FR3120942A1 - Turbomachine test bench comprising a device for admitting a pollutant - Google Patents
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Abstract
L'objet principal de l'invention est un banc d’essai (1) de turbomachine (2), comportant : une entrée (4) ; une sortie (5) ; un passage (3) en communication avec l’entrée (4) et la sortie (5), le passage (3) étant destiné à recevoir la turbomachine (2) lors des essais et comprenant un couloir (6) permettant la circulation d’un flux d’air (F), caractérisé en ce que le banc d’essai (1) comporte un dispositif d’admission (20) d’au moins un polluant destiné à se mélanger au flux d’air (F) en provenance de l’entrée (4). Figure pour l’abrégé : Figure 1The main object of the invention is a test bed (1) for a turbomachine (2), comprising: an inlet (4); an outlet (5); a passage (3) in communication with the inlet (4) and the outlet (5), the passage (3) being intended to receive the turbine engine (2) during the tests and comprising a corridor (6) allowing the circulation of an air flow (F), characterized in that the test bench (1) comprises an admission device (20) for at least one pollutant intended to mix with the air flow (F) coming from of the entrance (4). Figure for abstract: Figure 1
Description
La présente invention se rapporte au domaine général des essais des turbomachines. Elle s’applique à tout type de turbomachines aéronautiques ou terrestres, notamment aux turbomachines d’aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs.The present invention relates to the general field of turbomachinery testing. It applies to any type of aeronautical or terrestrial turbomachines, in particular to aircraft turbomachines such as turbojets and turboprops.
L’invention concerne ainsi un banc d’essai de turbomachine comportant un dispositif d’admission d’au moins un polluant.The invention thus relates to a turbomachine test bench comprising a device for admitting at least one pollutant.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREPRIOR ART
Une turbomachine, tel un turboréacteur, est un ensemble propulsif permettant de transformer un potentiel énergétique, issu de carburant et de comburant, vers une énergie cinétique générant une force appelée poussée.A turbomachine, such as a turbojet, is a propulsion unit that transforms an energy potential, derived from fuel and oxidizer, into kinetic energy generating a force called thrust.
Lors de la conception ou de l’entretien d’une turbomachine, tel un turboréacteur, différents tests sont réalisés afin de valider son bon fonctionnement. En effet, même si le principe de fonctionnement d’une turbomachine paraît simple, les phases d’avant-projet, de développement et de certification, tout comme les phases de post-certification, de vie du moteur et de démonstration par essai dans un but d’amélioration continue, notamment, peuvent durer près d’une décennie et présentent de nombreuses complexités. Ainsi, lors des tests, une série de mesures est effectuée pour surveiller des paramètres clés. Ces mesures peuvent à la fois s’effectuer directement sur la turbomachine ou sur son environnement.During the design or maintenance of a turbomachine, such as a turbojet, various tests are carried out to validate its proper operation. Indeed, even if the operating principle of a turbomachine seems simple, the pre-project, development and certification phases, just like the post-certification, engine life and demonstration by test phases in a goal of continuous improvement, in particular, can last nearly a decade and present many complexities. Thus, during the tests, a series of measurements are carried out to monitor key parameters. These measurements can be performed directly on the turbine engine or on its environment.
Afin de conduire de tels tests moteurs (ou essais moteurs), au sol ou en vol, la turbomachine est installée dans un banc d’essai spécifique. Celui-ci est adapté pour recréer des conditions de vol tout en restant au sol. Un tel banc d’essai présente un couloir formant une chambre d’essai recevant la turbomachine. Des cheminées verticales délimitent les extrémités du couloir pour former une entrée et une sortie. Les cheminées reçoivent puis rejettent le flux d’air propulsé par la turbomachine. Des dispositifs réduisent les nuisances sonores inhérentes au fonctionnement de la turbomachine, et qui sont propagées par les cheminées. Des essais partiels peuvent également être réalisés, sur une pièce ou un ensemble de pièces, par exemple pour des essais de matériaux. De façon générale, l’utilisation des bancs d’essais peut être longue, des essais pouvant se compter en années dans de nombreux cas.In order to conduct such engine tests (or engine tests), on the ground or in flight, the turbomachine is installed in a specific test bench. This is suitable for recreating flight conditions while remaining on the ground. Such a test bench has a corridor forming a test chamber receiving the turbomachine. Vertical chimneys delineate the ends of the corridor to form an entrance and an exit. The chimneys receive and then reject the flow of air propelled by the turbomachine. Devices reduce the noise pollution inherent in the operation of the turbomachine, and which is propagated by the chimneys. Partial tests can also be carried out, on a part or a set of parts, for example for material tests. In general, the use of test benches can be long, tests can be counted in years in many cases.
