Brevet FR3154261A1 — publié le 20250418

L’invention a pour objet un sous-ensemble de turbomachine comportant : – un carter inter-compresseurs portant un support de palier (18) comprenant un corps (28) ; – une machine électrique amont (Mam) comportant un stator amont (Sam) porté par le support (18) ; – une machine électrique aval (Mav) comportant un stator électrique aval (Sav) porté par le support de palier (18) ; – un couvercle amont (29) et un couvercle aval (50) délimitant avec le corps (28) une enceinte amont (Eam) renfermant le stator électrique amont (Sam) et une enceinte aval (Eav) renfermant le stator électrique aval (Sav) ; – des canaux d’acheminement (49) formés dans le corps (28) pour recevoir de l’huile et pour la faire circuler dans les enceintes (Eam, Eav), et des canaux de retour formés dans le corps (28) pour collecter l’huile ayant circulé dans les enceintes (Eam, Eav). Figure pour l’abrégé : Figure 6 Support de palier agencé pour porter deux machines électriques et permettre le refroidissement des stators de ces machines électriques par circulation d’huile 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. Différentes solutions d’intégration ont été envisagées, mais elles nécessitent soit de modifier significativement la structure générale du moteur, soit de réduire les dimensions de la machine électrique pouvant être intégrée, ce qui diminue d’autant la puissance électrique pouvant être embarquée. Dans ce cadre, le but de l’invention est d’apporter une solution permettant d’intégrer deux machines électriques à un moteur en minimisant les modifications à apporter à ce moteur. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble de turbomachine comportant : – un support de palier comprenant un corps ; – un carter inter-compresseurs portant ce support de palier ; – une machine électrique amont comportant un stator électrique amont porté par le support de palier et un rotor électrique amont entouré par le stator électrique ou entourant le stator électrique, ce rotor électrique amont étant porté par un corps basse pression de la turbomachine ; – une machine électrique aval comportant un stator électrique aval porté par le support de palier et un rotor électrique aval entourant le stator électrique aval ou entouré par le stator électrique aval, ce rotor électrique aval étant porté par un corps haute pression de la turbomachine ; – un couvercle amont et un couvercle aval délimitant avec le corps respectivement une enceinte amont renfermant le stator électrique amont et une enceinte aval renfermant le stator électrique aval ; – des canaux d’acheminement formés dans le corps pour recevoir de l’huile de refroidissement et pour la faire circuler dans les enceintes des stators électriques, et des canaux de retour formés dans le corps pour collecter l’huile de refroidissement ayant circulé dans les enceintes ; – des tubes s’étendant dans des bras radiaux du carter inter-compresseurs pour acheminer l’huile vers le corps et pour récupérer l’huile ayant circulé dans les enceintes des stators. L’invention permet ainsi d’intégrer deux machines électriques liées en rotation respectivement avec le corps haute pression et avec le corps basse pression, dans une région de la turbomachine présentant une température relativement basse, tout en assurant la fonction de palier pour supporter l’un et/ou l’autre de ces deux corps, et le refroidissement des stators de ces machines électriques par circulation d’huile. L’invention permet ainsi de réunir au sein d’une même pièce, à savoir le support de palier, toutes les fonctions relatives aux deux machines électriques qu’il porte. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble ainsi défini, comportant une enceinte interne délimitée au moins en partie par le support de palier, et dans lequel le corps comporte des canaux de distribution pour admettre de l’huile de lubrification et l’injecter dans l’enceinte interne, ainsi que des canaux de retour pour collecter l’huile de lubrification ayant circulé dans l’enceinte. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble ainsi défini, comportant une virole amont rapportée à une face amont du corps, cette virole amont portant un joint, et dans lequel cette virole amont comporte un canal de retour qui est connecté à un canal de retour du corps par un manchon interne pour récupérer de l’huile de lubrification ayant traversé le joint. