FR3110933A1

FR3110933A1 - Turbomachine equipee de machines electriques

Info

Publication number: FR3110933A1
Application number: FR2005590A
Authority: FR
Inventors: Emile André PELTIER Jordane; Pierre Marcel Morelli Boris
Original assignee: Safran Transmission Systems SAS
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2040-05-27
Also published as: FR3110933B1

Abstract

TITRE : TURBOMACHINE EQUIPEE DE MACHINES ELECTRIQUES L’invention concerne une turbomachine comprenant une soufflante, un premier carter d’axe longitudinal X dans lequel est entrainé en rotation un arbre moteur suivant l’axe longitudinal, un deuxième carter entourant et coaxial avec le premier carter, et au moins un premier arbre d’entraînement relié d’une part à l’arbre moteur et d’autre part, à au moins un équipement via un dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance. Selon l’invention, l’équipement est une machine électrique qui est destinée à prélever ou injecter une puissance sur l’arbre moteur et en ce que le dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance est logé dans un boîtier formé d’un seul tenant avec le deuxième carter (23). Figure pour l’abrégé : Figure 2

Description

TURBOMACHINE EQUIPEE DE MACHINES ELECTRIQUES

Domaine de l’invention

La présente invention est relative au domaine des turbomachines pour aéronefs, et notamment des turbomachines équipée de machines électriques.

Etat de la technique

Une turbomachine d’aéronef telle qu’une turbomachine double flux comprend de manière générale une soufflante carénée disposée en entrée de la turbomachine et qui est entrainée en rotation par un arbre basse pression. Un réducteur peut être interposé entre la soufflante et l’arbre basse pression pour que la soufflante tourne à une vitesse inférieure à celle de l’arbre de basse pression. La réduction de la vitesse permet également d’augmenter la taille de la soufflante permettant alors d’atteindre des taux de dilution élevés.

Outre la propulsion de l’aéronef, la turbomachine assure la production de courant électrique à l’aide typiquement d’un alternateur à aimant permanent (généralement appelé PMA signifiant « Permanent Magnet Alternator ») d’un boitier d’accessoires connu sous l’acronyme anglais AGB (pour Accessory Gear Box) pour alimenter différents équipements ou accessoires nécessaires au fonctionnement de la turbomachine ou de l’aéronef comme par exemple l’éclairage de la cabine de l’aéronef, l’opérabilité d’un système de conditionnement et de pressurisation d’air de la cabine de l’aéronef ou encore l’alimentation d’une pompe de lubrification d’organes tournants de la turbomachine.

Il est connu d’équiper le boîtier d’accessoires d’une machine électrique qui est un dispositif électromécanique basé sur l’électromagnétisme permettant la conversion d’énergie électrique par exemple en énergie mécanique (mode générateur) ou de manière réversible, permettant la production de l’électricité à partir d’une énergie mécanique (mode moteur). La machine électrique peut se comporter également en mode générateur comme en mode moteur.

Face au défi environnemental dans le domaine aéronautique et aux besoins de puissances électriques croissants concomitamment avec le nombre d’équipements et de nouvelles fonctions de l’aéronef, il est nécessaire de trouver et de compléter ces sources d’énergie; la question de l’hybridation de la turbomachine se pose donc.

L’agencement de la machine électrique au sein de l’AGB ne permet pas d’apporter un gain significatif de puissance électrique pour l’accroissement de la puissance électrique de l’ensemble des fonctions de l’aéronef et le rendement de la conversion de la puissance mécanique en puissance électrique n’est pas à son maximum. De plus, l’intégration de la machine électrique dans diverses zones de la turbomachine s’avère complexe et est contrainte par l’encombrement, la tenue en température de certains composants de la machine électrique, l’accessibilité, la performance de la turbomachine elle-même, etc.

La présente invention a notamment pour objectif de fournir une solution permettant l’intégration d’un ou de plusieurs équipements dans la turbomachine tout en évitant de pénaliser la masse de la turbomachine.

