FR3085198A1

FR3085198A1 - Systeme de circulation fluidique pour turbomachine, turbomachine associee

Info

Publication number: FR3085198A1
Application number: FR1857613A
Authority: FR
Inventors: Thierry KOHN; Bruna Manuela Ramos
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2020-02-28
Anticipated expiration: 2038-08-23
Also published as: FR3085198B1

Abstract

L'invention concerne un système de circulation (100) d'un premier fluide (F1) dans une turbomachine, le système de circulation comporte un circuit d'écoulement (101) du premier fluide et un dispositif d'évacuation (102) d'un deuxième fluide (F2), le dispositif d'évacuation comportant : ○ un corps creux (103) présentant un premier orifice (104) et un deuxième orifice (105), le corps creux communiquant : ▪ avec le circuit d'écoulement via le premier orifice et, ▪ avec l'extérieur du système de circulation via le deuxième orifice, ○ un flotteur (107), positionné dans le corps creux, et adapté pour se déplacer dans ledit corps creux entre : ▪ une première position (P1) dans laquelle le flotteur obstrue le deuxième orifice pour bloquer l'évacuation du deuxième fluide vers l'extérieur du système de circulation et, ▪ une deuxième position dans laquelle le flotteur obstrue le premier orifice pour autoriser l'évacuation du deuxième fluide via le deuxième orifice.

Description

SYSTÈME DE CIRCULATION FLUIDIQUE POUR TURBOMACHINE, TURBOMACHINE ASSOCIÉE

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

L’invention se rapporte au domaine général de l’aéronautique. Elle concerne plus particulièrement un système de circulation fluidique pour turbomachine.

ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

Une turbomachine d’aéronef comprend un carter, éventuellement en plusieurs parties selon sa structure, qui enveloppe divers composants, rotatifs ou non, comme par exemple une soufflante, un compresseur, une chambre de combustion et une turbine.

Au niveau des zones dites « core », i. e. autour des compresseurs, de la chambre de combustion et des turbines, et « fan >>, i. e. à proximité de la soufflante, outre de nombreux câblages électriques alimentant en énergie et en signaux divers équipements périphériques de la turbomachine, sont disposées des canalisations de transport de fluides véhiculant principalement du carburant, de l’huile, de l’air ou tout autre type de fluide.

Pour améliorer les performances et réduire la masse de la turbomachine, le routage de certaines canalisations est modifié au niveau des zones « core >> et « fan >>.

La figure 1 illustre une canalisation 10 d’air reliant un capteur de pression au calculateur de la turbomachine.

Comme on peut le voir sur la figure 1, la modification du routage de la canalisation 10 a entraîné la formation d’un point bas 11. Des fluides ont alors tendance à s’accumuler au niveau du point bas 11, notamment de l’eau issue de la condensation de la vapeur d’eau présente dans l’air par contact avec la surface interne de la canalisation 10.

Or, l’accumulation de fluides au niveau du point bas 11 peut entrainer l’obstruction de cette canalisation 10, empêchant ainsi l’air de circuler correctement et faussant les mesures de pression.

Une solution consiste à mettre en place un système permettant de purger les fluides accumulés au niveau du point bas 11 de la canalisation 10. Les figures 2 et 3 illustrent un système de purge selon l’art antérieur.

En référence aux figures 2 et 3, le système de purge 12 comporte une pièce creuse 13 en forme d’arc de cercle, fixée sur la surface externe de la canalisation 10 et communiquant avec ladite canalisation 10. La pièce creuse 13 communique également avec le compartiment moteur par une ouverture traversante 14 ménagée dans la pièce creuse 13. Le fluide accumulé dans la canalisation 10 est ainsi évacué par gravité, via l’ouverture traversante 14, dans le compartiment moteur.

Cependant, un tel système 12 présente des inconvénients.

En effet, les fuites d’air à travers l’ouverture traversante 14 sont constantes ce qui conduit à des mesures de pression moins précises. De plus, la température de l’air dans certaines canalisations peut être très élevée, jusqu’à 400°C, de sorte que les fuites d’air à la sortie des systèmes de purge 12 peuvent endommager les équipements et l’habillage, i. e l’ensemble des harnais et des canalisations, environnants.

DESCRIPTION GÉNÉRALE DE L’INVENTION

Dans ce contexte, l’invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique identifiés ci-dessus, notamment en proposant une solution permettant de purger une canalisation tout en assurant son étanchéité, y compris pendant la purge.

