Brevet FR3124542A1 — publié le 20221230

Turbomachine (10) d’aéronef, comportant : - une enceinte annulaire (Z) de circulation d’air de ventilation, cette enceinte s’étendant autour d’un axe principal (A) de la turbomachine et comportant au moins une entrée d’air (80) et au moins une sortie d’air (82, 83), - une machine électrique (70) de forme annulaire s’étendant autour de l’axe principal (A) de la turbomachine, à l’intérieur de l’enceinte (Z), et comportant un rotor (70a) et un stator (70b) coaxiaux qui définissent entre eux un entrefer annulaire (84) de passage d’un premier flux d’air (F2) de ventilation, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un piège magnétique (100) à particules métalliques, ce piège étant situé dans ladite enceinte (Z) et étant configuré pour attirer et retenir les particules métalliques contenues dans ledit premier flux d’air (F2). Figure pour l'abrégé : Figure 5 TURBOMACHINE D’AERONEF EQUIPEE D’UNE MACHINE ELECTRIQUE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne une turbomachine d’aéronef équipée d’une machine électrique, ainsi qu’un procédé de maintenance de cette turbomachine. Arrière-plan technique L’état de l’art comprend notamment les documents FR-A1-2 842 565, FR-A1-2 896 537 et FR-A1-2 922 265 qui décrivent des turbomachines équipées de machines électriques. Le monde aéronautique se pose aujourd’hui de nombreuses questions quant à la pertinence d’utiliser des moteurs hybrides pour l’aviation commerciale. L’utilisation de l’énergie électrique est aujourd’hui envisagée non seulement pour répondre à des fonctions de l’aéronef mais également pour électrifier des fonctions de la turbomachine. Ce constat conduit à étudier des solutions d’architecture moteur hybridée, combinant l’énergie fossile du carburant et l’énergie électrique pour assurer l’entraînement de la partie propulsive (soufflante de la turbomachine) et l’alimentation de certaines fonctions moteurs et/ou aéronef. Il est connu d’équiper une turbomachine d’aéronef avec une machine électrique. On rappelle qu’une machine électrique est un dispositif électromécanique basé sur l’électromagnétisme permettant la conversion d’énergie électrique par exemple en travail ou énergie mécanique. Ce processus est réversible et peut servir à produire de l’électricité. Ainsi, suivant l’usage final d’une machine, on utilise les termes de : - générateur pour désigner une machine électrique produisant de l'énergie électrique à partir d'une énergie mécanique, - moteur pour une machine électrique produisant une énergie mécanique à partir d'une énergie électrique. Une machine électrique peut également se comporter en mode moteur comme en mode générateur. L’intégration d’une machine électrique dans une turbomachine est relativement complexe. Plusieurs zones d’installation sont possibles mais les avantages et les inconvénients de chacune sont nombreux et divers (problème d’intégration mécanique de la machine, tenue en température de la machine, accessibilité de la machine, etc.). Une machine électrique comprend classiquement un rotor et un stator. La Demanderesse a déjà proposé d’intégrer une machine électrique de forme annulaire directement en aval d’une soufflante de la turbomachine. Cette machine électrique est située dans une enceinte annulaire dans laquelle circule un flux d’air de ventilation en fonctionnement. Cet air est en général prélevé dans le moteur ou générateur de gaz de la turbomachine et circule à travers des joints d’étanchéité en passant au voisinage de paliers à roulements. Ces paliers sont susceptibles de s’user et de générer des poussières métalliques dont certaines peuvent polluer l’air de ventilation. L’air de ventilation qui circule dans l’enceinte de logement de la machine électrique peut donc comprendre des particules métalliques. Le rotor et le stator de la machine électrique sont séparés par un entrefer annulaire à travers lequel de l’air de ventilation peut circuler. Les particules métalliques contenues dans cet air sont alors susceptibles d’être attirées et retenues par les aimants permanents du stator ou du rotor et de s’accumuler dans cet entrefer. Cet entrefer doit avoir une dimension précise et ce phénomène risque d’entraîner une modification de cette dimension voire un comblement de cet entrefer, ce qui est très problématique. Par ailleurs, une autre problématique