Nous parvenons à cet objectif, conformément à l’invention, grâce à une turbomachine comprenant une soufflante, un premier carter d’axe longitudinal X dans lequel est entrainé en rotation un arbre moteur suivant l’axe longitudinal, un deuxième carter entourant et coaxial avec le premier carter, et au moins un premier arbre d’entraînement relié d’une part, à l’arbre moteur et d’autre part, à au moins un équipement via un dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance, l’équipement étant une machine électrique qui est destinée à prélever ou injecter une puissance sur l’arbre moteur et en ce que le dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance est logé dans un boîtier formé d’un seul tenant avec le deuxième carter.

Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, grâce au boîtier et au deuxième carter qui sont monoblocs, l’intégration de l’équipement, notamment la machine électrique est facilitée et évite un surdimensionnement des carters de turbomachine.

La turbomachine comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

le premier arbre d’entraînement s’étend dans un élément structural qui s’étend sensiblement radialement au moins en partie entre le premier carter et le deuxième carter.
l’élément structural comprend une aube de stator qui s’étend entre le premier carter et le deuxième carter.
la turbomachine comprend un troisième carter qui est coaxial et entoure le deuxième carter, le deuxième carter et le troisième carter délimitant au moins en partie une veine d’écoulement d’un flux d’air secondaire généré par la soufflante, et en ce que la machine électrique est agencée dans la veine d’écoulement.
le dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance comprend un premier pignon d’entrée monté sur une première extrémité du premier arbre d’entraînement et une roue de sortie montée sur un arbre de transmission de puissance couplé à la machine électrique.
l’arbre moteur porte une roue d’entrée coaxiale à l’axe longitudinal X et coopérant avec un premier pignon de sortie monté à une deuxième extrémité du premier arbre d’entrainement.
la turbomachine comprend deux machines électriques, respectivement une première machine électrique et une deuxième machine électrique, qui sont montées en parallèle et chacune reliée à l’arbre moteur.
un deuxième arbre d’entrainement est relié d’une part, à l’arbre moteur et d’autre part, à la deuxième machine électrique via un dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance formé d’un seul tenant avec le deuxième carter.
le premier et le deuxième arbres d’entraînement s’étendent chacun suivant un axe sensiblement radial.
la soufflante est entraînée par l’arbre moteur par l’intermédiaire d’un réducteur de vitesse.
le premier carter et le deuxième carter délimitent au moins en partie une veine d’écoulement d’un flux primaire généré par la soufflante.
les pignons et les roues sont coniques.

L’invention concerne également une turbomachine comprenant une soufflante, un premier carter d’axe longitudinal X dans lequel est entrainé en rotation un arbre moteur suivant l’axe longitudinal, un troisième carter entourant la soufflante et coaxial avec le premier carter, et au moins un premier arbre d’entraînement relié d’une part à l’arbre moteur et d’autre part, à au moins un équipement via un dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance, l’équipement étant une machine électrique qui est destinée à prélever ou injecter une puissance sur l’arbre moteur et en ce que le dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance est logé dans un boîtier formé d’un seul tenant avec le troisième carter. Cette configuration permet également un gain d’encombrement et facilite l’intégration d’au moins un équipement, tel qu’une machine électrique dans la turbomachine et évite le surdimensionnement des carters de turbomachine. Suivant cet exemple de réalisation, la machine électrique peut être agencée radialement à l’extérieur du troisième carter.

L’invention concerne également une turbomachine comprenant une soufflante, un premier carter d’axe longitudinal X dans lequel est entrainé en rotation un arbre moteur suivant l’axe longitudinal, un troisième carter entourant la soufflante et coaxial avec le premier carter, et au moins un premier arbre d’entraînement relié d’une part à l’arbre moteur et d’autre part, à au moins un équipement via un dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance, l’équipement étant une machine électrique qui est destinée à prélever ou injecter une puissance sur l’arbre moteur et en ce que le dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance est logé dans un boîtier formé d’un seul tenant avec le premier carter. Cette configuration permet également un gain d’encombrement et facilite l’intégration d’au moins un équipement, tel qu’une machine électrique dans la turbomachine et évite le surdimensionnement des carters de turbomachine. Suivant cet exemple de réalisation, la machine électrique peut être agencée radialement à l’extérieur premier carter.

