FR3075308A1 - LUBRICATION ENCLOSURE OF AT LEAST ONE BEARING OF A TURBOMACHINE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une enceinte (20) de lubrification d'au moins un palier (10) d'une turbomachine, comprenant des parois fixes (22) s'étendant autour dudit au moins un palier (10) de guidage d'un arbre (12), des moyens d'étanchéité (24) étant agencés entre lesdites parois fixes (22) et ledit arbre (12), l'enceinte (20) étant configurée pour subir la pression d'un système de pressurisation (36) délivrant un débit de pressurisation à travers desdits moyens d'étanchéité (24) dans ladite enceinte (20), et au moins une canalisation (38) de sortie d'air sous pression agencée pour évacuer l'air sous pression de ladite enceinte (20), caractérisée en ce que ladite canalisation (38) comprend des moyens de réglage de débit (42), qui sont configurés pour maintenir une valeur nominale du débit de sortie d'air sous pression lorsque la turbomachine est à un bas régime, tel qu'un vol stationnaire et en descente, et pour réduire la valeur du débit de sortie lorsque la turbomachine est à un haut régime, tel qu'au décollage, à l'atterrissage pendant une inversion de poussée, en montée et en vol croisière. The invention relates to an enclosure (20) for lubricating at least one bearing (10) of a turbomachine, comprising fixed walls (22) extending around said at least one bearing (10) for guiding a shaft. (12), sealing means (24) being arranged between said fixed walls (22) and said shaft (12), the enclosure (20) being configured to undergo the pressure of a pressurization system (36) delivering a pressurization flow through said sealing means (24) in said enclosure (20), and at least one pipe (38) for outlet of pressurized air arranged to evacuate the pressurized air from said enclosure (20) , characterized in that said pipe (38) comprises flow adjustment means (42), which are configured to maintain a nominal value of the pressurized air outlet flow when the turbomachine is at a low speed, such as hover and descend, and to reduce the value of the output flow when the turb omachine is at high speed, such as takeoff, landing during reverse thrust, uphill and cruising flight.
Description
Enceinte de lubrification d’au moins un palier d’une turbomachineLubrication enclosure for at least one bearing of a turbomachine
Domaine techniqueTechnical area
La présente invention concerne une enceinte de lubrification d’au moins un palier d’une turbomachine.The present invention relates to a lubrication enclosure for at least one bearing of a turbomachine.
Etat de la techniqueState of the art
De manière classique, une turbomachine, notamment d’aéronef, comporte, d’amont en aval dans le sens de l’écoulement des gaz, au moins un compresseur, une chambre de combustion, et au moins une turbine. Le rôle du compresseur est d’accroître la pression de l’air, qui est ensuite fourni à la chambre de combustion. Dans la chambre de combustion, de l’air est mélangé à un carburant et brûlé. Les gaz de combustion passent ensuite à travers la turbine, dont le rôle est d’assurer l’entraînement en rotation du compresseur en prélevant une partie de l’énergie de pression des gaz sortant de la chambre de combustion et en la transformant en énergie mécanique.Conventionally, a turbomachine, in particular an aircraft, comprises, from upstream to downstream in the direction of gas flow, at least one compressor, a combustion chamber, and at least one turbine. The role of the compressor is to increase the pressure of the air, which is then supplied to the combustion chamber. In the combustion chamber, air is mixed with a fuel and burned. The combustion gases then pass through the turbine, the role of which is to ensure the rotary drive of the compressor by taking part of the pressure energy of the gases leaving the combustion chamber and transforming it into mechanical energy. .
Le compresseur et la turbine sont chacun constitués d’un premier ensemble de pièces fixes constituant un stator et d’un second ensemble de pièces, susceptible d’être mis en rotation par rapport au stator, constituant un rotor.The compressor and the turbine each consist of a first set of fixed parts constituting a stator and a second set of parts, capable of being rotated relative to the stator, constituting a rotor.
Un rotor est guidé dans un stator au moyen de paliers, par exemple à roulements, qui assurent par exemple le guidage d’un arbre du rotor. La vitesse de rotation du rotor et les contraintes transmises du rotor au stator au moyen des paliers sont élevées, et de ce fait, il est nécessaire de lubrifier lesdits paliers, ainsi que de les refroidir suite à l’échauffement des paliers dû aux frottements, durant toutes les phases de fonctionnement de la turbomachine.A rotor is guided in a stator by means of bearings, for example with bearings, which for example guide a shaft of the rotor. The rotational speed of the rotor and the stresses transmitted from the rotor to the stator by means of the bearings are high, and therefore, it is necessary to lubricate said bearings, as well as to cool them following the heating of the bearings due to friction, during all the phases of operation of the turbomachine.
La lubrification des paliers est généralement réalisée avec de l’huile synthétique, qui présente des risques d’inflammation. De ce fait, les paliers sont généralement enfermés dans des enceintes pour leur lubrification, de manière à être isolés des autres éléments de la turbomachine. Ainsi, une enceinte de lubrification permet de maîtriser la consommation d’huile de la turbomachine, et de contenir l’huile pour éviter tout risque d’inflammation au sein de la turbomachine.The bearings are generally lubricated with synthetic oil, which poses a risk of ignition. As a result, the bearings are generally enclosed in enclosures for their lubrication, so as to be isolated from the other elements of the turbomachine. Thus, a lubrication enclosure makes it possible to control the oil consumption of the turbomachine, and to contain the oil to avoid any risk of ignition within the turbomachine.
Une enceinte de lubrification est généralement constituée par un assemblage de parois mobiles et de parois fixes, entre lesquelles sont positionnés des moyens d’étanchéité, pour éviter toute fuite d’huile entre lesdites parois. Comme les parois mobiles et les parois fixes ne peuvent être solidarisées, les moyens d’étanchéité d’une enceinte ne peuvent être parfaitement imperméables à l’huile. En conséquence, afin de garantir la conservation de l'huile à l'intérieur de l’enceinte de lubrification, celle-ci est généralement pressurisée.A lubrication enclosure is generally constituted by an assembly of movable walls and fixed walls, between which are positioned sealing means, to prevent any leakage of oil between said walls. As the movable walls and the fixed walls cannot be secured, the sealing means of an enclosure cannot be perfectly impermeable to oil. Consequently, in order to guarantee the conservation of the oil inside the lubrication enclosure, the latter is generally pressurized.
