Brevet FR3154260A1 — publié le 20250418

L’invention concerne un sous-ensemble de turbomachine comportant : – un carter inter-compresseurs (17) et un support de palier (18) porté par le carter inter-compresseurs (17) ; – un corps haute pression (11) et un corps basse pression (9) ; – une machine électrique (M) comportant un stator électrique (S) porté par le support de palier (18) et un rotor électrique (R) entourant le stator électrique (S) tout en étant porté par le corps haute pression (11) ; – un roulement aval (22) porté par le carter inter-compresseurs (17) pour guider en rotation le corps haute pression (11) ; – un roulement amont (26) porté par le support de palier (18) pour guider en rotation le corps basse pression (9) ; – un roulement additionnel (39) porté par le support de palier (18), en étant situé longitudinalement entre le roulement amont (26) et le roulement aval (22) pour guider en rotation le corps basse pression (9). Figure pour l’abrégé : Figure 2. Support de palier agencé pour porter une machine électrique sans engendrer de modes de vibration supplémentaires L’invention concerne l’intégration d’une machine électrique, pouvant être par exemple un alternateur ou un moteur, dans un turboréacteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Compte tenu notamment de l’essor des systèmes à motorisation électrique, le domaine aéronautique étudie l’intégration de machines électriques au sein d’un turboréacteur, pour notamment concevoir une solution de moteur hybride, ces machines assurent une fonction de moteur et/ou de générateur. Une telle solution vise à utiliser l'énergie fossile du carburant et l'énergie électrique afin d’entraîner la partie propulsive du moteur et d’alimenter électriquement certaines fonctions du moteur et/ou de l’aéronef que ce moteur équipe. En pratique, une telle intégration se heurte à de multiples problèmes, attendu que la compacité de l’agencement des composants présents au sein des moteurs existants laisse peu d’espace pour l’ajout d’une machine électrique, et qu’elle représente en outre un ajout de masses mécaniques rotatives préjudiciable aux modes vibratoires du moteur. Dans ce cadre, l’objet de l’invention est d’apporter une solution d’intégration de machine électrique dans un moteur ayant une incidence acceptable en termes de modes vibratoires du moteur. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble de turbomachine comportant : – un carter inter-compresseurs et un support de palier porté par le carter inter-compresseurs ; – un corps basse pression, et un corps haute pression s’étendant majoritairement en aval du support de palier ; – une machine électrique comportant un stator électrique porté par le support de palier et un rotor électrique entourant le stator électrique tout en étant porté par le corps haute pression ; – un roulement aval porté par le carter inter-compresseurs pour guider en rotation le corps haute pression ; – un roulement amont porté par le support de palier pour guider en rotation le corps basse pression ; – un roulement additionnel porté par le support de palier, en étant situé entre le roulement amont et le roulement aval pour guider en rotation le corps haute pression. Avec cet agencement, la masse additionnelle rotative que constitue le rotor de la machine électrique, qui est susceptible de comporter un balourd, est supportée essentiellement par le roulement additionnel, de manière à limiter l’apparition de modes de vibration supplémentaires pouvant être engendrés par cette machine électrique. L’invention concerne également un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel le support de palier comporte un corps incluant une jupe interne cylindrique s’étendant vers son aval, et dans lequel le roulement additionnel est porté par cette jupe interne cylindrique. L’invention concerne également un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel le roulement aval est un roulement à billes, et dans lequel le roulement amont et le roulement additionnel sont des roulements à rouleaux. L’invention concerne également un sous-ensemble ainsi défini, comportant une enceinte interne de lubrification délimitée par le support de palier et renfermant le roulement amont et le roulement additionnel. L’invention concerne également un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel le support de palier comporte une virole amont portant un joint radial segmenté pour former une barrière d’étanchéité amont pour l’enceinte interne. L’invention concerne