Brève description des figures

L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux figures suivantes annexées :

La figure 1 est une vue schématique et en coupe axiale d’une turbomachine double flux selon l’invention ;

La figure 2 est une vue schématique, en coupe axiale, partielle et de détails d’un autre mode de réalisation d’une transmission de puissance entre un arbre moteur de la turbomachine et un équipement de la turbomachine selon l’invention ;

La figure 3 est une vue schématique de l’agencement d’un arbre moteur, d’une transmission de puissance et d’une machine électrique selon l’invention ;

La figure 4 est une vue en perspective d’un autre mode de réalisation d’un agencement de plusieurs équipements reliés à la turbomachine selon l’invention ; et

La figure 5 est une vue schématique, en coupe axiale, partielle et de détails d’un autre mode de réalisation d’une transmission de puissance entre un arbre moteur de la turbomachine et un équipement de la turbomachine selon l’invention.

Description détaillée de l’invention

La figure 1 montre une vue en coupe axiale d’une turbomachine 1 d’axe longitudinal X à laquelle s’applique l’invention. La turbomachine représentée est une turbomachine double flux et double corps destinée à être montée sur un aéronef. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce type de turbomachine.

Dans la présente demande, les termes « amont », « aval », « axial » et « axialement » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans la turbomachine et également suivant l’axe longitudinal (et même de gauche à droite sur la figure 1). Les termes « radial », « radialement », « interne » et « externe » sont également définis par rapport à un axe radial Z qui est perpendiculaire à l’axe X de la turbomachine.

Cette turbomachine 1 à double flux et double corps comprend une soufflante 2 qui est montée en amont d’un générateur de gaz ou moteur de turbine à gaz 3. La soufflante 2 comprend une pluralité d’aubes de soufflante 4 qui s’étendent radialement depuis la périphérie d’un disque 5 traversé par un arbre de soufflante 6.

La turbomachine comprend un arbre moteur qui s’étend suivant l’axe longitudinal X dans un premier carter. Un deuxième carter est monté autour et coaxial avec le premier carter. Un troisième carter est monté autour et coaxial avec le deuxième carter. Le troisième carter est également coaxial avec le premier carter.

Le générateur de gaz 3 comprend d’amont en aval et suivant une représentation schématique, un compresseur basse pression (BP) 9, un compresseur haute pression (HP) 10, une chambre de combustion 11, une turbine haute pression 12 et une turbine basse pression 13. Le compresseur HP 10 est relié à la turbine HP via un arbre HP 14 centré sur l’axe longitudinal pour former un premier corps dit haute pression. Le compresseur BP est relié à la turbine BP via un arbre BP 15 centré sur l’axe longitudinal pour former un deuxième corps dit basse pression. L’arbre BP 15 s’étend à l’intérieur de l’arbre HP 14.

L’arbre HP 14, qui est un premier arbre moteur, est entraîné en rotation suivant l’axe longitudinal dans le premier carter (dénommé carter interne 16).

La soufflante 2 est entourée du troisième carter (dénommé carter de soufflante 7) qui est coaxial avec le carter interne 16. Le carter de soufflante 7 est porté par une nacelle 8 qui s’étend autour du générateur de gaz 3 et suivant l’axe longitudinal X. L’arbre de soufflante 6 est relié à un deuxième arbre moteur qui l’entraîne en rotation autour de l’axe longitudinal X.