En référence à la figure 1, un palier 1 de guidage d’un arbre 2 d’une turbomachine, s’étendant selon l’axe de rotation noté X, est agencé dans une enceinte 3 de lubrification pressurisée. De l’air sous pression extérieur à l’enceinte 3 traverse les moyens d’étanchéité 4 de l’enceinte en ramenant vers l’intérieur de l’enceinte 3 les éventuelles gouttes d’huile ayant pu s’acheminer vers l’extérieur de l’enceinte par capillarité, l’acheminement de l’air étant illustré à l’aide des flèches A. L’air sous pression est ensuite évacué de l’enceinte 3 et traverse un déshuileur 5 de séparation de l’air et de l’huile, l’évacuation de l’air étant illustré à l’aide la flèche B. Le déshuileur 5 permet d’éviter que l’air n’emporte trop d’huile, ce qui aurait pour conséquence une augmentation de la consommation d’huile de la turbomachine. L’huile récupérée par le déshuileur 5 est ensuite envoyée dans un réservoir d’huile, et l'air de pressurisation est évacué vers l'extérieur.Referring to Figure 1, a bearing 1 for guiding a shaft 2 of a turbomachine, extending along the axis of rotation denoted X, is arranged in an enclosure 3 of pressurized lubrication. Pressurized air outside the enclosure 3 passes through the sealing means 4 of the enclosure, bringing back towards the inside of the enclosure 3 any drops of oil which may have been transported towards the outside of the enclosure by capillary action, the air flow being illustrated using the arrows A. The pressurized air is then evacuated from the enclosure 3 and passes through an oil separator 5 for separating the air and the oil, the evacuation of the air being illustrated using the arrow B. The oil separator 5 makes it possible to prevent the air from carrying too much oil, which would result in an increase in the consumption d oil from the turbomachine. The oil recovered by the oil separator 5 is then sent to an oil tank, and the pressurization air is exhausted to the outside.
Cependant, la pressurisation de l’enceinte est réglée sur des phases de fonctionnement au ralenti de la turbomachine, c’est-à-dire sur des pressions de pressurisation faibles. De ce fait, lors des phases de fonctionnement à haut régime de la turbomachine, on constate une forte augmentation de la valeur du débit de pressurisation, qui est supérieur aux besoins de fonctionnement minimum. De plus, on constate une augmentation du différentiel de pression au niveau des moyens d’étanchéités, ce différentiel de pression permettant de définir la pressurisation de l’enceinte. Plus précisément, lors d’une phase de fonctionnement au ralenti de la turbomachine, on règle le différentiel de pression au minimum, et lors d’une phase à haut régime de la turbomachine, par exemple au décollage, le différentiel de pression est supérieur, par exemple dix fois supérieur, à celui en phase de ralenti, ce qui augmente le débit d’entrée d’air dans l’enceinte.However, the pressurization of the enclosure is regulated on idling phases of the turbomachine, that is to say on low pressurization pressures. As a result, during the high-speed operating phases of the turbomachine, there is a sharp increase in the value of the pressurization flow rate, which is greater than the minimum operating requirements. In addition, there is an increase in the pressure differential at the sealing means, this pressure differential making it possible to define the pressurization of the enclosure. More precisely, during an idling phase of the turbomachine, the pressure differential is adjusted to the minimum, and during a high speed phase of the turbomachine, for example on takeoff, the pressure differential is greater, for example ten times greater than that in the idle phase, which increases the flow of air entering the enclosure.
De plus, le débit de pressurisation a un impact non négligeable sur la consommation spécifique de la turbomachine (SFC, de l’anglais « Spécifie Fuel Consumption »), qui représente la consommation de carburant par unité de poussée de la turbomachine, et qui est utilisée pour évaluer l’efficacité de la turbomachine. Comme de l’air est comprimé pour finalement être rejeté à l’extérieur, sans récupération d’énergie, une augmentation de la quantité d’air de pressurisation signifie également une augmentation de la consommation de carburant.In addition, the pressurization flow rate has a non-negligible impact on the specific consumption of the turbomachine (SFC, from the English “Specifies Fuel Consumption”), which represents the fuel consumption per unit of thrust of the turbomachine, and which is used to assess the efficiency of the turbomachine. As air is compressed and finally released outside, without energy recovery, an increase in the amount of pressurizing air also means an increase in fuel consumption.
En outre, l’air de pressurisation étant un vecteur de transport de gouttelettes d’huile hors de la turbomachine, une augmentation de la quantité d’air de pressurisation signifie également une augmentation de la consommation d’huile.In addition, since pressurization air is a vector for transporting oil droplets out of the turbomachine, an increase in the quantity of pressurization air also means an increase in oil consumption.
La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ces problèmes.The present invention provides a simple, effective and economical solution to these problems.
Exposé de l’inventionStatement of the invention
A cet effet, l’invention concerne une enceinte de lubrification d’au moins un palier d’une turbomachine, comprenant des parois fixes s’étendant autour dudit au moins un palier de guidage d’un arbre, des moyens d’étanchéité étant agencés entre lesdites parois fixes et ledit arbre, l’enceinte étant configurée pour subir la pression d’un système de pressurisation délivrant un débit de pressurisation à travers desdits moyens d’étanchéité dans ladite enceinte, et au moins une canalisation de sortie d’air sous pression agencée pour évacuer l’air sous pression de ladite enceinte, caractérisée en ce que ladite canalisation comprend des moyens de réglage de débit, qui sont configurés pour maintenir une valeur nominale du débit de sortie d’air sous pression lorsque la turbomachine est à un bas régime, tel qu’en vol stationnaire et en descente, et pour réduire la valeur du débit de sortie lorsque la turbomachine est à un haut régime, tel qu’au décollage, à l’atterrissage pendant une inversion de poussée, en montée et en vol croisière.To this end, the invention relates to a lubrication enclosure of at least one bearing of a turbomachine, comprising fixed walls extending around said at least one bearing for guiding a shaft, sealing means being arranged. between said fixed walls and said shaft, the enclosure being configured to be subjected to the pressure of a pressurization system delivering a pressurization flow rate through said sealing means in said enclosure, and at least one air outlet duct under pressure arranged to evacuate the pressurized air from said enclosure, characterized in that said pipe comprises flow adjustment means, which are configured to maintain a nominal value of the pressurized air outlet flow when the turbomachine is at a low speed, such as when hovering and descending, and to reduce the value of the output flow when the turbomachine is at high speed, such as takeoff and landing during thrust reversal, climb and cruise flight.