Ainsi, l’invention selon un premier aspect concerne un système de circulation d’un premier fluide dans une turbomachine. Le système de circulation comporte un circuit d’écoulement du premier fluide et un dispositif d’évacuation d’un deuxième fluide.

Le dispositif d’évacuation comporte :

o un corps creux présentant un premier orifice et un deuxième orifice, le corps creux communiquant :

avec le circuit d’écoulement via le premier orifice et, avec l’extérieur du système de circulation via le deuxième orifice, o un flotteur, positionné dans le corps creux, et adapté pour se déplacer dans le corps creux entre :

une première position dans laquelle le flotteur obstrue le deuxième orifice pour bloquer l’évacuation du deuxième fluide vers l’extérieur du système de circulation et, une deuxième position dans laquelle le flotteur obstrue le premier orifice pour autoriser l’évacuation du deuxième fluide via le deuxième orifice.

On entend par « fluide », un corps dont les molécules ont peu d'adhésion et peuvent glisser librement les unes sur les autres (liquides) ou se déplacer indépendamment les unes des autres (gaz).

On entend par « flotteur >>, un corps dont la masse volumique est choisie en fonction de la masse volumique du fluide dans lequel ledit corps est immergé. Le corps flotte sur le fluide ou coule dans le fluide lorsque la masse volumique du fluide est supérieure ou inférieure à la masse volumique du flotteur.

On entend par « se déplacer dans le corps creux >>, que le flotteur peut adopter n’importe quelle position entre la première position et la deuxième position, y compris la première position et la deuxième position.

Le système de circulation selon le premier aspect permet de résoudre les problèmes préalablement cités.

En effet, lorsque le flotteur est dans la première position, le volume du deuxième fluide accumulé dans le corps creux est inférieur à une valeur seuil. Tant que le volume du deuxième fluide est inférieur à cette valeur seuil, le flotteur bouche le deuxième orifice de sorte qu’aucun des fluides ne peut s’échapper du corps creux. Cela permet d’assurer l’étanchéité du système et ainsi d’éviter que les équipements environnants, tels que des équipements électriques, ne soient endommagés par des fuites et que les mesures soient faussées.

Lorsque le volume du deuxième fluide dépasse la valeur seuil, le flotteur se déplace dans le corps creux vers le premier orifice. Le deuxième orifice est alors désobstrué de sorte que le deuxième fluide peut s’évacuer vers l’extérieur du système de circulation ce qui permet d’assurer la purge du système.

Au fur et à mesure de la purge, le flotteur se déplace dans le corps creux en même temps que le volume du deuxième fluide diminue dans le corps creux jusqu’à ce que le volume du deuxième fluide devienne inférieur à la valeur seuil. Le flotteur reprend alors la première position, empêchant ainsi toute fuite vers l’extérieur du système de circulation.

Le système de circulation selon l’invention est donc un système autonome, la purge s’effectuant de manière automatique lorsque le volume du deuxième fluide accumulé dans le circuit d’écoulement dépasse une valeur seuil.

En outre, le système de circulation selon l’invention est facile à réaliser et présente un coût de fabrication faible.

Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le système de circulation selon le premier aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le flotteur présente des dimensions supérieures aux dimensions du premier orifice et du deuxième orifice.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le flotteur présente des dimensions inférieures aux dimensions du corps creux. Selon un mode de réalisation non limitatif, le corps creux présente une forme allongée entre le premier orifice et le deuxième orifice.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le flotteur présente une forme sphérique.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le flotteur présente une forme cylindrique dont les embouts sont arrondis.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le dispositif d’évacuation et le circuit d’écoulement forment un élément monobloc.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le système de circulation se présente sous la forme d’un raccord adapté pour être fixé à une canalisation de la turbomachine.

Selon un mode de réalisation non limitatif, le premier fluide est un liquide tel que l’huile ou l’eau et le second fluide est un gaz tel que l’air, ou inversement.

Par ailleurs, l’invention selon un second aspect concerne une turbomachine comportant un système de circulation selon le premier aspect de l’invention.

L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les figures ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.