Un flux d’air F qui entre dans la turbomachine via la soufflante 2 est divisé par un bec de séparation 17 de la turbomachine en un flux d’air primaire F1 qui traverse le générateur de gaz 3 et en particulier dans une veine primaire 18, et en un flux d’air secondaire F2 qui circule autour du générateur de gaz 3 dans une veine secondaire 19. La veine primaire 18 et la veine secondaire 19 sont coaxiales. Le flux d’air secondaire F2 est éjecté par une tuyère secondaire 20 terminant la nacelle 8 alors que le flux d’air primaire F1 est éjecté à l’extérieur de la turbomachine via une tuyère d’éjection 21 située en aval du générateur de gaz. Les flux d’air primaire et secondaire se rejoignent en sortie de leurs tuyères respectives.

La veine primaire 18 est délimitée au moins en partie, radialement, par le premier carter (carter interne 16) et le deuxième carter. La veine secondaire 19 est quant à elle délimitée au moins en partie, radialement, par le deuxième carter et le troisième carter (carter de soufflante 7 avec la nacelle 8). Un carter d’entrée 22 porte le bec de séparation 15 en amont et est prolongé en aval par un carter inter-veine 23 qui porte la tuyère d’éjection 21. Le carter inter-veine 23 est ici le deuxième carter.

Des aubes de stator, directrices de sortie (connues sous l’acronyme OGV) (non représentées) qui relient structurellement le carter d’entrée 22 au carter de soufflante 7, s’entendent sensiblement radialement dans le flux d’air secondaire et autour de l’axe longitudinal X.

Dans le présent exemple, le deuxième arbre moteur est l’arbre BP 15. Un mécanisme de transmission de puissance peut être intercalé entre l’arbre de soufflante 6 et l’arbre BP 15. Le mécanisme de transmission de puissance permet de réduire la vitesse de la soufflante 2 à une vitesse inférieure à celle de l’arbre BP 15. D’autre part, le mécanisme de transmission de puissance permet l’agencement d’une soufflante avec un diamètre important de manière à augmenter le taux de dilution. Le taux de dilution de la soufflante est avantageusement supérieur à 10. Préférentiellement, le taux de dilution est compris entre 15 et 20.

En référence à la figure 1, le mécanisme de transmission de puissance comprend un réducteur 24 qui est ici un réducteur de vitesse à train planétaire. Bien entendu un réducteur de vitesse à train épicycloïdal est envisageable. Le réducteur est logé dans une enceinte de lubrification agencée en amont du générateur de gaz 3 et le carter interne 16 annulaire. Le train d’engrenage du réducteur de vitesse 24 comprend typiquement un solaire (ou planétaire interne) (non représenté), une pluralité de satellites (non représentés), un porte-satellites (non représenté), et une couronne (planétaire externe) (non représentée). Le solaire est centré sur l’axe longitudinal X et est couplé en rotation avec l’arbre BP suivant l’axe longitudinal X. Les satellites sont portés par le porte-satellites et sont chacun guidés en rotation autour d’un axe de satellite, ici, parallèle à l’axe longitudinal X. Chaque satellite engrène avec des dentures externes du solaire et des dentures internes de la couronne. Dans le cas d’un train planétaire, le porte-satellites est bloqué en rotation et est solidaire d’un carter de stator de la turbomachine, et la couronne, centrée sur l’axe longitudinal X, entoure le solaire et est couplée en rotation avec l’arbre de soufflante. A l’inverse, dans le cas du train épicycloïdal, le porte-satellites est couplé en rotation avec l’arbre de soufflante et la couronne qui est fixe en rotation, est solidaire d’un carter de stator de la turbomachine.

En référence aux figures 1 à 5, la turbomachine comprend un arbre d’entrainement 25 qui est relié d’une part, à l’arbre haute pression 14 et d’autre part, à au moins un équipement ou un accessoire de la turbomachine. L’équipement est destiné à prélever ou injecter une puissance (mécanique ou électrique) sur l’arbre moteur (l’arbre haute pression 14). L’équipement comprend au moins un organe qui est entrainé en rotation par l’arbre haute pression 14 via l’arbre d’entrainement. L’arbre d’entraînement 25 s’étend sensiblement radialement (avec un angle incliné entre 5° et 25° par rapport à l’axe radial par exemple) ou radialement. Celui-ci traverse également un élément structural qui s’étend sensiblement radialement au moins en partie entre le carter interne 16 et le carter de soufflante 7 et/ou la nacelle 8.