Avantageusement, les moyens de réglage de débit de l’enceinte de lubrification selon l’invention permettent de diminuer la valeur du débit de sortie d’air sous pression lors des phases de haut régime de la turbomachine, et comme la valeur du débit d’entrée d’air sous pression dans l’enceinte est temporairement maintenue, cela permet d’augmenter la valeur de la pression au sein de l’enceinte. Suite à l’augmentation de la valeur de la pression au sein de l’enceinte, les moyens d’étanchéité, ayant une perméabilité figée, voient un rapport de pression entre l’extérieur et l’intérieur de l’enceinte plus faible, tout en respectant le rapport de pression minimum pour assurer un fonctionnement correct de l’enceinte. Ceci a pour conséquence de permettre une diminution de la valeur du débit de pressurisation en entrée de l’enceinte, c’est-à-dire du débit de pressurisation traversant les moyens d’étanchéité, durant les phases à haut régime de la turbomachine. .Advantageously, the means for adjusting the flow rate of the lubrication enclosure according to the invention make it possible to reduce the value of the pressure air outlet flow rate during the high-speed phases of the turbomachine, and like the value of the flow rate of entry of pressurized air into the enclosure is temporarily maintained, this increases the value of the pressure within the enclosure. Following the increase in the value of the pressure within the enclosure, the sealing means, having a fixed permeability, see a lower pressure ratio between the outside and the inside of the enclosure, while respecting the minimum pressure ratio to ensure correct operation of the enclosure. This has the effect of allowing a reduction in the value of the pressurization flow rate at the inlet of the enclosure, that is to say the pressurization flow rate passing through the sealing means, during the high-speed phases of the turbomachine. .
Autrement, dit les moyens de réglage de débit de l’enceinte de lubrification selon l’invention permettent d’avoir un asservissement du système de pressurisation, en maintenant un contrôle du débit de pressurisation maximum au travers de l’enceinte.In other words, said the means for adjusting the flow rate of the lubrication enclosure according to the invention make it possible to have a control of the pressurization system, while maintaining control of the maximum pressurization flow rate through the enclosure.
De plus, contrairement aux enceintes de lubrification selon l’art antérieur, la pressurisation de l’enceinte n’est pas réglée uniquement sur les phases de ralenti, c’està-dire les phases de bas régime de la turbomachine, et n’est pas subie sur toutes les autres phases de fonctionnement, par exemple les phases de haut régime de la turbomachine. En effet, la pressurisation de l’enceinte est réglée sur toutes les phases de fonctionnement de la turbomachine, puisque la valeur du débit de sortie d’air sous pression est maintenue à une valeur nominale lors des phases de bas régime de la turbomachine et est réduite lors des phases de haut régime de la turbomachine.In addition, unlike the lubrication chambers according to the prior art, the pressurization of the chamber is not regulated solely on the idling phases, that is to say the phases of low speed of the turbomachine, and is not not undergone on all the other operating phases, for example the high-speed phases of the turbomachine. In fact, the pressurization of the enclosure is adjusted to all the operating phases of the turbomachine, since the value of the pressurized air outlet flow rate is maintained at a nominal value during the low-speed phases of the turbomachine and is reduced during high-speed phases of the turbomachine.
En outre, la maîtrise du débit de pressurisation permet de diminuer les pertes de SFC de la turbomachine et de diminuer la consommation d’huile de la turbomachine. En effet, en diminuant la valeur du débit de sortie d’air sous pression lors des phases de haut régime de la turbomachine, on diminue la valeur du débit de pressurisation, ce qui permet de diminuer l’impact de la pressurisation sur la consommation de carburant. De préférence, les moyens de réglage de débit sont aptes à réduire la section de passage de sortie d’air sous pression de la canalisation.In addition, controlling the pressurization flow makes it possible to reduce the losses of SFC from the turbomachine and to reduce the oil consumption of the turbomachine. Indeed, by decreasing the value of the pressurized air outlet flow rate during the high-speed phases of the turbomachine, the value of the pressurization flow rate is reduced, which makes it possible to reduce the impact of the pressurization on the consumption of fuel. Preferably, the flow adjustment means are capable of reducing the cross section of the air outlet under pressure of the pipe.
De préférence, les moyens de réglage de débit comprennent une vanne à débit variable.Preferably, the flow adjustment means comprise a variable flow valve.
Selon un mode de réalisation, la vanne est du type active et pilotée. L’enceinte de lubrification peut comprendre un dispositif de commande configuré pour commander la fermeture au moins partielle de ladite vanne lorsque la turbomachine est à un haut régime, et pour commander l’ouverture de la vanne lorsque la turbomachine est à un bas régime.According to one embodiment, the valve is of the active and controlled type. The lubrication enclosure may include a control device configured to control the at least partial closing of said valve when the turbomachine is at high speed, and to control the opening of the valve when the turbomachine is at low speed.
Selon une variante, la vanne est du type passive. La vanne peut comporter, par exemple, un piston alimenté d’un côté avec une pression source et relié de l’autre côté à un ressort de rappel, le ressort étant configuré pour exercer une fonction de rappel lorsque la valeur de la pression source est supérieure à la valeur d’une pression seuil, de manière à ce que le piston ferme au moins partiellement la vanne.According to a variant, the valve is of the passive type. The valve may include, for example, a piston supplied on one side with a source pressure and connected on the other side to a return spring, the spring being configured to exercise a return function when the value of the source pressure is higher than the value of a threshold pressure, so that the piston at least partially closes the valve.
Avantageusement, les moyens de réglage de débit sont configurés pour réduire la valeur du débit de sortie d’air sous pression jusqu’à au moins 40% de sa valeur nominale. De préférence, les moyens de réglage de débit sont configurés pour réduire la valeur du débit de sortie d’air sous pression jusqu’à 50% de sa valeur nominale.Advantageously, the flow adjustment means are configured to reduce the value of the pressure air outlet flow rate to at least 40% of its nominal value. Preferably, the flow adjustment means are configured to reduce the value of the pressurized air outlet flow rate to 50% of its nominal value.