La demande de brevet EP 3 199 206 A1 divulgue un exemple d’un tel banc d’essai avec une configuration en « U », c’est-à-dire qui montre une cheminée d’entrée et une cheminée de sortie, les cheminées étant reliées par un couloir horizontal contenant la turbomachine.Patent application EP 3 199 206 A1 discloses an example of such a test bench with a "U" configuration, that is to say which shows an inlet chimney and an outlet chimney, the chimneys being connected by a horizontal corridor containing the turbomachine.
Les installations des bancs d’essais moteurs requièrent un besoin de matériels spécifiques permettant de gérer l’arrivée de carburant, mais également d’air comprimé, d’huile et d’électricité. Il va de même pour les installations de bancs d’essais partiels ou matériaux.Engine test bench installations require specific equipment to manage the arrival of fuel, but also compressed air, oil and electricity. The same goes for the installations of partial or material test benches.
La fiabilité, la robustesse du moteur et le fait de maximiser le temps d’exploitation d’un moteur sont des enjeux majeurs de nos jours, et les solutions actuelles de bancs d’essais, qui ne permettent pas de faire d’endurance sous environnement contrôlé et d’utiliser des paramètres variables, ne sont pas entièrement satisfaisantes.The reliability, the robustness of the engine and the fact of maximizing the operating time of an engine are major issues nowadays, and the current solutions of test benches, which do not allow to make endurance under environment controlled and to use variable parameters, are not entirely satisfactory.
En particulier, les essais matériaux sur certains phénomènes, tels que la corrosion, l’érosion, la cokéfaction, entre autres, sont restreints par un nombre de variables qui sont fixées, telles que pour la corrosion par exemple: la quantité de polluant dans l’environnement fixée lors de l’essai bien que variable ; la température fixée également bien que variable au sein du moteur ; la pression fixée aussi bien que variable au sein du moteur. Or, la corrosion dépend notamment de la combinaison de ces paramètres et peut avoir un impact plus ou moins virulent.In particular, the material tests on certain phenomena, such as corrosion, erosion, coking, among others, are restricted by a number of variables which are fixed, such as for corrosion for example: the quantity of pollutant in the environment fixed during the test although variable; the temperature also fixed although variable within the engine; fixed as well as variable pressure within the engine. However, corrosion depends in particular on the combination of these parameters and can have a more or less virulent impact.
Une des problématiques de nos jours est qu’il est difficile de faire des corrélations entre des essais faits sur bancs avec des paramètres fixes alors que le moteur voit des paramètres variables. En particulier, il est difficile, lors d’essais d’endurance classiques sur moteur, de percevoir certains phénomènes (corrosion, érosion, cokéfaction, etc.) tels qu’ils sont subis réellement du fait des conditions d’essais avec notamment un air propre au sol à l’inverse de certains environnements aériens.One of the problems these days is that it is difficult to make correlations between tests made on benches with fixed parameters while the engine sees variable parameters. In particular, it is difficult, during conventional engine endurance tests, to perceive certain phenomena (corrosion, erosion, coking, etc.) as they are actually experienced due to the test conditions with in particular air specific to the ground unlike some aerial environments.
L’invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l’art antérieur.The object of the invention is therefore to at least partially remedy the needs mentioned above and the drawbacks relating to the embodiments of the prior art.