Dans le présent exemple, l’élément structural est un bras de carter 26 qui relie structurellement le carter interne 16 au carter de soufflante 7. De manière alternative, l’élément structural est une aube de stator (OGV). Dans cette éventualité, l’aube de stator serait montée à la place du bras 26 ou à proximité axialement de celui-ci.

En référence aux figures 1 et 2, l’équipement comprend une machine électrique 30.

La machine électrique 30 comprend un rotor et un stator de manière à bénéficier d’une puissance électrique supplémentaire dans la turbomachine, pour alimenter divers organes de la turbomachine et/ou de l’aéronef. La machine électrique 30 fonctionne avantageusement, mais non limitativement, en tant que générateur, c’est-à-dire que celle-ci permet la conversion d’énergie mécanique en énergie électrique. En particulier, celle-ci prélève de la puissance mécanique pour la transformer en énergie électrique. La machine électrique peut bien entendu fonctionner en mode moteur de manière à convertir de l’énergie électrique en énergie mécanique. L’énergie mécanique générée est injectée dans la turbomachine. Dans le présent exemple, la machine électrique est réversible, c’est-à-dire que celle-ci fonctionne en mode générateur et moteur.

Comme nous pouvons le voir précisément sur les figures 1 à 3, une roue d’entrée 35 est portée par l’arbre haute pression 14. Cette roue d’entrée 35 est centrée sur l’axe longitudinal X et porte sur sa surface radialement externe une série de dents. La roue d’entrée 35 est avantageusement conique. Le réducteur de vitesse 24 est agencé en amont de cette roue d’entrée 35.

La machine électrique 30 est couplée à un arbre de transmission de puissance 36 qui présente un axe de rotation A. L’arbre de transmission de puissance 36 comprend à une extrémité une roue de sortie 37. La roue de sortie 37 est centrée sur l’axe de rotation A et est dentée. La roue de sortie est également conique.

L’arbre d’entrainement 25, sensiblement radial, comprend une première extrémité qui porte un premier pignon d’entrée 38 et une deuxième extrémité qui porte un premier pignon de sortie 39. Ces pignons 38, 39 sont pourvus de dents et sont coniques.

La roue de sortie 37 de l’arbre de transmission de puissance 36 engrène avec le premier pignon d’entrée 38 de l’arbre d’entraînement 25 en formant un renvoi d’angle. Le renvoi d’angle permet de transmettre un mouvement de rotation entre deux arbres qui ne sont pas parallèles. La roue de sortie 37 et le premier pignon d’entrée 38 de l’arbre d’entrainement 25 forment un premier dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance 40. Ce dernier est disposé cinématiquement entre l’arbre d’entraînement 25 et la machine électrique 30.

Suivant l’exemple de la figure 1, le premier dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance 40 est logé dans un boîtier ou carter de transmission 41 (cf. figures 2, 4 et 5) qui enveloppe et supporte les engrenages (formés des pignons et roues). Le boîtier 41 est creux en d’autres termes. Le boîtier 41 est monobloc avec le carter de soufflante 7 (troisième carter). De manière avantageuse, le boîtier 41 est formé d’un seul tenant (soit venu de matière) avec le carter de soufflante. De manière alternative, le boîtier 41 est fixé sur le carter de soufflante au moyen d’une soudure d’éléments filetés (brides vissées, etc.), de bielles ou tout autre moyen de fixation. Suivant une autre alternative, le boîtier 41 est monobloc avec la nacelle 8.