de ce type de machine électrique est sa maintenance et son accès dans un environnement restreint. La présente invention propose une solution à au moins une partie des problèmes évoqués dans ce qui précède. L’invention propose une turbomachine d’aéronef, comportant : - une enceinte annulaire de circulation d’air de ventilation, cette enceinte s’étendant autour d’un axe principal de la turbomachine et comportant au moins une entrée d’air et au moins une sortie d’air, - une machine électrique de forme annulaire s’étendant autour de l’axe principal de la turbomachine, à l’intérieur de l’enceinte, et comportant un rotor et un stator coaxiaux qui définissent entre eux un entrefer annulaire de passage d’un premier flux d’air de ventilation, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un piège magnétique à particules métalliques, ce piège étant situé dans ladite enceinte et étant configuré pour attirer et retenir les particules métalliques contenues dans ledit premier flux d’air. L’invention propose ainsi d’attirer et de piéger les particules magnétiques contenues dans le premier flux d’air afin d’éviter que ce flux d’air soit pollué avec ces particules. Le flux d’air qui passe à travers l’entrefer de la machine électrique est donc exempt de particules magnétiques ce qui limite le risque de dépôt et d’amalgame de particules dans cette zone. L’invention est particulièrement avantageuse dans la mesure où le piège a un fonctionnement autonome et continu, dans la mesure où il ne doit pas être contrôlé et fonctionne en permanence. En fonction de la quantité de particules magnétiques contenues dans le flux d’air et déposées sur le piège, celui-ci peut faire l’objet d’une opération de maintenance lors de laquelle il est nettoyé, ou démonté et remplacé par un neuf. Cette opération de maintenance peut être réalisée à intervalle de temps réguliers lors d’une maintenance de la turbomachine par exemple. La turbomachine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le piège à particules comprend une couronne d’aimants s’étendant autour de l’axe principal de la turbomachine ; - la couronne d’aimants est située sur une circonférence dont le diamètre D est compris entre Dmin et Dmax, qui sont respectivement le diamètre minimal et le diamètre maximal de la machine électrique ; - la couronne d’aimants comprend un anneau de support et une pluralité d’aimants régulièrement répartis sur l’anneau support et autour de l’axe principal ; - la couronne d’aimants est fixée à une paroi de l’enceinte par des moyens de fixation amovible ; - le stator de la machine électrique est porté par un premier élément annulaire de support dont une extrémité est fixée à ladite paroi de l’enceinte, et entoure ladite couronne d’aimants ; - le premier élément comprend, en amont de la couronne d’aimants, des ouvertures formant ladite au moins une sortie d’air ; - le rotor de la machine électrique est porté par un second élément annulaire de support qui comprend une paroi cylindrique entourée par le rotor et fixée à la périphérie interne de ce dernier ; - cette paroi cylindrique comporte, du côté opposé à la couronne d’aimants, des orifices traversants de passage d’un second flux d’air de ventilation ; - ladite au moins une entrée d’air est située à une périphérie interne de l’enceinte, et ladite au moins une sortie d’air est située à une périphérie externe de l’enceinte ; - le second élément annulaire de support comprend une paroi annulaire radiale dont la périphérie externe est reliée à ladite paroi cylindrique et la périphérie interne est reliée à arbre d’entraînement ; - la paroi annulaire radiale comporte des orifices traversants de passage d’un second flux d’air de ventilation ; - le premier élément de support comprend des premières extensions annulaires qui s’étendent axialement vers l’amont et des secondes extensions annulaires qui s’étendent axialement vers l’aval, la paroi annulaire radiale du second élément de support comprenant des troisièmes extensions annulaires qui s’étendent axialement vers l’amont, des joints d’étanchéité dynamique étant prévus entre les secondes extensions et des troisièmes extensions ; - la paroi annulaire radiale et l’arbre d’entraînement à laquelle elle est reliée délimitent tous les deux une partie de ladite enceinte, des joints d’étanchéité dynamique étant prévus entre les premières extensions et cet arbre d’entraînement ; - la machine électrique est montée en aval d’une soufflante configurée pour tourner autour dudit axe principal, le rotor de la machine électrique étant solidaire en rotation de la soufflante ; et/ou la machine électrique est montée à l’intérieur d’un cône d’échappement de la turbomachine, le rotor de la machine électrique étant solidaire en rotation d’un arbre d’entraînement de la turbomachine s’étendant jusque dans ce cône d’échappement ; - l’enceinte est située juste en aval de la soufflante, ladite au moins une entrée d’air étant formée par un joint d’étanchéité dynamique monté entre un support annulaire de paliers et un arbre d’entrainement de la soufflante, et ladite au moins une sortie d’air étant située dans une veine d’écoulement d’un flux d’air en sortie de la soufflante ; et/ou l’enceinte est située à l’intérieur du cône d’échappement, ladite au moins une entrée d’air étant formée par au moins un joint d’étanchéité dynamique prévu entre le premier élément de support et l’arbre d’entraînement, et/ou une ouverture formée dans l’arbre d’entrainement, et ladite au moins une sortie d’air étant située dans une veine d’écoulement d’un flux d’air en sortie du cône d’échappement. La présente invention concerne encore un procédé de maintenance d’une turbomachine telle que décrite ci-dessus, comprenant une étape dans laquelle le piège à particules est démonté, puis est nettoyé et remonté, ou remplacé par un neuf. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la est une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine d’aéronef ; la est une demi vue schématique partielle en coupe axiale d’une turbomachine d’aéronef équipée d’une machine électrique; la est une vue à plus grande échelle d’une partie de la ; la est une vue à plus grand échelle d’un détail I 4 de la ; la est une demi vue schématique partielle en coupe axiale d’une turbomachine d’aéronef équipée d’une machine électrique selon un premier aspect de l’invention ; la est une vue très schématique partielle de la couronne d’aimants de la turbomachine de la ; la est une demi vue schématique partielle en coupe axiale d’une turbomachine d’aéronef équipée d’une machine électrique ; la est une vue à plus grande échelle d’une partie de la ; la est une demi vue schématique partielle en coupe axiale d’une turbomachine d’aéronef équipée d’une machine électrique selon un second aspect de l’invention ; et la est une demi vue schématique partielle d’une variante de réalisation de la machine électrique de la . Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. Turbomachine (10) d’aéronef, comportant : - une enceinte annulaire (Z) de circulation d’air de ventilation, cette enceinte s’étendant autour d’un axe principal (A) de la turbomachine et comportant au moins une entrée d’air (80) et au moins une sortie d’air (82, 83), - une machine électrique (70) de forme annulaire s’étendant autour de l’axe principal (A) de la turbomachine, à l’intérieur de l’enceinte (Z), et comportant un rotor (70a) et un stator (70b) coaxiaux qui définissent entre eux un entrefer annulaire (84) de passage d’un premier flux d’air (F2) de ventilation, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un piège magnétique (100) à particules métalliques, ce piège étant situé dans ladite enceinte (Z) et étant configuré pour attirer et retenir les particules métalliques contenues dans ledit premier flux d’air (F2). Turbomachine (10) selon la revendication 1, dans laquelle le piège à particules (100) comprend une couronne d’aimants (102) s’étendant autour de l’axe principal (A) de la turbomachine. Turbomachine (10) selon la revendication 2, dans laquelle la couronne d’aimants (102) comprend un anneau de support (104) et une pluralité d’aimants (106) régulièrement répartis sur l’anneau support (104) et autour de l’axe principal (A). Turbomachine (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite au moins une entrée d’air (80) est située à une périphérie interne de l’enceinte (Z), et ladite au moins une sortie d’air (82, 83) est située à une périphérie externe de l’enceinte. Turbomachine (10) selon l’une des revendications 2 à 4, dans laquelle la couronne d’aimants (102) est fixée à une paroi de l’enceinte (Z) par des moyens de fixation amovible. Turbomachine (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans laquelle la couronne d’aimants (102) est située sur une circonférence (C) dont le diamètre (D) est compris entre Dmin et Dmax, qui sont respectivement le diamètre minimal et le diamètre maximal de la machine électrique (70). Turbomachine (10) selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle le stator (70b) de la machine électrique (70) est porté par un premier élément annulaire de support (74) dont une extrémité est fixée à ladite paroi de l’enceinte (Z), et entoure ladite couronne d’aimants (102). Turbomachine (10) selon la revendication 7, dans laquelle le premier élément (74) comprend, en amont de la couronne d’aimants (102), des ouvertures (830) formant ladite au moins une sortie d’air (83). Turbomachine (10) selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle le rotor (70a) de la machine électrique (70) est porté par un second élément annulaire de support (72) qui comprend une paroi cylindrique (72a) entourée par le rotor (70a) et fixée à la périphérie interne de ce dernier. Turbomachine (10) selon la revendication 9, dans laquelle ladite paroi cylindrique (72a) comporte, du côté opposé à la couronne d’aimants (102), des orifices (110) traversants de passage d’un second flux d’air de ventilation (F6). Turbomachine (10) selon la revendication 9, dans laquelle le second élément annulaire de support (72) comprend une paroi annulaire radiale (72b) dont la périphérie externe est reliée à ladite paroi cylindrique (72a) et la périphérie interne est reliée à arbre d’entraînement (58). Turbomachine (10) selon la revendication 11, dans laquelle la paroi annulaire radiale (72b) comporte des orifices (110) traversants de passage d’un second flux d’air de ventilation (F6). Turbomachine (10) selon l’une des revendications 11 et 12, dans laquelle le premier élément de support (74) comprend des premières extensions annulaires (742a, 742b) qui s’étendent axialement vers l’amont et des secondes extensions annulaires (744a, 744b) qui s’étendent axialement vers l’aval, la paroi annulaire radiale (72b) du second élément de support (72) comprenant des troisièmes extensions annulaires (724a, 724b) qui s’étendent axialement vers l’amont, des joints d’étanchéité (87a, 87) dynamique étant prévus entre les secondes extensions (744a, 744b) et des troisièmes extensions (724a, 724b). Turbomachine (10) selon la revendication 13, dans laquelle la paroi annulaire radiale (72b) et l’arbre d’entraînement (58) à laquelle elle est reliée délimitent tous les deux une partie de ladite enceinte (Z), des joints d’étanchéité (89a, 89b) dynamique étant prévus entre les premières extensions (742a, 742b) et cet arbre d’entraînement (58). Turbomachine (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la machine électrique (70) est montée en aval d’une soufflante (14) configurée pour tourner autour dudit axe principal (A), le rotor (70a) de la machine électrique (70) étant solidaire en rotation de la soufflante (14), et/ou la machine électrique (70) est montée à l’intérieur d’un cône d’échappement (29) de la turbomachine (10), le rotor (70a) de la machine électrique (70) étant solidaire en rotation d’un arbre d’entraînement (58) de la turbomachine s’étendant jusque dans ce cône d’échappement (29). Turbomachine (10) selon la revendication 15, dans laquelle l’enceinte (Z) est située juste en aval de la soufflante (14), ladite au moins une entrée d’air (80) étant formée par un joint d’étanchéité dynamique (86) monté entre un support annulaire de paliers (62) et un arbre (32) d’entrainement de la soufflante, et ladite au moins une sortie d’air (82) étant située dans une veine d’écoulement d’un flux d’air (F) en sortie de la soufflante (14), et/ou l’enceinte (Z) est située à l’intérieur du cône d’échappement (29), ladite au moins une entrée d’air (80) étant formée par au moins un joint d’étanchéité dynamique (89a, 89b) prévu entre le premier élément de support (74) et l’arbre d’entraînement (58), et/ou par une ouverture (800) formée dans l’arbre d’entrainement (58), et ladite au moins une sortie d’air (82, 83) étant située dans une veine d’écoulement d’un flux d’air (F) en sortie du cône d’échappement (29). Procédé de maintenance d’une turbomachine (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape dans laquelle le piège à particules (100) est démonté, puis est nettoyé et remonté, ou remplacé par un neuf.