Brevet FR3154262A1 — publié le 20250418

L’invention concerne 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 électrique amont (Sam) porté par le support de palier (18), et 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) respectivement une enceinte amont (Eam) entourant stator électrique amont (Sam) et une enceinte aval (Eav) entourant le stator électrique aval (Sav) ; – des canaux formés dans le corps (28) pour la circulation d’huile de refroidissement dans les enceintes amont et aval (Eam, Eav) ; – au moins un conduit (54) pour recevoir un câble de puissance (51a), ce conduit (54) débouchant dans l’enceinte aval (Eav) et étant équipé d’un organe d’étanchéité (58) pour assurer conjointement avec le câble de puissance (51a-51c) une étanchéité de l’enceinte aval (Eav). Figure pour l’abrégé : Figure 5 Support de palier agencé pour porter deux machines électriques et les raccorder électriquement en permettant la ventilation de leurs rotors et la pressurisation d’une enceinte interne 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 formés dans le corps pour la circulation d’huile de refroidissement dans les enceintes amont et aval ; – au moins un conduit pour recevoir un câble de puissance, ce conduit débouchant dans l’enceinte aval et étant équipé d’un organe d’étanchéité pour assurer conjointement avec le câble de puissance une étanchéité de l’enceinte aval, chaque câble de puissance ayant son extrémité raccordée au stator aval. Avec cet agencement, les câbles sont refroidis par ventilation d’air sur leur longueur nominale, et leurs extrémités, c’est-à-dire leurs portions de raccordement susceptibles de subir des échauffements plus importants sont refroidies efficacement par circulation d’huile. L’invention a également pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel le corps comporte, en vis-à-vis de chaque conduit, une ouverture formée dans sa face amont et débouchant dans l’enceinte aval, et une virole amont rapportée à la face amont pour fermer chaque ouverture. Grâce à ces ouvertures, la connexion de chaque extrémité de câble au stator aval est accessible à un opérateur pour faciliter leur montage et leur déconnexion lors d’une opération de maintenance. L’invention a également pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel chaque câble de puissance est raccordé au stator par une cosse accessible à travers l’ouverture correspondante de la face amont. L’invention a également pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel chaque câble est entouré par une gaine raccordée au conduit et présentant un diamètre interne significativement supérieur au diamètre externe du câble pour permettre la circulation d’air de ventilation entre le câble et sa gaine. L’invention a également pour objet un sous-ensemble ainsi défini, comportant un canal interne formé dans le corps, ce canal interne ayant une ouverture d’admission située dans le conduit interne pour y collecter de l’air de ventilation, ce canal interne débouchant dans la face amont du corps pour évacuer l’air de ventilation vers le rotor amont afin de le refroidir. L’invention a également pour objet un sous-ensemble ainsi défini, comportant un canal interne formé dans le corps, ce canal interne ayant une ouverture d’admission située dans le conduit interne pour y collecter de l’air de ventilation, ce canal interne débouchant dans une enceinte interne du support de palier pour la pressuriser. L’invention a également pour objet un sous-ensemble ainsi défini, comportant au moins un conduit interne pour recevoir un câble de puissance, ce conduit débouchant dans l’enceinte amont et étant équipé d’un organe d’étanchéité pour assurer conjointement avec le câble de puissance une étanchéité de l’enceinte amont, chaque câble de puissance ayant son extrémité raccordée au stator amont. L’invention a également pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel chaque câble raccordé au stator amont est entouré par une gaine présentant un diamètre interne significativement supérieur au diamètre externe du câble pour permettre la circulation d’air de ventilation entre le câble et sa gaine. L’invention a également pour objet un sous-ensemble ainsi défini, dans lequel le support de palier comporte un roulement, pour guider en rotation le corps basse pression de la turbomachine. L’invention a également 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 qui montre le raccordement d’un câble électrique du stator aval ; La FIG. 6 est une vue de face partielle montrant une ouverture avec la cosse de raccordement à laquelle cette ouverture permet d’accéder ; La FIG. 7 est une vue partielle en coupe montrant une ouverture d’admission d’un canal interne de circulation d’air de ventilation ; La FIG. 8 est une vue partielle selon un plan de coupe différent de celui de la FIG. 7 montrant une extrémité de refoulement du canal interne de circulation d’air de ventilation ; La FIG. 9 est une demi vue supérieure du support de palier montrant le raccordement d’un câble électrique du stator amont. 