Brevet FR3124544A1 — publié le 20221230

L’invention concerne une turbomachine s’étendant selon une direction longitudinale, comprenant un carter incluant une virole externe et une virole interne concentriques, et des bras radiaux reliant la virole externe à la virole interne, cette turbomachine étant traversée par un flux primaire chaud circulant longitudinalement entre les deux viroles et par un flux secondaire froid circulant longitudinalement autour de la virole externe, ce carter comprenant des secteurs (18a, 18b) électriquement conducteurs rigidement solidarisés les uns aux autres par des organes de fixation (34a, 36a) électriquement isolants, chaque secteur (18a, 18b) comprenant une portion de virole externe (19a) reliée à une portion de virole interne (21a) par un bras radial. Figure pour l’abrégé : Figure 5 Turbomachine comprenant un carter sectorisé L’invention concerne la connexion électrique d’une machine électrique dans le cadre de l’intégration de cette machine électrique dans une turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un turboréacteur de type à double flux, comporte une manche d'entrée dans laquelle est admis l'air avant d'être aspiré par les pales d'une soufflante. Après avoir passé la soufflante, l'air se divise en un flux primaire central chaud et un flux secondaire froid qui entoure le flux primaire. Le flux d'air primaire traverse ensuite un premier compresseur situé après la soufflante alors que le flux secondaire est propulsé vers l'arrière pour directement générer une poussée en étant soufflé autour du flux primaire. Le flux primaire traverse ensuite un second étage de compression, avant d'atteindre une chambre de combustion. Après combustion, ce flux primaire se détend dans une turbine haute pression puis dans une turbine basse pression, avant d'être expulsé vers l'arrière du turboréacteur. Chaque turbine comporte un ou plusieurs étages comportant chacun une série d'aubes radiales régulièrement espacées autour d'un axe de rotation du turboréacteur. L’intégration d’une machine électrique dans un tel turboréacteur permet par exemple d’entraîner l’arbre central portant les aubes de la soufflante et celles du premier étage de compression et de la turbine basse pression. Une telle intégration peut aussi être envisagée pour entraîner le corps haute pression qui porte les aubes du second étage de compression et de la turbine basse pression, ou encore pour entraîner d’autres composants. Une telle intégration est par ailleurs mise en œuvre dans des turbomachines existantes, la machine électrique étant alors un générateur de courant permettant de délivrer une alimentation électrique pour des récepteurs situés hors de la turbomachine. D’une manière générale, une telle intégration est problématique sur le plan du raccordement de la machine électrique, du fait que celle-ci est située dans une région très centrale du turboréacteur. Dans les document de brevet FR2922265, le raccordement électrique d’une machine électrique située immédiatement en aval de la soufflante, est assuré par des câbles électriques logés dans des bras radiaux d’un carter correspondant qui traversent le flux primaire. Les documents de brevets et FR3087819 et WO2020084225 divulguent des solutions du même type en ce qui concerne le raccordement électrique. Comme de tels bras radiaux sont aussi traversés par des conduits d’alimentation en carburant et en huile, et/ou par des servitudes, l’ajout de câbles électrique constitue une contrainte d’intégration qui est pénalisante. Ceci résulte du fait que de tels câbles présentent une section importante compte tenu de l’intensité élevée du courant qu’ils véhiculent et de l’épaisseur d’isolant significative que requiert la tension élevée à laquelle ils sont soumis. Dans ce cadre, l’objet de l’invention est d’apporter une solution pour faciliter le raccordement d’une machine électrique dans une turbomachine. A cet effet, l’invention a pour objet une turbomachine s’étendant selon une direction longitudinale, comprenant un carter incluant une virole externe et une virole interne concentriques, et des bras radiaux reliant la virole externe à la virole interne, cette turbomachine étant traversée par un flux primaire chaud circulant longitudinalement entre les deux viroles et par un flux