En particulier, l’invention vise notamment à concevoir un banc d’essai de turbomachine avec un environnement plus représentatif de celui subi par la turbomachine en conditions normales d’utilisation dans le but d’identifier en avance les difficultés susceptibles d’apparaître en utilisation normale et non perçues en phase de développement, afin d’adapter les critères d’utilisation en conséquence.In particular, the invention aims in particular to design a turbomachine test bench with an environment more representative of that undergone by the turbomachine under normal conditions of use with the aim of identifying in advance the difficulties likely to appear in use. normal and not collected during the development phase, in order to adapt the criteria for use accordingly.
L’invention a ainsi pour objet, selon l’un de ses aspects, un banc d’essai de turbomachine, notamment pour turboréacteur ou turbopropulseur apte à entraîner un flux d’air, comportant :
- une entrée,
- une sortie,
- un passage en communication avec l’entrée et la sortie, le passage étant destiné à recevoir la turbomachine lors des essais et comprenant un couloir permettant la circulation d’un flux d’air,
caractérisé en ce que le banc d’essai comporte un dispositif d’admission d’au moins un polluant destiné à se mélanger au flux d’air en provenance de l’entrée.The invention thus relates, according to one of its aspects, to a turbomachine test bench, in particular for a turbojet or turboprop capable of driving an air flow, comprising:
- an entrance,
- an exit,
- a passage in communication with the inlet and the outlet, the passage being intended to receive the turbomachine during the tests and comprising a corridor allowing the circulation of an air flow,
characterized in that the test bench comprises a device for admitting at least one pollutant intended to mix with the flow of air coming from the inlet.
Grâce à l’invention, il est possible de mieux représenter l’environnement vu par un moteur en utilisation normale et de prévenir par essais d’endurance des phénomènes aujourd’hui subis et non attendus jusqu’à présent. L’invention permet en outre une amélioration de la fiabilité moteur par l’établissement de critères d’inspection avant avaries et l’affranchissement de problématiques techniques par la diminution de l’apparition de certains phénomènes, par exemple la corrosion, l’érosion, la cokéfaction, entre autres. Elle permet aussi de diminuer les déposes nécessaires de moteurs, l’amélioration du choix des matériaux, la réduction de la maintenance, et ainsi les coûts.Thanks to the invention, it is possible to better represent the environment seen by an engine in normal use and to prevent, by endurance tests, phenomena which have been experienced today and which have not been expected until now. The invention also allows an improvement in engine reliability by establishing pre-damage inspection criteria and overcoming technical problems by reducing the occurrence of certain phenomena, for example corrosion, erosion, coking, among others. It also makes it possible to reduce the necessary engine removals, improve the choice of materials, reduce maintenance, and thus costs.
Le banc d’essai de turbomachine selon l’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.The turbomachine test bench according to the invention may also comprise one or more of the following characteristics taken in isolation or in any possible technical combination.
Le dispositif d’admission peut comporter un système de régulation dudit au moins un polluant introduit.The intake device may comprise a system for regulating said at least one pollutant introduced.
Ledit au moins un polluant peut comporter tous types de polluant, notamment un ou des composés chimiques. Ledit au moins un polluant peut notamment comporter du soufre et/ou du sable, entre autres.Said at least one pollutant can include all types of pollutant, in particular one or more chemical compounds. Said at least one pollutant may in particular comprise sulfur and/or sand, among others.
De plus, le dispositif d’admission d’au moins un polluant peut comporter une bonbonne avec une concentration en polluant(s) prédéterminée.In addition, the device for admitting at least one pollutant may comprise a cylinder with a concentration of predetermined pollutant(s).
Le banc d’essai peut comporter un système de décontamination au niveau de la sortie permettant de capter le ou les polluants admis. Le système de décontamination peut comporter un filtre à pollution.The test bench may include a decontamination system at the outlet to capture the pollutant(s) admitted. The decontamination system may include a pollution filter.