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 inter-compresseurs 18 a une forme de révolution autour de l’axe longitudinal AX. Il porte dans sa partie centrale une portion amont du corps basse pression 9 par l’intermédiaire d’un roulement à rouleaux 24, pour le guider en rotation. Le support inter-compresseurs 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 délimite avec le corps 28 une enceinte amont Eam qui renferme un stator électrique amont Sam entourant 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. La jupe interne 35 délimite avec une face aval du corps 28 et avec un couvercle aval 39 une enceinte aval Eav renfermant un stator aval Sav de machine électrique qui est entouré par un rotor aval Rav 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 rotor aval Rav est porté par une cloche 41 elle-même portée par le corps haute pression 11 et qui s’étend dans la jupe externe 34. Ce corps haute pression 11 a son extrémité amont supportée par un roulement à bille 38 porté par une bride interne fixe 42 qui est rigidement solidarisée à la partie 36 du carter inter-compresseurs 17, pour guider en rotation ce corps haute pression 11 et transmettre ses efforts de poussée vers le carter inter-compresseur 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 43 et 44 raccordés à la partie supérieure de la jupe 34, et une évacuation d’huile est assurée au niveau d’un collecteur 48 située à la partie inférieure de la jupe 34, la récupération de cette huile étant assurée par deux tubes 46 et 47 permettant d’acheminer l’huile vers un circuit de recirculation. Les tubes 43, 44, 46 et 47 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. Grâce à ces tubes, et à des canaux non représentés qui sont formés dans le corps 28, une circulation d’huile de refroidissement est assurée dans les enceintes Eam et Eav de manière à maintenir les stators Sam et Sav à des températures de fonctionnement acceptables. L’alimentation du stator amont Sam est assurée par six câbles électriques de puissance 49a-49f qui traversent chacun le corps 28 de l’aval vers l’amont pour rejoindre les bobinages du stator amont Sam. L’alimentation du stator aval Sav est assurée par trois câbles électriques de puissance 51a-51c traversant radialement la jupe 34 pour rejoindre les bobinages de ce stator Sav. 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 plus clairement sur la FIG. 5 , le câble 51a est entouré par une gaine 52 présentant un diamètre interne significativement plus important que le diamètre externe du câble, de manière à délimiter avec ce câble un espace interne tubulaire Eg permettant la circulation d’air de ventilation le long de ce câble 51a. Cette gaine est raccordée à un conduit interne 54 du corps 28 permettant au câble 51a d’être engagé dans le corps de telle manière que son extrémité libre 56 se situe à l’intérieur de l’enceinte aval Eav du stator Sav qui baigne dans l’huile de refroidissement, en étant en vis-à-vis d’un organe de raccordement 57 de ce stator Sav selon une direction parallèle à l’axe AX. Complémentairement, un organe d’étanchéité 58 s’apparentant à une série de joints toriques s’étend circulairement entre le câble 51a et le conduit interne 54, pour assurer une étanchéité entre l’enceinte Eav contenant l’huile de refroidissement et l’espace tubulaire Eg entourant le câble 51a et contenant de l’air de ventilation. L’extrémité libre 56 du câble 51a et l’organe de raccordement 57 sont fixés l’un à l’autre par un boulon 59 pour former une cosse 61 s’étendant dans l’enceinte Eav, mais qui est accessible par la face amont du corps 28 grâce à une ouverture 62a formée dans cette face amont. Cette ouverture 62a apparaissant plus clairement sur la FIG. 6 , qui a une forme de lunule, est fermée par la virole amont 31 lorsque celle-ci est fixée au corps 28, de manière à fermer de manière étanche l’enceinte Eav. En pratique, lors du montage, l’opérateur passe le câble 51a dans la gaine 52 jusqu’à positionner son extrémité libre 56 au niveau de l’organe de raccordement 57, en contrôlant visuellement la position de l’extrémité libre 56 grâce à l’ouverture 62a. Une fois cette mise en position terminée, l’opérateur passe une vis 63, dans l’espace accessible grâce à l’ouverture 62a, à travers l’extrémité libre 56 et l’organe de raccordement. Il peut alors placer un écrou 64 à l’extrémité libre de la vis 63 et le visser sur celle-ci pour former le boulon 59, puis serrer cet écrou 64 pour assurer la connexion électrique du câble 51a avec l’organe de raccordement 57. Comme on l’aura compris, le raccordement des câbles 51b et 51c est assuré de la même manière que celui du câble 51a. Après avoir réalisé la même opération pour les câbles 51b et 51c, l’opérateur peut procéder au montage de la virole amont 31, en la fixant à une face amont 65 du corps 28, pour fermer les trois ouvertures 62a-62c, correspondant aux câbles 51a-51c, comme visible sur la FIG. 4 . En fonctionnement, la cosse de raccordement du câble 51a au stator aval Sav, qui est susceptible de subir un réchauffement important, est efficacement refroidie par la circulation d’huile assurée pour les stators amont Sam et aval Sav. Dans l’exemple des figures, les câbles sont raccordés au stator aval Sav par des cosses, mais ils pourraient aussi être raccordés par des connecteurs électriques différents, qui selon l’invention sont refroidis par le bain d’huile de refroidissement des stators, attendu que de tels connecteurs peuvent être sujets