FR3135297A1 - Turbomachine à échangeur thermique entre un circuit de carburant et deux circuits de lubrifiant - Google Patents

Turbomachine à échangeur thermique entre un circuit de carburant et deux circuits de lubrifiant Download PDF

Info

Publication number
FR3135297A1
FR3135297A1 FR2204275A FR2204275A FR3135297A1 FR 3135297 A1 FR3135297 A1 FR 3135297A1 FR 2204275 A FR2204275 A FR 2204275A FR 2204275 A FR2204275 A FR 2204275A FR 3135297 A1 FR3135297 A1 FR 3135297A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
circuit
channels
conduits
flow
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2204275A
Other languages
English (en)
Inventor
Anthony Julien BADALAMENTI
Mohammed-Lamine BOUTALEB
Sébastien Oriol
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Priority to FR2204275A priority Critical patent/FR3135297A1/fr
Priority to PCT/EP2023/061624 priority patent/WO2023213852A1/fr
Publication of FR3135297A1 publication Critical patent/FR3135297A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F01D25/20—Lubricating arrangements using lubrication pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/224—Heating fuel before feeding to the burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/31—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
    • F05D2250/312—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being parallel to each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/213—Heat transfer, e.g. cooling by the provision of a heat exchanger within the cooling circuit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Turbomachine comprenant un échangeur thermique (11), un premier circuit (13) d’un premier fluide, le premier circuit (13) comprenant deux conduits (31, 33) dans l’échangeur thermique (11), un deuxième circuit (15) d’un deuxième fluide et un troisième circuit (17) d’un troisième fluide, chacun du deuxième circuit et du troisième circuit comprenant un canal (51, 71) dans l’échangeur thermique (11), chaque canal (51, 71) étant contigu à un des conduits (31, 33) de sorte à être en contact thermique avec l’un des conduits (31, 33), les canaux (51, 71) étant contigus l’un à l’autre de sorte à être en contact thermique entre eux, l’échangeur thermique (11) comprenant une section dans laquelle les conduits (31, 33) et les canaux (51, 71) sont localement parallèles entre eux. Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Turbomachine à échangeur thermique entre un circuit de carburant et deux circuits de lubrifiant DOMAINE DE L'INVENTION
L’invention concerne le refroidissement de fluides dans une turbomachine.
 ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans les turbomachines certains fluides, dont par exemple l’huile du moteur ou l’huile d’un générateur électrique, doivent être refroidis. Le carburant de la turbomachine peut être utilisé comme source froide. Les moteurs consommant de moins en moins, le carburant est de moins en moins abondant, de sorte qu’une autre source froide peut devenir nécessaire. Il est possible d’utiliser l’air extérieur, mais cette seconde source froide peut être insuffisante pour certaines conditions de vol. Il existe donc un besoin d’une meilleure gestion du refroidissement des fluides dans les turbomachines.
Un but de l’invention est de proposer une turbomachine qui permet une meilleure gestion du refroidissement des fluides.
Le but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à une turbomachine comprenant un échangeur thermique, un premier circuit d’un premier fluide, le premier circuit comprenant deux dans l’échangeur thermique, un deuxième circuit d’un deuxième fluide et un troisième circuit d’un troisième fluide, chacun du deuxième circuit et du troisième circuit comprenant un canal dans l’échangeur thermique, chaque canal étant contigu à un des conduits de sorte à être en contact thermique avec l’un des conduits, les canaux étant contigus l’un à l’autre de sorte à être en contact thermique entre eux,
l’échangeur thermique comprenant une section dans laquelle les conduits et les canaux sont localement parallèles entre eux.
Un tel système/procédé est avantageusement et optionnellement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :
- le premier fluide est un carburant, le deuxième fluide et le troisième fluide sont des lubrifiants ;
- un corps haute-pression, un générateur électrique haute pression entraîné par un arbre du corps haute-pression, un corps basse-pression et un générateur électrique basse pression entraîné par un arbre du corps basse-pression, les circuits de lubrifiant étant un circuit d’huile du générateur électrique haute-pression et un circuit d’huile du générateur électrique basse-pression ;
- chaque conduit est contigu à un des canaux de sorte à être en contact thermique avec l’un des canaux ;
- l’échangeur thermique est configuré pour que du carburant s’écoule dans les conduits selon un sens opposé à un sens d’écoulement des lubrifiants dans les canaux ;
- l’échangeur thermique est configuré pour que du carburant s’écoule dans l’un des conduits selon un sens opposé à un sens d’écoulement du carburant dans l’autre des conduits ;
- les conduits et les canaux présentent en section des parois circulaires de même centre ;
- les conduits et les canaux présentent chacun en section un profil polygonal, les profils des canaux et des conduits ayant un même nombre de cotés ;
- le circuit de carburant comprend une pluralité de conduits dans l’échangeur thermique et chaque circuit de lubrifiant comprend une pluralité de canaux dans l’échangeur thermique, les conduits et les canaux formant une structure en nid d’abeille, l’échangeur étant configuré de sorte que deux canaux d’un même circuit de lubrifiant ne sont pas contigus et que deux conduits ne sont pas contigus
L’invention porte également sur un aéronef comprenant une turbomachine telle qu’on vient de la décrire.