également un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel le corps haute pression comporte une cloche formant une barrière d’étanchéité aval pour l’enceinte interne. L’invention concerne également un sous-ensemble ainsi défini, comportant un premier gicleur de lubrification porté par le support de palier et dépassant dans l’enceinte interne, ce premier gicleur étant orienté vers le roulement additionnel afin de le lubrifier. L’invention concerne également un sous-ensemble ainsi défini, comportant un deuxième gicleur de lubrification porté par le support de palier et dépassant dans l’enceinte interne, ce deuxième gicleur étant orienté vers des canaux axiaux du corps haute pression pour acheminer de l’huile de lubrification vers le roulement aval. L’invention concerne également une turbomachine comportant un sous-ensemble ainsi défini. La FIG. 1 est une vue en coupe longitudinale d’un turboréacteur double corps double flux ; La FIG. 2 est une vue en coupe longitudinale du support de palier selon l’invention avec son environnement dans un turboréacteur ; La FIG. 3 est une vue en coupe longitudinale partielle montrant la lubrification du roulement amont et la lubrification du roulement additionnel. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la FIG. 1 , un turboréacteur 1 s’étendant le long d’un axe de rotation AX comporte à son amont AM une manche d’entrée par laquelle l'air est admis pour traverser un compresseur basse pression 2 avant d’être scindé en un flux primaire central F1 et un flux secondaire F2 entourant le flux primaire. Ces flux circulent dans le turboréacteur 1 depuis l’amont AM vers l’aval AV, ce turboréacteur étant délimité extérieurement par une structure externe 3 formant sa carène et délimitant extérieurement le flux secondaire F2. Le flux primaire est ensuite compressé dans un compresseur haute pression 4 avant d'arriver dans une chambre de combustion 5, après quoi il est détendu à travers une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7 avant d'être évacué vers l'arrière. Le flux secondaire est quant à lui dirigé directement vers l'arrière. Comme visible sur la FIG. 1 , le compresseur basse pression 2 et la turbine basse pression 7 comportent des aubes mobiles portées par un ensemble rotatif constituant un corps basse pression 9. De manière analogue, le compresseur haute pression 4 et la turbine haute pression 6 comportent des aubes mobiles portées par un même corps haute pression 11, qui entoure le corps basse pression en étant indépendant en rotation de celui-ci, ces deux corps tournant autour d’un axe longitudinal AX. Ce moteur comporte en amont du compresseur basse pression 2 un carter d’entrée 12, comportant des bras radiaux par lesquels il est solidarisé à la structure externe 3. Un palier amont 13 monté dans ce carter d’entrée 12 porte en rotation une partie amont du corps basse pression 9. Ce carter d’entrée 12 est prolongé vers l’amont par un cône fixe 16, dirigeant le flux entrant autour de la partie centrale comprenant les corps haute et basse pression, en minimisant les pertes aérodynamiques induites. Ce moteur comporte entre le compresseur basse pression 2 et le compresseur haute pression 4 un carter inter-compresseurs 17, comportant des bras radiaux par lesquels il est solidarisé à des éléments de la structure externe 3. Un support de palier inter-compresseurs 18 monté dans ce carter inter-compresseurs 17 porte en rotation une partie amont du corps basse pression 9 et une partie amont du corps haute pression 11. Comme visible plus clairement sur la FIG. 2 , le compresseur haute pression 4 comporte des aubes fixes 19 rigidement solidaires de la structure 3 et des aubes rotatives 21 portées par le corps haute pression 11. Ce corps haute pression 11 qui s’étend majoritairement en aval du support de palier 18 a sa partie amont supportée par un roulement aval 22, c’est-à-dire situé en aval du palier 18, ce roulement aval 22 étant porté par une bride interne fixe 23 qui est rigidement solidarisée à une partie aval 24 du carter inter-compresseurs 17 dont elle fait ainsi partie. Le support de palier 18 a une forme de révolution autour de l’axe longitudinal AX, et il porte dans sa partie centrale une portion amont du corps basse pression 9 par l’intermédiaire d’un roulement amont 26 pour le guider en rotation. Ce support 18 porte à l’amont du roulement 26 un joint radial segmenté 27 qui forme une barrière d’étanchéité avec le corps basse pression 9, pour délimiter une enceinte