FR3124543A1 - AIRCRAFT TURBOMACHINE EQUIPPED WITH AN ELECTRIC MACHINE - Google Patents
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Abstract
Turbomachine (10) d’aéronef, comportant : - une enceinte annulaire (Z) de circulation d’air de ventilation, cette enceinte s’étendant autour d’un axe principal (A) de la turbomachine et comportant au moins une entrée d’air (80) et au moins une sortie d’air (82), - une machine électrique (70) de forme annulaire s’étendant autour de l’axe principal (A) de la turbomachine, à l’intérieur de l’enceinte (Z), et comportant un rotor (70a) et un stator (70b) coaxiaux qui définissent entre eux un entrefer annulaire (84) de passage d’un premier flux d’air (F2) de ventilation, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un piège magnétique (100) à particules métalliques, ce piège étant situé dans ladite enceinte (Z) et étant configuré pour attirer et retenir les particules métalliques contenues dans ledit premier flux d’air (F2). Figure pour l'abrégé : Figure 5Aircraft turbomachine (10), comprising: - an annular enclosure (Z) for the circulation of ventilation air, this enclosure extending around a main axis (A) of the turbomachine and comprising at least one air inlet air (80) and at least one air outlet (82), - an electrical machine (70) of annular shape extending around the main axis (A) of the turbomachine, inside the enclosure (Z), and comprising a coaxial rotor (70a) and stator (70b) which define between them an annular air gap (84) for the passage of a first flow of ventilation air (F2), characterized in that it further comprises a magnetic trap (100) for metal particles, this trap being located in said enclosure (Z) and being configured to attract and retain the metal particles contained in said first air flow (F2). Figure for abstract: Figure 5
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne une turbomachine d’aéronef équipée d’une machine électrique, ainsi qu’un procédé de maintenance de cette turbomachine.The present invention relates to an aircraft turbine engine equipped with an electric machine, as well as a method for maintaining this turbine engine.
Arrière-plan techniqueTechnical background
L’état de l’art comprend notamment les documents FR-A1-2 842 565, FR-A1-2 896 537 et FR-A1-2 922 265 qui décrivent des turbomachines équipées de machines électriques.The state of the art includes in particular the documents FR-A1-2 842 565, FR-A1-2 896 537 and FR-A1-2 922 265 which describe turbomachines equipped with electric machines.
Le monde aéronautique se pose aujourd’hui de nombreuses questions quant à la pertinence d’utiliser des moteurs hybrides pour l’aviation commerciale. L’utilisation de l’énergie électrique est aujourd’hui envisagée non seulement pour répondre à des fonctions de l’aéronef mais également pour électrifier des fonctions de la turbomachine.The aeronautical world is now asking many questions about the relevance of using hybrid engines for commercial aviation. The use of electrical energy is now envisaged not only to respond to aircraft functions but also to electrify turbomachine functions.
Ce constat conduit à étudier des solutions d’architecture moteur hybridée, combinant l’énergie fossile du carburant et l’énergie électrique pour assurer l’entraînement de la partie propulsive (soufflante de la turbomachine) et l’alimentation de certaines fonctions moteurs et/ou aéronef.This finding leads to the study of hybridized engine architecture solutions, combining fossil fuel energy and electrical energy to drive the propulsion part (turbomachine fan) and supply certain engine functions and/or or aircraft.
Il est connu d’équiper une turbomachine d’aéronef avec une machine électrique. On rappelle qu’une machine électrique est un dispositif électromécanique basé sur l’électromagnétisme permettant la conversion d’énergie électrique par exemple en travail ou énergie mécanique. Ce processus est réversible et peut servir à produire de l’électricité.It is known to equip an aircraft turbomachine with an electric machine. It is recalled that an electrical machine is an electromechanical device based on electromagnetism allowing the conversion of electrical energy, for example into work or mechanical energy. This process is reversible and can be used to generate electricity.
Ainsi, suivant l’usage final d’une machine, on utilise les termes de :Thus, depending on the final use of a machine, the terms of:
- générateur pour désigner une machine électrique produisant de l'énergie électrique à partir d'une énergie mécanique,generator to designate an electrical machine producing electrical energy from mechanical energy,
- moteur pour une machine électrique produisant une énergie mécanique à partir d'une énergie électrique.motor for an electrical machine producing mechanical energy from electrical energy.
Une machine électrique peut également se comporter en mode moteur comme en mode générateur.An electric machine can also behave in motor mode as well as in generator mode.
L’intégration d’une machine électrique dans une turbomachine est relativement complexe. Plusieurs zones d’installation sont possibles mais les avantages et les inconvénients de chacune sont nombreux et divers (problème d’intégration mécanique de la machine, tenue en température de la machine, accessibilité de la machine, etc.).The integration of an electric machine in a turbomachine is relatively complex. Several installation areas are possible, but the advantages and disadvantages of each are numerous and diverse (problem of mechanical integration of the machine, temperature resistance of the machine, accessibility of the machine, etc.).