L’invention porte enfin sur un procédé d’échange thermique dans une turbomachine comprenant une étape de génération de deux premiers flux d’un premier fluide, une étape de génération d’un deuxième flux d’un deuxième fluide et d’un troisième flux d’un troisième fluide, le deuxième flux et le troisième flux étant en contact thermique entre eux, les deux premiers flux, le deuxième flux et le troisième flux s’écoulant selon des directions d’écoulement localement parallèles entre elles, chacun du deuxième flux et du troisième flux étant en contact thermique avec un des deux premiers flux.
Un tel procédé est avantageusement et optionnellement complété par la caractéristique suivante : le premier fluide est un carburant, le deuxième fluide et le troisième fluide sont des lubrifiants.
 DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
la est une représentation schématique d’une turbomachine ;
la est une représentation schématique d’un échangeur thermique selon un mode de réalisation de l’invention ; et
les figures 3 et 4 sont des coupes schématiques d’un échangeur thermique selon deux modes de réalisation de l’invention.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Turbomachine – Présentation générale
En référence à la , une turbomachine est représentée de manière schématique, plus spécifiquement un turboréacteur axial 1 à double flux. Le turboréacteur 1 illustré s’étend selon un axe Δ et comporte successivement, dans le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, une soufflante 2, une section de compression pouvant comprendre un compresseur basse pression 3 et un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, et une section de turbine pouvant comprendre une turbine haute pression 6 une turbine basse pression 7 et une tuyère d’échappement.
La soufflante 2 et le compresseur basse pression 3 sont entrainés en rotation par la turbine basse pression 7 par l’intermédiaire d’un premier arbre de transmission 9, tandis que le compresseur haute pression 4 est entrainé en rotation par la turbine haute pression 6 par l’intermédiaire d’un deuxième arbre de transmission 10.
En fonctionnement, un écoulement d'air comprimé par les compresseurs basse et haute pression 3 et 4 alimente une combustion dans la chambre de combustion 5, dont l'expansion des gaz de combustion entraîne les turbines haute et basse pression 6, 7. L'air propulsé par la soufflante 2 et les gaz de combustion sortant du turboréacteur 1 à travers une tuyère d’échappement en aval des turbines 6, 7 exercent une poussée de réaction sur le turboréacteur 1 et, à travers lui, sur un véhicule ou engin tel qu'un aéronef (non illustré).
Echangeur thermique
En rapport avec la , la turbomachine 1 comprend un échangeur thermique 11 configuré pour assurer des échanges thermiques entre différents circuits de fluide impliqués dans le fonctionnement de la turbomachine.
La turbomachine comprend un premier circuit 13 d’un premier fluide qui traverse l’échangeur thermique 11.
Plus précisément le premier circuit comprend deux conduits 31, 33 dans l’échangeur thermique.
Dans une section de l’échangeur thermique, voire dans l’ensemble de l’échangeur thermique les deux conduits sont localement parallèles. Cela signifie que les conduits sont :
- rectilignes et parallèles, ou
- curvilignes et que pour chaque premier tronçon d’un conduit définissant une première direction d’écoulement rectiligne, le deuxième conduit comprend un deuxième tronçon qui est le plus proche du premier tronçon, le deuxième tronçon définissant une deuxième direction d’écoulement rectiligne parallèle à la première direction.
Par exemple, les deux conduits 31,33 sont rectilignes et s’étendent parallèlement à une direction A, de sorte qu’un flux de carburant qui traverse les conduits 31,33 s’écoule parallèlement à la direction A.
Le premier circuit peut par exemple être un circuit de carburant 13 qui comprend notamment un système de mise en circulation du carburant et un système de dosage du carburant pour l’alimentation de la chambre de combustion.
La illustre le cas d’un circuit de carburant 13 qui est normalement un circuit ouvert. Un tel circuit est en contact avec un réservoir 21 qui se situe le plus souvent en dehors de la turbomachine, par exemple dans une aile de l’aéronef. Le circuit de carburant 13 peut comprendre un système de pompage 23 (ou système de mise en circulation) configuré pour aspirer du carburant du réservoir vers la turbomachine et le mettre en circulation vers l’échangeur thermique 11.
Le circuit de carburant peut également comprendre un système de dosage 25 configuré pour réguler le débit de carburant envoyé vers la chambre de combustion 27.