Selon un mode de réalisation, les moyens de réglage de débit sont positionnés sur la canalisation en amont d’un déshuileur de séparation de l’air et de l’huile.According to one embodiment, the flow adjustment means are positioned on the pipe upstream of an oil and oil separation oil separator.
De façon avantageuse, la maîtrise du débit de pressurisation et les moyens de réglage de débit positionnés en amont du déshuileur permettent de diminuer les pertes de SFC de la turbomachine. En effet, en diminuant la valeur du débit de sortie d’air sous pression lors des phases de haut régime de la turbomachine, on diminue la quantité d’air huilé destiné à traverser le déshuileur, ce qui permet de diminuer la consommation d’huile de la turbomachine.Advantageously, the control of the pressurization flow and the flow adjustment means positioned upstream of the oil separator make it possible to reduce the losses of SFC from the turbomachine. In fact, by decreasing the value of the pressurized air outlet flow rate during the high-speed phases of the turbomachine, the quantity of oiled air intended to pass through the oil separator is reduced, which makes it possible to reduce oil consumption of the turbomachine.
L’invention concerne également une turbomachine comprenant une enceinte de lubrification d’un palier selon l’invention.The invention also relates to a turbomachine comprising a lubrication enclosure of a bearing according to the invention.
La turbomachine peut comprendre un déshuileur de séparation de l’air et de l’huile. De préférence, les moyens de réglage de débit sont agencés sur la canalisation entre au moins une des parois fixes et le déshuileur.The turbomachine may include an oil and air separation oil separator. Preferably, the flow adjustment means are arranged on the pipe between at least one of the fixed walls and the oil separator.
L’invention se rapporte également à un procédé de réduction du débit de pressurisation dans une enceinte de lubrification d’au moins un palier d’une turbomachine, au moyen d’une enceinte selon l’invention.The invention also relates to a method for reducing the pressurization flow in a lubrication enclosure of at least one bearing of a turbomachine, by means of an enclosure according to the invention.
Le procédé comprend une étape de réglage de la valeur du débit de sortie d’air sous pression à travers la canalisation de sortie d’air sous pression, de façon à réduire la valeur du débit de pressurisation traversant les moyens d’étanchéité lorsque la turbomachine est à un haut régime.The method comprises a step of adjusting the value of the pressurized air outlet flow rate through the pressurized air outlet pipe, so as to reduce the value of the pressurization flow rate passing through the sealing means when the turbomachine is at high speed.
De préférence, le procédé comprend une étape consistant à analyser les risques pour la turbomachine de l’installation de différents moyens de réglage de débit, puis une étape consistant à choisir des moyens de réglage de débit parmi les différents moyens de réglage de débit, de manière à minimiser les risques pour la turbomachine résultant de l’installation desdits moyens de réglage de débit.Preferably, the method comprises a step consisting in analyzing the risks for the turbomachine of the installation of different flow adjustment means, then a step consisting in choosing flow adjustment means among the different flow adjustment means, so as to minimize the risks for the turbomachine resulting from the installation of said flow adjustment means.
Description des figuresDescription of the figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings in which:
- la figure 1 est une vue très schématique en coupe axiale d’une enceinte de lubrification d’au moins un palier d’une turbomachine selon l’art antérieur décrit précédemment,FIG. 1 is a very schematic view in axial section of a lubrication enclosure of at least one bearing of a turbomachine according to the prior art described above,
- la figure 2 est une vue très schématique en coupe axiale d’une enceinte de lubrification d’au moins un palier d’une turbomachine selon l’invention,FIG. 2 is a very schematic view in axial section of a lubrication enclosure of at least one bearing of a turbomachine according to the invention,
- les figures 3a et 3b représentent schématiquement des moyens de réglage de débit comprenant une vanne à débit variable du type active d’une enceinte de lubrification d’au moins un palier d’une turbomachine selon l’invention, etFIGS. 3a and 3b schematically represent flow control means comprising a variable flow valve of the active type of a lubrication enclosure of at least one bearing of a turbomachine according to the invention, and
- les figures 4a et 4b représentent schématiquement des moyens de réglage de débit comprenant une vanne à débit variable du type passive d’une enceinte de lubrification d’au moins un palier d’une turbomachine selon l’invention.- Figures 4a and 4b schematically represent flow control means comprising a variable flow valve of the passive type of a lubrication enclosure of at least one bearing of a turbomachine according to the invention.
Description détailléedetailed description
Une turbomachine d’aéronef, tel qu’un turbopropulseur ou un turboréacteur, comprend classiquement d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz dans le moteur, au moins un compresseur, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre annulaire de combustion, et au moins une turbine, par exemple une turbine basse pression et une turbine haute pression. Le rotor du compresseur basse pression, respectivement haute pression, est relié au rotor de la turbine basse pression, respectivement haute pression, pour former un corps tournant. Les arbres de rotor de la turbomachine sont centrés et guidés en rotation par des paliers.An aircraft turbomachine, such as a turboprop or a turbojet engine, conventionally comprises from upstream to downstream in the direction of flow of the gases in the engine, at least one compressor, for example a low pressure compressor and a high pressure compressor. , an annular combustion chamber, and at least one turbine, for example a low pressure turbine and a high pressure turbine. The rotor of the low pressure compressor, respectively high pressure, is connected to the rotor of the low pressure turbine, respectively high pressure, to form a rotating body. The rotor shafts of the turbomachine are centered and guided in rotation by bearings.
La figure 2 représente un palier 10 de guidage d’un arbre 12 d’une turbomachine agencé dans une enceinte 20 de lubrification de ce palier. Une pluralité de paliers 10 de guidage peut être agencée dans l’enceinte 20 de lubrification.FIG. 2 represents a bearing 10 for guiding a shaft 12 of a turbomachine arranged in an enclosure 20 for lubricating this bearing. A plurality of guide bearings 10 can be arranged in the lubrication enclosure 20.
Le palier 10 est agencé pour centrer l’arbre 12 autour d’un axe de rotation noté X. Par exemple, le palier 10 peut être un palier à billes ou un palier à rouleaux.The bearing 10 is arranged to center the shaft 12 around an axis of rotation denoted X. For example, the bearing 10 can be a ball bearing or a roller bearing.