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel l’enceinte interne est fermée à son aval par une cloche portée par le corps haute pression qui comporte des trous radiaux permettant d’évacuer l’huile de lubrification de cette enceinte pour la collecter dans le corps. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel le corps comporte une jupe cylindrique s’étendant à son aval et entourant la cloche, et dans lequel cette jupe porte un collecteur d’huile situé à sa face externe, et dans lequel la jupe cylindrique comporte une ouverture traversante qui débouche dans ce collecteur. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel au moins un canal de retour de l’huile de distribution débouche dans le collecteur. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel les stators sont pourvus de canaux internes de circulation d’huile de refroidissement. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel le couvercle aval comporte une virole cylindrique en tôle prolongée par un flasque en forme de couronne formé de tôle, pour délimiter l’enceinte aval conjointement avec une face aval du corps et avec une jupe interne de ce corps s’étendant vers son aval, le flasque et la virole entourant cette jupe interne. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel le support de palier comporte un roulement, pour guider en rotation une portion amont du corps basse pression de la turbomachine. A cet effet, l’invention a pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel le carter inter-compresseurs comporte un roulement à billes pour porter une extrémité amont du corps haute pression. 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 perspective du corps du support de palier ; La FIG. 4 est une autre vue en perspective du support de palier ; La FIG. 5 est une demi vue supérieure du support de palier dans un plan de coupe contenant son axe de révolution et coupant un canal de lubrification de l’enceinte interne ; La FIG. 6 est demi une demi vue supérieure du support de palier dans un plan de coupe contenant son axe de révolution et coupant un canal d’acheminement d’huile vers le stator aval ; La FIG. 7 est une demi vue supérieure du support de palier dans un plan de coupe contenant son axe de révolution et coupant un canal d’acheminement d’huile vers le stator amont ; La FIG. 8 est une demi vue en coupe inférieure du support de palier dans un plan de coupe contenant son axe de révolution et coupant des canaux inférieurs de collecte d’huile. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE L’INVENTION 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. Avantageusement, 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 sur la FIG. 2 , le compresseur basse pression 2 comporte des aubes rotatives 19 portées par le corps basse pression 9, et des aubes fixes 21 rigidement solidaires de la structure externe 3. De manière analogue, le compresseur haute pression 4 comporte des aubes fixes 22 rigidement solidaires de la structure 3 et des aubes rotatives 23 portées par le corps haute pression 11. Comme visible sur la FIG. 2 , 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 à rouleaux 24 Le support 18 porte à l’amont du roulement 24 un joint 27 qui assure une étanchéité avec le corps basse pression 9, pour délimiter une enceinte interne E dans laquelle est situé le roulement 24. Une circulation d’air pressurisé est assurée vers l’espace interne qui contient un brouillard d’huile, de manière à lubrifier les roulements et à assurer que l’huile ne sorte pas de cette enceinte. Le support 18 est un élément de révolution comportant un corps principal 28, un couvercle amont 29 et une virole amont 31, qui sont rigidement solidarisés à la face amont de ce corps 28. Ce corps 28 comporte une bride externe 32 médiane, c’est-à-dire située sensiblement à la moitié de sa longueur le long de l’axe AX, par laquelle il est fixé à une bride interne amont 33 du carter 17, et il comporte une jupe cylindrique externe 34 s’étendant vers l’aval et par l’extrémité de laquelle il est solidarisé à une partie interne aval 36 du carter 17. Ce corps comporte encore une jupe interne 35, également cylindrique, qui s’étend vers l’aval à l’intérieur de la jupe 34. Le couvercle amont 29 renferme un stator électrique amont Sam qui entoure