interne E renfermant le roulement amont 26. Une circulation d’air pressurisé véhiculant un brouillard d’huile est assurée dans l’enceinte interne E, ce qui permet notamment de lubrifier le roulement 26 et d’assurer que de l’air externe n’entre pas dans cette enceinte. Le support 18 est un élément de révolution comportant un corps principal 28 et une virole amont 29, qui sont des éléments de révolution autour de l’axe AX, la virole étant rigidement solidarisée à la face amont du corps 28. Ce corps 28 comporte une bride externe 31 par laquelle il est fixé à une bride interne amont 32 du carter 17, et une jupe cylindrique externe 33 s’étendant vers l’aval et par l’extrémité de laquelle il est solidarisé à une partie interne aval 24 du carter 17. Ce corps 28 comporte encore une jupe interne 34, également cylindrique, qui s’étend vers l’aval à l’intérieur de la jupe 33. Dans sa portion aval, ce corps 28 porte un stator électrique S qui est entouré par un rotor électrique R porté par le corps haute pression 11 pour former une machine électrique M. Un couvercle de révolution 36 couvre le stator S en étant accolé à une partie aval du corps 28, pour délimiter avec la jupe interne cylindrique 34 une enceinte pour ce stator qui permet d’établir autour de ce stator S une circulation d’huile de refroidissement. Le rotor R est quant à lui porté par une cloche rotative 37 rigidement solidarisée au corps haute pression 11 par une bride 38. Cette cloche 37 s’étend vers l’amont dans le corps 28, radialement entre la jupe externe 33 et le stator S. Cette cloche 37 qui est rotative constitue ainsi une barrière d’étanchéité pour la portion aval de l’enceinte interne E. Cette enceinte E est ainsi délimitée extérieurement par le corps 28, elle est délimitée intérieurement par le corps basse pression 9 et par le corps haute pression 11 qui s’étend dans son prolongement, et elle a son extrémité amont fermée par le joint radial segmenté 27, et son extrémité aval fermée par la cloche 37. Selon l’invention, le palier comporte un roulement additionnel 39 porté par la jupe 34 pour assurer un guidage en rotation supplémentaire de l’extrémité amont du corps haute pression 11, au niveau du rotor électrique R, de manière à limiter les modes vibratoires pouvant être engendrés par ce rotor électrique R. Comme visible sur la FIG. 2 , ce roulement additionnel 39 est situé longitudinalement entre le roulement amont 26 et le roulement aval 22, en étant porté plus précisément au niveau de l’extrémité aval de la jupe 34. Grâce à ce roulement additionnel 39, un éventuel balourd du rotor électrique R ou de la cloche 37, qui tourne au régime du corps haute pression 11 qui est un régime élevé, a une incidence très faible sur les modes de vibration du moteur et du corps haute pression 11. Ce roulement additionnel 39 est avantageusement un roulement à rouleaux pour assurer un guidage uniquement en rotation de l’extrémité amont du corps haute pression 11, par opposition au roulement aval 22 qui est avantageusement un roulement à billes de manière à guider le corps 11 en rotation et à transférer les efforts longitudinaux subis par ce corps 11 vers le carter inter-compresseurs 17. Le roulement additionnel 39 étant situé entre le roulement amont 26 et le roulement aval 22, il s’étend à l’intérieur de l’enceinte E, ce qui permet d’assurer sa lubrification. Comme visible plus clairement sur la FIG. 3 , les roulements 39 et 22 sont lubrifiés grâce à un premier et un deuxième gicleur 40 et 41 portés par le corps 28 du support 18. Ces deux gicleurs 40, 41 dépassent de la face interne cylindrique de la jupe 34, radialement vers l’axe AX, pour déboucher à proximité du roulement additionnel 39. Ces deux gicleurs sont alimentés par des canaux non représentés qui sont formés dans le corps 28, et qui sont alimentés en huile de lubrification par l’intermédiaire de bras radiaux du carter inter-compresseurs 17. Le premier gicleur 40 débouche en vis-à-vis d’une face amont du roulement additionnel 39, pour projeter de l’huile directement sur les rouleaux ou billes de ce roulement 39, comme illustré par la flèche en traits discontinus dépassant de ce gicleur, sur la FIG. 3 . Comme visible sur la FIG. 2 , le corps 11 comporte une extrémité amont 42 tubulaire entourée par le roulement additionnel 39 et par laquelle ce roulement additionnel guide en rotation le corps haute pression 11. Cette extrémité 42 est prolongée vers l’amont par une extension amont 43 entourant l’extrémité aval du corps basse pression 