FR3057244A1

FR3057244A1 - Dispositif ameliore de ventilation de turbomachine

Info

Publication number: FR3057244A1
Application number: FR1659850A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Rodolphe Jacques Gerard POUYAU
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2018-04-13
Anticipated expiration: 2036-10-12
Also published as: FR3057244B1

Abstract

Dispositif de ventilation (10) destiné à être positionné dans une veine d'air d'une turbomachine comprenant une entrée d'air (12), un canal interne (14), un obturateur (20) configuré de manière à sélectivement obturer l'entrée d'air (12), le dispositif de ventilation comprenant en outre un système d'asservissement (30) de l'obturateur par différentiel de pression.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne un dispositif de ventilation de turbomachine, plus précisément une écope variable par contre pression, et une turbomachine comportant une telle écope.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Les dispositifs de ventilation connus dans une turbomachine comportent actuellement les écopes, et notamment les écopes dynamiques à section variable (ou écopes variables). Certains éléments d'une turbomachine, par exemple la nacelle, ont besoin d'être plus ou moins ventilés selon les conditions. Par exemple, certains éléments doivent être ventilés en condition de décollage mais pas en condition de vol, ou inversement. Les écopes variables permettent ainsi de faire varier le débit d'air nécessaire à la ventilation en fonction du besoin.

[0003] Pour réguler ce débit d'air, les écopes variables connues sont actionnées mécaniquement par exemple par des vérins ou des moteurs électriques. Le brevet US 4 418 879 illustre un tel dispositif de ventilation, utilisant un mécanisme d'obturation comportant un clapet s'ouvrant et se fermant en fonction des besoins en débit d'air, à l'aide d'un actionneur de type vérin piloté par une commande dédiée.

[0004] Cependant, de tels dispositifs nécessitent la présence d'une source d'énergie extérieure ainsi que d'un système de commande permettant l'actionnement de l'obturateur, imposant donc l'intégration d'éléments supplémentaires dans le dispositif de ventilation, pouvant engendrer des problèmes d'intégrations, ainsi qu'un surpoids dans le turboréacteur et des coûts supplémentaires.

[0005] Il existe donc un réel besoin pour un système d'asservissement de mécanisme d'obturation d'écope de turbomachine, ne nécessitant pas l'intégration d'éléments supplémentaires.

PRESENTATION DE L’INVENTION [0006] Le présent exposé concerne un dispositif de ventilation destiné à être positionné dans une veine d'air d'une turbomachine comprenant :

- Une entrée d'air,

- Un canal interne,

- Un obturateur configuré de manière à sélectivement obturer l'entrée d'air, comprenant en outre un système d'asservissement de l'obturateur par différentiel de pression.

[0007] Lorsque le dispositif de ventilation est placé dans un écoulement d'air, l'air pénètre à l'intérieur du dispositif de ventilation par l'entrée d'air. L'entrée d'air du dispositif de ventilation peut être circulaire. L'air ayant pénétré dans le dispositif de ventilation via l'entrée d'air, circule ensuite dans le canal interne, à l'intérieur du dispositif de ventilation. L'obturateur, disposé dans le canal interne, peut, selon les besoins en débit d'air, adopter sélectivement une position obturant l'entrée d'air (ou position d'obturation), empêchant ainsi l'air de pénétrer dans le canal interne, ou une position n'obturant pas l'entrée d'air (ou position d'ouverture), permettant ainsi à l'air de pénétrer dans le canal interne. [0008] Le dispositif de ventilation comporte en outre un système d'asservissement par différentiel de pression, permettant à l'obturateur de passer de la position d'obturation à la position d'ouverture. Pour ce faire, le système d'asservissement prélève une pression, engendrée par l'écoulement d'air, dont les variations provoquent le déplacement de l'obturateur entre les positions d'ouverture et d'obturation.

[0009] Le système d'asservissement par différentiel de pression est donc un système d'asservissement passif, permettant le déplacement de l'obturateur en fonction des besoins en débit d'air, sans nécessiter l'intégration d'éléments supplémentaires tels qu'un vérin ou un dispositif électrique pour actionner l'obturateur. Cela permet d'éviter un surpoids et une augmentation de l'encombrement du système de ventilation, et donc de la turbomachine dans lequel il peut être intégré, ainsi que des coûts supplémentaires.