un rotor amont Ram porté par le corps basse pression 9, pour former une machine électrique amont Mam. Le stator électrique amont Sam peut aussi, à l’inverse, être agencé pour être entouré par le rotor électrique amont Ram. La virole amont 31 est un élément de révolution porté par la face amont du corps 28, elle s’étend radialement à l’intérieur du couvercle 29. Cette virole 31 porte le joint 27, une portion du corps basse pression glissant contre une face interne de ce joint 27 pour assurer l’étanchéité amont de l’enceinte interne E. Dans sa portion aval, ce corps 28 porte un stator aval Sav de machine électrique qui est entouré par un rotor aval Rav porté par le corps haute pression 11 pour former une machine électrique aval Mav. Le stator aval Sav peut aussi, à l’inverse, être agencé pour entourer le rotor aval Rav. Ce corps haute pression 11 a son extrémité amont supportée par un roulement à bille 38 porté par une bride interne fixe 39 qui est rigidement solidarisée à la partie 36 du carter inter-compresseurs 17, pour guider le corps haute pression 11 en rotation et pour transmettre ses efforts de poussée vers le carter inter-compresseurs 17. Le corps 28 qui apparaît seul sur les figures 3 et 4 a une forme générale de révolution autour de l’axe AX. Il est agencé pour supporter les stators Sam et Sav, pour permettre leur raccordement électrique, leur refroidissement par circulation d’huile, et l’admission d’air dans l’enceinte interne E. L’admission d’huile est assurée par deux tubes 41 et 42 raccordés à la partie supérieure de la jupe 34, et une évacuation d’huile est assurée au niveau d’un collecteur 43 située à la partie inférieure de la jupe 34, la récupération de cette huile étant assurée par deux tubes 44 et 45 permettant d’acheminer l’huile vers un circuit de recirculation. En pratique, les tubes 41, 42, 44 et 45 s’étendent dans des bras radiaux non représentés du carter inter-compresseurs 17, de manière à assurer une alimentation et une récupération de l’huile depuis un circuit hydraulique situé à l’extérieur du support de palier 18 et du carter inter-compresseurs 17. L’alimentation du stator amont Sam est assurée par six câbles électriques de puissance 46a-46f qui traversent chacun le corps 28 de l’aval vers l’amont pour rejoindre les bobinages du stator amont Sam auxquels ils sont raccordés. L’alimentation du stator aval Sav est assurée par trois câbles électriques de puissance 47a-47c traversant radialement la jupe 34 pour rejoindre les bobinages de ce stator Sav auxquels ils sont raccordés. Ces câbles électriques sont acheminés depuis une région externe au carter 17 vers le support 18 en s’étendant à l’intérieur de bras radiaux du carter 17 non représentés sur les figures. Comme visible sur la figures 5, le corps 28 est prévu pour assurer la distribution d’huile acheminée par le tube 41 vers l’enceinte interne via un canal de distribution 48, où elle est distribuée par un ou des gicleurs non représentés, pour lubrifier cette enceinte E, et l’huile apportée par le tube 42 vers les stators Sam et Sav pour les refroidir. Le canal de distribution 48 comporte une portion longitudinale 48a formée à la face externe de la jupe 34, prolongée par une portion radiale 48b traversant le corps 28 proprement dit pour déboucher à sa face interne cylindrique, située en aval du joint radial 27 et délimitant l’enceinte E. Comme visible sur la FIG. 6 , l’huile de refroidissement provenant du tube 42 est d’abord dirigée vers le stator aval Sav par un canal d’acheminement 49 traversant le corps 28, pour atteindre une enceinte aval Eav renfermant le stator Sav. Le canal 49 débouche avantageusement dans un canal circonférentiel (non représenté) qui est relié à l’enceinte aval Eav par une série de canaux parallèles à l’axe AX régulièrement distribués autour de cet axe, pour répartir la distribution l’huile de refroidissement sur toute la circonférence de l’enceinte aval Eav. Cette enceinte aval Eav est délimitée par la jupe interne cylindrique 35 du corps 28, et par un couvercle aval 50 comprenant une virole cylindrique en tôle 51 s’étendant entre les jupes 34 et 35 terminée par un flasque 52 en forme de couronne par lequel elle est reliée à la jupe 35. Ce couvercle aval 50 délimite, conjointement avec le corps 28 et sa jupe 35, l’enceinte aval Eav qui renferme le stator aval Sav. Le canal