FR3020405A1

FR3020405A1 - Systeme d'alimentation a plusieurs pompes centrifuges en amont d'une pompe volumetrique

Info

Publication number: FR3020405A1
Application number: FR1453822A
Authority: FR
Inventors: Sebastien Chalaud
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2015-10-30
Anticipated expiration: 2034-04-28
Also published as: FR3020405B1

Abstract

L'invention concerne un système d'alimentation (10) de turbomachine, comprenant un circuit amont (100) comprenant un bloc de pompage basse pression (101) et au moins une pompe volumétrique haute pression (102). Le système d'alimentation (10) comprend, en aval du circuit amont (100), un circuit d'alimentation (60) d'un système d'injection (62), et un circuit d'alimentation (50) de géométries variables. Le circuit d'alimentation (60) du système d'injection comprend une boucle de retour (610) de fluide. Le circuit d'alimentation (50) de géométries variables est configuré pour acheminer du fluide transitant par des géométries variables (54) vers un nœud de sortie (S) raccordant le circuit d'alimentation (50) de géométries variables au circuit amont (100). Selon l'invention, le bloc de pompage basse pression (101) comprend une pluralité de pompes centrifuges (101a, 111a, 111b), et le nœud de sortie (S) est situé entre deux pompes (101a, 111a) du bloc de pompage basse pression (101).

Description

SYSTEME D'ALIMENTATION A PLUSIEURS POMPES CENTRIFUGES EN AMONT D'UNE POMPE VOLUMETRIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine technique général des systèmes d'alimentation en fluide pour turbomachine, notamment en lubrifiant ou en carburant. Plus précisément, l'invention concerne un système d'alimentation en fluide à la fois d'une chambre de combustion de turbomachine et de géométries variables de turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La figure 1 représente un système d'alimentation 10 en carburant pour turbomachine 1, selon une conception connue de l'état de la technique. Le système d'alimentation 1 comprend une pompe basse pression 11 configurée pour augmenter la pression du carburant s'écoulant vers une résistance hydraulique 104. La pompe basse pression 11 est notamment une pompe centrifuge. Le fluide en aval de la pompe basse pression 11 s'écoule ensuite en direction d'une pompe volumétrique haute pression 102.

La pompe volumétrique haute pression 102 est destinée à alimenter en fluide à débit constant à la fois un circuit d'alimentation 50 de géométries variables 54 et un circuit d'alimentation 60 en carburant d'une chambre de combustion 2. Le circuit d'alimentation 50 de géométries variables 54 est conçu pour acheminer du carburant depuis un noeud d'entrée E de séparation du circuit d'alimentation 50 de géométries variables 54 et du circuit d'alimentation en carburant de la chambre de combustion 2, jusqu'à un noeud de sortie C situé entre la pompe basse pression 11 et la pompe volumétrique haute pression 102. Ce circuit d'alimentation 50 de géométries variables 54 est destiné à fournir aux géométries variables 54 une puissance hydraulique variable.