[0010] Dans certains modes de mise en œuvre, le système d'asservissement de l'obturateur pilote le déplacement de l'obturateur au moyen d'un différentiel de pression entre une pression de référence et une pression de commande, la pression de commande étant alors la pression de la veine d'air dans laquelle est disposé le dispositif de ventilation, une veine d'air étant une partie de la turbomachine dans laquelle l'écoulement d'air circule.

[0011] La pression de référence peut être une pression constante fixée au préalable de manière adaptée. La différence de pression entre la pression de référence et la pression de commande permet au système d'asservissement par différentiel de pression de déplacer l'obturateur entre la position d'obturation et la position d'ouverture, selon la valeur de cette différence.

[0012] Dans certains modes de mise en œuvre, l'obturateur s'étend selon une direction axiale, la direction axiale de l'obturateur étant parallèle à l'axe central de l'entrée d'air. Ainsi, lorsque l'obturateur est actionné par le système d'asservissement, il se déplace selon sa direction axiale.

[0013] Dans certains modes de mise en œuvre, l'obturateur peut présenter une section circulaire, un diamètre d'une extrémité amont (selon le sens de l'écoulement de l'air entrant dans le canal interne) de l'obturateur est alors égal au diamètre de l'entrée d'air. Ainsi, lorsque l'obturateur est en position d'obturation, la surface externe de l'extrémité amont de l'obturateur est en contact avec la surface interne de l'entrée d'air, l'obturateur obturant ainsi l'entrée d'air, et empêchant par conséquent l'air de rentrer dans le canal interne en fermant de manière étanche le dispositif de ventilation.

[0014] Dans certains modes de mise en œuvre, un diamètre d'une section aval de l'obturateur est plus petit que le diamètre de l'extrémité amont de l'obturateur. Par section aval, on comprend aval par rapport à l'extrémité amont selon le sens de l'écoulement de l'air entrant dans le canal interne. Par conséquent, l'obturateur étant plus étroit à l'aval de l'entrée d'air, cela permet de conserver un débit d'air suffisant à l'intérieur du canal interne.

[0015] Dans certains modes de mise en œuvre, le canal interne présente une section circulaire, dans lequel un diamètre d'une section en aval du canal interne est plus grand que le diamètre de l'entrée d'air. Le canal interne est ainsi divergent, ce qui permet un passage d'air offrant un débit d'air suffisant lorsque l'obturateur est en position d'ouverture.

[0016] Dans certains modes de mise en œuvre, le système d'asservissement comporte une embase mobile, une première chambre et une deuxième chambre, les première et deuxième chambres étant séparées par l'embase mobile, la première chambre comportant un moyen de pression configuré pour établir une pression constante définissant la pression de référence et la seconde chambre communiquant par l'intermédiaire d'un moyen de communication fluidique avec la veine d'air afin de prélever la pression de ladite veine définissant la pression de commande, et l'obturateur étant solidaire de l'embase mobile.

[0017] L'embase mobile, séparant de manière étanche les deux chambres, peut être par exemple un piston sur lequel est fixée l'extrémité aval de l'obturateur. Ainsi, la pression de référence au sein de la première chambre engendre une première force sur un côté de l'embase mobile, et la pression de commande au sein de la deuxième chambre engendre une deuxième force sur le côté opposé de l'embase mobile, s'opposant à la première force. Par conséquent, selon les valeurs de pression respectives de part et d'autre de l'embase mobile et le positionnement des chambres par rapport à l'embase mobile, cette dernière est amenée à déplacer l'obturateur en position d'obturation ou en position d'ouverture. Par exemple, lorsque la pression de référence est supérieure à la pression de commande, l'obturateur est maintenu en position d'obturation, et lorsque la pression de commande devient supérieure à la pression de référence, l'embase mobile se déplace, engendrant le déplacement de l'obturateur en position d'ouverture.

[0018] Dans certains modes de mise en œuvre, le moyen de pression de la première chambre est un ressort. Le ressort peut être disposé dans la première chambre, exerçant une force sur un côté de l'embase mobile, s'opposant à la force engendrée sur le côté opposé de l'embase mobile par la pression de commande. La pression de référence est alors liée à la raideur propre du ressort.

[0019] Dans certains modes de mise en œuvre, le moyen de pression de la première chambre est une enceinte à pression constante. La pression au sein de la première chambre peut ainsi être fixée au moyen d'une capsule manométrique, configurée de manière à appliquer une pression de référence constante. Cette pression constante engendre une force sur un côté de l'embase mobile, s'opposant à la force engendrée sur le côté opposé de l'embase mobile par la pression de commande.