Les figures montrent :

- à la figure 1, déjà décrite, une vue en perspective d’une canalisation de turbomachine comportant un système de purge selon l’art antérieur ;

- à la figure 2, déjà décrite, un agrandissement du système de purge de la figure 1 ;

- à la figure 3, déjà décrite, une vue de dessous du système de purge de la figure 1 ;

- à la figure 4, une vue de coupe en biais d’un système de circulation selon l’invention ;

- à la figure 5, une représentation schématique, selon un premier mode de réalisation de l’invention, du système de circulation, lorsque le flotteur est dans la première position ;

- à la figure 6, une représentation schématique du système de circulation présenté à la figure 5, lorsque le flotteur est dans la deuxième position ;

- à la figure 7, une représentation schématique, selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, du système de circulation lorsque le flotteur est dans la première position ;

- à la figure 8, une représentation schématique du système de circulation présenté à la figure 7, lorsque le flotteur est dans la deuxième position ;

- à la figure 9, une vue en coupe du système de circulation selon l’invention, lorsque le flotteur est dans la deuxième position ;

- à la figure 10a, une représentation schématique du système de circulation, lorsqu’il se présente sous la forme d’un raccord ;

à la figure 10b, une représentation schématique du système de circulation lorsque le dispositif d’évacuation et le circuit d’écoulement forment un élément monobloc.

DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE RÉALISATION DE L’INVENTION

Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.

L’invention concerne un système de circulation 100 fluidique de turbomachine illustré en vue de coupe sur la figure 4.

En référence à la figure 4, le système de circulation 100 selon l’invention comporte un circuit d’écoulement 101 et un dispositif d’évacuation 102.

Le système de circulation 100 permet d’assurer la purge du circuit d’écoulement 101 qui est destiné à acheminer un premier fluide F1. Pour ce faire, le dispositif d’évacuation 102 assure l’évacuation d’un deuxième fluide F2 susceptible de s’accumuler dans le circuit d’écoulement 101. Par « deuxième fluide », on entend un ou plusieurs fluides, différent(s) du premier fluide.

En outre, à la différence des systèmes de purge de l’art antérieur, le système de circulation 100 selon l’invention permet de garantir l’étanchéité du circuit d’écoulement 101 en empêche le premier fluide F1 de s’échapper à l’extérieur du système de circulation 100, notamment pendant la purge.

Le circuit d’écoulement 101 est formé par un canal creux acheminant des matières gazeuses et/ou liquides. Avantageusement, le circuit d’écoulement 101 est réalisé en Inconel®, en acier ou encore en aluminium.

Par ailleurs, le dispositif d’évacuation 102 comporte :

- un corps creux 103,

- un flotteur 107.

Le corps creux 103 s’étend longitudinalement selon un axe X en formant une saillie par rapport au circuit d’écoulement 101. En outre, le corps creux 103 présente une forme allongée avec un premier orifice 104 et un deuxième orifice 105 ménagés au niveau des extrémités du corps creux 103. Ainsi, le corps creux 103 communique avec le circuit d’écoulement 101 par le premier orifice 104 et avec l’extérieur du système de circulation 100 par le deuxième orifice 105. Avantageusement, le corps creux 103 est réalisé en Inconel®, en acier ou encore en aluminium.

Le flotteur 107 est positionné dans le corps creux 103 et présente une forme et des dimensions adaptées pour se déplacer dans le corps creux 103 selon l’axe longitudinal X.

Avantageusement, le flotteur 107 présente des dimensions supérieures aux dimensions du premier orifice 104 et du deuxième orifice 105 assurant le maintien du flotteur 107 dans le corps creux 103. Par « maintenu dans le corps creux», on entend que le flotteur 107 ne peut ni s’introduire dans le circuit d’écoulement 101 ni s’échapper à l’extérieur du système de circulation 100.

La mobilité du flotteur 107 dans le corps creux 103 permet d’assurer deux fonctions : la purge ainsi que l’étanchéité du système de circulation 100.

Pour illustrer le fonctionnement du système de circulation 100, deux modes de réalisation sont décrits : un mode de réalisation illustré aux figures 5 et 6 et un mode de réalisation illustré aux figures 7 et 8.

Dans le mode de réalisation illustré aux figures 5 et 6, le premier fluide F1 est de l’air et le deuxième fluide F2, de l’eau. Le circuit d’écoulement 101 relie, par exemple, un capteur de pression de l’air F1 à un calculateur de la turbomachine. En outre, dans ce mode de réalisation, le dispositif d’évacuation 102 est positionné au niveau d’un point bas 111 du circuit d’écoulement 101.

Lorsque l’air F1 circule dans le circuit d’écoulement 101, de l’eau F2 peut être formée par condensation de la vapeur d’eau présente dans l’air F1 par contact avec la surface interne 101-1 du circuit d’écoulement 101. Dans la mesure où le dispositif d’évacuation 102 est positionné au niveau du point bas 111 du circuit d’écoulement 101, l’eau F2 qui s’écoule le long de la surface interne 101-1 du circuit d’écoulement 101 s’accumule dans le corps creux 103 du dispositif d’évacuation 102.