Le circuit d'alimentation 60 en carburant de la chambre de combustion 2 comprend un doseur de carburant 64 configuré pour réguler le débit de carburant à travers une conduite d'alimentation 68 et à destination des systèmes d'injection 62 de la chambre de combustion 2. Pour ce faire, le doseur de carburant 64 est destiné à laisser s'écouler un excès de carburant à travers une boucle de retour de fluide 610 depuis un premier noeud A situé en aval du noeud d'entrée E jusqu'au noeud de sortie C. Cependant, cet excès de carburant circulant dans la boucle de retour de fluide 610 génère une dissipation d'énergie thermique importante dans le système d'alimentation 10. Il en découle une diminution des performances globales d'une turbomachine 1 comprenant le système d'alimentation 10. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes rencontrés dans les solutions de l'art antérieur. A cet égard, l'invention a pour objet un système d'alimentation de turbomachine en fluide, le système d'alimentation comprenant un circuit amont et un circuit aval raccordé au circuit amont, le circuit amont comprenant un bloc de pompage basse pression et au moins une pompe volumétrique haute pression, destinés à augmenter la pression du fluide s'écoulant en direction du circuit aval, le circuit aval se subdivisant à un noeud d'entrée en un circuit d'alimentation d'un système d'injection pour chambre de combustion et en un circuit d'alimentation de géométries variables, le circuit d'alimentation de géométries variables étant configuré pour acheminer du fluide transitant par des géométries variables depuis le noeud d'entrée jusqu'à un noeud de sortie raccordant le circuit d'alimentation des géométries variables au circuit amont, le circuit d'alimentation du système d'injection comprenant une boucle de retour de fluide configurée pour acheminer du fluide en provenance du noeud d'entrée jusqu'à un noeud d'évacuation raccordant le circuit d'alimentation du système d'injection au circuit amont en amont de la pompe haute pression. Selon l'invention, le bloc de pompage basse pression comprend une pluralité de pompes centrifuges, et le noeud de sortie est situé entre deux pompes du bloc de pompage basse pression. La pluralité de pompes centrifuges est destinée à augmenter davantage la pression du fluide qui les traverse, tout en limitant l'encombrement et la dissipation d'énergie thermique du bloc de pompage basse pression. L'augmentation de pression du carburant en entrée de la pompe volumétrique haute pression permet de réduire la puissance qu'elle doit fournir pour délivrer un débit de fluide constant. L'augmentation de la puissance mécanique fournie par le bloc de pompage basse pression, dans le système d'alimentation selon l'invention, compense davantage la baisse de la puissance fournie par la pompe volumétrique, en termes de puissance thermique dissipée. Le fluide dans le système d'alimentation est notamment de l'huile ou du carburant. L'invention peut comporter de façon facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non. Selon une forme de réalisation avantageuse, le bloc de pompage basse pression est constitué d'une pluralité de pompes centrifuges en série.