Le premier circuit peut également être une boucle d’un circuit de CO2 supercritique, une boucle de pompe à chaleur, un circuit de dihydrogène, un circuit d’une fluide caloporteur, etc…
La turbomachine comprend également un deuxième circuit 15 d’un deuxième fluide et un troisième circuit 17 d’un troisième fluide.
Chacun du deuxième circuit et du troisième circuit traverse l’échangeur thermique 11. Plus précisément chacun comprend un canal 51, 71 dans l’échangeur thermique.
Dans la section de l’échangeur thermique, voire dans l’ensemble de l’échangeur thermique, les deux canaux 51,71 sont localement parallèles.
Le deuxième circuit 15 et le troisième circuit 17 peuvent par exemple être deux circuits de lubrifiants 15, 17. Chacun comprend notamment un réservoir et un système de mise en circulation du lubrifiant. En variante les circuits de lubrifiant 15 et 17 peuvent constituer des sections distinctes d’un seul circuit global d’un même lubrifiant, par exemple des sections parallèles qui présentent une même entrée et une même sortie.
Dans une turbomachine comprenant un réducteur de vitesse d’une soufflante, les circuits de lubrifiant peuvent notamment être le circuit d’huile moteur et le circuit d’huile du réducteur.
Dans une turbomachine comprenant un corps haute-pression et un corps basse-pression ainsi qu’un générateur électrique haute pression entraîné par le premier arbre de transmission 10 du corps haute-pression et un générateur électrique basse pression entraîné par le deuxième arbre de transmission 9 du corps basse-pression, les circuits de lubrifiant peuvent notamment être le circuit d’huile du générateur électrique haute-pression et le circuit d’huile du générateur électrique basse-pression. Chacun de ces générateurs électriques produit de l’énergie électrique à partir du mouvement de rotation de l’arbre par lequel il est entraîné. Chacun de ces générateurs nécessite un circuit de lubrification qui requiert d’être refroidi.
Dans une turbomachine comprenant un réducteur de vitesse d’une soufflante ainsi qu’un corps haute-pression, un corps basse-pression, un générateur électrique haute pression entraîné par l’arbre du corps haute-pression et un générateur électrique basse pression entraîné par l’arbre du corps basse-pression, les circuits de lubrifiant peuvent être choisis parmi le circuit d’huile moteur, le circuit d’huile du réducteur, le circuit d’huile du générateur électrique haute-pression et le circuit d’huile du générateur électrique basse-pression.
Le deuxième circuit ou le troisième circuit peut également être une boucle d’un circuit de CO2 supercritique, une boucle de pompe à chaleur, un circuit de dihydrogène, un circuit d’un fluide caloporteur, etc…
Les conduits 31, 33 et les canaux 51, 71 sont localement parallèles entre eux dans la section de l’échangeur thermique, voire dans tout l’échangeur thermique.
En particulier, il peut être préférable que les conduits et les canaux soient curvilignes de sorte à limiter l’encombrement de l’échangeur thermique ou de sorte à adapter la forme de l’échangeur thermique à des contraintes liées à l’environnement direct de l’échangeur ou des contraintes liées à l’installation de l’échangeur thermique dans la turbomachine. L’échangeur thermique 11 est configuré pour mettre en contact thermique chaque canal avec un des conduits et les deux canaux entre eux.
Chaque canal 51, 71 est contigu à l’un des conduits 31, 33 de sorte à être en contact thermique avec l’un des conduits 31, 33.
Les canaux 51, 71 sont contigus l’un à l’autre de sorte à être en contact thermique entre eux.
La proximité des canaux ou conduits contigus et la matière de l’échangeur qui les sépare permet de réaliser des échanges thermiques entre flux de carburant/flux de lubrifiant et entre les flux de lubrifiant.
En permettant des échanges thermiques entre deux circuits de lubrifiants indépendants, on peut utiliser un seul échangeur thermique au lieu de deux échangeurs. Cela permet notamment de diminuer les coûts de fabrication, la masse de la turbomachine ainsi que l’encombrement.
Par ailleurs il est possible selon le point de vol d’exploiter un des flux du deuxième circuit ou du troisième circuit comme une source froide.
En option, chaque conduit 31, 33 est également contigu à l’un des canaux 51, 71 de sorte à être en contact thermique avec ce canal.
L’échangeur thermique 11 peut être adapté selon différentes configurations de circulation des fluides.
Dans une première variante, l’échangeur 11 est configuré pour que du carburant s’écoule dans les conduits 31, 33 selon un sens opposé à un sens d’écoulement des lubrifiants dans les canaux 51, 71. Dans cette première variante :
- le carburant s’écoule à travers les deux conduits dans un seul et même premier sens, et
- les lubrifiants s’écoulent à travers les deux canaux dans un seul et même deuxième sens opposé au premier sens.
