FR3099519A1 - Procédé d’arrêt d’urgence d’une turbomachine - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d’arrêt d’urgence d’une turbomachine présentant une chambre de combustion et un compresseur, le procédé comprend les étapes suivantes : (a) détection d’une survitesse de la turbomachine ;(b) modification du fonctionnement du compresseur pour diminuer un débit d’air entrant dans la chambre de combustion. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé d’arrêt d’urgence d’une turbomachine
La présente invention concerne le domaine des turbomachines et plus particulièrement de la protection en cas d’une survitesse de la turbomachine.
Avec la plupart des turbomachines d’aéronef, il est nécessaire de se prémunir contre une survitesse non contrôlée, qui pourrait engendrer une éjection de débris non contenue potentiellement catastrophique pour l’aéronef.
Une survitesse de la turbomachine peut être causée par :
- Une casse de l’arbre qui transmet le couple de la turbine au compresseur et à une soufflante de l’ensemble propulsif, puisque dans ce cas le couple résistif de la soufflante ne s’oppose plus au couple moteur du générateur de gaz (qui comprend la turbine et le compresseur),
- Une panne au niveau du système de dosage (ouverture intempestive du doseur),
- Une panne au niveau du système d’actionnement des stators variables.
Les moyens de détection d’une survitesse, connus en soi, ne font pas l’objet du présent exposé. Typiquement, des capteurs de régime par exemple à roue phonique sont installés sur au moins un arbre moteur à surveiller.
D’une manière classique le moyen d’accommodation le plus couramment mis en œuvre lors de l’apparition d’une survitesse consiste à fermer une vanne de coupure dans le circuit carburant, ce qui finit par éteindre la turbomachine.
Le besoin en rapidité de coupure carburant est lié à l’architecture de la turbomachine. Par exemple, une faible inertie de turbine engendrera une forte accélération de cette dernière après une casse de l’arbre. En conséquence, il sera nécessaire de couper plus rapidement le débit carburant pour éviter de dépasser le régime de rotation jugé critique.
Malheureusement, une coupure rapide du débit carburant favorise le phénomène dit de « coup de bélier » qui est une surpression qui apparaît dans le circuit carburant en amont de la vanne de coupure. Cette surpression transitoire peut alors générer des ruptures de canalisations au sein du circuit carburant de la turbomachine, ou de l’aéronef, ce qui serait inacceptable car pouvant provoquer un départ de feu ou une fuite de carburant.
Des solutions existent pour limiter cette surpression : ajouter un accumulateur en entrée du circuit carburant ou renforcer les canalisations de carburant. En revanche, ces solutions sont pénalisantes en termes de coût, masse, encombrement, fiabilité.
En conséquence, cette invention a pour but de proposer une solution de gestion de la survitesse n’engendrant pas ces inconvénients au sein du circuit carburant, sans ajouter des dispositions pénalisantes pour la masse de la turbomachine en particulier.
Selon un premier aspect, l’invention propose un procédé d’arrêt d’urgence d’une turbomachine présentant une chambre de combustion et un compresseur. Le procédé comprend les étapes suivantes :
(a) détection d’une survitesse de la turbomachine ;
(b) modification du fonctionnement du compresseur pour diminuer un débit d’air entrant dans la chambre de combustion.
Ainsi, d’une manière avantageuse, la réduction du débit d’air entrant dans le moteur permet de faire pomper le compresseur, ce qui permet d’arrêter la turbomachine. La solution proposée par l’invention permet donc de gérer la survitesse en n’engendrant pas les inconvénients connus au sein du circuit carburant, et sans ajouter des dispositions pénalisantes pour la masse de la turbomachine en particulier.
L’étape (b) peut comprendre une modification de l’orientation d’aubes à calage variable d’un redresseur du compresseur de façon à provoquer un pompage du compresseur.
La modification de l’orientation des aubes à calage variable du redresseur peut être conformée pour entretenir le pompage de façon à provoquer des modifications temporaires du sens de circulation d’air dans le compresseur.
La turbomachine peut-être de type à double flux et à corps multiples, en particulier à double corps, et le redresseur qui comprend les aubes à calage variable peut être adapté pour être positionné sur un compresseur d’un corps haute pression de la turbomachine.
La modification de l’orientation des aubes à calage variable du redresseur peut être comprise entre 10 degrés et 20 degrés.
La modification de l’orientation des aubes à calage variable du redresseur peut consister à procurer un angle de sur-ouverture des aubes à calage par rapport à une loi d’ouverture nominale prévue pour un fonctionnement normal du compresseur.
L’étape (b) peut être mise en œuvre dans une délai compris entre 0.05 secondes et 0.20 secondes après l’étape (a).
Le compresseur peut posséder un arbre rotatif entraîné par une turbine et qui entraîne en rotation un arbre d’une soufflante de l’ensemble propulsif, et la détection d’une survitesse de la turbomachine peut s’accompagner de la détection d’une casse d’arbre impliquant que la soufflante n’est plus entraînée en rotation par l’arbre rotatif, et l’étape (b) peut être mise en œuvre seulement si une casse d’arbre est détectée.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard du dessin annexé sur lequel :
La figure 1 représente une turbomachine pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.
En références à la figure 1, selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé d’arrêt d’urgence d’une turbomachine 1.