De préférence, le bloc de pompage basse pression comprend de deux à cinq pompes centrifuges. Avantageusement, le circuit d'alimentation du système d'injection comprend un doseur de fluide et au moins un système d'injection, le doseur de fluide étant configuré pour réguler le débit en direction du système d'injection et/ou en direction de la boucle de retour de fluide. Le noeud d'évacuation raccorde de préférence le circuit d'alimentation du système d'injection au circuit amont entre le bloc de pompage basse pression et la pompe haute pression. Le noeud d'évacuation se trouve aussi proche que possible de l'entrée de la pompe volumétrique haute pression, afin de limiter la puissance thermique dissipée dans la boucle de retour de fluide. Néanmoins, le noeud d'évacuation se trouve généralement en amont d'une résistance hydraulique comprenant par exemple un filtre et/ou un débitmètre. Selon une particularité de réalisation, le circuit d'alimentation de géométries variables comprend au moins un actionneur hydraulique de géométries variables. Selon une autre forme de réalisation avantageuse, les géométries variables comprennent au moins l'un des éléments suivant : un vérin, une servovalve, une vanne de décharge ajustable de compresseur, une vanne de décharge transitoire de compresseur, ou une vanne de réglage de débit d'air pour un système de réglage de jeu au sommet d'aubes de rotor pour turbine basse pression ou turbine haute pression. Selon une autre particularité de réalisation, la pompe haute pression est une pompe volumétrique à engrenages configurée pour être entrainée mécaniquement par une boite de transmission de turbomachine. La boite de transmission transmet de préférence un couple transmis par un arbre haute pression de turbomachine, pour entraîner mécaniquement la pompe volumétrique haute pression. La pompe volumétrique haute pression est notamment située à l'intérieur d'une boite de relais d'accessoires, également connue sous le nom d' « Accesorry Gear Box » ou « AGB ». En variante, la pompe volumétrique haute pression est par exemple une pompe volumétrique électrique dont le fonctionnement est contrôlé/commandé par un module électronique de régulation. Le circuit amont peut contenir une résistance hydraulique entre le bloc de pompage basse pression et la pompe haute pression, la résistance hydraulique pouvant comprendre l'un des éléments suivants : un échangeur, un filtre, une vanne de coupure ou un débitmètre. L'invention se rapporte aussi à une turbomachine comprenant un système d'alimentation en fluide, tel que défini ci-dessus. La turbomachine peut comprendre un réducteur différentiel configuré pour entrainer en rotation au moins une hélice, et destiné à être alimenté en lubrifiant par le système d'alimentation tel que défini ci-dessus. Dans ce cas, la turbomachine est par exemple une turbomachine à ensemble d'hélices contrarotatives non carénées, également connue sous le nom d'« Open Rotor ». BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle d'un système d'alimentation en carburant de turbomachine d'aéronef, selon une conception connue de l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue schématique partielle d'un système d'alimentation en fluide de turbomachine, selon un mode de réalisation préféré de l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. La figure 2 représente un système d'alimentation 10 de turbomachine 1 d'aéronef en fluide. Dans le mode de réalisation décrit, le fluide est du carburant. Néanmoins, lorsque la turbomachine 1 comprend un réducteur différentiel (non représenté) configuré pour entrainer en rotation au moins une hélice, le fluide peut également être du lubrifiant, typiquement de l'huile. La turbomachine 1 comprend le système d'alimentation 10, une ou plusieurs géométries variables 54 et une chambre de combustion 2. Ces géométries variables 54 sont des équipements de turbomachine 1 qui nécessitent de prélever une puissance hydraulique pour fonctionner. Les géométries variables 54 peuvent être de natures diverses, par exemple une servovalve et un vérin, vanne de décharge ajustable de compresseur, une vanne de décharge transitoire de compresseur, et/ou une vanne de réglage de débit d'air pour un système de réglage de jeu au sommet d'aubes de rotor pour turbine basse pression ou turbine haute pression. La chambre de combustion 2 est alimentée en carburant par une pluralité d'injecteurs de carburant coopérant avec les systèmes d'injection 62 de carburant correspondant. Le système d'alimentation 10 comprend un circuit amont 100 et un circuit aval 50, 60 raccordé au circuit amont 100 et situé en aval du circuit amont 100. Les termes « amont » et « aval » sont définis en référence à la direction générale d'écoulement du carburant dans le système d'alimentation 10 en direction de la chambre de combustion 2. Le circuit amont 100 comprend un bloc de pompage basse pression 101, une pompe volumétrique haute pression 102 et une résistance hydraulique 104 située entre le bloc de pompage basse pression 101 et la pompe haute pression 102. Le terme « résistance hydraulique» sert à définir dans ce document, par analogie avec le domaine de l'électricité, la grandeur issue du rapport entre la différence de pression de fluide entre l'entrée et la sortie d'un élément du système d'alimentation sur le débit de fluide traversant l'élément. Par métonymie et toujours par analogie avec le domaine de l'électricité, le terme « résistance hydraulique » sert également à désigner un élément du système d'alimentation caractérisé par cette grandeur. La résistance hydraulique 104 du circuit amont 100 comprend par exemple un échangeur, un filtre à carburant, une vanne de coupure et /ou un débitmètre. Le bloc de pompage basse pression 101 et la pompe volumétrique haute pression 102 sont destinés à augmenter la pression du fluide s'écoulant en direction du circuit aval 50, 60. Plus précisément, le bloc de pompage basse pression 101 augmente la pression du carburant à destination de la pompe haute pression 102, de manière à limiter/empêcher les risques de cavitation à l'intérieur de la pompe haute pression 102. La pompe volumétrique haute pression 102 est conçue pour alimenter le circuit aval 50, 60 en carburant à débit constant. Dans le mode de réalisation décrit, la pompe haute pression 102 est une pompe volumétrique à engrenages configurée pour être entrainée mécaniquement par une boite de transmission de turbomachine 1. Le circuit aval 50, 60 comprend un circuit d'alimentation 60 des systèmes d'injection 62 pour chambre de combustion 2, et un circuit d'alimentation 50 de géométries variables. Le circuit d'alimentation 50 de géométries variables et le circuit d'alimentation 60 des systèmes d'injection 62 se séparent au niveau d'un noeud d'entrée E situé en aval de la pompe haute pression 102. Le circuit d'alimentation 50 de géométries variables est configuré pour acheminer du fluide transitant par les géométries variables 54, depuis le noeud d'entrée E jusqu'à un noeud de sortie S raccordant le circuit d'alimentation 50 de géométries variables au circuit amont 100. Le circuit d'alimentation 60 du système d'injection comprend une vanne de décharge et un doseur de carburant qui sont représentés par le bloc 64 et qui sont configurés pour réguler le débit en direction du système d'injection 62. La vanne de décharge et le doseur de carburant 64 sont conçus pour rediriger le carburant en excès dans le circuit d'alimentation 60 des systèmes d'injection 62 vers le circuit amont 100 à travers une boucle de retour 610 de carburant. La boucle de retour 610 est située entre un premier noeud A en aval du noeud d'entrée E et un noeud d'évacuation B situé en amont de la pompe haute pression 102. Dans le mode de réalisation décrit, le noeud d'évacuation B est situé entre le bloc de pompage basse pression 101 et la résistance hydraulique 104. Néanmoins, le débit de carburant constant en sortie de la pompe volumétrique haute pression 102 est supérieur au débit nécessaire pour approvisionner les systèmes d'injection 62, quel que soit la phase concernée du vol de la turbomachine 1.

