FR2705996A1 - Système de dégivrage des parties avant d'une turbomachine. - Google Patents

Système de dégivrage des parties avant d'une turbomachine. Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un système de dégivrage des parties avant d'une turbomachine qui comporte un dispositif de prélèvement (2) d'un air de dégivrage sur le compresseur, et un dispositif (3) de distribution de l'air prélevé dans les parties avant de la turbomachine. Un échangeur de chaleur (4) air-carburant est interposé entre le dispositif (2) de prélèvement et le dispositif de distribution. L'air prélevé est réchauffé à bas régime et refroidi au régime plein gaz. Ce système évite la surchauffe des parties sensibles de la turbomachine, disque, soufflante et palier avant.

Description

Système de dégivrage des parties avant d'une turbomachine La présente
invention concerne un système de dégivrage des parties avant d'une turbomachine, ledit système comportant un dispositif de prélèvement d'un air de dégivrage sur le compresseur et un dispositif de distribution de l'air prélevé dans les parties avant de
la turbomachine..
Les avions, durant leurs missions, vont rencontrer des conditions atmosphériques très diverses. Ces conditions sont différentes selon les lieux géographiques rencontrés, les saisons, mais aussi l'altitude de vol. Dans les conditions dites "givrantes", les turboréacteurs aspirent de l'air humide et froid qui va provoquer la
formation de glace sur certains composants.
Différents paramètres et différentes caractéristiques vont limiter ou augmenter l'importance de la masse de glace formée. Les composants situés à l'avant de la turbomachine, le cône d'entrée et le becquet notamment, sont sensibles au givrage et ne subissent pas ou pas suffisamment les effets de la force centrifuge susceptibles de les protéger d'une accumulation importante de glace lors d'un vol
prolongé en conditions atmosphériques givrantes.
Une solution habituellement employée pour limiter les conséquences du givrage et pour dégivrer les pièces consiste à utiliser un système de réchauffage avec de l'air chaud qui est prélevé
sur le compresseur de la turbomachine.
L'état de la technique est illustré notamment par le brevet US 3 981 466 qui montre un système de dégivrage du becquet d'entrée de la soufflante dans lequel l'air prélevé sur le compresseur est-dirigé
directement vers le becquet.
Cet air prélevé est à une température qui varie en fonction du régime de la turbomachine. Cette température est relativement froide à bas régime et élevée au régime plein gaz. L'efficacité de ce
système de dégivrage est donc limitée à bas régime.
Pour dégivrer l'ogive de la turbomachine avec l'air prélevé sur le compresseur, il est par contre nécessaire de refroidir l'air prélevé au régime plein gaz de la turbomachine car l'air prélevé est alors très chaud. Or, cet air doit transiter dans la zone du palier avant de la turbomachine et dans la zone du disque de la soufflante. il pourrait
donc se produire une surchauffe de ces zones.
Pour éviter cet inconvénient, le document FR-A-2 454 522 prévoit un système fermé dans l'axe de la turbomachine. Il s'établit une circulation d'air par suite de la rotation de l'ogive. Dans ce système, les capacités de dégivrage sont également fonction du
régime de la turbomachine.
Le but de la présente invention est de proposer un système de dégivrage simple qui fournisse une température de l'air de dégivrage sensiblement constante et qui puisse s'adapter à la fois au dégivrage de pièces fixes, comme le becquet d'entrée, et au dégivrage de
pièces en rotation, comme l'ogive de la turbomachine.
Le but est atteint par le fait que le système de dégivrage du type mentionné ci-dessus comporte, en outre, un échangeur de chaleur aircarburant disposé entre le dispositif de prélèvement d'air et le dispositif de distribution, ledit échangeur étant destiné à réchauffer l'air prélevé à bas régime de la turbomachine et à refroidir
l'air prélevé au régime plein gaz.
L'invention est basée sur le fait que la température du carburant évolue en fonction du régime de la turbomachine, dans le sens inverse des variations de température de l'air à la sortie du compresseur. Au ralenti, le carburant est chaud, car, la pompe à carburant débitant toujours au même régime, le carburant est recyclé plusieurs fois. Au plein gaz, au contraire, la demande de carburant est grande, et le carburant reste froid car seule une faible quantité est recyclée. il est donc possible en dimensionnant convenablement l'échangeur d'obtenir une régulation de la température de l'air de
dégivrage à une température sensiblement constante.
Dans le cas o l'air prélevé circule par une zone comprenant le palier avant de la turbomachine, afin de dégivrer l'ogive, l'échangeur est disposé entre le dispositif du prélèvement et ladite zone. Grâce à cette disposition le palier et le disque de la soufflante ne sont pas
soumis à des températures excessives.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention
ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre
d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente les courbes de la température de l'air prélevé au compresseur en fonction du régime de la turbomachine et de la température de l'air ambiant, la figure 2 représente la courbe de la température du carburant en fonction du régime de la turbomachine, la figure 3 représente les évolutions des températures de l'air prélevé sur le compresseur et du carburant entre elles en fonction du régime moteur pour différentes températures ambiantes, la figure 4 représente l'évolution de la température de l'air prélevé, en aval de l'échangeur de chaleur air-carburant en fonction du régime moteur pour différentes températures ambiantes dans le système de dégivrage selon l'invention, les figures 5 et 6 montrent différentes dispositions de
l'échangeur air-carburant dans le circuit de distribution du carburant.
Les figures 1 à 3 montrent les courbes représentatives de la température Ta de l'air prélevé sur le compresseur d'une turbomachine, et de la température Tc du carburant fourni à la chambre de combustion en fonction du régime N de la turbomachine et en fonction de la température ambiante de l'air en entrée de la soufflante. La flèche F montre le déplacement de ces courbes représentatives en cas d'augmentation de la température ambiante, et la flèche R (figure 3) le sens de déplacement du point figuratif de
la courbe représentée en cas d'augmentation du régime moteur.
Les courbes Ca de la figure 1 montrent clairement que l'air prélevé dans le compresseur est froid au ralenti et chaud au régime
plein gaz.
La courbe Cc de la figure 2 montre que le carburant est chaud au ralenti Ra et froid en pleine charge Pc. Ceci provient du fait que la pompe à carburant débite toujours au même régime, et comme le besoin en carburant est moindre au ralenti, le carburant est alors recyclé environ 40 fois ce qui provoque un échauffement notable du carburant. Au plein gaz, en revanche, la demande de carburant est très grande, par conséquent, le carburant reste froid car il y a très peu de
carburant recyclé.
Le système de dégivrage proposé par l'invention consiste à intercaler dans le circuit 1 d'air de dégivrage entre l'opercule 2 de prélèvement sur le compresseur et le dispositif de distribution 3 de l'air prélevé dans les parties avant de la turbomachine, un échangeur de chaleur 4 air- carburant disposé dans le circuit 5 de carburant du moteur. L'échangeur 4 est dimensionné de manière à produire les effets suivants: - à haut régime du moteur, l'air prélevé est refroidi dans l'échangeur tandis que le carburant est réchauffé, - à bas régime du moteur, l'effet s'inverse: I'air prélevé est
réchauffé et le carburant est refroidi.
Il est possible d'obtenir une régulation de l'air de dégivrage à la sortie de l'échangeur de chaleur 4, à une température Tb sensiblement constante quelque soit le régime N du moteur, comme
cela est représenté sur la figure 4.
La présence de l'échangeur de chaleur 4 permet d'éviter toute surchauffe à l'avant du moteur et augmente la fiabilité de la turbomachine. Les fuites inter-circuits peuvent être drainées par tout
procédé connu.
Les caractéristiques thermiques de l'échangeur 4 se font par optimisation dans le domaine de vol de l'avion, en tenant compte des limitations du circuit 5 de carburant et de celles du circuit 1 d'air. La position de l'échangeur 4 dans le circuit 5 de carburant se fait
également par optimisation.
Les figures 5 et 6 montrent plusieurs configurations possibles du circuit 5 de carburant. Sur ces figures, on a représenté par 6 la pompe basse pression qui alimente le circuit 5 de carburant. Ce circuit 5 comporte en série une pompe haute pression 7 et un doseur 8 de carburant alimentant le système d'injection 9. La réintroduction du carburant se fait en amont du doseur 8 au moyen d'une soupape régulatrice 10. La référence 11 représente un échangeur de chaleur
huile-carburant monté dans le circuit 5 de carburant.
Sur la figure 5, l'échangeur de chaleur 4 air-carburant est positionné en parallèle du circuit 5 sur le circuit de réintroduction de carburant. L'échangeur 4 peut également être monté en série, à l'aval de la pompe haute pression 7 et en amont du doseur 8, comme représenté sur la figure 6 ou par la référence 4' sur la figure 5. Les combinaisons entre les deux circuits représentés sont possibles. On peut également employer une vanne sur le circuit 1
d'air prélevé et la défaillance de cette vanne est alors moins critique.
L'avantage principal de l'invention est d'éviter la surchauffe des pièces critiques de la turbomachine comme le disque de la soufflante
et le roulement du palier avant de la turbomachine.
Un autre avantage de l'invention résulte du fait que l'on réchauffe le carburant à haut régime, ce qui le protège contre le givrage, et à refroidir le carburant ainsi que l'huile du moteur au
ralenti.

Claims (2)

REVENDICATIONS
1. Système de dégivrage des parties avant d'une turbomachine, ledit système comportant un dispositif de prélèvemrent (2) d'un air de dégivrage sur le compresseur et un dispositif (3) de distribution de l'air prélevé dans les parties avant de la turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, un échangeur de chaleur (4) air-carburant disposé entre le dispositif (2) de prélèvement d'air et le dispositif (3) de distribution, ledit échangeur (4) étant destiné à réchauffer l'air prélevé à bas régime de la turbomachine et à refroidir
l'air prélevé au régime plein gaz.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'air prélevé circule par une zone comprenant le palier avant de la turbomachine, caractérisé en ce que l'échangeur est disposé entre les dispositif de
prélèvement et ladite zone.
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