FR3117529A1 - Turbomachine avec canalisation d’air secondaire comportant un systeme de deshuilage - Google Patents

Turbomachine avec canalisation d’air secondaire comportant un systeme de deshuilage Download PDF

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Abstract

L’invention concerne une turbomachine (10) d’aéronef, comportant une canalisation interne (40) d’alimentation d’un système d’air secondaire de ladite turbomachine et un système de déshuilage (41) agencé à une extrémité aval (42) de ladite canalisation (40), ledit système de déshuilage (41) comportant un organe rotatif de déshuilage (48) par centrifugation, et un organe d’entrainement (58) de l’organe (48) de déshuilage. Figure pour l'abrégé : Figure 3

Description

TURBOMACHINE AVEC CANALISATION D’AIR SECONDAIRE COMPORTANT UN SYSTEME DE DESHUILAGE
Domaine technique de l'invention
L’invention concerne les systèmes d’air secondaire des turbomachines aéronautiques, et plus particulièrement un système d’air secondaire comportant une canalisation qui comporte des moyens de déshuilage.
Arrière-plan technique
Toutes les turbomachines, qu’elles soient à simple flux, c’est-à-dire consistant seulement en un générateur de gaz, à double flux, c’est-à-dire consistant en un générateur de gaz entraînant une soufflante, ou encore les turbopropulseurs consistant en un générateur de gaz entraînant une hélice, comportent un système d’air principal qui est associé à la circulation d’un flux d’air dans une veine interne du générateur de gaz traversant ses compresseurs, sa chambre de combustion et ses turbines.
Les turbomachines comportent également un système d’air secondaire, qui est alimenté en air sous pression, prélevé dans le flux d’air principal au niveau du ou des compresseurs, et qui est destiné à assurer différentes fonctions. Ces fonctions concernent principalement le refroidissement de pièces situées dans des zones soumises à des températures élevées de la turbomachine telles que les disques de turbines, et la pressurisation de diverses zones stratégiques de la turbomachine comme, par exemple, des enceintes internes contenant des paliers lubrifiés de rotors de la turbomachine.
Les turbomachines comportent également des systèmes de lubrification comportant des circuits internes dans lesquels circule de l’huile sous pression qui est destinée, par exemple, à assurer la lubrification des paliers de rotors précédemment évoqués.
Dans certaines configurations, les systèmes d’air secondaire et les systèmes de lubrification sont agencés dans une même zone de la turbomachine. Cette solution présente l’avantage de la compacité mais elle présente également l’inconvénient, en cas de fuite du système de lubrification, de risquer de polluer l’air circulant dans le système d’air secondaire et par conséquent d’entraîner des gouttelettes d’huile en suspension dans l’air pressurisé du système d’air secondaire vers des zones stratégiques de la turbomachine où sa présence n’est pas souhaitée. Par exemple, de l’huile peut être entraînée vers des zones stratégiques comme des cavités internes contenant l’intérieur des disques de turbine, qui sont des zones soumises à des températures élevées puisque les disques de turbines sont chauffés par les gaz de combustion, et l’introduction d’huile dans ces zones peut occasionner des départs de feu entraînant des dégradations de ces pièces tournantes voire, dans le pire des cas, leur rupture et, en ce cas, la libération de pièces à haute énergie comme des aubes de turbine.
Il est donc nécessaire d’éviter l’introduction d’huile dans l’air circulant dans les zones stratégiques du système d’air secondaire afin d’éviter de tels inconvénients.
L’invention remédie à cet inconvénient en proposant une turbomachine comportant un système d’air secondaire muni d’une canalisation d’alimentation comportant un système de déshuilage intégré.
Dans ce but, l’invention propose une turbomachine d’aéronef, comportant une canalisation interne d’alimentation d’un système d’air secondaire de ladite turbomachine et un système de déshuilage agencé à une extrémité aval de ladite canalisation, ledit système de déshuilage comportant une entrée axiale d’air potentiellement chargé d’huile et une première sortie d’air axiale d’air déshuilé alimentant en air secondaire une cavité interne de la turbomachine, et une seconde sortie d’huile, caractérisée en ce que le système de déshuilage comporte :
  • un organe rotatif de déshuilage par centrifugation, alimenté par l’entrée d’air axiale, monté dans la canalisation en amont de la première sortie d’air axiale, et agencé axialement au droit de la seconde sortie d’huile, laquelle débouche radialement dans la canalisation,
  • un organe d’entrainement de l’organe de déshuilage.