Turbomachine
Typiquement, en référence à la figure 1, la turbomachine 1 pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention comprend un corps basse pression 2 et un corps haute pression 3. Le corps haute pression 3 est traversé coaxialement pas un arbre rotatif 21 du corps basse pression 2. L’arbre rotatif 21 du corps basse pression 2 relie une soufflante 22 à une turbine basse pression 24. Le corps haute pression 3 comprend un stator muni d’un redresseur à calage variable 31, un compresseur haute pression 32, une chambre de combustion 33 et une turbine haute pression 34. Le redresseur à calage variable 31 présente une pluralité d’aubes statoriques à calage variable 35, aussi appelées VSV pour « Variable Stator Vanes » en anglais. Les VSV permettent d’adapter l’incidence de l’air au niveau des aubes du compresseur HP 32. Ce système permet d’augmenter la marge au pompage du compresseur HP et est généralement nécessaire pour satisfaire les exigences d’opérabilité de la turbomachine.
Procédé
Le procédé d’arrêt d’urgence de la turbomachine 1, selon l’invention comprend les étapes suivantes :
(a) détection d’une survitesse de la turbomachine 1 ;
(b) modification du fonctionnement du compresseur pour diminuer un débit d’air entrant dans la chambre de combustion 33.
Plus précisément, l’étape (a) peut être mise en œuvre en surveillant la vitesse de rotation de l’arbre rotatif 21
Avantageusement, l’étape (b) comprend une modification du sens de circulation d’air dans le compresseur 32. Cette modification du sens de circulation de l’air dans le compresseur 32 permet de faire pomper le compresseur 32. D’une manière préférentielle, le sens de circulation de l’air dans le compresseur 32, est modifié en faisant varier l’orientation des aubes à calage variable 35 du redresseur 31.
D’une manière particulièrement avantageuse, la modification de l’orientation des aubes à calage variable 35 du redresseur peut être conformée pour entretenir le pompage de façon à provoquer des modifications temporaires du sens de circulation d’air dans le compresseur.
Avantageusement, la modification de l’orientation des aubes à calage variable 35 du redresseur 31 peut être comprise entre 10 degrés et 20 degrés.
Il est remarquable que, bien que destructive, cette méthode consistant à provoquer un pompage du compresseur permet d’éviter une casse des canalisations des circuits de carburant qui serait provoquée par un effet de « coup de bélier » en cas de coupure très rapide du débit du circuit carburant par une vanne de coupure dans une solution connue de protection contre la survitesse, ce qui permet d’éviter un éventuel incendie en vol de l’aéronef.
Selon une disposition particulièrement avantageuse, l’étape (b) est mise en œuvre dans un délai compris entre 0.05 secondes et 0.20 secondes après l’étape (a). Ce délai est principalement dicté par la vitesse de modification d’orientation des aubes à calage variable 35.
Par exemple, dans le cas de turbomachines d’aéronef d’affaires, on peut avoir un délai entre l’étape (a) et l’étape (b) de 0.15 secondes. Selon un autre exemple, dans le cas d’une turbomachine pour un aéronef de ligne, on peut avoir un délai entre l’étape (a) et l’étape (b) de 0.11 secondes. Enfin selon d’autres exemples, on peut avoir un délai entre l’étape (a) et l’étape (b) de 0.07 secondes.
En parallèle du déclenchement provoqué du pompage du compresseur, il est préférable de couper de façon contrôlée le débit du circuit carburant, afin d’éteindre en sécurité la turbomachine, avec une durée de coupure suffisamment lente pour ne pas provoquer une casse des canalisations des circuits de carburant par un effet de coup de bélier.
Aéronef
Selon un autre aspect, l’invention concerne un aéronef comprenant une turbomachine 1 selon on l’invention.

Claims (8)

  1. Procédé d’arrêt d’urgence d’une turbomachine (1) présentant une chambre de combustion (33) et un compresseur (32), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
    (a) détection d’une survitesse de la turbomachine (1) ;
    (b) modification du fonctionnement du compresseur (32) pour diminuer un débit d’air entrant dans la chambre de combustion (33).
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’étape (b) comprend une modification de l’orientation d’aubes à calage variable (35) d’un redresseur (31) du compresseur (32) de façon à provoquer un pompage du compresseur (32).
  3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la modification de l’orientation des aubes à calage variable (35) du redresseur (31) est conformée pour entretenir le pompage de façon à provoquer des modifications temporaires du sens de circulation d’air dans le compresseur (32).
  4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la turbomachine (1) est de type à double flux et à corps multiples, en particulier à double corps, et le redresseur (31) qui comprend les aubes à calage variable (35) est adapté pour être positionné sur un compresseur (32) d’un corps haute pression (3) de la turbomachine (1).
  5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la modification de l’orientation des aubes à calage variable (35) du redresseur (31) est comprise entre 10 degrés et 20 degrés.
  6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la modification de l’orientation des aubes à calage variable (35) du redresseur (31) consiste à procurer un angle de sur-ouverture des aubes à calage variable (35) par rapport à une loi d’ouverture nominale prévue pour un fonctionnement normal du compresseur (32).
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel l’étape (b) est mise en œuvre dans une délai compris entre 0.05 secondes et 0.20 secondes après l’étape (a).
  8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 pour l’arrêt d’urgence d’une turbomachine (1) d’un ensemble propulsif d’aéronef, dans lequel le compresseur (32) possède un arbre rotatif (21) entraîné par une turbine (24) et qui entraîne en rotation un arbre d’une soufflante (22) de l’ensemble propulsif, dans lequel la détection d’une survitesse de la turbomachine s’accompagne de la détection d’une casse d’arbre (21) impliquant que la soufflante (22) n’est plus entraînée en rotation par l’arbre rotatif (21), et dans lequel l’étape (b) est mise en œuvre seulement si une casse d’arbre (21) est détectée.
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