Dans la première position P1, illustrée à la figure 5, la quantité d’eau F2 accumulée dans le corps creux 103 est faible. Plus précisément, la masse du flotteur 107 est supérieure à la masse du volume d’eau F2 déplacé par le flotteur 107. Le flotteur 107 bouche le deuxième orifice 105 grâce à la pression de l’air F1 qui circule dans le système de circulation 100. Ainsi, dans la première position P1, ni l’air F1 ni l’eau F2 ne peuvent s’échapper du corps creux 103 par le deuxième orifice 105.

À mesure que l’air F1 circule dans le circuit d’écoulement 101, en particulier qu’une partie de la vapeur d’eau présente dans l’air F1 se condense, la quantité d’eau F2 accumulée dans le corps creux 103 augmente jusqu’à ce que la masse volumique de l’eau F2 devienne supérieure à la masse volumique du flotteur 107.

Le flotteur 107 translate alors à l’intérieur du corps creux 103, en direction du circuit d’écoulement 101, grâce à la poussée d’Archimède et ce, jusqu’à ce que le flotteur occupe la deuxième position P2 illustrée à la figure 6. En effet, une force verticale, dirigée vers le haut, i. e. en direction du circuit d’écoulement 101, est exercée sur le flotteur 107. La force appliquée par l’eau F2 est alors supérieure à la pression de l’air F1 dans le circuit d’écoulement 101. On note que la direction de la force verticale sur le flotteur 107 est inverse à la direction de la force exercée par la gravité et de la pression de l’air F1 sur le flotteur 107. Avantageusement, les dimensions du flotteur 107 sont choisies inférieures aux dimensions du corps creux 103 de manière à ce que l’eau F2 puisse s’infiltrer sous le flotteur 107 et ainsi assurer sa translation dans le corps creux 103.

Dans la deuxième position P2, le deuxième orifice 105 est dégagé. L’eau F2 peut alors s’évacuer à l’extérieur du système de circulation 100 ce qui permet d’assurer la purge du système de circulation 100.

Pendant la purge du dispositif d’évacuation 102, le flotteur 107 se déplace dans le corps creux 103 en même temps que le niveau d'eau F2 baisse et cela, jusqu’à occuper à nouveau la première position P1. Avantageusement, l’air F1 circulant dans le circuit d’écoulement 101 n’entre jamais en contact avec l’air présent à l’extérieur du système de circulation 100.

Dans le mode de réalisation illustré aux figures 7 et 8, le premier fluide F1 qui circule dans le circuit d’écoulement 101 est de l’huile tandis que le deuxième fluide F2 est de l’air. En outre, dans ce mode de réalisation, le circuit d’écoulement 101 est positionné à proximité ou intégré à un équipement tel qu’un échangeur air-huile, par exemple du type ACOC pour «Air Cooled Oil Cooler». Par ailleurs, le dispositif d’évacuation 102 est cette fois positionné au niveau du point haut 112 du circuit d’écoulement 101.

Dans la première position P1 illustrée à la figure 7, le flotteur 107 flotte à la surface de l’huile F1 car la quantité d’air F2 accumulée dans le corps creux 103 est faible. Plus précisément, le flotteur 107 flotte à la surface de l’huile F1 car la masse volumique du flotteur 107 est inférieure à la masse volumique de l’huile F1. La pression de l’huile F1 sur le flotteur 107 permet de boucher le deuxième orifice 105 du corps creux 103. Ainsi, ni l’huile F1, ni l’air F2 ne peuvent s’échapper à l’extérieur du système de circulation 100 par le deuxième orifice 105.

Lorsque la quantité d’air F2 augmente dans le corps creux 103, le flotteur 107 se déplace, selon l’axe X, en direction du premier orifice 104 à mesure que le niveau d’huile F1 baisse et ce jusqu’à occuper la deuxième position P2 illustrée à la figure 8. Le deuxième orifice 105 est alors dégagé et l’air F2 s’évacue à l’extérieur du système de circulation 100 par le deuxième orifice 105 du corps creux 103 ce qui permet de purger le système de circulation 100.

Une fois la totalité de l’air F2 présente dans le corps creux 103 évacuée, le flotteur 107 remonte, en direction du deuxième orifice 105, à mesure que le niveau d'huile F1 augmente dans le corps creux 103 jusqu’à occuper à nouveau la première position P1.