Suivant un autre mode de réalisation représenté sur la figure 2, le boîtier 41 qui enveloppe et supporte les engrenages (formés des pignons et roues) est monobloc avec le carter inter-veine 23 (deuxième carter représenté schématiquement). De manière avantageuse, le boîtier 41 est formé d’un seul tenant (soit venu de matière) avec le carter inter-veine 23. Le boîtier peut être en saillie radialement vers l’extérieur depuis une surface radialement externe 47 du carter inter-veine de sorte à être baigné par le flux d’air secondaire. De manière alternative, le boîtier 41 est fixé sur le carter inter-veine 23 au moyen d’une soudure, d’éléments filetés (brides vissées, etc.), de bielles ou tout autre moyen de fixation. Dans ce cas de figure, l’arbre d’entraînement 25 s’étend sensiblement radialement entre le carter interne 16 et le carter inter-veine 23.

Suivant encore un autre mode de réalisation qui est illustré sur la figure 5, le boîtier 41 est monobloc avec le carter interne 16. Le boîtier 41 est en particulier venu de matière avec une paroi 48 du carter interne. Le boîtier peut s’étendre en saillie depuis une surface radialement externe de la paroi du carter interne 16 ou depuis une surface radialement interne de la paroi du carter interne. De manière alternative, le boîtier 41 est fixé sur le carter interne au moyen d’une soudure, d’éléments filetés (brides vissées, etc.), de bielles ou tout autre moyen de fixation. Dans ce cas de figure, l’arbre d’entraînement s’étend sensiblement radialement à l’intérieur du carter interne 16.

Ces configurations (boîtier monobloc avec le carter interne ou avec le carter inter-veine) permet que la machine électrique soit placée au plus de la « zone core » de la turbomachine et en étant sensiblement parallèle à l’axe de la turbomachine. La « zone core » est située dans le carter interne 16 ou dans le carter inter-veine 23 (soit entre la veine primaire 18 et la veine secondaire 19). De plus, la zone core est une zone feu (autour de la chambre de combustion).

Le boîtier est réalisé dans un matériau métallique ou un alliage métallique. De manière avantageuse, mais non limitativement, le matériau ou l’alliage métallique comprend de l’acier, de l’aluminium, du magnésium, du titane ou encore un alliage métallique.

Le boîtier peut être réalisé par un procédé de fabrication additive, par fonderie ou encore par usinage.

Avantageusement, le stator de la machine électrique est fixé sur un élément fixe et le rotor est lié à la chaîne cinématique. En particulier, le stator est fixé au boîtier 41. Celui-ci est par exemple monté sur la paroi interne du boîtier. De manière alternative le stator est monté sur la paroi interne d’une enveloppe 46 de la machine électrique 30, laquelle enveloppe est fixe et aussi fixée au boîtier 41. L’enveloppe 46 de la machine électrique 30 peut être, selon les modes de réalisation décrits ci-dessus, fixée sur le carter interne 16, le carter interne-veine 23 ou le carter de soufflante 7. Quant au rotor de la machine électrique 30, celui-ci est couplé en rotation avec l’arbre de transmission de puissance 36 (à l’extérieur ou à l’intérieur du boîtier).

Le boîtier 41 comprend une première face 42 qui est pourvue d’un orifice traversant 43. En référence à la figure 2, la première face 42 est définie dans un plan radial. L’arbre de transmission de puissance 36, couplé à la machine électrique 30, s’étend depuis la première face 42, en traversant cet orifice traversant. L’axe de l’arbre de transmission de puissance est parallèle à l’axe longitudinal. De même, l’arbre de transmission de puissance 36 s’étend au moins en partie à l’intérieur du boîtier 41.

Suivant un exemple de réalisation, tel que représenté sur la figure 1, la machine électrique 30 est agencée radialement à l’extérieur du carter de soufflante 7. Avantageusement, celle-ci est installée dans la nacelle 8. Cette dernière offre plus de latitude pour l’intégration de la machine électrique car celle-ci est moins encombrée par des équipements que dans d’autres parties de la turbomachine.