d’acheminement 49 comporte une portion radiale 49a prolongée par une portion longitudinale 49b débouchant dans l’enceinte aval au niveau d’une face externe de la jupe interne 35. L’huile de refroidissement circule ainsi dans l’enceinte Eav autour du stator Sav en circulant vers l’aval le long de sa face radialement interne, puis en circulant vers l’amont à travers l’épaisseur de ce stator Sav, par exemple dans des canaux internes du stator dédiés à son refroidissement. Après avoir traversé le stator Sav d’aval en amont, l’huile de refroidissement traverse le corps 28 vers l’amont à travers un canal d’acheminement traversant 53 pour atteindre une enceinte amont Eam renfermant le stator amont Sam, comme visible sur la FIG. 7 . Cette enceinte amont Eam est délimitée par le couvercle amont 29 ayant une forme torique à section en U, et par la face amont du corps 28 à laquelle ce couvercle est fixé. Avantageusement, le corps 28 comporte une série de canaux traversant régulièrement répartis autour de l’axe AX, de manière à assurer un transfert uniforme de l’huile depuis l’enceinte aval Eav vers l’enceinte amont Eam. Cette huile circule alors vers l’amont à travers des canaux internes de refroidissement du stator Sam, pour être ensuite longer la face radialement externe de ce stator Sam avant d’être évacuée via le collecteur 43, comme illustré sur la FIG. 8 . A cet effet, le couvercle amont 29 comporte dans sa région inférieure un canal de collecte 54 apparaissant sur la FIG. 8 , qui est connecté par un manchon interne 56 à un canal de retour 57 formé dans le corps 28 et longeant une face inférieure du collecteur 43. Ainsi, l’huile de refroidissement injectée par le tube 41 circule d’abord à travers le stator aval Sav à travers le stator amont Sam pour les refroidir, et elle est ensuite collectée par les canaux 54 puis 57 visibles sur la FIG. 8 afin d’être évacuée dans le tube 45 (raccordé au canal 57) pour être acheminée vers un circuit de recirculation. Plusieurs canaux 54 et 57 sont avantageusement prévus en étant répartis circonférentiellement et en s’étendant parallèlement les uns aux autres. Les canaux 54 ont avantageusement des orientations hélicoïdales pour faciliter la collecte d’huile pouvant circuler circonférentiellement dans l’enceinte Eav. L’huile de lubrification de l’enceinte interne E, qui est acheminée par le tube 42, est projetée sur les roulements, une partie se retrouve donc dispersée dans l’enceinte E où elle se mélange à l’air pour former avec celui-ci un mélange de type aérosol, descend par gravitation vers la portion inférieure de l’enceinte E pour être récupérée par un canal de retour 58 traversant radialement le corps 28 et débouchant à l’intérieur du collecteur 43, de manière à être évacuée par le tube 44 vers un circuit de recirculation. Complémentairement, la virole amont 31 qui porte le joint 27 est pourvue d’un canal de retour 59 relié au canal 58 par un autre manchon interne 61, ce qui permet ainsi de récupérer et d’évacuer les fuites d’huile ayant traversé d’aval en amont le joint 27, afin qu’elle soit elle aussi recirculée. L’huile de lubrification de l’enceinte E circule aussi dans la région de l’enceinte E qui est située en aval de la machine électrique aval Mav, comme représenté schématiquement par les flèches situées en partie droite de la FIG. 8 . Plus particulièrement, le rotor aval Rav est porté par une cloche rotative 62 rigidement solidarisée au corps haute pression 11 et s’étendant vers l’amont dans le corps 28, radialement entre la jupe externe 34 et le stator aval Sav. Les gouttelettes d’huile de lubrification de l’enceinte E circulant dans la région située longitudinalement entre le flasque 52 et la cloche 62, sont centrifugées par la cloche 62 et récupérées par des trous radiaux 63 de cette cloche 62 pour la traverser radialement et ensuite ruisseler à la face interne de la jupe externe 34. Comme visible sur la FIG. 8 , la portion inférieure de cette jupe 34 comporte une ouverture 64 oblongue située radialement en vis-à-vis du collecteur 43, de sorte que les gouttelettes d’huile ruisselant à la face interne de cette jupe 34 traversent cette ouverture pour être récupérées dans le collecteur 43 afin d’être évacuées dans le tube 44. D’une manière analogue, les gouttelettes d’huile pouvant se trouver dans l’espace situé en aval de la cloche 