En particulier, le débit constant fourni par la pompe volumétrique haute pression 102 est déterminé en fonction des débits nécessaire pour les régimes de fonctionnement de la turbomachine 1 les plus contraignants, c'est-à-dire les débits pour les bas régimes dans cet exemple. Par conséquent, le débit circulant dans la boucle de retour 610 est susceptible d'être très important. Il en résulte des puissances thermiques dissipées par le système d'alimentation 10, notamment celui de la figure 1.

Le système d'alimentation 10 de la figure 2 est configuré de sorte que le bloc de pompage basse pression 101 augmente davantage la pression du fluide en direction de la pompe haute pression 102 par rapport à la pompe basse centrifuge basse pression 11 de la figure 1. La pompe volumétrique haute pression 102 de la figure 2 fournit alors une augmentation de pression du fluide plus faible que la pompe volumétrique haute pression 102 de la figure 1, à débit de fluide identique qui les traversent. Les pertes thermiques du système d'alimentation 10 de la figure 2 sont donc réduites par rapport à celui de la figure 1, à encombrement de la turbomachine 1 sensiblement constant.

Le bloc de pompage basse pression 101 de la figure 2 comprend une pluralité de pompes centrifuges 101a, 111a, 111b. A ce titre, il convient de noter qu'il n'aurait pas été pleinement satisfaisant de seulement remplacer la pompe basse pression 11 de la figure 1 par une pompe basse pression 11 de plus grande capacité. En effet, la différence de pression aux bornes d'une pompe centrifuge est proportionnelle au carré du rayon de la pompe. Surtout, le rendement énergétique d'une pompe centrifuge est proportionnel au cube du rayon de cette pompe. Remplacer la pompe basse pression 11 de la figure 1 par une pompe basse pression centrifuge, configurée pour augmenter davantage la pression du fluide qui la traverse, n'aurait donc pas produit des avantages aussi significatifs en termes de bilan thermique global du système d'alimentation 10.