9, qui porte des léchettes, de façon à former une barrière d’étanchéité entre le corps basse pression 9 et le corps haute pression 11, qui délimitent conjointement l’intérieur de l’enceinte E. L’extrémité amont 42 est pourvue de canaux axiaux 44 agencés pour acheminer l’huile collectée dans l’enceinte interne E vers le roulement aval 22 afin de le lubrifier. Ces canaux ont des embouchures d’admission débouchant dans la face amont de cette extrémité 42 à des positions situées radialement à l’extérieur de l’extension amont 43, et des embouchures de refoulement situées à la face interne de l’extrémité 42 (en aval des embouchures d’admission). Complémentairement, cette extrémité 42 est prolongée vers l’amont par un collecteur 46 ayant une forme de portion conique se resserrant vers l’amont et dont la base s’étend autour des embouchures d’admission des canaux 44. Comme visible sur la FIG. 3 , le deuxième gicleur 41 est orienté vers l’entrée du collecteur 46 (c’est-à-dire vers son embouchure amont) de manière à faire entrer de l’huile dans ce collecteur 46. Du fait de la rotation du corps haute pression 11, l’huile apportée par le deuxième gicleur 41 se retrouve centrifugée à la face interne du collecteur 46, puis du fait de la forme conique de celui-ci, elle est naturellement dirigée vers l’aval pour être admise dans les canaux 44. Après avoir traversé les canaux 44, l’huile se retrouve à la face interne du corps haute pression 11 et continue sa progression vers l’aval à cette face interne. Comme visible sur la FIG. 3 , le corps haute pression comporte des trous traversants radiaux 47 situés au niveau du roulement aval 22. L’huile ayant progressé le long de la face interne de ce corps haute pression 11, est ainsi récupérée dans les trous radiaux 47 pour lubrifier les billes du roulement aval 22. Sous-ensemble de turbomachine comportant : – un carter inter-compresseurs (17) et un support de palier (18) porté par le carter inter-compresseurs (17) ; – un corps basse pression (9), et un corps haute pression (11) s’étendant majoritairement en aval du support de palier (18) ; – une machine électrique (M) comportant un stator électrique (S) porté par le support de palier (18) et un rotor électrique (R) entourant le stator électrique (S) tout en étant porté par le corps haute pression (11) ; – un roulement aval (22) porté par le carter inter-compresseurs (17) pour guider en rotation le corps haute pression (11) ; – un roulement amont (26) porté par le support de palier (18) pour guider en rotation le corps basse pression (9) . – un roulement additionnel (39) porté par le support de palier (18), en étant situé entre le roulement amont (26) et le roulement aval (22) pour guider en rotation le corps haute pression (11). Sous-ensemble selon la revendication 1, dans lequel le support de palier (18) comporte un corps (28) incluant une jupe interne cylindrique (34) s’étendant vers son aval, et dans lequel le roulement additionnel (39) est porté par cette jupe interne cylindrique (34). Sous-ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le roulement aval (22) est un roulement à billes, et dans lequel le roulement amont (26) et le roulement additionnel (39) sont des roulements à rouleaux. Sous-ensemble selon la revendication 1, comportant une enceinte interne (E) de lubrification délimitée par le support de palier (18) et renfermant le roulement amont (26) et le roulement additionnel (39). Sous-ensemble selon la revendication 4, dans lequel le support de palier (18) comporte une virole amont (29) portant un joint radial segmenté (27) pour former une barrière d’étanchéité amont pour l’enceinte interne (E). Sous-ensemble selon la revendication 4, dans lequel le corps haute pression (11) comporte une cloche (37) formant une barrière d’étanchéité aval pour l’enceinte interne (E). Sous-ensemble selon la revendication 4, comportant un premier gicleur de lubrification (40) porté par le support de palier (18) et dépassant dans l’enceinte interne (E), ce premier gicleur étant orienté vers le roulement additionnel (39) afin de le lubrifier. Sous-ensemble selon la revendication 7 comportant un deuxième gicleur de lubrification (41) porté par le support de palier (18) et dépassant dans l’enceinte interne (E), ce deuxième gicleur (41) étant orienté vers des canaux axiaux (44) du corps haute pression (11) pour acheminer de l’huile de lubrification vers le roulement aval (22). Turbomachine comportant un sous-ensemble selon l’une des revendications précédentes.