62 sont centrifugées par celle-ci pour être collectées à la face interne de la jupe 34 afin d’être elles aussi récupérées dans le collecteur 43, via l’ouverture 64. Sous-ensemble de turbomachine comportant : – un support de palier (18) comprenant un corps (28) ; – un carter inter-compresseurs (17) portant ce support de palier (18) ; – une machine électrique amont (Mam) comportant un stator électrique amont (Sam) porté par le support de palier (18) et un rotor électrique amont (Ram) entouré par le stator électrique (Sam) ou entourant le stator électrique (Sam), ce rotor électrique amont (Ram) étant porté par un corps basse pression (9) de la turbomachine ; – une machine électrique aval (Mav) comportant un stator électrique aval (Sav) porté par le support de palier (18) et un rotor électrique aval (Rav) entourant le stator électrique aval (Sav) ou entouré par le stator électrique aval (Sav), ce rotor électrique aval (Rav) étant porté par un corps haute pression (11) de la turbomachine ; – un couvercle amont (29) et un couvercle aval (50) délimitant avec le corps (28) respectivement une enceinte amont (Eam) renfermant le stator électrique amont (Sam) et une enceinte aval (Eav) renfermant le stator électrique aval (Sav) ; – des canaux d’acheminement (49, 53) formés dans le corps (28) pour recevoir de l’huile de refroidissement et pour la faire circuler dans les enceintes (Eam, Eav) des stators électriques (Sam, Sav), et des canaux de retour (57) formés dans le corps (28) pour collecter l’huile de refroidissement ayant circulé dans les enceintes (Eam, Eav) ; – des tubes (41, 42, 44, 45) s’étendant dans des bras radiaux du carter inter-compresseurs pour acheminer l’huile vers le corps (28) et pour récupérer l’huile ayant circulé dans les enceintes (Eam, Eav) des stators (Sam, Sav). Sous-ensemble selon la revendication 1, comportant une enceinte interne (E) délimitée au moins en partie par le support de palier (18), et dans lequel le corps (28) comporte des canaux de distribution (48) pour admettre de l’huile de lubrification et l’injecter dans l’enceinte interne (E), ainsi que des canaux de retour (58, 59) pour collecter l’huile de lubrification ayant circulé dans l’enceinte. Sous-ensemble selon la revendication 2, comportant une virole amont (31) rapportée à une face amont du corps (28), cette virole amont (31) portant un joint (27), et dans lequel cette virole amont (31) comporte un canal de retour (59) qui est connecté à un canal de retour (58) du corps par un manchon interne (61) pour récupérer de l’huile de lubrification ayant traversé le joint (27). Sous-ensemble selon la revendication 2, dans lequel l’enceinte interne (E) est fermée à son aval par une cloche (62) portée par le corps haute pression (11) qui comporte des trous radiaux (63) permettant d’évacuer l’huile de lubrification de cette enceinte pour la collecter dans le corps (28). Sous-ensemble selon la revendication 4, dans lequel le corps comporte une jupe cylindrique (34) s’étendant à son aval et entourant la cloche (62), et dans lequel cette jupe (34) porte un collecteur d’huile (43) situé à sa face externe, et dans lequel la jupe cylindrique (34) comporte une ouverture traversante (64) qui débouche dans ce collecteur (43). Sous-ensemble selon les revendications 3 et 5, dans lequel au moins un canal de retour (58, 59) de l’huile de distribution débouche dans le collecteur (43). Sous-ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les stators (Sam, Sav) sont pourvus de canaux internes de circulation d’huile de refroidissement. Sous-ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le couvercle aval (50) comporte une virole cylindrique (51) en tôle prolongée par un flasque (52) en forme de couronne formé de tôle, pour délimiter l’enceinte aval (Eav) conjointement avec une face aval du corps (28) et avec une jupe interne (35) de ce corps s’étendant vers son aval, le flasque (52) et la virole (51) entourant cette jupe interne (35). Sous-ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le support de palier (18) comporte un roulement (24), pour guider en rotation une portion amont du corps basse pression (9) de la turbomachine. Sous-ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le carter inter-compresseurs (17) comporte un roulement à billes (38) pour porter une extrémité amont du corps haute pression (11).