Le système de décontamination peut également comporter au moins une vanne de décharge permettant d’évacuer l’air pollué pour décontaminer le couloir du banc d’essai.The decontamination system may also include at least one relief valve for evacuating polluted air to decontaminate the corridor of the test bench.
Par ailleurs, le banc d’essai peut comporter une grille pour l’interception de débris, et le dispositif d’admission d’au moins un polluant peut être situé au niveau de la grille entre l’entrée et le couloir.Furthermore, the test bench may include a grid for the interception of debris, and the intake device for at least one pollutant may be located at the level of the grid between the entrance and the corridor.
En outre, selon une configuration, le couloir peut être délimité en amont par une cheminée d’entrée horizontale et en aval par une cheminée de sortie verticale, le banc d’essai étant dans une configuration dite en « L ».In addition, according to one configuration, the corridor can be delimited upstream by a horizontal inlet stack and downstream by a vertical outlet stack, the test bench being in a so-called “L” configuration.
Selon une autre configuration, le couloir peut être délimité en amont par une cheminée d’entrée verticale et en aval par une cheminée de sortie verticale, le banc d’essai étant dans une configuration dite en « U ».According to another configuration, the corridor can be delimited upstream by a vertical inlet stack and downstream by a vertical outlet stack, the test bench being in a so-called “U” configuration.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu’à l’examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :The invention can be better understood on reading the detailed description which follows, of non-limiting examples of implementation thereof, as well as on examining the figures, schematic and partial, of the appended drawing, on which :
Dans l’ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.In all of these figures, identical references may designate identical or similar elements.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.In addition, the various parts shown in the figures are not necessarily shown on a uniform scale, to make the figures more readable.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATIONDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
La
Le banc d’essai 1 forme une infrastructure ou construction. Il comporte un passage 3, ou chambre de test, avec une entrée 4 et une sortie 5. Ce passage 3 comprend un couloir 6 essentiellement allongé. Il peut présenter une longueur supérieur à 50 m. La longueur du couloir 6 permet la circulation en ligne droite d’un flux d’air F, soit une circulation d’air F traversant le passage 3. Ce flux d’air F circule au travers du banc d’essai 1 en raison du souffle de la turbomachine 2. Afin de limiter la résistance à l’écoulement, en particulier l’entrée d’un flux d’air F dans la turbomachine 2, le couloir 6 peut présenter une section de passage supérieure ou égale à 50 m².Test bench 1 forms an infrastructure or construction. It comprises a passage 3, or test chamber, with an inlet 4 and an outlet 5. This passage 3 comprises an essentially elongated corridor 6. It can have a length greater than 50 m. The length of the corridor 6 allows the circulation in a straight line of an air flow F, that is an air circulation F crossing the passage 3. This air flow F circulates through the test bench 1 due to the blast from the turbine engine 2. In order to limit the resistance to flow, in particular the entry of an air flow F into the turbine engine 2, the corridor 6 may have a passage section greater than or equal to 50 m².
La section de passage, ou section libre, peut être mesurée en amont de la zone de fixation 8 destinée à recevoir la turbomachine 2. La zone de fixation 8 peut être un tronçon du couloir 6 selon sa longueur. La section de passage peut être observable sur au moins un quart de la longueur du couloir 6, préférentiellement sur la majorité de la longueur.The passage section, or free section, can be measured upstream of the attachment zone 8 intended to receive the turbine engine 2. The attachment zone 8 can be a section of the corridor 6 according to its length. The passage section can be observed over at least a quarter of the length of the corridor 6, preferably over the majority of the length.
La zone de fixation 8 est éventuellement muni de moyens de fixation 9, par exemple un bras de fixation, où la turbomachine 2 est montée. Ces moyens de fixation 9 peuvent s’étendre verticalement depuis le plafond du couloir 6, à la manière d’une colonne ou d’un poteau. Ils permettent de monter la turbomachine 2 avec un déport, et de centrer cette dernière au milieu du couloir 6. Le centrage est vertical et horizontal.The attachment zone 8 is optionally provided with attachment means 9, for example an attachment arm, where the turbine engine 2 is mounted. These fixing means 9 can extend vertically from the ceiling of the corridor 6, like a column or a post. They make it possible to mount the turbomachine 2 with an offset, and to center the latter in the middle of the corridor 6. The centering is vertical and horizontal.