secondaire froid circulant longitudinalement autour de la virole externe, ce carter comprenant des secteurs électriquement conducteurs rigidement solidarisés les uns aux autres par des organes de fixation électriquement isolants, chaque secteur comprenant une portion de virole externe reliée à une portion de virole interne par un bras radial. Avec cette solution, les phases de raccordement électrique de la turbomachine traversent directement le matériau métallique des secteurs de carter, de sorte qu’il n’est pas nécessaire de prévoir des câbles de connexion, ce qui permet de simplifier significativement l’intégration et le montage d’une machine électrique dans la turbomachine. L’invention a également pour objet une turbomachine ainsi définie, comprenant des barrettes longitudinales électriquement isolantes interposées chacune entre deux bords longitudinaux de deux portions de viroles circonférentiellement contiguës pour les solidariser l’une à l’autre de manière étanche. L’invention a également pour objet une turbomachine ainsi définie, comprenant des arcs électriquement isolants fixés chacun à deux bords circonférentiels de deux portions de viroles circonférentiellement contiguës pour les solidariser l’un à l’autre. L’invention a également pour objet une turbomachine ainsi définie, comprenant des organes de fixation incluant chacun une barrette longitudinale et deux arcs fixés chacun à une extrémité de la barrette. L’invention a également pour objet une turbomachine ainsi définie, dans laquelle les organes de fixation sont fixés aux portions de viroles par rivetage ou boulonnage à travers des trous formés dans ces organes de fixation et à travers des trous formés dans les bords circonférentiels des portions de viroles. L’invention a également pour objet une turbomachine ainsi définie, dans laquelle chaque arc est fixé à une extrémité de barrette par boulonnage ou rivetage à travers des trous formés dans l’arc et des trous formés aux extrémités des barrettes. L’invention a également pour objet une turbomachine ainsi définie, dans laquelle les bords circonférentiels des portions de viroles s’étendent dans des plans normaux à l’axe longitudinal. L’invention a également pour objet une turbomachine ainsi définie, comprenant au moins une barrette longitudinale ayant des bords longitudinaux pourvus de rainures dans lesquelles s’emboîtent les bords longitudinaux des deux portions de viroles entre lesquelles cette barrette longitudinale est interposée. L’invention a également pour objet une turbomachine ainsi définie, dans laquelle les organes de fixation sont fabriqués en matériau céramique. L’invention concerne également un turboréacteur comprenant une turbomachine ainsi définie. La est une vue en coupe longitudinale d’un turboréacteur double flux ; La est une vue en perspective d’un carter inter-turbines selon l’invention ; La est une vue en perspective des secteurs d’un carter inter-turbines selon l’invention ; La est une vue en perspective d’un secteur du carter inter-turbines selon l’invention ; La est une vue en perspective de l’assemblage de deux secteurs du carter inter-turbines selon l’invention ; La est une vue partielle montrant l’emboîtement d’une barrette longitudinale avec un bord longitudinal d’une portion de virole interne. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la , un turboréacteur à double flux 1 comporte une manche d'entrée 2 dans laquelle est admis l'air avant d'être aspiré par les pales d'une soufflante 3. Après avoir passé la région de la soufflante, l'air se divise en un flux primaire central et un flux secondaire qui entoure le flux primaire. Le flux d'air primaire traverse ensuite un premier compresseur 4 situé immédiatement après la soufflante 3 alors que le flux secondaire est propulsé vers l'arrière pour directement générer une poussée additionnelle en étant soufflé autour du flux primaire. Le flux primaire traverse ensuite un second étage de compression 6, avant d'atteindre une chambre 7 où a lieu sa combustion, après injection et vaporisation d'un carburant. Après combustion, ce flux primaire se détend dans une turbine haute pression 8 puis dans une turbine basse pression 9 pour entrainer en rotation les étages de compression et la soufflante, avant d'être expulsé vers l'arrière du turboréacteur