Selon d’autres caractéristiques de la turbomachine :
- l’organe rotatif de déshuilage est porté par une extrémité aval d’un arbre mobile en rotation coaxialement à la canalisation et dont une extrémité amont est accouplée à l’organe d’entrainement,
- l’arbre est guidé par un palier agencé entre les organes,
- l’organe d’entraînement de l’organe de déshuilage est une roue aubagée qui est entrainée en rotation par l’air circulant dans la canalisation,
- l’organe d’entraînement de l’organe de déshuilage est un moteur électrique,
- l‘organe rotatif de déshuilage est réalisé en un matériau poreux et il masque la première sortie d’air axiale,
- l’organe rotatif de déshuilage est de forme cylindrique ou conique ou tronconique de conicité orientée vers l’amont, centrée sur l’axe de la canalisation,
- le matériau poreux est une mousse métallique,
- l’organe de déshuilage est un disque qui est agencé axialement au droit de la seconde sortie radiale d’huile et qui comporte un perçage central formant la première sortie d’air axiale d’air déshuilé,
- la première sortie d’air axiale communique avec la cavité interne par l’intermédiaire d’un injecteur.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
La est une vue en coupe axiale d’une turbomachine ;
La est une vue de détail de la turbomachine de dans une zone de proximité d’un système d’air secondaire et d’un système de lubrification de turbomachine ;
La est une vue en coupe d’un premier mode de réalisation d’une canalisation d’amenée d’air d’un système d’air secondaire de turbomachine ;
La est une vue en coupe d’un second mode de réalisation d’une canalisation d’amenée d’air d’un système d’air secondaire de turbomachine.
Description détaillée de l'invention
On a représenté à la une turbomachine 10, qui est ici un turbomoteur d’hélicoptère. Il sera compris que cette configuration n’est pas limitative de l’invention et que celle-ci trouve à s’appliquer à n’importe quel type de turbomachine comportant un générateur de gaz.
De manière connue, la turbomachine 10 comporte, d’amont en aval selon le sens d’écoulement des gaz à l’intérieur de la turbomachine, au moins un compresseur 12 haute pression, qui est ici un compresseur centrifuge, un diffuseur 14, une chambre de combustion annulaire 16, une turbine haute pression 18 à deux étages 20 et 22, une turbine basse pression 24 à deux étages 26 et 28, et une tuyère d'échappement 30. Le rotor du compresseur haute pression 12 et le rotor de la turbine haute pression 18 sont reliés par un arbre haute pression 32 et forment avec lui un corps haute pression (HP). En amont du compresseur 12 haute pression, la turbomachine peut comporter un compresseur basse pression, qui n’a pas été représenté ici.
La turbomachine 10 est traversée par un flux de gaz primaire P. Comme l'illustrent les flèches de la , la veine d'écoulement du flux de gaz primaire P traverse ainsi successivement le compresseur haute pression 12, le diffuseur 14, la chambre de combustion 16, la turbine haute pression 18, la turbine basse pression 24, et la tuyère d'échappement 30.
Les compresseur 12 et turbines 18, 24 de la turbomachine 10 sont constitués de rotors qui sont montés tournant dans un carter 34 de la turbomachine par l’intermédiaire de paliers. On aperçoit par exemple notamment sur la un palier amont 36 permettant la rotation de la turbine basse pression 24.
La turbomachine 10 comporte un système d’air secondaire, qui a pour fonction d’alimenter en air secondaire des cavités internes de la turbomachine 10, par exemple pour assurer le refroidissement de certains organes tels que les disques des étages de turbine comme les étages 26, 28 de la turbine basse pression 24 logés dans des cavités du carter 34, ou d’assurer la pressurisation de cavités telles que des enceintes contenant des paliers par lesquels le compresseur et les turbines sont montées en rotation.