L’enceinte 20 de lubrification comprend des parois fixes 22 s’étendant autour du palier 10 de guidage.The lubrication enclosure 20 comprises fixed walls 22 extending around the guide bearing 10.
Des moyens d’étanchéité 24 sont agencés entre les parois fixes 22 de l’enceinte 20 et l’arbre 12, l’arbre 12 constituant des parois mobiles de l’enceinte 20 de lubrification. Autrement dit, l’enceinte 20 de lubrification est formée par un assemblage de parois mobiles et de parois fixes, entre lesquelles sont positionnés des moyens d’étanchéité 24. L’enceinte 20 de lubrification peut comprendre un unique moyen d’étanchéité agencé entre les parois fixes 22 de l’enceinte 20 et l’arbre 12. Les moyens d’étanchéité 24 ont pour but d’éviter des fuites d’huile en dehors de l’enceinte 20 de lubrification.Sealing means 24 are arranged between the fixed walls 22 of the enclosure 20 and the shaft 12, the shaft 12 constituting movable walls of the lubrication enclosure 20. In other words, the lubrication enclosure 20 is formed by an assembly of movable walls and fixed walls, between which are positioned sealing means 24. The lubrication enclosure 20 may comprise a single sealing means arranged between the fixed walls 22 of the enclosure 20 and the shaft 12. The purpose of the sealing means 24 is to prevent oil leaks outside the lubrication enclosure 20.
L’enceinte 20 de lubrification peut comprendre une canalisation 26 d'amenée de l'huile dans l’enceinte 20 reliée à un réservoir d’huile 28 pour permettre la lubrification du palier 10 et à une pompe 30 de circulation de l’huile. Avantageusement, l’huile permet également un refroidissement du palier 10.The lubrication enclosure 20 may comprise a pipe 26 for supplying oil into the enclosure 20 connected to an oil reservoir 28 to allow lubrication of the bearing 10 and to an oil circulation pump 30. Advantageously, the oil also allows cooling of the bearing 10.
Après actionnement de la pompe 30 de circulation de l’huile, de l’huile en provenance du réservoir d’huile 28 est injectée sur le palier 10, ou au voisinage du palier 10 via la canalisation 26 d'amenée de l'huile. La pompe 30 de circulation de l’huile et le réservoir d’huile 28 permettent d’alimenter le palier 10 avec de l’huile à une pression suffisante pour que, du seul fait de cette pression, l’huile soit acheminée depuis le réservoir d’huile 28 jusqu’au palier 10 par la canalisation 26.After actuation of the oil circulation pump 30, oil from the oil reservoir 28 is injected on the bearing 10, or in the vicinity of the bearing 10 via the line 26 for supplying the oil. The oil circulation pump 30 and the oil reservoir 28 make it possible to supply the bearing 10 with oil at a sufficient pressure so that, by the mere fact of this pressure, the oil is conveyed from the reservoir oil 28 to bearing 10 via line 26.
L’enceinte 20 de lubrification peut également comprendre une canalisation 32 de récupération de l’huile reliée à une pompe 34 permettant de récupérer l’huile injectée sur ou au voisinage du palier 10 après la lubrification de celui-ci.The lubrication enclosure 20 may also include an oil recovery pipe 32 connected to a pump 34 making it possible to recover the oil injected on or in the vicinity of the bearing 10 after the latter has been lubricated.
L’enceinte 20 de lubrification est configurée pour subir la pression d’un système de pressurisation 36 délivrant un débit de pressurisation à travers les moyens d’étanchéité 24 dans l’enceinte 20. En particulier, un air pressurisé est injecté dans les moyens d’étanchéité 24 afin d’assurer l’étanchéité de l’enceinte 20, l’acheminement de l’air étant illustré à l’aide des flèches A. Cet air de pressurisation peut être prélevé directement dans la veine d’air de la turbomachine, ou en aval d’un étage d’un compresseur, par exemple le compresseur basse pression. En particulier, la pression du système de pressurisation 36, notamment au niveau de l’entrée d’air sous pression dans l’enceinte 20, est supérieure à la pression à l’intérieur de l’enceinte 20, de sorte que l’air traverse les moyens d’étanchéité 24 pour entrer dans l’enceinte 20.The lubrication enclosure 20 is configured to undergo the pressure of a pressurization system 36 delivering a pressurization flow rate through the sealing means 24 in the enclosure 20. In particular, pressurized air is injected into the means of tightness 24 in order to ensure the tightness of the enclosure 20, the air flow being illustrated using arrows A. This pressurizing air can be taken directly from the air stream of the turbomachine , or downstream of a compressor stage, for example the low pressure compressor. In particular, the pressure of the pressurization system 36, in particular at the level of the entry of pressurized air into the enclosure 20, is greater than the pressure inside the enclosure 20, so that the air passes through the sealing means 24 to enter the enclosure 20.
L'air de pressurisation se charge en huile au cours de sa circulation dans l’enceinte 20 pressurisée pour former un brouillard de lubrification.The pressurization air is charged with oil during its circulation in the pressurized enclosure 20 to form a lubrication mist.
L’enceinte 20 de lubrification comprend au moins une canalisation 38 de sortie d’air sous pression agencée pour évacuer l’air sous pression en sortie de l’enceinte 20. En particulier, la canalisation 38 de sortie d’air sous pression récupère le brouillard d'huile en sortie de l’enceinte 20.The lubrication enclosure 20 comprises at least one pipe 38 for outlet of pressurized air arranged to evacuate the pressurized air leaving the enclosure 20. In particular, the pipe 38 for outlet of pressurized air recovers the oil mist leaving the enclosure 20.
L’enceinte 20 peut comprendre des moyens de dégazage (non représentés) pour extraire le brouillard d’huile de l’enceinte.The enclosure 20 may include degassing means (not shown) for extracting the oil mist from the enclosure.