Le couloir 6 est délimité par des cheminées, une cheminée horizontale 10a en entrée 4 et une cheminée verticale 11 en sortie 5. Elles permettent respectivement une admission d’air horizontale et un échappement vertical en élévation par rapport au couloir 6. Cette configuration en « L » n’est pas limitative de l’invention. La
Au niveau de l’entrée 4 se trouve une porte 7. De plus, en entrée du couloir 6, le banc d’essai 1 présente une grille 15 permettant d’intercepter des débris susceptibles de perturber l’essai et d’endommager la turbomachine 2.At the level of the entrance 4 is a door 7. In addition, at the entrance to the corridor 6, the test bench 1 has a grid 15 making it possible to intercept debris likely to disturb the test and damage the turbomachine. 2.
Par ailleurs, le banc d’essai comprend un tube collecteur 16 du flux gazeux F produit par l’essai en aval de la turbomachine 2. Le tube collecteur 16 est disposé horizontalement et comprend à sa sortie un diffuseur 17 dans la cheminée verticale de sortie 11. Le tube collecteur 16 est par ailleurs configuré pour absorber le bruit produit par l’essai.Furthermore, the test bench comprises a collector tube 16 of the gas stream F produced by the test downstream of the turbine engine 2. The collector tube 16 is arranged horizontally and comprises at its outlet a diffuser 17 in the vertical outlet chimney 11. Collector tube 16 is furthermore configured to absorb the noise produced by the test.
En outre, la cheminée verticale de sortie 11 comprend un dispositif de réduction du bruit 18, en l’occurrence des baffles acoustiques. Bien que non représentées, ces baffles acoustiques peuvent aussi être présentes dans la cheminée d’entrée 10a, ou la cheminée d’entrée 10b sur la
Conformément à l’invention, le banc d’essai 1 permet des tests d’endurance dans un environnement contrôlé.In accordance with the invention, the test bench 1 allows endurance tests in a controlled environment.
Ainsi, le banc d’essai 1 comporte un dispositif d’admission d’au moins un polluant 20 destiné à se mélanger au flux d’air F en provenance de l’entrée 4. Ce dispositif d’admission 20 d’un ou plusieurs polluants est par exemple situé au niveau de la grille 15, entre la cheminée d’entrée 10a et le couloir 6.Thus, the test bench 1 comprises an admission device 20 for at least one pollutant intended to mix with the flow of air F coming from the inlet 4. This admission device 20 for one or more pollutants is for example located at the level of the gate 15, between the entrance chimney 10a and the corridor 6.
Le dispositif d’admission 20 permet de contaminer l’air en polluant(s) de sorte à ce que l’environnement de la turbomachine 2 en test soit au plus près des conditions réelles de vol. Le dispositif d’admission 20 peut comporter un système de régulation dudit au moins un polluant introduit.The intake device 20 makes it possible to contaminate the air with pollutant(s) so that the environment of the turbomachine 2 under test is as close as possible to real flight conditions. The intake device 20 may comprise a system for regulating said at least one pollutant introduced.
Le ou les polluants peuvent notamment comporter du soufre dans le but de tester la corrosion par exemple, ou encore du sable dans le but de tester l’érosion par exemple.The pollutant(s) may in particular include sulfur for the purpose of testing corrosion, for example, or even sand for the purpose of testing erosion, for example.
Avantageusement, le dispositif d’admission 20 peut comporter une bonbonne comprenant une concentration en polluant(s) maîtrisée. Par exemple, dans le cas du soufre, il peut s’agir d’une bonbonne commercialisée avec une quantité de polluants spécifique mesurée en particules par million (ppm), commercialisée par la société Air Liquide par exemple.Advantageously, the intake device 20 may include a bottle comprising a controlled concentration of pollutant(s). For example, in the case of sulphur, it may be a cylinder marketed with a specific quantity of pollutants measured in particles per million (ppm), marketed by the company Air Liquide for example.