En particulier, les paliers sont logés dans des cavités internes qui sont des enceintes pressurisées alimentées en air sous pression, prélevé en amont de la chambre de combustion 16 dans le flux d’air primaire, et acheminé au travers du système d’air secondaire jusque dans ces enceintes, afin d’éviter que l’huile de lubrification des paliers ne s’échappe de ces enceintes.
Sur la , on aperçoit le palier amont 36 de la turbine basse pression logé dans son enceinte 38. On aperçoit également une cavité interne 42 dans laquelle est logé le disque du premier étage 26 de la turbine haute pression 24, cette cavité interne 42 étant également destinée à être alimentée par le système d’air secondaire pour assurer le refroidissement du premier étage 26 de la turbine pression 24.
Le système d’air secondaire comporte différentes canalisations internes. La représente en particulier en détail une canalisation interne d’alimentation 40 qui est destinée à amener de l’air secondaire jusqu’à la cavité interne 42 dans laquelle est logé le disque du premier étage 26 de la turbine basse pression 24, pour en assurer le refroidissement.
À cet effet, la canalisation interne d’alimentation 40 comporte, selon la direction axiale de la canalisation 40, une extrémité amont 44 qui est alimentée en air sous pression et une seconde extrémité aval 45, opposée, qui communique avec la cavité interne 42.
La turbomachine 10 est par ailleurs équipée d’un système d’alimentation d’huile qui est destiné à assurer la lubrification d’organes internes tels que le palier 36 de la turbine basse pression 24. À cet effet, le système d’alimentation d’huile comporte par exemple une conduite d’amenée d’huile 47 qui est agencée en amont de l’extrémité amont 44 de la canalisation 40.
Sur la , cette conduite 47 traverse radialement la veine de flux primaire P et elle traverse radialement le carter 34 en amont de l’extrémité amont 44 de la canalisation 40 mais il sera compris qu’elle pourrait être agencée en amont de l’extrémité amont 44 de la canalisation 40 selon une autre orientation, sans limitation de l’invention. La conduite 47 est destinée à amener l’huile au palier 36. La conduite 47 est donc une conduite rapportée au carter 34, avec les risques de fuite que cela implique.
Dans certaines configurations, il peut survenir que la conduite d’amenée d’huile 47 fuie. En cas de fuite, de l’huile s’échappant de la conduite 47 peut polluer l’air introduit dans la canalisation d’alimentation 40 par sa première extrémité 44, ce qui a pour effet de conduire de l’air chargé d’huile dans des zones de la turbomachine où il n’est précisément pas souhaitable que de l’huile soit introduite.
En effet, de l’huile qui serait par exemple introduite dans la cavité 42, qui est une cavité à haute température du fait de l’échauffement de la turbine 24 provoqué par les gaz de combustion, pourrait s’enflammer spontanément et provoquer un départ de feu à l’intérieur du carter 34 de la turbomachine, et occasionner ainsi des dégâts, allant jusqu’à la destruction de certaines pièces comme les disques de turbine, ce qui pourrait conduire à la libération d’éléments à haute énergie comme des aubes de turbine.
Il est donc impératif, quand il n’est pas possible d’éviter la pollution de l’air du système d’air secondaire, d’en assurer par sécurité une dépollution rapide avant son introduction dans les zones susmentionnées de la turbomachine.
L’invention remédie à cet inconvénient en proposant une turbomachine 10 dont le système d’air secondaire comporte une canalisation 40 d’alimentation en air perfectionnée comportant un système de déshuilage 41 permettant d’éliminer par centrifugation l’huile en suspension potentiellement contenue dans l’air circulant dans la canalisation 40 d’alimentation en air.
Le système de déshuilage 41 est agencé à l’extrémité aval 45 de la canalisation 40 et il comporte une entrée axiale d’air 50 potentiellement chargé d’huile et une première sortie axiale 52 d’air 52 alimentant en air secondaire une cavité la cavité interne 42 de la turbomachine 10. Il comporte par ailleurs une seconde sortie d’huile 56.