pour générer une poussée. Chaque turbine comporte une succession d'étages comportant chacun une série d'aubes orientées radialement et régulièrement espacées autour d'un arbre rotatif central. Cet arbre central qui s’étend selon un axe longitudinal AX porte les éléments rotatifs de la soufflante 3, du premier compresseur 4, et de la turbine basse pression 9. Il est entouré par un corps dit haute pression, tournant indépendamment de cet arbre central, et portant les aubes du second étage de compression 6, et celles de la turbine haute pression 8. Le cheminement du flux primaire est délimité par plusieurs carters qui sont accolés et fixés les uns aux autres le long de l’axe longitudinal, tels que le carter d’entrée 11, le carter inter-compresseurs 12, le carter inter-turbines 13, et le carter d’échappement, qui entourent l’arbre central et/ou le corps haute pression. Chaque carter comporte une virole interne et une virole externe concentriques avec des bras radiaux reliant la virole interne à la virole externe, de sorte que le flux primaire chaud circule entre ces viroles pour traverser un tel carter. L’ajout d’une machine électrique dans une telle turbomachine, pour entrainer l’arbre central ou le corps haute pression nécessite d’intégrer cette machine en partie centrale du turboréacteur, c’est-à-dire dans l’espace interne délimité par les viroles internes des carter. Ainsi, une telle intégration nécessite d’une part de prévoir dans la région interne l’espace pouvant recevoir la machine électrique, mais d’autre part de prévoir un système d’alimentation électrique de cette machine, attendu que la source d’alimentation électrique est située hors de la turbomachine. L’idée à la base de l’invention est de prévoir que les différentes phases de l’alimentation électrique passe à travers le carter proprement dit, au lieu d’être transférée par l’intermédiaire de câbles d’alimentation classiques. A cet effet, le carter est constitué de plusieurs secteurs électriquement isolés les uns des autres, pour que chaque secteur soit traversé par l’alimentation électrique de l’une des phases du raccordement électrique. Sur la , le carter inter-turbines 13 comporte une virole externe 15 entourant une virole interne 16 qui lui est concentrique, ces viroles étant ici de formes approximativement coniques. Ces viroles 15, 16 sont reliées les unes aux autres par six bras radiaux 17a-17f qui sont ici creux de manière à pouvoir être traversés par des servitudes mécaniques, des alimentations en carburant ou autres. Ce carter 13 est formé de six secteurs 18a-18f électriquement conducteurs, qui apparaissent seuls sur la , et qui sont solidarisés les uns aux autres par des organes de fixation électriquement isolants. Comme visible sur la , le secteur 18a comporte une portion de virole externe 19a et une portion de virole interne 21a ainsi que le bras radial 17a par lequel ces deux portions de viroles sont rigidement solidarisées l’une à l’autre. La portion 19a a une forme correspondant à un secteur angulaire de la virole externe 15, en étant délimitée par deux bords longitudinaux sensiblement rectilignes 22a, 23a et par deux bords circonférentiels 24a et 26a en formes d’arcs de cercles, cette portion 19a ayant ainsi dans l’ensemble un contour approximativement trapézoïdal. Les bords longitudinaux 22a et 23a s’étendent chacun dans un plan contenant l’axe AX, et les bords circonférentiels 24a, 26a ont des formes en arcs de cercles centrés sur cet axe AX. Comme visible sur cette , chaque bord circonférentiel 24a, 26a a une forme de portion de couronne plane s’étendant dans un plan normal à l’axe AX en étant pourvue d’une série de trous 27 qui sont régulièrement espacés les uns des autres autour de l’axe AX. Chacun de ces bords constitue un rebord replié à angle droit par rapport à la paroi principale 25a de la portion 19a, selon une direction s’éloignant de l’axe AX, cette paroi principale constituant le corps de cette portion 19a et ayant une forme de secteur angulaire de tronc de cône. De la même façon, la portion 21a a une forme correspondant à un secteur angulaire de la virole interne 16, en étant délimitée par deux bords longitudinaux rectilignes 28a, 29a, et par deux bords circonférentiels 31a, 32a en arcs de cercles, cette portion 21a ayant elle