La turbomachine peut comprendre un déshuileur 40 relié à la canalisation 38 de sortie d’air sous pression de l’enceinte 20 pour séparer le mélange d'air et d'huile. Plus précisément, en sortie de l’enceinte 20, les composants du brouillard d’huile sont séparés, de sorte que le déshuileur 40 élimine l'huile du brouillard. L’huile est ensuite renvoyée dans un réservoir d’huile, par exemple le réservoir d’huile 28, alors que l'air de pressurisation déshuilé est éjecté vers l'extérieur de la turbomachine, l’évacuation de l’air étant illustré à l’aide de la flèche B. En particulier, la pression de l’air évacué par le déshuileur 40 est inférieure à la pression à l’intérieur de l’enceinte 20, de sorte que l’air puisse être acheminé de l’enceinte 20 au déshuileur 40.The turbomachine may comprise an oil separator 40 connected to the pipe 38 for the outlet of pressurized air from the enclosure 20 to separate the mixture of air and oil. More specifically, at the outlet of the enclosure 20, the components of the oil mist are separated, so that the oil separator 40 removes the oil from the mist. The oil is then returned to an oil tank, for example the oil tank 28, while the deoiled pressurization air is ejected towards the outside of the turbomachine, the evacuation of the air being illustrated in using arrow B. In particular, the pressure of the air evacuated by the oil separator 40 is lower than the pressure inside the enclosure 20, so that the air can be supplied from the enclosure 20 to the oil separator 40.
Le déshuileur 40 permet ainsi de récupérer l’huile du brouillard d’huile, et ainsi d’éviter l’évacuation de ce mélange air/huile vers l’extérieur de la turbomachine. Ce déshuileur permet donc d’éviter un rejet d’air chargé d’huile à l’extérieur de la turbomachine, et donc d’atténuer l’impact écologique des turbomachines, tout en permettant de réduire la consommation d’huile de la turbomachine, et de limiter les opérations de remplissage des réservoirs d’huile.The oil separator 40 thus makes it possible to recover the oil from the oil mist, and thus to avoid the evacuation of this air / oil mixture towards the exterior of the turbomachine. This oil separator therefore makes it possible to avoid a rejection of air charged with oil outside the turbomachine, and therefore to attenuate the ecological impact of the turbomachines, while making it possible to reduce the oil consumption of the turbomachine, and to limit the operations of filling the oil tanks.
La canalisation 38 de sortie d’air sous pression comprend des moyens de réglage de débit 42 configurés pour maintenir une valeur nominale du débit de sortie d’air sous pression lorsque la turbomachine est à un bas régime et pour réduire la valeur du débit de sortie lorsque la turbomachine est à un haut régime. Autrement dit, les moyens de réglage de débit 42 sont ici des moyens de restriction variable du débit de pressurisation durant les phases à haut régime de la turbomachine. Une valeur nominale du débit de sortie d’air sous pression est une valeur du débit de sortie d’air sous pression pour un fonctionnement optimal de la turbomachine.The pressurized air outlet pipe 38 comprises flow adjustment means 42 configured to maintain a nominal value of the pressurized air outlet flow when the turbomachine is at low speed and to reduce the value of the outlet flow. when the turbomachine is at high speed. In other words, the flow adjustment means 42 are here means for variable restriction of the pressurization flow during the high-speed phases of the turbomachine. A nominal value of the pressurized air outlet flow rate is a value of the pressurized air outlet flow rate for optimum operation of the turbomachine.
Une phase de bas régime de la turbomachine correspond à une phase de ralenti de la turbomachine, comme par exemple un vol stationnaire, un déplacement sur une piste d’atterrissage/décollage ou une descente de l’aéronef.A low-speed phase of the turbomachine corresponds to a phase of idling of the turbomachine, such as for example a hover, a movement on an airstrip / take-off or a descent of the aircraft.
Une phase à haut régime de la turbomachine correspond à une phase où le moteur doit fournir une poussée élevée, et donc dans laquelle les rotors de la turbomachine tournent à une vitesse élevée et compriment un débit d’air important. Par exemple, une phase de haut régime de la turbomachine correspond au décollage, à l’atterrissage pendant une inversion de poussée (également appelée « reverse » en anglais), à une montée ou un vol croisière de l’aéronef.A high-speed phase of the turbomachine corresponds to a phase where the engine must provide a high thrust, and therefore in which the rotors of the turbomachine rotate at a high speed and compress a large air flow. For example, a high speed phase of the turbomachine corresponds to takeoff, landing during a reverse thrust (also called "reverse" in English), a climb or a cruise flight of the aircraft.
En général, un moteur de la turbomachine comprend un corps basse pression et un corps haute pression. Le pilotage du moteur est réalisé au moyen de la consigne de rotation de l’arbre du corps basse pression. Ainsi, les phases de haut, respectivement bas, régime de la turbomachine correspondent aux phases de haut, respectivement bas, régime du moteur, c’est-à-dire du corps basse pression.In general, an engine of the turbomachine comprises a low pressure body and a high pressure body. The engine is controlled by means of the low pressure body shaft rotation setpoint. Thus, the phases of high, respectively low, engine speed of the turbomachine correspond to the phases of high, respectively low, engine speed, that is to say of the low pressure body.
Le corps basse pression comprend une soufflante qui génère la majeure partie de la poussée de la turbomachine. Lors d’un déplacement sur une piste d’atterrissage/décollage, la soufflante tourne à environ 22% de sa vitesse maximale, tandis qu’au décollage, elle tourne autour de 90% de sa vitesse maximale et lors d’un vol croisière, elle tourne aux alentours de 80% de sa vitesse maximale.The low pressure body includes a blower which generates most of the thrust of the turbomachine. When traveling on an airstrip / take-off runway, the fan rotates at around 22% of its maximum speed, while on take-off, it rotates around 90% of its maximum speed and during a cruise flight, it rotates around 80% of its maximum speed.
De plus, une phase de haut régime de la turbomachine peut être caractérisée par une pression d’un plan thermodynamique de la turbomachine. Lorsque cette pression dépasse une valeur prédéterminée relative à la pression ambiante, on peut en déterminer que la turbomachine est en phase de haut régime.In addition, a high speed phase of the turbomachine can be characterized by a pressure from a thermodynamic plane of the turbomachine. When this pressure exceeds a predetermined value relative to the ambient pressure, it can be determined that the turbomachine is in the high speed phase.
En outre, la vitesse de rotation d’une turbine de la turbomachine, par exemple celle de la turbine basse pression ou de la turbine haute pression, ou une consigne de la vitesse de rotation de ladite turbine peut permettre de différencier le bas régime du haut régime de la turbomachine.In addition, the speed of rotation of a turbine of the turbomachine, for example that of the low pressure turbine or of the high pressure turbine, or a setpoint of the speed of rotation of said turbine can make it possible to differentiate the low speed from the high regime of the turbomachine.