Comme l’illustrent les figures 3 et 4, le système de déshuilage 41 comporte un organe rotatif de déshuilage 48 par centrifugation, alimenté par l’entrée d’air axiale 50, qui est monté tournant dans la canalisation 40 en amont de la sortie d’air axiale 52 de la canalisation. Cet organe 48 comporte une entrée amont 51 qui est alimentée par l’entrée d’air 50 et qui est configurée pour recevoir un flux d’air chargé d’huile circulant dans la canalisation 40, et il est monté dans la canalisation 40 en amont de la sortie d’air axiale 52, et au droit de la seconde sortie d’huile 56, qui est agencée radialement. La seconde sortie d’huile 56 est réalisée sous la forme d’un drain radial qui débouche dans la canalisation 40 et qui est apte à évacuer l’huile hors de la canalisation 40.
Un axe de rotation de l’organe rotatif de déshuilage 48 est par exemple parallèle et à distance d’un axe de rotation principal de la turbomachine 10.
L’organe rotatif de déshuilage 48 est avantageusement mis en rotation par un organe d’entrainement 58, qui est solidaire en rotation de l’organe de déshuilage 48.
Comme l’illustrent les figures 3 et 4, l’organe de déshuilage 48 est de préférence porté par une extrémité aval 60 d’un arbre 62 mobile en rotation coaxialement à la canalisation 40 et dont une extrémité amont 64 est accouplée à l’organe d’entraînement 58. L’arbre 62 est guidé par un palier 65 qui s’étend sensiblement coaxialement dans la canalisation 40 et qui est agencé entre les organes de déshuilage 48 et d’entraînement 58.
Il sera compris que cette disposition n’est pas limitative de l’invention et que l’organe déshuilage 48 pourrait être monté rotatif directement dans la canalisation 48, par exemple en étant guidé en rotation par sa périphérie, et intégrer par ailleurs l’organe d’entraînement 58.
Dans le mode de réalisation préféré de l’organe d’entraînement 58 qui a été représenté à la , l’organe d’entraînement est une roue aubagée qui est entrainée en rotation directement par le flux d’air secondaire sous pression.
L’air pressurisé du système d’air secondaire entraîne la rotation de la roue aubagée, ce qui entraîne l’arbre 62 et par conséquent, la rotation de l’organe de déshuilage 48.
L’air sous pression chargé d’huile vient frapper l’organe rotatif de déshuilage par centrifugation 48 et par conséquent l’huile sous forme de gouttelettes se condense sur l’organe 48. L’air pressurisé qui portait l’huile, à présent débarrassé de l’huile, traverse l’organe 48 et sort par la sortie d’air axiale 52 communiquant avec l’extrémité aval de la canalisation 45, d’où il poursuit son cheminement dans le système d’air secondaire.
L’huile déposée sur l’organe rotatif 48 est centrifugée par la rotation de l’organe 48 selon une direction sensiblement radiale représentée par la flèche R des figures 3 et 4 et est alors évacuée par la seconde sortie d’huile 56 vers d’autres zones de la turbomachine.
Selon un second mode de réalisation de l’organe d’entraînement 58 qui a été représenté à la , l’organe d’entraînement de l’organe rotatif 58 est un moteur électrique.
Cette solution est plus complexe à mettre en œuvre mais présente néanmoins l’avantage de ne pas générer de perte de charge sur le flux d’air pressurisé qui, par conséquent, est acheminé vers la sortie d’air axiale 52 du système de déshuilage puis vers l’extrémité aval 45 de la canalisation avec une pression supérieure.
Dans le mode de réalisation préféré de l’organe rotatif 48 de déshuilage, celui-ci est réalisé en un matériau poreux et il masque la sortie d’air axiale 52.
Ainsi, toute l’huile contenue dans le flux d’air pressurisé passe obligatoirement par l’organe 48 et est donc par conséquent décantée par celui-ci.
L’organe rotatif 48 de déshuilage est de préférence d’une forme de révolution, et il est de préférence constitué d’un cylindre, d’un cône ou d’un tronc de cône de conicité orientée vers l’amont. Sur la , on a représenté un organe rotatif 48 conique de conicité orientée vers l’amont.
Le matériau poreux de l’organe 48 permet de capter l’huile en suspension dans le flux d’air pressurisé et de la condenser sous forme de gouttelettes. À cet effet, de manière non limitative de l’invention, le matériau poreux est de préférence une mousse métallique.