Une machine électrique comprend classiquement un rotor et un stator. La Demanderesse a déjà proposé d’intégrer une machine électrique de forme annulaire directement en aval d’une soufflante de la turbomachine. Cette machine électrique est située dans une enceinte annulaire dans laquelle circule un flux d’air de ventilation en fonctionnement.An electrical machine conventionally comprises a rotor and a stator. The Applicant has already proposed integrating an electrical machine of annular shape directly downstream of a fan of the turbomachine. This electrical machine is located in an annular enclosure in which a flow of ventilation air circulates during operation.
Cet air est en général prélevé dans le moteur ou générateur de gaz de la turbomachine et circule à travers des joints d’étanchéité en passant au voisinage de paliers à roulements. Ces paliers sont susceptibles de s’user et de générer des poussières métalliques dont certaines peuvent polluer l’air de ventilation. L’air de ventilation qui circule dans l’enceinte de logement de la machine électrique peut donc comprendre des particules métalliques.This air is generally taken from the engine or gas generator of the turbomachine and circulates through seals passing close to rolling bearings. These bearings are likely to wear out and generate metal dust, some of which can pollute the ventilation air. The ventilation air that circulates in the housing enclosure of the electrical machine may therefore include metal particles.
Le rotor et le stator de la machine électrique sont séparés par un entrefer annulaire à travers lequel de l’air de ventilation peut circuler. Les particules métalliques contenues dans cet air sont alors susceptibles d’être attirées et retenues par les aimants permanents du stator ou du rotor et de s’accumuler dans cet entrefer. Cet entrefer doit avoir une dimension précise et ce phénomène risque d’entraîner une modification de cette dimension voire un comblement de cet entrefer, ce qui est très problématique.The rotor and the stator of the electric machine are separated by an annular air gap through which ventilation air can circulate. The metallic particles contained in this air are then likely to be attracted and retained by the permanent magnets of the stator or the rotor and to accumulate in this air gap. This air gap must have a precise dimension and this phenomenon risks causing a modification of this dimension or even a filling of this air gap, which is very problematic.
Par ailleurs, une autre problématique de ce type de machine électrique est sa maintenance et son accès dans un environnement restreint.Furthermore, another problem with this type of electric machine is its maintenance and its access in a restricted environment.
La présente invention propose une solution à au moins une partie des problèmes évoqués dans ce qui précède.The present invention proposes a solution to at least some of the problems mentioned above.
L’invention propose une turbomachine d’aéronef, comportant :The invention proposes an aircraft turbomachine, comprising:
- une enceinte annulaire de circulation d’air de ventilation, cette enceinte s’étendant autour d’un axe principal de la turbomachine et comportant au moins une entrée d’air et au moins une sortie d’air,- an annular ventilation air circulation enclosure, this enclosure extending around a main axis of the turbomachine and comprising at least one air inlet and at least one air outlet,
- une machine électrique de forme annulaire s’étendant autour de l’axe principal de la turbomachine, à l’intérieur de l’enceinte, et comportant un rotor et un stator coaxiaux qui définissent entre eux un entrefer annulaire de passage d’un premier flux d’air de ventilation,- an electrical machine of annular shape extending around the main axis of the turbomachine, inside the enclosure, and comprising a rotor and a coaxial stator which define between them an annular air gap for the passage of a first ventilation airflow,
caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un piège magnétique à particules métalliques, ce piège étant situé dans ladite enceinte et étant configuré pour attirer et retenir les particules métalliques contenues dans ledit premier flux d’air.characterized in that it further comprises a magnetic trap for metal particles, this trap being located in said enclosure and being configured to attract and retain the metal particles contained in said first air flow.
L’invention propose ainsi d’attirer et de piéger les particules magnétiques contenues dans le premier flux d’air afin d’éviter que ce flux d’air soit pollué avec ces particules. Le flux d’air qui passe à travers l’entrefer de la machine électrique est donc exempt de particules magnétiques ce qui limite le risque de dépôt et d’amalgame de particules dans cette zone. L’invention est particulièrement avantageuse dans la mesure où le piège a un fonctionnement autonome et continu, dans la mesure où il ne doit pas être contrôlé et fonctionne en permanence. En fonction de la quantité de particules magnétiques contenues dans le flux d’air et déposées sur le piège, celui-ci peut faire l’objet d’une opération de maintenance lors de laquelle il est nettoyé, ou démonté et remplacé par un neuf. Cette opération de maintenance peut être réalisée à intervalle de temps réguliers lors d’une maintenance de la turbomachine par exemple.The invention thus proposes to attract and trap the magnetic particles contained in the first flow of air in order to prevent this flow of air from being polluted with these particles. The air flow that passes through the air gap of the electrical machine is therefore free of magnetic particles, which limits the risk of deposits and amalgamation of particles in this area. The invention is particularly advantageous insofar as the trap has an autonomous and continuous operation, insofar as it does not have to be controlled and operates permanently. Depending on the amount of magnetic particles contained in the airflow and deposited on the trap, it may be subject to a maintenance operation during which it is cleaned, or dismantled and replaced with a new one. This maintenance operation can be carried out at regular time intervals during maintenance of the turbine engine, for example.