aussi dans l’ensemble un contour approximativement trapézoïdal. Les bords 28a et 29a s’étendent chacun dans un plan contenant l’axe AX, et les bords 31a, 32a sont centrés sur l’axe AX. Ces bords 31a et 32a sont là aussi des rebords repliés à angle droit par rapport à la paroi principale 33a de la portion 21a, et ils sont aussi pourvus de trous 27 régulièrement espacés. A la différence de la portion 19a, les bords circonférentiels 31a et 32a de la portion 21a sont repliés en direction de l’axe AX. Les autres secteurs du carter 13, à savoir les secteurs 18b-18f ont une structure générale et une géométrie identiques au secteur 18a, deux secteurs pouvant différer l’un de l’autre essentiellement par la disposition d’inserts ou de trous de fixation de composants du turboréacteur non représentés. Comme visible sur la , les deux secteurs 18a et 18b sont raccordés l’un à l’autre par un organe de fixation externe 34a solidarisant rigidement leurs portions de viroles externes 19a et 19b l’une à l’autre, et par un organe de fixation interne 36a solidarisant rigidement leurs portions de viroles internes 21a et 21b l’une à l’autre. L’organe de fixation externe 34a comporte une barrette 37a ayant une forme de languette à contour essentiellement rectangulaire ainsi qu’un premier arc 38a et un deuxième arc 39a. Le premier arc 38a est rigidement solidarisé en son centre à une extrémité de la barrette 37a, et le deuxième arc 39a est rigidement solidarisé en son centre à l’extrémité opposée de la barrette 37a. Chaque arc a une forme de portion de couronne s’étendant dans un plan normal à l’axe de la barrette 37a et ayant une étendue angulaire légèrement inférieure à celle d’une portion externe 19a ou 19b, et il comporte des trous 41 régulièrement espacés les uns des autres. La largeur d’un arc selon un plan normal à celui de la barrette 37a est légèrement inférieure à la largeur des bords 24a, 26a, 24b, 26b des portions externes 19a et 19b selon une direction radiale par rapport à l’axe AX, et ces arcs 38a et 39a ont des rayons sensiblement identiques aux rayons des bords, de façon à pouvoir être appliqués contre ces bords. Lorsque l’organe de fixation 34a est installé, la barrette 37a s’étend entre les bords longitudinaux 23a et 22b, pour assurer une étanchéité optimale entre ceux-ci. Une moitié du premier arc 38a est alors appliquée contre une moitié du bord circonférentiel 24a et son autre moitié est appliquée contre une moitié du bord circonférentiel 24b pour les solidariser l’un à l’autre, en étant fixé à ceux-ci par des boulonnages ou rivetages traversant les trous 27 et 41. D’une manière analogue, une moitié du deuxième arc 39a est alors appliquée contre le bord circonférentiel 26a et son autre moitié est appliquée contre une moitié du bord circonférentiel 26b pour les solidariser l’un à l’autre, en étant fixé à ceux-ci par des boulonnages ou rivetages traversant les trous 27 et 41. En pratique, le positionnement de l’organe de fixation externe 34a consiste à le placer radialement sous les portions 19a et 19b en positionnant sa barrette 37a en vis-à-vis de l’espace séparant les bords longitudinaux 23a et 22a, et à le déplacer radialement en l’écartant de l’axe AX. Ce déplacement permet d’emboîter la barrette 37a entre les bords 23a et 22b tout en plaçant ses arcs 38a et 39a respectivement contre les faces externes des bords circonférentiels 24a et 24b et contre les faces externes des bords circonférentiels 26a et 26b. Lorsque l’organe 34a a été positionné, ses arcs peuvent être fixés aux portions 19a et 19b, par boulonnage ou rivetage à travers les trous 27 et 41 prévus à cet effet. D’une manière analogue, les portions internes 21a et 21b sont fixées par l’organe de fixation interne 36a qui comporte lui aussi une barrette 43a en forme de languette rectangulaire ainsi qu’un premier arc 44a et un deuxième arc 46a. Le premier arc 44a est rigidement solidarisé en son centre à une extrémité de la barrette 43a, et le deuxième arc 46a est rigidement solidarisé en son centre à l’extrémité opposée de cette barrette 43a. Chaque arc a une forme de portion de couronne s’étendant dans un plan normal à l’axe de la barrette 43a avec une étendue angulaire légèrement inférieure à celle d’une portion interne 21a ou 21b, et il comporte des trous 41 régulièrement espacés. La largeur d’un arc est légèrement inférieure à celle des bords 31a, 32a, 31b des portions internes 21a et 21b, et ces arcs 44a et 46a ont des rayons correspondant à ceux des bords, pour être appliqués contre ces derniers. Lorsque l’organe de fixation 36a est en place, la barrette 43a s’étend entre les bords longitudinaux 29a et 28b des portions internes, pour former une jonction étanche. Une moitié du premier arc 44a est alors appliquée contre une moitié du bord circonférentiel 31a et son autre moitié contre une moitié du bord circonférentiel 24b, en étant fixé par boulonnage ou rivetage à travers les trous 27 et 41. Une moitié du deuxième arc 46a est alors contre le bord circonférentiel 32a et son autre moitié est contre une moitié du bord circonférentiel correspondant de la portion 21b, en étant fixé par boulonnage ou rivetage à travers les trous 27 et 41. En pratique, le positionnement de l’organe de fixation interne 36a consiste à le placer radialement sur les portions 21a et 21b en plaçant sa barrette 43a en vis-à-vis de l’espace séparant les bords longitudinaux 29a et 28b, et à le rapprocher de l’axe AX pour emboîter cette barrette 43a entre les bords 29a et 28b tout en plaçant ses arcs 44a et 46a respectivement contre les faces externes des bords circonférentiels 31a et 31b et contre les faces externes des bords circonférentiels opposés des portions 21a et 21b. Lorsque l’organe 36a a été positionné, ses arcs peuvent être fixés aux portions internes 21a et 21b, par boulonnage ou rivetage à travers les trous 27 et 41. Comme visible sur la , chaque organe de fixation comporte une barrette aux extrémités de laquelle les deux arcs sont fixés par boulonnage ou rivetage à travers des trous correspondants 41 formés dans ces arcs et d’autres trous formés aux extrémités de la barrette. Dans l’exemple de la , les organes de fixation sont préassemblés avant leur fixation aux portions de viroles qu’ils solidarisent l’une à l’autre. Mais il est également possible de procéder par étapes, en partant d’organes de fixation non préassemblés. Dans ce cas, les arcs d’un organe de fixation sont d’abord fixés aux bords circonférentiels des portions de viroles pour les solidariser l’une à l’autre, après quoi la barrette longitudinale de cet organe peut être insérée entre les bords longitudinaux de ces portions de viroles avant d’être fixée par ses extrémités aux deux arcs. Par ailleurs, et comme illustré schématiquement sur la , les barrettes longitudinales ont avantageusement leurs bords agencés pour optimiser l’étanchéité qu’ils assurent entre les deux portions de viroles qu’elles réunissent. Plus particulièrement, la barrette 43a visible sur la comporte au niveau de chacun de ses bords longitudinaux une rainure, ces rainures étant repérées par 47a et 48a. Comme visible sur cette , la rainure 47a présente une épaisseur correspondant à l’épaisseur du bord 29a de la portion de virole 21a, ce qui permet à ce bord d’être emboîté dans cette rainure lorsque l’ensemble est monté, de façon à assurer une étanchéité optimale de la jonction entre la barrette et la portion de virole. De la même manière, la rainure 48a présente une épaisseur correspondant à celle du bord 28b de la portion de virole 21b pour permettre à ce bord de s’y emboîter. Complémentairement aux organes de fixation, le carter peut être équipé de cerclages métalliques venant renforcer la tenue mécanique apportée par ces organes de fixation. Dans ce cas, ces cerclages additionnels, non représentés sur les figures sont portés uniquement par les organes de fixation, de façon à maintenir une isolation électrique satisfaisante entre les différents secteurs du carter. D’une manière générale, les secteurs du carter sont fabriqués en alliage métallique pour être électriquement conducteurs, et les organes de fixation qui sont électriquement isolants sont avantageusement fabriqués en matériau céramique électriquement isolant tant en ce qui concerne leurs arcs que leurs barrettes longitudinales. La céramique utilisée peut être la céramique dite Ox Ox, connue sous l’appellation d’Alumine Al203, ou encore du verre réfractaire comportant 80% de SiO2 et divers composés comme le B2O3, Na2O, Al2O3. Une autre céramique telle que le Nitrure de Silicium Si3N4 peut également être