En variante, selon un second mode de réalisation de l’organe 48 qui a été représenté à la , celui-ci 48 peut-être un disque de centrifugation comportant un perçage central formant la sortie axiale 52 et communiquant avec l’extrémité aval de la canalisation 45, ledit disque étant agencé axialement au droit du drain 56.
La illustre un premier mode de réalisation de l’invention combinant le premier mode de réalisation de l’organe d’entraînement 58 avec le premier mode de réalisation de l’organe rotatif de déshuilage 48. De même, la illustre un second mode de réalisation de l’invention combinant le second mode de réalisation de l’organe d’entraînement 58 avec le second mode de réalisation de l’organe rotatif de déshuilage 48.
Il sera compris que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation de ces figures 3 et 4, et que de manière non limitative de l’invention, le premier mode de réalisation de l’organe d’entraînement 58 pourrait être combiné avec le deuxième mode de réalisation de l’organe rotatif de déshuilage 48, et que le deuxième mode de résolution de l’organe d’entraînement 58 pourrait être combiné avec le premier mode de réalisation de l’organe rotatif de déshuilage 48, sans limitation de l’invention.
Sur les figures 3 et 4, la première sortie 52 du système de déshuilage 51 communique avec la cavité interne 42 par l’intermédiaire d’un injecteur 46 afin de refroidir la turbine 24. Il sera compris que cette disposition n’est pas limitative de l’invention, notamment dans le cas de l’alimentation directe d’une enceinte contenant des paliers.
L’invention trouve donc à s’appliquer à toute turbomachine 10 comportant un système d’air secondaire dont la canalisation d’amenée d’air 40 est placée en aval d’un conduit interne d’alimentation d’huile 47, et qui risque à ce titre d’être exposée à des fuites d’huile. Elle permet de renforcer la sécurité de la turbomachine.

Claims (10)

  1. Turbomachine (10) d’aéronef, comportant une canalisation interne (40) d’alimentation d’un système d’air secondaire de ladite turbomachine et un système de déshuilage (41) agencé à une extrémité aval (42) de ladite canalisation (40), ledit système de déshuilage (41) comportant une entrée axiale d’air (50) potentiellement chargé d’huile et une première sortie d’air (52) axiale d’air déshuilé alimentant en air secondaire une cavité interne (42) de la turbomachine (10), et une seconde sortie d’huile (56), caractérisée en ce que le système de déshuilage (41) comporte :
    • un organe rotatif de déshuilage (48) par centrifugation, alimenté par l’entrée d’air axiale, monté dans la canalisation (40) en amont de la première sortie d’air axiale (52), et agencé axialement au droit de la seconde sortie d’huile (56), laquelle débouche radialement dans la canalisation (40),
    • un organe d’entrainement (58) de l’organe (48) de déshuilage.
  2. Turbomachine (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce l’organe rotatif de déshuilage (48) est porté par une extrémité aval (60) d’un arbre (62) mobile en rotation coaxialement à la canalisation (40) et dont une extrémité amont (64) est accouplée à l’organe d’entrainement (58).
  3. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’arbre (62) est guidé par un palier (65) agencé entre les organes (48, 58).
  4. Turbomachine (10) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l’organe d’entraînement (58) de l’organe de déshuilage est une roue aubagée qui est entrainée en rotation par l’air circulant dans la canalisation.
  5. Turbomachine (10) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l’organe d’entraînement (58) de l’organe de déshuilage (48) est un moteur électrique.
  6. Turbomachine (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l‘organe rotatif de déshuilage (48) est réalisé en un matériau poreux et en ce qu’il masque la première sortie d’air axiale (52).
  7. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’organe rotatif de déshuilage (48) est de forme cylindrique ou conique ou tronconique de conicité orientée vers l’amont, centrée sur l’axe de la canalisation (40).
  8. Turbomachine (10) selon l’une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que le matériau poreux est une mousse métallique.
  9. Turbomachine (10) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’organe de déshuilage (48) est un disque qui est agencé axialement au droit de la seconde sortie radiale d’huile et qui comporte un perçage central formant la première sortie d’air axiale d’air déshuilé (52).
  10. Turbomachine selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la première sortie communique avec la cavité interne par l’intermédiaire d’un injecteur.
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