rotatif de la turbomachine et sur lesquels sont couplés une pluralité d'accessoires, caractérisé en ce que les accessoires comprennent un moteur-alternateur (22) électrique couplé à un variateur de vitesse (24) et destiné à être relié à un dispositif de régulation électronique (30a, 30b) de la turbomachine pour l'alimenter en énergie 10 électrique. 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur-alternateur (22) est commandé par l'intermédiaire d'un contacteur relais (28) destiné à assurer, en position de repos, une alimentation en 15 énergie électrique de deux voies (30a, 30b) du dispositif de régulation électronique de la turbomachine, et en position d'entraînement, un entraînement mécanique du train d'engrenages du boîtier. 3. Boîtier selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce 20 que le variateur de vitesse (24) est équipé d'une commande manuelle (26). 4. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moteur-alternateur (22) est une machine 25 synchrone ayant une puissance électrique comprise entre 100 et 150 kW. 5. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moteur-alternateur (22) est relié à une batterie (32) destinée à assurer son alimentation électrique à l'arrêt de la 30 turbomachine. 6. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les accessoires comprennent en outre un démarreur (14) destiné à démarrer la turbomachine. 35 3038003 8 7. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est dépourvu de ligne d'arbre de commande manuelle pour la maintenance. 5 8. Turbomachine comprenant un boîtier d'accessoires selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Procédé de fonctionnement du boîtier d'accessoires selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, à l'arrêt de la turbomachine, le moteur-alternateur (22) est commandé pour entraîner à faible vitesse des accessoires du boîtier et/ou un corps haute-pression de la turbomachine.