De préférence, les moyens de réglage de débit 42 sont agencés entre les parois fixes 22 de l’enceinte 20 et le déshuileur 40, et plus précisément sur la canalisation 38 de sortie d’air sous pression qui évacue le mélange air/huile.Preferably, the flow adjustment means 42 are arranged between the fixed walls 22 of the enclosure 20 and the oil separator 40, and more precisely on the pipe 38 for the outlet of pressurized air which discharges the air / oil mixture.
Les moyens de réglage de débit 42 peuvent être aptes à diminuer la section de passage de l’air sous pression dans la canalisation 38, en amont du déshuileur 40. Ceci permet d’augmenter la valeur de la pression au sein de l’enceinte 20 et donc de diminuer la valeur du débit de pressurisation traversant les moyens d’étanchéité 24. En effet, les moyens d’étanchéité 24 ont une perméabilité figée et voient un rapport de pression entre l’extérieur et l’intérieur de l’enceinte 20 plus faible.The flow adjustment means 42 may be able to reduce the cross section of the air under pressure in the pipe 38, upstream of the oil separator 40. This makes it possible to increase the value of the pressure within the enclosure 20 and therefore to decrease the value of the pressurization flow rate passing through the sealing means 24. In fact, the sealing means 24 have a fixed permeability and see a pressure ratio between the outside and the inside of the enclosure 20 weaker.
De plus, la diminution de la quantité d’air sous pression traversant le déshuileur 40 permet de diminuer la quantité d’huile le traversant, et ainsi permet de diminuer la consommation d’huile de la turbomachine.In addition, the reduction in the quantity of pressurized air passing through the oil separator 40 makes it possible to reduce the quantity of oil passing through it, and thus makes it possible to reduce the oil consumption of the turbomachine.
La canalisation 38 de sortie d’air sous pression peut comprendre une pluralité de moyens de réglage de débit 42. En particulier, les moyens de réglage de débit 42 peuvent fonctionner simultanément, de façon complémentaire, ou indépendamment les uns des autres.The pipe 38 for the outlet of pressurized air can comprise a plurality of means for adjusting the flow 42. In particular, the means for adjusting the flow 42 can operate simultaneously, in a complementary manner, or independently of one another.
Les moyens de réglage de débit 42 peuvent comprendre une vanne à débit variable, comme par exemple une vanne papillon, une vanne à soupape ou tout autre type de vanne qui permet de contrôler un débit de sortie d’air sous pression de l’enceinte 20.The flow adjustment means 42 may comprise a variable flow valve, such as for example a butterfly valve, a globe valve or any other type of valve which makes it possible to control a flow rate of air outlet under pressure from the enclosure 20 .
La vanne peut être du type active et pilotée. En particulier, la vanne peut être pilotée en fonction du régime de la turbomachine. Par exemple, l’enceinte 20 peut comprendre un dispositif de commande 44 configuré pour commander la fermeture au moins partielle de la vanne lorsque la turbomachine est à un haut régime, et pour commander l’ouverture de la vanne lorsque la turbomachine est à un bas régime.The valve can be of the active and piloted type. In particular, the valve can be controlled according to the speed of the turbomachine. For example, the enclosure 20 may comprise a control device 44 configured to control the at least partial closing of the valve when the turbomachine is at a high speed, and to control the opening of the valve when the turbomachine is at a low diet.
Des moyens de réglage de débit 42 comprenant une vanne papillon pilotée sont par exemple représentés sur les figures 3a et 3b.Flow adjustment means 42 comprising a piloted butterfly valve are for example shown in Figures 3a and 3b.
La figure 3a représente la vanne papillon pilotée lorsque la turbomachine est à un bas régime. Le papillon 46 est ouvert, de manière à laisser passer l’air sous pression dans la canalisation 38 de sortie d’air sous pression de l’enceinte 20 jusqu’au déshuileur 40, l’acheminement de l’air étant représenté à l’aide des flèches C.FIG. 3a represents the butterfly valve piloted when the turbomachine is at low speed. The throttle valve 46 is open, so as to let the pressurized air pass through the pipe 38 for the outlet of pressurized air from the enclosure 20 to the oil separator 40, the air flow being shown in using arrows C.
Comme représenté sur la figure 3b illustrant la vanne papillon durant une phase à haut régime de la turbomachine, le papillon 46 est partiellement fermé. Un faible débit d’air sous pression passe dans la canalisation 38 de sortie d’air sous pression de l’enceinte 20 jusqu’au déshuileur 40, l’acheminement de l’air étant représenté à l’aide des flèches C. La fermeture au moins partielle du papillon permet d’assurer une diminution de la quantité d’air huilé transporté au déshuileur 40 par rapport à la figure 3a.As shown in FIG. 3b illustrating the butterfly valve during a high-speed phase of the turbomachine, the butterfly 46 is partially closed. A low flow of pressurized air passes through the pipe 38 for outlet of pressurized air from the enclosure 20 to the oil separator 40, the air flow being represented using the arrows C. The closure at least partial throttle ensures a decrease in the amount of oiled air transported to the oil separator 40 compared to Figure 3a.
La vanne peut être du type passive, par exemple une vanne papillon passive, et comporter, par exemple, un piston alimenté d’un côté avec une pression source, telle que la pression d’entrée du compresseur haute pression, et relié de l’autre côté à un ressort de rappel. Le ressort de rappel est réglé pour compenser une pression seuil.The valve can be of the passive type, for example a passive butterfly valve, and comprise, for example, a piston supplied on one side with a source pressure, such as the inlet pressure of the high pressure compressor, and connected from the other side to a return spring. The return spring is adjusted to compensate for a threshold pressure.
Tant que la valeur de la pression source est inférieure à la valeur de la pression seuil, le piston est immobile et le papillon de la vanne est ouvert. Dans ce cas, l’air sous pression passe dans la canalisation de sortie d’air sous pression de l’enceinte jusqu’au déshuileur. Lorsque la valeur de la pression source devient supérieure à la valeur de la pression seuil, un effort supérieur à celui du ressort de rappel, qui se compresse, permet de déplacer le piston, qui ferme au moins partiellement le papillon de la vanne. Ceci a pour conséquence de restreindre la valeur du débit d’air dans la canalisation de sortie d’air sous pression de l’enceinte.As long as the value of the source pressure is lower than the value of the threshold pressure, the piston is stationary and the valve butterfly valve is open. In this case, the pressurized air passes through the pressurized air outlet pipe from the enclosure to the oil separator. When the value of the source pressure becomes greater than the value of the threshold pressure, a force greater than that of the return spring, which compresses, makes it possible to move the piston, which at least partially closes the butterfly of the valve. This has the effect of restricting the value of the air flow in the pressure outlet pipe of the enclosure.