Le noeud de sortie S du système d'alimentation de la figure 2 est situé entre deux pompes 101a, 111a du bloc de pompage basse pression 101, de sorte à conserver une différence de pression entre le noeud d'entrée E et le noeud de sortie S suffisante et tout en limitant la dissipation d'énergie thermique dans le système d'alimentation 10. Le système d'alimentation de la figure 2 est notamment configuré pour que la différence de pression entre le noeud d'entrée E et le noeud de sortie S du système d'alimentation de la figure 2 soit sensiblement identique à celle de la figure 1, lors du fonctionnement du système d'alimentation 10. Plus précisément et en référence au mode de réalisation de la figure 2, le bloc de pompage basse pression 101 est constitué de trois pompes centrifuges 101a, 111a, 111b montées en série. Par ailleurs, le noeud de sortie S se trouve entre un bloc de pompage amont 101a comprenant une pompe centrifuge et un bloc de pompage aval 110 comprenant deux pompes centrifuges 111a, 111b. De manière générale, le bloc de pompage amont 101a peut comprendre plusieurs pompes centrifuges et le nombre de pompes centrifuges du bloc de pompage aval 110 peut varier, en fonction des besoins en puissance hydraulique et en débit de fluide de la turbomachine 1. De même, les pompes du bloc de pompage basse pression 101 ne sont pas nécessairement identiques. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Système d'alimentation (10) de turbomachine en fluide, le système d'alimentation (10) comprenant un circuit amont (100) et un circuit aval (50, 60) raccordé au circuit amont (100), le circuit amont (100) comprenant un bloc de pompage basse pression (101) et au moins une pompe volumétrique haute pression (102), destinés à augmenter la pression du fluide s'écoulant en direction du circuit aval (50, 60), le circuit aval (50, 60) se subdivisant à un noeud d'entrée (E) en un circuit d'alimentation (60) d'un système d'injection pour chambre de combustion (2) et en un circuit d'alimentation (50) de géométries variables, le circuit d'alimentation (50) de géométries variables étant configuré pour acheminer du fluide transitant par des géométries variables (54) depuis le noeud d'entrée (E) jusqu'à un noeud de sortie (S) raccordant le circuit d'alimentation (50) de géométries variables au circuit amont (100), le circuit d'alimentation (60) du système d'injection comprenant une boucle de retour (610) de fluide configurée pour acheminer du fluide en provenance du noeud d'entrée (E) jusqu'à un noeud d'évacuation (B) raccordant le circuit d'alimentation (60) du système d'injection au circuit amont (100) en amont de la pompe haute pression (102), caractérisé en ce que le bloc de pompage basse pression (101) comprend une pluralité de pompes centrifuges (101a, 111a, 111b), et en ce que le noeud de sortie (S) est situé entre deux pompes (101a, 111a) du bloc de pompage basse pression (101).
2. Système d'alimentation (10) selon la revendication précédente, dans lequel le bloc de pompage basse pression (101) est constitué d'une pluralité de pompes centrifuges (101a, 111a, 111b) en série, de préférence de deux à cinq pompes centrifuges.
3. Système d'alimentation (10) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel le circuit d'alimentation (60) du système d'injection comprend un doseur de fluide (64) et au moins un système d'injection (62), le doseur de fluide (64) étant configuré pour réguler le débit en direction du système d'injection (62) et/ou en direction de la boucle de retour (610) de fluide.
4. Système d'alimentation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le noeud d'évacuation (B) raccorde le circuit d'alimentation (60) du système d'injection au circuit amont (100) entre le bloc de pompage basse pression (101) et la pompe haute pression (102).
5. Système d'alimentation (10) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel le circuit d'alimentation (50) de géométries variables comprend au moins un actionneur hydraulique (54) de géométries variables. 15
6. Système d'alimentation (10) selon les revendications précédentes, dans lequel les géométries variables (54) comprennent au moins l'un des éléments suivant : un vérin, une servovalve, une vanne de décharge ajustable de compresseur, une vanne de décharge transitoire de compresseur, ou une vanne de 20 réglage de débit d'air pour un système de réglage de jeu au sommet d'aubes de rotor pour turbine basse pression ou turbine haute pression.
7. Système d'alimentation (10) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel la pompe haute pression (102) est une pompe 25 volumétrique à engrenages configurée pour être entrainée mécaniquement par une boite de transmission de turbomachine (1).
8. Système d'alimentation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit amont (100) comprend une 30 résistance hydraulique (104) entre le bloc de pompage basse pression (101) et la pompe haute pression (102), la résistance hydraulique (104) comprenant au moins l'un des éléments suivants : un échangeur, un filtre, une vanne de coupure ou un débitmètre.
9. Turbomachine (1) comprenant un système d'alimentation (10) en fluide, selon l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Turbomachine (1) selon la revendication précédente, comprenant un réducteur différentiel configuré pour entrainer en rotation au moins une hélice, et destiné à être alimenté en lubrifiant par le système d'alimentation (10) selon l'une quelconques des revendications 1 à 8.