Dans un autre mode de réalisation tel que celui de la figure 2, la machine électrique 30 est agencée dans la veine d’écoulement 19 du flux d’air secondaire. La machine électrique est logée autour de la surface radialement externe 47 du carter inter-veine 23. De manière avantageuse, mais non limitativement, la machine électrique 30 est disposée de manière sensiblement affleurante avec la surface radialement externe 47 du deuxième carter, ici du carter inter-veine 23. L’installation de la machine électrique à cet endroit permet un gain d’encombrement. De plus, le flux d’air secondaire de la veine secondaire, dans laquelle s’étend la machine électrique, permet de la refroidir.

Par le terme sensiblement affleurant, nous entendons que l’enveloppe de la machine électrique peut être montée directement sur la surface des carters ou être à distance de celle-ci de sorte à permettre une circulation d’air.

Par ailleurs, la roue d’entrée 35 engrène avec le premier pignon de sortie 39 de l’arbre d’entraînement 25 en formant un renvoi d’angle. En particulier, la roue d’entrée 35 et le premier pignon de sortie 39 forment un deuxième dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance 45 qui est disposé entre l’arbre haute pression 14 et l’arbre d’entrainement 25 comme cela est illustré sur les figures 1 et 3. La coopération entre la roue d’entrée 35 et le premier pignon de sortie 39 assure, lors d’une rotation de l’arbre haute pression 14 suivant l’axe longitudinal, la rotation également de l’arbre d’entraînement 25 suivant son axe sensiblement radial. De la sorte, la rotation de l’arbre d’entraînement engendre la rotation de l’arbre de transmission de puissance 36 suivant son axe de rotation A. Dans le cas des figures 1, 2 et 5, l’axe de rotation de l’arbre de transmission de puissance est parallèle à l’axe longitudinal X.

Ainsi, dans le cas d’un fonctionnement moteur de la machine électrique, l’arbre de transmission de puissance 36 lui fournit la puissance mécanique lors de sa rotation et qui sera convertie en puissance électrique. Cette puissance électrique supplémentaire sera disponible une fois que la turbomachine a démarré, et en particulier, pendant le vol et en phase d’atterrissage. L’énergie électrique peut être stockée avantageusement dans un élément de stockage d’énergie embarqué dans l’avion, tel qu’une batterie ou au moins une pile à combustible, dans le but de fournir de l’énergie à la machine électrique 30. La machine électrique et l’élément de stockage sont reliés électriquement.

La turbomachine est également équipée d’un moteur électrique qui est destiné à être alimenté en courant électrique par la machine électrique (en mode moteur). A cet effet, le moteur électrique et la machine électrique 30 sont reliés électriquement par un câblage électrique. Ce moteur électrique est agencé au niveau du carter de soufflante et en aval de la machine électrique. Dans le cas d’injection de puissance sur un des arbres moteurs, la puissance électrique produite par la machine électrique est envoyée à l’arbre moteur par l’intermédiaire du moteur électrique ou alternativement par la batterie ou la pile. La puissance électrique entraîne en rotation l’arbre d’entraînement qui entraîne à son tour l’arbre moteur, ici l’arbre haute pression 14. Cela permet d’améliorer les performances du moteur par exemple et de réduire la consommation de carburant pour alimenter la chambre de combustion 11.

Suivant un mode de réalisation illustré sur la figure 4, la turbomachine comprend deux machines électriques, soit une première machine électrique 30 et une deuxième machine électrique 30’. Ces deux machines 30, 30’ sont agencées parallèlement l’une à l’autre. Les références numériques sont conservées pour les éléments identiques ou sensiblement identiques et/ou ayant la même fonction. Dans cet exemple de réalisation, la première machine électrique 30 est montée de manière similaire aux modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 3 et 5. Un deuxième arbre d’entraînement 25’, s’étendant sensiblement radialement, est relié d’une part, à l’arbre haute pression 14, et d’autre part à la deuxième machine électrique 30’. La première extrémité du deuxième arbre d’entraînement 25’ comprend un deuxième pignon d’entrée et la deuxième extrémité du deuxième arbre d’entraînement 25’ comprend un deuxième pignon de sortie 39’. Ce dernier engrène avec la roue d’entrée 35. Le deuxième pignon d’entrée engrène avec la deuxième roue de sortie d’un deuxième arbre de transmission de puissance. Ces pignons forment également un renvoi d’angle et sont logés dans un boîtier 41’ monobloc avec le carter de soufflante ou avec le carter inter-veine 23 ou encore avec le carter interne 16. Les deux arbres de transmission de puissance s’étendent parallèlement l’un par rapport à l’autre. L’arbre de transmission de puissance de la deuxième machine 30’ s’étend au moins en partie dans l’autre boîtier 41’.