La turbomachine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :The turbomachine according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken separately from each other or in combination with each other:
- le piège à particules comprend une couronne d’aimants s’étendant autour de l’axe principal de la turbomachine ;- the particle trap comprises a ring of magnets extending around the main axis of the turbomachine;
- la couronne d’aimants est située sur une circonférence dont le diamètre est compris entre Dmin et Dmax, qui sont respectivement le diamètre minimal et le diamètre maximal de la machine électrique ;- the ring of magnets is located on a circumference whose diameter is between Dmin and Dmax, which are respectively the minimum diameter and the maximum diameter of the electrical machine;
- la couronne d’aimants comprend un anneau de support et une pluralité d’aimants régulièrement répartis sur l’anneau support et autour de l’axe principal ;- the ring of magnets comprises a support ring and a plurality of magnets evenly distributed on the support ring and around the main axis;
- la couronne d’aimants est fixée à une paroi de l’enceinte par des moyens de fixation amovible ;- the ring of magnets is fixed to a wall of the enclosure by removable fixing means;
- le stator de la machine électrique est porté par un premier élément annulaire de support dont une extrémité est fixée à ladite paroi de l’enceinte, et entoure ladite couronne d’aimants ;- the stator of the electric machine is carried by a first annular support element, one end of which is fixed to said wall of the enclosure, and surrounds said ring of magnets;
- le rotor de la machine électrique est porté par un second élément annulaire de support qui comprend une paroi cylindrique entourée par le rotor et fixée à la périphérie interne de ce dernier, cette paroi cylindrique comportant, du côté opposé à la couronne d’aimants, des orifices traversants de passage d’un second flux d’air de ventilation ;- the rotor of the electric machine is carried by a second annular support element which comprises a cylindrical wall surrounded by the rotor and fixed to the internal periphery of the latter, this cylindrical wall comprising, on the side opposite the ring of magnets, through orifices for the passage of a second flow of ventilation air;
- ladite au moins une entrée d’air est située à une périphérie interne de l’enceinte, et ladite au moins une sortie d’air est située à une périphérie externe de l’enceinte ;- said at least one air inlet is located at an inner periphery of the enclosure, and said at least one air outlet is located at an outer periphery of the enclosure;
- la machine électrique est montée en aval d’une soufflante configurée pour tourner autour dudit axe principal, le rotor de la machine électrique étant solidaire en rotation de la soufflante ;- the electric machine is mounted downstream of a fan configured to rotate around said main axis, the rotor of the electric machine being integral in rotation with the fan;
- l’enceinte est située juste en aval de la soufflante, ladite au moins une entrée d’air étant formée par un joint d’étanchéité dynamique monté entre un support annulaire de paliers et un arbre d’entrainement de la soufflante, et ladite au moins une sortie d’air étant située dans une veine d’écoulement d’un flux d’air en sortie de la soufflante.- the enclosure is located just downstream of the fan, said at least one air inlet being formed by a dynamic seal mounted between an annular bearing support and a drive shaft of the fan, and said at least one at least one air outlet being located in a flow path of an air flow at the outlet of the fan.
La présente invention concerne encore un procédé de maintenance d’une turbomachine telle que décrite ci-dessus, comprenant une étape dans laquelle le piège à particules est démonté, puis est nettoyé et remonté, ou remplacé par un neuf.The present invention also relates to a method for maintaining a turbomachine as described above, comprising a step in which the particle trap is dismantled, then is cleaned and reassembled, or replaced by a new one.
Brève description des figuresBrief description of figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels :The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description given by way of non-limiting example with reference to the appended drawings, in which:
Claims (11)
- une enceinte annulaire (Z) de circulation d’air de ventilation, cette enceinte s’étendant autour d’un axe principal (A) de la turbomachine et comportant au moins une entrée d’air (80) et au moins une sortie d’air (82),
- une machine électrique (70) de forme annulaire s’étendant autour de l’axe principal (A) de la turbomachine, à l’intérieur de l’enceinte (Z), et comportant un rotor (70a) et un stator (70b) coaxiaux qui définissent entre eux un entrefer annulaire (84) de passage d’un premier flux d’air (F2) de ventilation,
caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un piège magnétique (100) à particules métalliques, ce piège étant situé dans ladite enceinte (Z) et étant configuré pour attirer et retenir les particules métalliques contenues dans ledit premier flux d’air (F2).Aircraft turbomachine (10), comprising:
- an annular enclosure (Z) for the circulation of ventilation air, this enclosure extending around a main axis (A) of the turbomachine and comprising at least one air inlet (80) and at least one air outlet air (82),
- an electrical machine (70) of annular shape extending around the main axis (A) of the turbine engine, inside the enclosure (Z), and comprising a rotor (70a) and a stator (70b ) coaxial which define between them an annular air gap (84) for the passage of a first flow of air (F2) for ventilation,
characterized in that it further comprises a magnetic trap (100) for metallic particles, this trap being located in the said enclosure (Z) and being configured to attract and retain the metallic particles contained in the said first airflow (F2) .
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