[0020] Dans certains modes de mise en œuvre, le moyen de pression est configuré de manière à tendre à ramener l'obturateur en position d'obturation, dans laquelle l'air est empêché de pénétrer dans le canal interne.

[0021] Par conséquent, la pression de référence peut être fixée de manière à ce que l'obturateur soit maintenu par défaut en position d'obturation, c'est-à-dire que la pression de référence est supérieure à la pression ambiante. Lorsque cette dernière augmente et devient supérieure à la pression de référence, le système d'asservissement provoque le déplacement de l'obturateur, passant alors en position d'ouverture. A l'inverse la pression de référence peut être configurée de manière à ce que l'obturateur soit maintenu par défaut en position d'ouverture.

[0022] Dans certains modes de mise en œuvre, le moyen de communication fluidique est un tube de connexion qui communique avec un orifice disposé sur un carter du dispositif de ventilation.

[0023] La présence de ce tube permet de relier la deuxième chambre à une zone externe au dispositif de ventilation, et ainsi d'établir au sein de la deuxième chambre une pression égale à la pression de ladite zone externe au dispositif de ventilation, définissant ainsi la pression de commande. L'utilisation simple d'un tube de ce type présente l'avantage, grâce à sa facilité d'intégration dans le dispositif, de limiter son impact sur la structure globale du dispositif.

[0024] Dans certains modes de mise en œuvre, l'orifice est configuré de manière à pouvoir prélever la pression statique de la veine d'air dans laquelle est disposé le dispositif de ventilation.

[0025] Par conséquent, la deuxième chambre communiquant avec l'orifice, la pression au sein de la deuxième chambre est égale à la pression statique de la veine d'air, correspondant à la pression de commande. Selon les fluctuations de la pression statique de la veine d'air, le système d'asservissement va amener l'obturateur à se déplacer entre la position d'obturation et la position d'ouverture, par différentiel de pression.

[0026] Dans certains modes de mise en œuvre, le système d'asservissement s'étend dans la même direction que l'obturateur, l'embase mobile et l'obturateur se déplaçant selon la direction axiale de l'obturateur.

[0027] Dans certains modes de mise en œuvre, le système d'asservissement s'étend dans une direction différente de l'obturateur, l'embase mobile se déplaçant selon une direction différente de la direction axiale de l'obturateur.

[0028] Par exemple, l'extrémité aval de l'obturateur peut être reliée à l'embase mobile par un système cinématique comportant au moins une liaison pivot. L'embase mobile peut se déplacer par exemple selon une direction perpendiculaire à la direction axiale de déplacement de l'obturateur. Cela peut permettre de jouer sur le débattement de l'obturateur par rapport à celui de l'embase mobile, et donc sur les dimensions du système d'asservissement, afin de limiter son encombrement.

[0029] Le présent exposé concerne également une turbomachine comportant le dispositif de ventilation tel que défini précédemment, le dispositif de ventilation étant une écope de turbomachine.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [0030] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :

- la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de ventilation selon l'invention,

- les figures 2A et 2B sont des vues en coupe longitudinale du dispositif de ventilation de la figure 1,

- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de ventilation de la figure 1 selon une variante de l'invention,

- la figure 4 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de ventilation de la figure 1 selon une autre variante de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE D’EXEMPLES DE REALISATION [0031] La figure 1 montre une vue en perspective d'un exemple de dispositif de ventilation 10 comportant un obturateur 20, ici en position d'obturation, une entrée d'air 12, et un canal interne 14 (visible sur les figures 2A et 2B). L'obturateur 20 et l'entrée d'air 12 ont par exemple une section circulaire. Le dispositif de ventilation est disposé dans une veine d'air, dont le sens d'écoulement est illustré par les flèches sur la figure 1. [0032] Comme représenté sur les figures 2 à 4, le dispositif de ventilation 10, ainsi que l'obturateur 20, s'étendent selon un axe A, correspondant à l'axe central de l'entrée d'air 12.

[0033] Dans le présent exposé, les termes « amont » et « aval » se réfèrent au sens d'écoulement de l'air dans la veine d'air. Le terme « position d'obturation » se réfère à la position de l'obturateur 20 dans laquelle il obture l'entrée d'air de sorte que l'air ne peut pas pénétrer dans le canal interne 14, et le terme « position d'ouverture » se réfère à la position de l'obturateur 20 dans laquelle il n'obture pas l'entrée d'air de sorte que l'air peut pénétrer dans le canal interne 14.