Les deux machines électriques 30, 30’ fonctionnent simultanément et créent une redondance de sorte à avoir plus de puissance mécanique ou électrique. Cela permet en particulier d’avoir un minimum de puissance disponible si une des machines électriques est défaillante. Suivant un exemple de réalisation, les machines électriques 30, 30’ peuvent fonctionner indépendamment l’une de l’autre.

Les axes des premier et deuxième arbres de transmission de puissance sont définis dans un même plan radial, perpendiculaire à l’axe longitudinal. Les premier et deuxième arbres d’entraînement forment sensiblement un V, avec le sommet du V formé par la roue d’entrée 35.

La ou les machines 30, 30’ est/sont configurée(s) pour injecter de la puissance mécanique à l’arbre haute pression par le moteur électrique qui l’entraîne en rotation.

Claims

Turbomachine (1) comprenant une soufflante (2), un premier carter (16) d’axe longitudinal X dans lequel est entrainé en rotation un arbre moteur (14, 15) suivant l’axe longitudinal, un deuxième carter (23) entourant et coaxial avec le premier carter (16), et au moins un premier arbre d’entraînement (25) relié d’une part à l’arbre moteur (14, 15) et d’autre part, à au moins un équipement via un dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance (40), caractérisée en ce que l’équipement est une machine électrique (30, 30’) qui est destinée à prélever ou injecter une puissance sur l’arbre moteur (14, 15) et en ce que le dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance (40) est logé dans un boîtier (41) formé d’un seul tenant avec le deuxième carter (23).
Turbomachine (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le premier arbre d’entraînement (25) s’étend dans un élément structural qui s’étend sensiblement radialement au moins en partie entre le premier carter (16) et le deuxième carter (23).
Turbomachine (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’élément structural comprend une aube de stator qui s’étend entre le premier carter (16) et le deuxième carter (23).
Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend un troisième carter (7) qui est coaxial et entoure le deuxième carter (23), le deuxième carter (23) et le troisième carter (7) délimitant au moins en partie une veine d’écoulement (19) d’un flux d’air secondaire généré par la soufflante (2), et en ce que la machine électrique (30, 30’) est agencée dans la veine d’écoulement (19).
Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance (40) comprend un premier pignon d’entrée (38) monté sur une première extrémité du premier arbre d’entraînement (25) et une roue de sortie (37) montée sur un arbre de transmission de puissance (36) couplé à la machine électrique (30, 30’).
Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’arbre moteur (14, 15) porte une roue d’entrée (35) coaxiale à l’axe longitudinal X et coopérant avec un premier pignon de sortie (39) monté à une deuxième extrémité du premier arbre d’entrainement (25).
Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend deux machines électriques (30, 30’), respectivement une première machine électrique (30) et une deuxième machine électrique (30, 30’), qui sont montées en parallèle et chacune reliée à l’arbre moteur (14, 15).
Turbomachine (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’un deuxième arbre d’entrainement (25’) est relié d’une part, à l’arbre moteur (14, 15) et d’autre part, à la deuxième machine électrique (30’) via un dispositif de renvoi d’angle de transmission de puissance (40’) formé d’un seul tenant avec le deuxième carter (23).
Turbomachine (1) selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le premier et le deuxième arbres d’entraînement (25, 25’) s’étendent chacun suivant un axe sensiblement radial.
Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la soufflante (2) est entraînée par l’arbre moteur (14, 15) par l’intermédiaire d’un réducteur de vitesse (24).