à un échauffement plus important que les câbles proprement dits. Comme représenté sur les figures 7 et 8, un canal interne 66 formé dans le corps 28 est agencé pour avoir son ouverture d’admission 67 débouchant dans la région du conduit interne 54 située au-delà de l’organe d’étanchéité 58, de manière à collecter l’air de ventilation qui circule le long du câble 51a dans l’espace Eg. L’extrémité opposée de ce canal interne 66 débouche dans la face amont 65 du corps 28, et elle est raccordée à un trou complémentaire 68 traversant la virole 31, par un manchon interne 69. Ce trou complémentaire 68 débouche en vis-à-vis du rotor amont Ram, de manière à le ventiler pour le refroidir. Autrement dit, l’air de ventilation circulant autour du câble 51a est collecté par le canal 66 au niveau du conduit 54, pour être ensuite injecté vers le rotor amont Ram de manière à le refroidir. De la même manière, un autre canal interne non représenté est avantageusement prévu en étant agencé pour collecter lui aussi l’air de ventilation dans le conduit 54, et pour l’injecter dans l’enceinte interne E, de manière à assurer la pressurisation de cette enceinte interne. Le raccordement du stator amont aux câbles de puissance 49a-49f est mis en œuvre sans cosses de raccordement : le stator amont Sam est directement raccordé aux câbles 49a-49f qui sont ensuite engagés dans des conduits correspondants formés dans le corps 28, ces conduits étant analogues aux conduits 54. Le stator amont Sam est ensuite rapproché du corps 28 tout en faisant coulisser les câbles 49a-49f dans leurs conduits respectifs, après quoi il est positionné avant de procéder à sa fixation. Comme visible sur la FIG. 9 , les câbles 49a-49f sont avantageusement entourés de gaines 52 permettant la circulation d’air de ventilation le long de ces câbles. Des canaux internes formés dans le corps 28 permettent, de la même manière que dans l’exemple des figures 6 et 7, de collecter l’air de ventilation pour l’envoyer vers le rotor amont Ram et/ou vers l’enceinte interne. D’une manière générale, l’invention permet d’assurer l’intégration de deux machines électriques avec le refroidissement de ses câbles électriques et de son rotor amont par ventilation d’air, ainsi que la pressurisation de l’enceinte interne du palier. 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 formés dans le corps (28) pour la circulation d’huile de refroidissement dans les enceintes amont et aval (Eam, Eav) ; – au moins un conduit (54) formé dans le corps (28) recevant un câble de puissance (51a-51c), ce conduit (54) débouchant dans l’enceinte aval (Eav) et étant équipé d’un organe d’étanchéité (58) pour assurer conjointement avec le câble de puissance (51a-51c) une étanchéité de l’enceinte aval (Eav), chaque câble de puissance (51a-51c) ayant son extrémité raccordée au stator aval (Sav). Sous-ensemble selon la revendication 1, dans lequel le corps (28) comporte, en vis-à-vis de chaque conduit (54), une ouverture (62a-62c) formée dans sa face amont (65) et débouchant dans l’enceinte aval (Eav), et une virole amont (31) rapportée à la face amont (65) pour fermer chaque ouverture (62a-62c). Sous-ensemble selon la revendication 2, dans lequel chaque câble de puissance (51a-51c) est raccordé au stator par une cosse (61) accessible à travers l’ouverture correspondante (62a-62c) de la face amont. Sous-ensemble selon la revendication 1, dans lequel chaque câble (51a-51c) est entouré par une gaine (52) raccordée au conduit (54) et présentant un diamètre interne supérieur au diamètre externe du câble pour permettre la circulation d’air de ventilation entre le câble (51a-51c) et sa gaine (52). Sous-ensemble selon la revendication 4 comportant un canal interne (66) formé dans le corps (28), ce canal interne (66) ayant une ouverture d’admission située dans le conduit (54) pour y collecter de l’air de ventilation, ce canal interne (66) débouchant dans la face amont (65) du corps (28) pour évacuer l’air de ventilation vers le rotor amont (Ram) afin de le refroidir. Sous-ensemble selon la revendication 4 comportant un canal interne formé dans le corps (28), ce canal interne ayant une ouverture d’admission située dans le conduit (54) pour y collecter de l’air de ventilation, ce canal interne débouchant dans une enceinte interne du support de palier (18) pour la pressuriser. Sous-ensemble selon la revendication 1 comportant au moins un conduit interne pour recevoir un câble de puissance (49a-49f), ce conduit débouchant dans l’enceinte amont (Eam) et étant équipé d’un organe d’étanchéité pour assurer conjointement avec le câble de puissance (49a-49f) une étanchéité de l’enceinte amont (Eam), chaque câble de puissance (49a-49f) ayant son extrémité raccordée au stator amont (Sam). Sous-ensemble selon la revendication 1, dans lequel chaque câble (49a-49f) raccordé au stator amont (Sam) est entouré par une gaine présentant un diamètre interne supérieur au diamètre externe du câble pour permettre la circulation d’air de ventilation entre le câble (49a-49f) et sa gaine (52). Sous-ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le support de palier (18) comporte un roulement (24), pour guider en rotation le corps basse pression (9). 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).