[0034] Dans le dispositif de ventilation selon l'exemple du présent exposé, l'obturateur 20 se déplace en translation suivant l'axe A, pour passer de la position d'obturation à la position d'ouverture. L'obturateur 20 comporte une extrémité amont 21 de forme conique. Cette forme aérodynamique permet de limiter les pertes de charge en position d'ouverture, et d'assurer une bonne continuité aérodynamique du dispositif de ventilation en position d'obturation. L'obturateur 20 comporte en outre une portion d'obturation 22, et une tige 24. La portion d'obturation 22 présente une section égale à la section de l'entrée d'air 12, ce qui permet de réaliser une liaison étanche entre la portion d'obturation 22 et l'entrée d'air 12 lorsque l'obturateur est en position d'obturation, empêchant ainsi l'air de pénétrer dans le canal interne 14. L'air contourne alors le dispositif de ventilation 10, comme l'illustrent schématiquement les flèches sur la figure 2A. Par ailleurs, la section externe de la tige 24 est plus petite que celle de la portion d'obturation 22. Cela permet de conserver un débit d'air suffisant lorsque l'obturateur 20 est en position d'ouverture. Enfin, une portion intermédiaire 23 permet de réaliser la jonction entre les portions 22 et 24, tout en compensant la différence de diamètre entre ces deux portions.

[0035] Le canal interne 14, ayant par exemple une section cylindrique, présente une section divergente en aval de l'entrée d'air 12. La forme sensiblement divergente du canal interne 14 permet ainsi de conserver un débit d'air suffisant lorsque l'obturateur 20 est en position d'ouverture, comme l'illustrent les flèches sur la figure 2B.

[0036] Le dispositif de ventilation 10 comporte en outre un système d'asservissement 30 de l'obturateur par différentiel de pression. Le système d'asservissement 30 comporte un piston 32, une première chambre 33 et une deuxième chambre 34, les première et deuxième chambres 33 et 34 étant séparées par le piston 32. Le système d'asservissement 30 peut être disposé, par exemple, à une extrémité opposée du dispositif de ventilation 10 par rapport à l'entrée d'air 12 dans le sens d'écoulement de l'air, en s'étendant dans la même direction que l'obturateur 20.

[0037] Dans cet exemple, l'extrémité aval de la tige 24 de l'obturateur 20 est fixée au piston 32, plus précisément à la face 32a du piston 32 faisant face à l'entrée d'air. Par conséquent, lorsque le piston 32 se déplace au sein du système d'asservissement 30, cela entraîne le déplacement de l'obturateur 20 au sein du canal interne 14.

[0038] La première chambre 33 est configurée de manière à appliquer une pression de référence constante. Les figures 2A et 2B illustrent un exemple dans lequel la pression de référence est définie par un ressort 36, calibré pour appliquer une force de référence sur la face 32b du piston 32, opposée à la face 32a. La figure 3 illustre un autre exemple dans lequel la pression de référence est fixée à une valeur P_o, au sein de la première chambre 33. Cette pression est choisie de manière à engendrer une résultante de force sur la face 32b du piston 32.

[0039] Par ailleurs, la deuxième chambre 34 communique avec un orifice situé sur le carter du dispositif de ventilation 10, par l'intermédiaire d'un moyen de connexion fluidique, ici un tube de connexion 35, disposé perpendiculairement au sens d'écoulement de l'air par exemple. Cet orifice est configuré de manière à pouvoir prélever la pression de la veine d'air dans laquelle est disposé le dispositif de ventilation 10. Typiquement, la pression prélevée peut correspondre à la pression statique. Par conséquent, la pression au sein de la deuxième chambre 34 correspond à la pression de la veine d'air, engendrant ainsi une résultante sur la face 32a du piston 32. Cette pression de la veine d'air varie en fonction des conditions ambiantes, selon que la turbomachine, dans laquelle est disposé le dispositif de ventilation, est en phase de décollage ou en phase de vol.

[0040] Le système d'asservissement permet de comparer la pression de la veine d'air, variant en fonction de ces conditions ambiantes, à la pression de référence de la première chambre 33. La pression de référence pilote donc l'ouverture et la fermeture de l'obturateur, selon ces conditions ambiantes.