Par ailleurs, comme on peut le voir dans le mode de réalisation illustré aux figures 4 à 9, le flotteur 107 présente une forme sphérique. Dans ce mode de réalisation, lorsque le flotteur 107 est dans la deuxième position P2, le flotteur 107 peut tourner sur lui-même en raison des efforts aérodynamiques dû à un débit élevé du premier fluide F1 ce qui peut entrainer une usure prématurée du flotteur 107 et donc une diminution de l’étanchéité du système de circulation 100.

Ainsi, dans un autre mode de réalisation non représenté, le flotteur 107 présente une forme cylindrique dont les embouts sont arrondis. L’utilisation d’un tel flotteur 107 permet d’éviter au flotteur 107 de tourner sur lui-même et ainsi de limiter l’usure du flotteur 107.

En outre, comme on peut le voir sur le mode de réalisation de la figure 9, la surface interne 103-1 du corps creux 103 forme une empreinte arrondie au niveau de la zone entourant le deuxième orifice 105. Une telle empreinte arrondie permet d’éviter que le deuxième fluide F2 ne s’infiltre entre la surface interne 103-1 du corps creux 103 et le flotteur 107 lorsque le flotteur 107 occupe la première position P1.

En outre, avantageusement, la surface interne 103-1 du corps creux 103 forme une empreinte arrondie au niveau de la zone entourant le premier orifice 104. Cela permet de faciliter le déplacement du flotteur 107 et d’éviter que le deuxième fluide F2 ne s’infiltre entre la surface interne 103-1 du corps creux 103 et le flotteur 107, lorsque flotteur 107 occupe la deuxième position P2.

Par ailleurs, selon le mode de réalisation de la figure 10a, le système de circulation 100 se présente sous la forme d’un raccord 110. Par «raccord», on entend une pièce destinée à assurer la continuité entre deux parties séparées. Le raccord 110 est alors solidarisé, par exemple par vissage ou encore soudage, à une canalisation de la turbomachine.

Selon un autre mode de réalisation représenté à la figure 10b, le dispositif d’évacuation 102 est intégré directement au circuit d’écoulement 101 par une méthode de fabrication additive ou encore par moulage. Le dispositif d’évacuation 102 et le circuit d’écoulement 101 forment alors un élément monobloc.

Avantageusement, le circuit d’écoulement 101 et le dispositif d’évacuation 102 sont réalisés dans un matériau résistant à de fortes températures, typiquement à des 5 températures supérieures à 500°C.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système de circulation (100) d’un premier fluide (F1) dans une turbomachine, ledit système de circulation (100) comportant un circuit d’écoulement (101) du premier fluide (F1) et un dispositif d’évacuation (102) d’un deuxième fluide (F2), ledit dispositif d’évacuation (102) étant caractérisé en ce qu’il comporte :

o un corps creux (103) présentant un premier orifice (104) et un deuxième orifice (105), ledit corps creux (103) communiquant :

avec le circuit d’écoulement (101) via le premier orifice (104) et, avec l’extérieur du système de circulation (100) via le deuxième orifice (105), o un flotteur (107), positionné dans le corps creux (103), et adapté pour se déplacer dans ledit corps creux (103) entre :

une première position (P1) dans laquelle le flotteur (107) obstrue le deuxième orifice (105) pour bloquer l’évacuation du deuxième fluide (F2) vers l’extérieur du système de circulation (100) et, une deuxième position (P2) dans laquelle le flotteur (107) obstrue le premier orifice (104) pour autoriser l’évacuation du deuxième fluide (F2) via le deuxième orifice (105).
2. Système de circulation (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le flotteur (107) présente des dimensions supérieures aux dimensions du premier orifice (104) et du deuxième orifice (105).
3. Système de circulation (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flotteur (107) présente des dimensions inférieures aux dimensions du corps creux (103).
4. Système de circulation (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps creux (103) présente une forme allongée entre le premier orifice (104) et le deuxième orifice (105).
5. Système de circulation (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flotteur (107) présente une forme sphérique.
6. Système de circulation (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flotteur (107) présente une forme cylindrique dont les embouts sont arrondis.
7. Système de circulation (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d’écoulement (101) et le dispositif d’évacuation (102) forment un élément monobloc.
8. Système de circulation (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il se présente sous la forme d’un raccord (110) adapté pour être fixé à une canalisation de la turbomachine.
9. Système de circulation (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier fluide (F1) est un liquide tel que l’huile ou l’eau et le second fluide (F2) est un gaz tel que l’air, ou inversement.
10. Turbomachine caractérisée en ce qu’elle comporte un système de circulation (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes.