Brevet FR3132732A1 — publié le 20230818

L’invention concerne une turbomachine (1) un arbre basse pression (8) présentant un passage interne (18) pour un premier flux d’air (A1) et un premier tronçon (8a), un deuxième tronçon (8b) comprenant une première portion tronconique (8b’), une enceinte de lubrification intermédiaire (16) dans laquelle est agencé au moins un palier (20c), l’enceinte de lubrification intermédiaire (16) étant agencée dans un carter intermédiaire (10), une enceinte d’air (25) annulaire configurée pour être alimentée en air provenant d’un compresseur basse pression (3), l’enceinte d’air (25) étant délimitée axialement, au moins en partie, par la première portion tronconique (8b’) et une paroi de séparation (80a) radiale montée autour du premier tronçon (8a), la première portion tronconique (8b’) présentant en outre un orifice (19) pour permettre un passage du premier flux d’air (A1) de l’enceinte d’air (25) vers le passage interne (18). Figure d’abrégé : 2 TURBOMACHINE POUR UN AERONEF Domaine technique de l'invention L’invention concerne le domaine technique des turbomachines pour les aéronefs. Arrière-plan technique Une turbomachine d’aéronef s’étend généralement le long et autour d’un axe longitudinal. Elle comprend un générateur de gaz qui comporte typiquement d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion des gaz, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Le rotor du compresseur basse pression est typiquement relié au rotor de la turbine basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression. Le rotor du compresseur haute pression est quant à lui relié au rotor de la turbine haute pression par un arbre haute pression. L’arbre haute pression est généralement agencé coaxialement autour de l’arbre basse pression. La turbomachine comprend en outre une soufflante qui est située en amont du générateur de gaz et qui est entrainée en rotation autour de l’axe longitudinal par un arbre de soufflante. L’arbre de soufflante peut être relié à l’arbre basse pression par l’intermédiaire d’un réducteur de vitesse. L’arbre basse pression est guidé en rotation par l’intermédiaire de paliers de guidage qui doivent être lubrifiés pour assurer leur bon fonctionnement. Aussi, le réducteur de vitesse présente des engrènements et doit également être lubrifié pour assurer son bon fonctionnement. Il est donc connu de projeter de l’huile de lubrification sur les paliers de guidage et dans le réducteur. Afin de préserver les organes connexes de la turbomachine de cette huile de lubrification, les paliers de guidage de l’arbre basse pression sont typiquement agencés dans des enceintes de lubrification. Les paliers de guidage situés à l’amont de la turbomachine sont situés dans une enceinte de lubrification intermédiaire, et les paliers de guidage situés à l’aval de la turbomachine sont agencés dans une enceinte de lubrification aval. Le réducteur peut quant à lui être agencé dans une enceinte de lubrification amont. Les enceintes de lubrification contiennent un brouillard d’huile de lubrification sous pression qu’il est nécessaire de contenir pour éviter des fuites d’huile vers l’extérieur des enceintes et pour préserver les organes connexes de la turbomachine. Les enceintes sont en général délimitées par des parois ou des éléments de rotor et par des parois ou des éléments de stator. En fonctionnement, il est donc nécessaire d’assurer une étanchéité entre les parois ou éléments de stator et de rotor. Cette étanchéité est assurée par des joints d’étanchéité dynamique montés entre les éléments ou parois de stator et les éléments ou parois de rotor qui délimitent de façon étanche les enceintes de lubrification. Pour limiter les fuites d’huile à l’extérieur de l’enceinte au travers de ces joints d’étanchéité, il est nécessaire d’ajuster les pressions entre l’intérieur et l’extérieur des enceintes de lubrification. A cet effet, il est nécessaire d’amener de l’air pressurisé jusqu’aux joints d’étanchéité. La pression de l’air à l’extérieur de l’enceinte doit être supérieure à la pression à l’intérieur de l’enceinte. L’air pressurisé situé à l’extérieur de l’enceinte va donc naturellement traverser les joints d’étanchéité et pénétrer dans l’enceinte, ce qui empêchera les fuites de l’huile depuis l’enceinte vers l’extérieur à travers ces joints. Dans la technique actuelle, une solution pour pressuriser les joints d’étanchéité de l’enceinte de lubrification aval consiste à prélever de l’air dans les étages amont du compresseur haute pression et à diriger cet air axialement jusqu’aux joints de cette enceinte. Cependant, cette solution ne donne pas entière satisfaction puisque l’air prélevé dans les étages amont du compresseur haute pression doit traverser tous les étages du compresseur haute pression avant d’atteindre l’enceinte aval. Par conséquent, la température de cet air augmente lors de son trajet et atteint une température élevée en arrivant à l’enceinte de lubrification aval. Une température de l’air de pressurisation de l’enceinte de lubrification aval trop élevée n’est pas souhaitée car elle favoriserait la cokéfaction de l’huile de lubrification dans l’enceinte de lubrification aval. Dans ce contexte, il existe un besoin de fournir une turbomachine permettant d’assurer l’étanchéité de l’enceinte de lubrification aval en limitant les risques de cokéfaction de l’huile de lubrification dans cette enceinte. A cet effet, l’invention propose une turbomachine pour un aéronef, la turbomachine s’étendant le long d’un axe longitudinal et comprenant : - un compresseur basse pression comprenant un rotor de compresseur, - un arbre basse pression d’entrainement du rotor de compresseur, l’arbre basse pression étant centré sur l’axe longitudinal et présentant un passage interne destiné à la circulation d’un premier flux d’air le long de l’axe longitudinal de l’amont vers l’aval, l’arbre basse pression comprenant : - un premier tronçon cylindrique, - un deuxième tronçon solidaire en rotation du premier tronçon et agencé en amont du premier tronçon, le deuxième tronçon comprenant une première portion tronconique reliée au rotor de compresseur, - un carter intermédiaire agencé autour du premier tronçon et en aval du compresseur basse pression, - au moins un palier de guidage en rotation de l’arbre basse pression agencé radialement entre le premier tronçon et le carter intermédiaire, - une enceinte de lubrification intermédiaire annulaire dans laquelle est agencé ledit au moins un palier, l’enceinte de lubrification intermédiaire étant agencée dans le carter intermédiaire, - une enceinte d’air annulaire configurée pour être alimentée en air provenant du compresseur basse pression, l’enceinte d’air étant délimitée axialement, au moins en partie, par la première portion tronconique et une paroi de séparation radiale montée autour du premier tronçon, la première portion tronconique présentant en outre au moins un orifice faisant communiquer l’enceinte d’air avec le passage interne pour permettre un passage du premier flux d’air de l’enceinte d’air vers le passage interne. Grâce au passage interne de l’arbre basse pression, il est possible de faire circuler le premier flux d’air prélevé dans le compresseur basse pression d’amont en aval. Ce premier flux d’air peut être utilisé pour la pressurisation de l’enceinte de lubrification aval. Grâce à une telle configuration, il n’est plus nécessaire de traverser les étages du compresseur haute pression. La température du premier flux d’air est alors maintenue à une température adéquate pour limiter la cokéfaction de l’huile dans cette enceinte de lubrification. En outre, selon l’invention, l’arbre basse pression présente des premier et second tronçons. Le premier tronçon est destiné à être relié à la turbine basse pression et le deuxième tronçon est relié au compresseur basse pression. Grâce à la présence d’un premier tronçon cylindrique relié à la turbine basse pression et d’un deuxième tronçon tronconique muni de l’orifice et relié au compresseur basse pression, il est possible d’assurer l’entrée du premier flux d’air dans le passage interne sans percer le premier tronçon. Ceci permet de répondre aux contraintes d’intégration mécanique de l’arbre basse pression relié à la turbine basse pression sans impacter les performances de la turbomachine. En effet, un perçage de la partie de l’arbre basse pression reliée à la turbine basse pression implique de surdimensionner localement l’épaisseur de l’arbre basse pression au niveau du perçage pour maintenir une résistance mécanique de l’arbre suffisante. Or, l’arbre basse pression étant destiné à être agencé à l’intérieur de l’arbre haute pression, une surépaisseur locale de l’arbre basse pression nécessite d’augmenter le diamètre de l’arbre haute pression ou de réduire les jeux entre les deux arbres. Les performances de la turbomachine sont alors réduites dans une telle configuration. L’invention surmonte cet inconvénient. En outre, en s’affranchissant d’un perçage sur le premier tronçon, il n’est pas nécessaire de prévoir des joints dynamiques (par exemple à labyrinthe) entre ce premier tronçon et l’arbre haute pression pour limiter les fuites au travers de ce perçage, ce qui permet de diminuer le nombre de joints dans cette zone et donc d’améliorer la fiabilité de l’ensemble. L’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l’enceinte d’air est délimitée extérieurement, au moins en partie, par une première paroi axiale s’étendant axialement vers l’amont à partir de la paroi de séparation et une deuxième paroi axiale reliée à la première portion tronconique et s’étendant axialement vers l’aval, les première et seconde parois délimitant axialement entre elles une entrée d’air pour permettre un passage du premier flux d’air du compresseur basse pression à l’intérieur de l’enceinte d’air, - une cavité d’air annulaire fixe agencée autour de l’enceinte d’air, la cavité d’air débouchant dans