[0041] Ainsi, lorsque la pression de la veine d'air est supérieure à la pression de référence, la force engendrée sur la face 32a du piston 32 est supérieure à la force engendrée sur la face 32b du piston 32. Par conséquent, du fait de ce différentiel de pression, le piston 32 se déplace vers l'aval selon l'axe A, engendrant donc le déplacement de l'obturateur

20, passant alors en position d'ouverture, dans laquelle l'air peut pénétrer dans le canal interne 14. A l'inverse, lorsque la pression de la veine d'air est inférieure à la pression de référence, la force engendrée sur la face 32a du piston 32 est inférieure à la force engendrée sur la face 32b du piston 32. Par conséquent, du fait de ce différentiel de pression, le piston 32 se déplace vers l'amont selon l'axe A, engendrant donc le déplacement de l'obturateur 20, passant alors en position d'obturation, dans laquelle l'air ne peut pas pénétrer dans le canal interne 14. De même, lorsque la pression de la veine d'air est égale à la pression de référence, l'obturateur reste en position d'obturation.

[0042] Dans le cas de figure décrit ci-dessus, la pression de référence est configurée pour que l'obturateur soit en position d'obturation par défaut, c'est-à-dire par exemple lorsque la pression de commande est égale à la pression ambiante. Néanmoins, la pression de référence peut également être configurée pour que l'obturateur soit en position d'ouverture par défaut. Par exemple, le ressort peut travailler en traction pour passer de la position d'ouverture à la position d'obturation, ou la position des deux chambres par rapport au piston peut être inversée. [0043] Grâce à ce système d'asservissement par différentiel de pression, il est possible de réguler le débit d'air en fonction des besoins en ventilation de manière passive, sans nécessité l'intégration d'éléments supplémentaires tels qu'un actionneur mécanique ou électrique. Par exemple, en phase de décollage, l'obturateur pourra être en position d'ouverture, et se refermer de lui-même en phase de vol ou lorsque les besoins en ventilation sont moindres.

[0044] La figure 4 montre une vue en coupe longitudinale du dispositif de ventilation selon un autre exemple de mise en œuvre de l'invention. Dans cet exemple, le système d'asservissement s'étend dans une direction différente de l'axe A de l'obturateur 20. L'extrémité aval de la tige 24 de l'obturateur 20 n'est pas fixée directement sur la face 32a du piston 32. L'obturateur 20 et le piston 32 sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un élément de liaison 40, comportant au moins une liaison pivot. Ainsi, le déplacement du piston 32 engendre, par l'intermédiaire de l'élément de liaison 40, le déplacement de l'obturateur 20 entre les positions d'ouverture et d'obturation.

[0045] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

[0046] Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de ventilation (10) destiné à être positionné dans une veine d'air d'une turbomachine comprenant :

- Une entrée d'air (12),

- Un canal interne (14),

Un obturateur (20) configuré de manière à sélectivement obturer l'entrée d'air (12), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système d'asservissement (30) de l'obturateur par différentiel de pression.
2. Dispositif (10) selon la revendication 1 dans lequel le système d'asservissement (30) de l'obturateur pilote le déplacement de l'obturateur (20) au moyen d'un différentiel de pression entre une pression de référence et une pression de commande, la pression de commande étant la pression de la veine d'air dans laquelle est disposé le dispositif de ventilation (10).
3. Dispositif (10) de ventilation selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le système d'asservissement (30) comporte une embase mobile (32), une première chambre (33) et une deuxième chambre (34), les première et deuxième chambres étant séparées par l'embase mobile (32), la première chambre (33) comportant un moyen de pression configuré pour établir une pression constante définissant la pression de référence, et la seconde chambre (34) communiquant par l'intermédiaire d'un moyen de communication fluidique avec la veine d'air afin de prélever la pression de ladite veine définissant la pression de commande, et l'obturateur (20) étant solidaire de l'embase mobile (32).
4. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen de pression de la première chambre est un ressort (36).
5. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen de pression de la première chambre est une enceinte à pression constante (P_o).
6. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel le moyen de pression est configuré de manière à tendre à ramener l'obturateur (20) en position d'obturation, dans laquelle l'air est

5 empêché de pénétrer dans le canal interne (14).
7. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel le moyen de communication fluidique de la deuxième chambre (34) est un tube de connexion (35) qui communique avec un orifice

10 disposé sur un carter du dispositif de ventilation (10).
8. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel l'orifice est configuré de manière à pouvoir prélever la pression statique de la veine d'air.
9. Turbomachine comportant le dispositif de ventilation (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, le dispositif de ventilation (10) étant une écope de turbomachine.