Comme représenté sur la figure 4a illustrant une phase à bas régime de la turbomachine, la valeur de la pression d’entrée du compresseur haute pression est inférieure à la valeur de la pression seuil, le piston 48 est éloigné du siège 50 du piston. L’air sous pression passe dans la canalisation 38 de sortie d’air sous pression de l’enceinte 20 jusqu’au déshuileur 40, l’acheminement de l’air sous pression source étant représenté à l’aide des flèches D et l’acheminement de l’air sous pression seuil étant représenté par à l’aide de la flèche E.As shown in FIG. 4a illustrating a low speed phase of the turbomachine, the value of the inlet pressure of the high pressure compressor is less than the value of the threshold pressure, the piston 48 is distant from the seat 50 of the piston. The pressurized air passes through the pipe 38 for the outlet of pressurized air from the enclosure 20 to the oil separator 40, the routing of the source pressurized air being represented using the arrows D and the routing of threshold pressure air being represented by using arrow E.
Comme représenté sur la figure 4b illustrant une phase à haut régime de la turbomachine, la valeur de la pression d’entrée du compresseur haute pression est supérieure à la valeur de la pression seuil, le piston 48 se rapproche du siège 50 du piston et ferme au moins partiellement la section de la canalisation 38 de sortie d’air sous pression de l’enceinte 20 jusqu’au déshuileur 40.As shown in FIG. 4b illustrating a phase at high speed of the turbomachine, the value of the inlet pressure of the high pressure compressor is greater than the value of the threshold pressure, the piston 48 approaches the seat 50 of the piston and closes at least partially the section of the pipe 38 for the outlet of pressurized air from the enclosure 20 to the oil separator 40.
Les moyens de réglage de débit 42 peuvent être configurés pour réduire la valeur du débit de sortie d’air sous pression jusqu’à au moins 40% de sa valeur nominale. De préférence, les moyens de réglage de débit 42 permettent de réduire la valeur du débit de sortie d’air sous pression jusqu’à 50% de sa valeur nominale.The flow control means 42 can be configured to reduce the value of the pressurized air outlet flow rate to at least 40% of its nominal value. Preferably, the flow adjustment means 42 make it possible to reduce the value of the pressure air outlet flow rate up to 50% of its nominal value.
L’invention concerne également un procédé réduction du débit de pressurisation d’une enceinte de lubrification d’au moins un palier d’une turbomachine, au moyen d’une enceinte 20 telle que décrite précédemment.The invention also relates to a method for reducing the pressurization flow rate of a lubrication enclosure of at least one bearing of a turbomachine, by means of an enclosure 20 as described above.
Le procédé comprend une étape de réglage de la valeur du débit de sortie d’air sous pression à travers la canalisation 38 de sortie d’air sous pression, de façon à réduire la valeur du débit de pressurisation traversant les moyens d’étanchéité 24 lorsque la turbomachine est à un haut régime. En particulier, le réglage de la valeur du débit de sortie d’air sous pression peut permettre de réduire la section de passage de l’air sous pression au niveau de la canalisation 38 de sortie d’air sous pression, en amont du déshuileur 40.The method includes a step of adjusting the value of the pressure air outlet flow rate through the pressure air outlet pipe 38, so as to reduce the value of the pressurization flow rate passing through the sealing means 24 when the turbomachine is at high speed. In particular, adjusting the value of the pressurized air outlet flow rate can make it possible to reduce the passage section of the pressurized air at the level of the pressurized air outlet pipe 38, upstream of the oil separator 40 .
Le procédé peut comprendre, en amont de l’étape de réglage du débit de sortie d’air sous pression, une étape consistant à analyser les risques pour le moteur de la turbomachine de l’installation de différents moyens de réglage de débit 42, et notamment les conséquences en cas de panne desdits moyens de réglage de débit 42. Par exemple, les différents moyens de réglage de débit 42 peuvent être différentes vannes à débit variable, telles que des vannes papillon pilotées ou des vannes papillon passives. Comme une panne des moyens de réglage de débit 42 peut induire des risques pour le moteur de la turbomachine, une analyse des risques de l’installation de différents moyens de réglage de débit 42 dans la turbomachine permet d’anticiper le comportement du moteur de la turbomachine, notamment en cas de panne des moyens de réglage de débit 42.The method can comprise, upstream of the step of adjusting the flow rate of the pressurized air outlet, a step consisting in analyzing the risks for the engine of the turbomachine of the installation of different means for adjusting the flow rate 42, and in particular the consequences in the event of failure of said flow adjustment means 42. For example, the various flow adjustment means 42 may be different variable flow valves, such as piloted butterfly valves or passive butterfly valves. As a failure of the flow control means 42 can induce risks for the engine of the turbomachine, a risk analysis of the installation of different flow control means 42 in the turbomachine makes it possible to anticipate the behavior of the engine of the turbomachine, in particular in the event of failure of the flow control means 42.
Le procédé peut comprendre, suite à l’étape d’analyse des risques, une étape consistant à choisir des moyens de réglage de débit 42 parmi les différents moyens de réglage de débit, de manière à minimiser les risques pour la turbomachine résultant de l’installation desdits moyens de réglage de débit 42. En particulier, les moyens de réglage de débit 42 peuvent être choisis en fonction de la valeur de la pressurisation souhaitée dans l’enceinte pour chaque phase de vol de l’aéronef.The method may comprise, following the risk analysis step, a step consisting in choosing flow adjustment means 42 from among the various flow adjustment means, so as to minimize the risks for the turbomachine resulting from the installation of said flow adjustment means 42. In particular, the flow adjustment means 42 can be chosen as a function of the value of the pressurization desired in the enclosure for each phase of flight of the aircraft.
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2017
- 2017-12-14 FR FR1762100A patent/FR3075308B1/en active Active
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