l’enceinte d’air et étant alimentée par de l’air provenant du compresseur basse pression, - la cavité d’air est délimitée axialement, au moins en partie, par un joint d’étanchéité dynamique logé radialement entre la première paroi axiale et le carter intermédiaire, et un joint d’étanchéité dynamique logé radialement entre la seconde paroi axiale et le carter intermédiaire, - une cavité de drainage agencée axialement entre l’enceinte de lubrification intermédiaire et la cavité d’air, - la cavité de drainage est délimitée axialement par le joint d’étanchéité dynamique logé radialement entre la première paroi axiale et le carter intermédiaire, et un joint d’étanchéité dynamique logé radialement entre la première paroi axiale et le carter intermédiaire et séparant la cavité de drainage de l’enceinte de lubrification intermédiaire, - un compresseur haute pression agencé en aval du carter intermédiaire et comprenant un rotor de compresseur, - un arbre haute pression agencé coaxialement autour du premier tronçon de l’arbre basse pression et relié au rotor de compresseur, le premier tronçon et l’arbre haute pression délimitant un espace annulaire pour la circulation d’un second flux d’air de l’aval vers l’amont, l’arbre haute pression comprenant un orifice radial débouchant dans l’espace annulaire pour le passage du second flux d’air de l’extérieur vers l’intérieur de l’espace annulaire, - un manchon agencé autour du premier tronçon et à l’intérieur du carter intermédiaire, le manchon étant solidaire de la paroi de séparation et délimitant axialement avec une extrémité amont de l’arbre haute pression une ouverture pour le passage du second flux d’air de l’espace annulaire vers l’enceinte de lubrification intermédiaire, - une soufflante mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et agencée à l’amont du compresseur basse pression, - un arbre de soufflante relié à la soufflante, - un réducteur de vitesse reliant l’arbre de soufflante à l’arbre basse pression, le réducteur de vitesse étant agencé dans une enceinte de lubrification amont, et le deuxième tronçon comprenant une paroi radiale s’étendant vers l’extérieur à partir de la première portion tronconique et reliant la première portion tronconique au rotor de compresseur, la paroi radiale présentant un trou axial pour le passage d’air de l’enceinte d’air vers l’enceinte de lubrification amont, - un réducteur de vitesse reliant l’arbre de soufflante à l’arbre basse pression, le réducteur de vitesse étant agencé dans une enceinte de lubrification amont, le deuxième tronçon comprenant une seconde portion tronconique reliée au réducteur de vitesse et à la première portion tronconique, la seconde portion tronconique présentant un trou débouchant dans le passage interne pour le passage d’air de l’enceinte d’air vers l’enceinte de lubrification amont. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est une vue schématique en coupe longitudinale d’une demi-turbomachine selon l’invention ; la est une vue de détail en coupe longitudinale d’une partie de la demi-turbomachine de la ; la est une vue en coupe longitudinale d’un premier exemple de réalisation de l’invention ; la est une vue en coupe longitudinale d’une variante de réalisation de la ; la est une vue en coupe longitudinale d’une autre variante de réalisation de la ; la est une vue en coupe longitudinale d’une autre variante de réalisation de la . Turbomachine (1) pour un aéronef, la turbomachine (1) s’étendant le long d’un axe longitudinal (X) et comprenant : - un compresseur basse pression (3) comprenant un rotor de compresseur (3a), - un arbre basse pression (8) d’entrainement du rotor de compresseur (3a), l’arbre basse pression (8) étant centré sur l’axe longitudinal (X) et présentant un passage interne (18) destiné à la circulation d’un premier flux d’air (A1) le long de l’axe longitudinal (X) de l’amont vers l’aval, l’arbre basse pression (8) comprenant : - un premier tronçon (8a) cylindrique, - un deuxième tronçon (8b) solidaire en rotation du premier tronçon (8a) et agencé en amont du premier tronçon (8a), le deuxième tronçon (8b) comprenant une première portion tronconique (8b’) reliée au rotor de compresseur (3a), - un carter intermédiaire (10) agencé autour du premier tronçon (8a) et en aval du compresseur basse pression (3), - au moins un palier (20c) de guidage en rotation de l’arbre basse pression (8) agencé radialement entre le premier tronçon (8a) et le carter intermédiaire (10), - une enceinte de lubrification intermédiaire (16) annulaire dans laquelle est agencé ledit au moins un palier (20c), l’enceinte de lubrification intermédiaire (16) étant agencée dans le carter intermédiaire (10), - une enceinte d’air (25) annulaire configurée pour être alimentée en air provenant du compresseur basse pression (3), l’enceinte d’air (25) étant délimitée axialement, au moins en partie, par la première portion tronconique (8b’) et une paroi de séparation (80a) radiale montée autour du premier tronçon (8a), la première portion tronconique (8b’) présentant en outre au moins un orifice (19) faisant communiquer l’enceinte d’air (25) avec le passage interne (18) pour permettre un passage du premier flux d’air (A1) de l’enceinte d’air (25) vers le passage interne (18). Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’enceinte d’air (25) est délimitée extérieurement, au moins en partie, par une première paroi axiale (81a) s’étendant axialement vers l’amont à partir de la paroi de séparation (80a) et une deuxième paroi axiale (81b) reliée à la première portion tronconique (8b’) et s’étendant axialement vers l’aval, les première et seconde parois (81a, 81b) délimitant axialement entre elles une entrée d’air (25a) pour permettre un passage du premier flux d’air (A1) du compresseur basse pression (3) à l’intérieur de l’enceinte d’air (25). Turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre une cavité d’air (26) annulaire fixe agencée autour de l’enceinte d’air (25), la cavité d’air (26) débouchant dans l’enceinte d’air (25) et étant alimentée par de l’air provenant du compresseur basse pression (3). Turbomachine selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la cavité d’air (26) est délimitée axialement, au moins en partie, par un joint d’étanchéité dynamique (24f) logé radialement entre la première paroi axiale (81a) et le carter intermédiaire (10), et un joint d’étanchéité dynamique (24e) logé radialement entre la seconde paroi axiale (81b) et le carter intermédiaire (10). Turbomachine selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce qu’elle comprend une cavité de drainage (27) agencée axialement entre l’enceinte de lubrification intermédiaire (16) et la cavité d’air (26). Turbomachine selon les revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la cavité de drainage (27) est délimitée axialement par le joint d’étanchéité dynamique (24f) logé radialement entre la première paroi axiale (81a) et le carter intermédiaire (10), et un joint d’étanchéité dynamique (24c) logé radialement entre la première paroi axiale (81a) et le carter intermédiaire (10) et séparant la cavité de drainage (27) de l’enceinte de lubrification intermédiaire (16). Turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre: - un compresseur haute pression (4) agencé en aval du carter intermédiaire (10) et comprenant un rotor de compresseur (4a), - un arbre haute pression (9) agencé coaxialement autour du premier tronçon (8a) de l’arbre basse pression (8) et relié au rotor de compresseur (4a), le premier tronçon (8a) et l’arbre haute pression (9) délimitant un espace annulaire (22) pour la circulation d’un second flux d’air (A2) de l’aval vers l’amont, et en ce que l’arbre haute pression (9) comprend un orifice radial (23) débouchant dans l’espace annulaire (22) pour le passage du second flux d’air (A2) de l’extérieur vers l’intérieur de l’espace annulaire (22). Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle comprend un manchon (82a) agencé autour du premier tronçon (8a) et à l’intérieur du carter intermédiaire (10), le manchon (82a) étant solidaire de la paroi de séparation (80a) et délimitant axialement avec une extrémité amont de l’arbre haute pression (9) une ouverture (22a) pour le passage du second flux d’air (A2) de l’espace annulaire (22) vers l’enceinte de lubrification intermédiaire (16). Turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre : - une soufflante (2) mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et agencée à l’amont du compresseur basse pression (3), - un arbre de soufflante (13) relié à la soufflante (2), - un réducteur de vitesse (14) reliant l’arbre de soufflante (13) à l’arbre basse pression (8), le réducteur de vitesse (14) étant agencé dans une enceinte de lubrification amont (15), et en ce que le deuxième tronçon (8b) comprend une paroi radiale (80b) s’étendant vers l’extérieur à partir de la première portion tronconique (8b’) et reliant la première portion tronconique (8b’) au rotor de compresseur (3a), la paroi radiale (80b) présentant un trou axial (29) pour le passage d’air (A1’) de l’enceinte d’air (25) vers l’enceinte de lubrification amont (15). Turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre : - une soufflante (2) mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et agencée à l’amont du compresseur basse pression (3), - un arbre de soufflante (13) reliée à la soufflante (2), - un réducteur de vitesse (14) reliant l’arbre de soufflante (13) à l’arbre basse pression (8), le réducteur de vitesse (14) étant agencé dans une enceinte de lubrification amont (15), et en ce que le deuxième tronçon (8b) comprend une seconde portion tronconique (8b’’) reliée au réducteur de vitesse (14) et à la première portion tronconique (8b’), la seconde portion tronconique (8b’’) présentant un trou (30) débouchant dans le passage interne (18) pour le passage d’air (A1’) de l’enceinte d’air (26) vers l’enceinte de lubrification amont (15).