utilisée. Dans l’exemple des figures, le carter sectorisé est un carter inter-turbines qui comporte six secteurs, pour connecter une machine électrique pouvant être moteur d’entrainement de l’arbre central ou du corps haute pression, ou bien être un générateur de courant entraîné par l’arbre central ou le corps haute pression. Ce carter comporte ici six secteurs pour assurer la connexion de trois phases électriques, chaque phase passant par exemple en parallèle à travers deux secteurs diamétralement opposés autour de l’axe longitudinal. Une même phase pouvant aussi être dédoublée pour correspondre à deux connexions distinctes dont l’une est prévue en redondance en cas de défaillance de l’autre phase. D’une manière générale, le nombre de secteurs est adapté à la configuration de la machine électrique, attendu par exemple que le carter pourrait avoir deux ou quatre secteurs dans le cas d’une machine électrique ayant deux phases au lieu de trois. Par ailleurs, l’invention a été décrite pour le cas d’un carter inter-turbines mais elle s’applique à tout carter de turbomachine, comme par exemple un carter d’entrée, un carter intermédiaire, un carter inter-compresseurs, ou autre. Turbomachine s’étendant selon une direction longitudinale (AX), comprenant un carter (13) incluant une virole externe (15) et une virole interne (16) concentriques, et des bras radiaux (17a-17f) reliant la virole externe (15) à la virole interne (16), cette turbomachine étant traversée par un flux primaire chaud circulant longitudinalement entre les deux viroles (15, 16) et par un flux secondaire froid circulant longitudinalement autour de la virole externe (15), ce carter (13) comprenant des secteurs (18a-18f) électriquement conducteurs rigidement solidarisés les uns aux autres par des organes de fixation (34a, 36a) électriquement isolants, chaque secteur (18a-18f) comprenant une portion de virole externe (19a) reliée à une portion de virole interne (21a) par un bras radial (17a-17f). Turbomachine selon la revendication 1, comprenant des barrettes longitudinales (37a, 43a) électriquement isolantes interposées chacune entre deux bords longitudinaux (23a, 22b ; 29a, 28b) de deux portions de viroles (19a, 19b ; 21a, 21b) circonférentiellement contiguës pour les solidariser l’une à l’autre de manière étanche. Turbomachine selon la revendication 1, comprenant des arcs (38a, 39a ; 44a, 46a) électriquement isolants fixés chacun à deux bords circonférentiels (24a, 24b, 26a, 26b ; 31a, 31b, 32a) de deux portions de viroles (19a, 19b ; 21a, 21b) circonférentiellement contiguës pour les solidariser l’un à l’autre. Turbomachine selon les revendications 2 et 3, comprenant des organes de fixation (34a, 36a) incluant chacun une barrette longitudinale (37a, 43a) et deux arcs (38a, 39a ; 44a, 46a) fixés chacun à une extrémité de la barrette (37a, 43a). Turbomachine selon la revendication 4, dans laquelle les organes de fixation (34a, 36a) sont fixés aux portions de viroles (19a, 19b ; 21a, 21b) par rivetage ou boulonnage à travers des trous (41) formés dans ces organes de fixation (34a, 36a) et à travers des trous (27) formés dans les bords circonférentiels (24a, 24b, 26a, 26b ; 31a, 31b, 32a) des portions de viroles (19a, 19b ; 21a, 21b). Turbomachine selon la revendication 4, dans laquelle chaque arc (38a, 39a ; 44a, 46a) est fixé à une extrémité de barrette (37a, 43a) par boulonnage ou rivetage à travers des trous (41) formés dans l’arc et des trous formés aux extrémités des barrettes (37a, 43a). Turbomachine selon la revendication 5, dans laquelle les bords circonférentiels (24a, 24b, 26a, 26b ; 31a, 31b, 32a) des portions de viroles (19a, 19b ; 21a, 21b) s’étendent dans des plans normaux à l’axe longitudinal (AX). Turbomachine selon la revendication 2, comprenant au moins une barrette longitudinales (37a, 43a) ayant des bords longitudinaux pourvus de rainures (47a, 48a) dans lesquelles s’emboîtent les bords longitudinaux (23a, 22b ; 29a, 28b) des deux portions de viroles (19a, 19b ; 21a, 21b) entre lesquelles cette barrette longitudinale (37a, 43a) est interposée. Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle les organes de fixation (34a, 36a) sont fabriqués en matériau céramique. Turboréacteur comprenant une turbomachine selon l’une des revendications précédentes.