En outre, le banc d’essai 1 comporte un système de décontamination 21 au niveau de la sortie 5 permettant de capter le polluant précédemment injecté. Ce système de décontamination 21 peut comporter un filtre à pollution 22 permettant de récupérer, ou bloquer, la pollution non désirée.In addition, the test bench 1 comprises a decontamination system 21 at the level of the outlet 5 making it possible to capture the pollutant previously injected. This decontamination system 21 may comprise a pollution filter 22 making it possible to recover, or block, unwanted pollution.
Ce système de décontamination 21 peut de plus comporter au moins une vanne de décharge permettant d’évacuer l’air pollué pour décontaminer l’enceinte du banc d’essai 1. Cela peut se faire par aspiration ou ventilation. Cela peut également permettre le changement du filtre dans le cas où celui-ci est encombré.This decontamination system 21 can also comprise at least one discharge valve making it possible to evacuate the polluted air in order to decontaminate the enclosure of the test bench 1. This can be done by suction or ventilation. This can also allow the filter to be changed if it is clogged.
La solution de l’invention permet avantageusement de pouvoir faire des essais d’endurance sur moteur dans un environnement dit « pollué ». De plus, l’injection du ou des polluants, par exemple du soufre pour des tests de corrosion, peut se faire de manière contrôlée.The solution of the invention advantageously makes it possible to carry out endurance tests on an engine in a so-called “polluted” environment. In addition, the injection of the pollutant(s), for example sulfur for corrosion tests, can be done in a controlled manner.
La
Dans cette configuration en « U », le couloir 6 est délimité par des cheminées verticales, une cheminée verticale 10b en entrée 4 et une cheminée verticale 11 en sortie 5. Elles permettent respectivement une admission d’air verticale et un échappement vertical en élévation par rapport au couloir 6.In this "U" configuration, the corridor 6 is delimited by vertical chimneys, a vertical chimney 10b at the inlet 4 and a vertical chimney 11 at the outlet 5. They respectively allow a vertical air intake and a vertical exhaust in elevation by relative to lane 6.
A la jonction entre la cheminée amont verticale 10b et le couloir 6, le banc d’essai 1 est équipé d’une série de lames de déviation 12. Elles permettent de renvoyer l’air descendant de la cheminée d’entrée 10b selon la direction horizontale. Les lames de déviation 12 s’étendent horizontalement, et traversent tout le couloir 6. Elles présentent des profils courbes.At the junction between the vertical upstream chimney 10b and the corridor 6, the test bench 1 is equipped with a series of deflection blades 12. They make it possible to return the air descending from the inlet chimney 10b in the direction horizontal. The deflection blades 12 extend horizontally, and cross the entire corridor 6. They have curved profiles.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrit. Diverses modifications peuvent y être apportées par l’homme du métier.Of course, the invention is not limited to the embodiments which have just been described. Various modifications can be made thereto by those skilled in the art.
Claims (10)
- une entrée (4),
- une sortie (5),
- un passage (3) en communication avec l’entrée (4) et la sortie (5), le passage (3) étant destiné à recevoir la turbomachine (2) lors des essais et comprenant un couloir (6) permettant la circulation d’un flux d’air (F),
caractérisé en ce que le banc d’essai (1) comporte un dispositif d’admission (20) d’au moins un polluant destiné à se mélanger au flux d’air (F) en provenance de l’entrée (4).Turbomachine (2) test bench (1), comprising:
- an entrance (4),
- an output (5),
- a passage (3) in communication with the inlet (4) and the outlet (5), the passage (3) being intended to receive the turbine engine (2) during the tests and comprising a corridor (6) allowing the circulation of an air flow (F),
characterized in that the test bench (1) comprises an admission device (20) for at least one pollutant intended to mix with the flow of air (F) coming from the inlet (4).
Priority Applications (1)
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2021
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