Dans une deuxième variante, l’échangeur thermique 11 est configuré pour que du carburant s’écoule dans l’un des conduits selon un sens opposé à un sens d’écoulement du carburant dans l’autre des conduits.
Le carburant s’écoule à travers les conduits selon des sens opposés. Dans cette deuxième variante :
- les lubrifiants peuvent s’écoulent à travers les deux canaux dans un seul et même sens, ou bien
- du lubrifiant peut s’écouler à travers l’un des deux canaux dans un premier sens et du lubrifiant peut s’écouler à travers l’autre des deux canaux dans un deuxième sens opposé au premier sens.
D’autres variantes en rapport avec les sens de circulation des flux dans l’échangeur sont envisageables. D’une manière générale, la circulation relative des flux est définie en fonction des puissances à échanger entre eux. Par exemple, s’il est le plus souvent nécessaire d’assurer un échange thermique plus important entre un premier flux de lubrifiant et le flux de carburant qu’entre le deuxième flux de lubrifiant et le flux de carburant, il est possible de mettre le premier flux de lubrifiant à contre-courant des flux de carburant et du deuxième flux de lubrifiant. Dans ce cas :
- le carburant s’écoule à travers les deux conduits dans un seul et même premier sens,
- le premier flux de lubrifiant s’écoule à travers un des deux canaux dans un deuxième sens opposé au premier sens, et
- le deuxième flux de lubrifiant s’écoule à travers l’autre des deux canaux dans le même premier sens.
Formes des conduits et canaux
La contiguïté entre deux canaux ou conduits peut être réalisée de différentes manières.
Dans un premier mode de réalisation, en rapport avec la , les conduits 31, 33 et les canaux 51, 71 présentent en section des parois circulaires de même centre.
L’expression « en section » désigne ici un plan de coupe perpendiculaire à la direction d’extension A des conduits 31, 33 et des canaux 51, 71, la direction d’extension A définissant la direction d’écoulement des fluides à travers canaux et conduits. C’est également la direction selon laquelle les canaux et les conduits sont parallèles entre eux.
Dans un plan perpendiculaire à la direction A, l’échangeur comprend quatre parois circulaires 41, 43, 45 et 47. Ces parois sont centrées en un même, de sorte qu’elles sont concentriques.
La première paroi 41 de plus faible diamètre définit côté intérieur le conduit 31. Autrement dit le flux de carburant qui s’écoule à travers le conduit 31 s’écoule à l’intérieur de la première paroi circulaire 41.
La deuxième paroi 43 entoure directement la première paroi 41, c’est-à-dire que la deuxième paroi 43 est de diamètre supérieur au diamètre de la première paroi 41 et elle est en regard de la première paroi 41. La cavité annulaire située entre les parois 41 et 43 définit le canal 51. Autrement dit le flux de lubrifiant qui s’écoule à travers le canal 51 s’écoule à l’intérieur de la deuxième paroi circulaire 43 et à l’extérieur de la première paroi 41.
La troisième paroi 45 entoure directement la deuxième paroi 43, c’est-à-dire que la troisième paroi 45 est de diamètre supérieur au diamètre de la deuxième paroi 43 et elle est en regard de la deuxième paroi 43. La cavité annulaire située entre les parois 43 et 45 définit le canal 71. Autrement dit le flux de lubrifiant qui s’écoule à travers le canal 71 s’écoule à l’intérieur de la troisième paroi circulaire 45 et à l’extérieur de la deuxième paroi 43.
La quatrième paroi 47 entoure directement la troisième paroi 45, c’est-à-dire que la quatrième paroi 47 est de diamètre supérieur au diamètre de la troisième paroi 45 et elle est en regard de la troisième paroi 45. La cavité annulaire située entre les parois 45 et 47 définit le conduit 33. Autrement dit le flux de lubrifiant qui s’écoule à travers le conduit 33 s’écoule à l’intérieur de la quatrième paroi circulaire 47 et à l’extérieur de la troisième paroi 45.
Dans un deuxième mode de réalisation, les conduits et les canaux présentent chacun en section un profil polygonal, les profils des canaux et des conduits ayant un même nombre de cotés.
Dans un plan perpendiculaire à la direction A, l’échangeur comprend différentes parois rectilignes qui définissent des profils polygonaux des conduits et des canaux.
Par exemple, le profil de chaque canal ou conduit est un triangle. Certaines parois rectilignes, c’est-à-dire certains côtés d’un triangle, peuvent séparer un canal d’un autre canal ou un canal d’un conduit. Un tel côté peut mettre en contact thermique les deux canaux ou le canal et le conduit.
Par exemple, le profil de chaque canal ou conduit est un rectangle. Certaines parois rectilignes, c’est-à-dire certains côtés d’un rectangle, peuvent séparer un canal d’un autre canal ou un canal d’un conduit. Un tel côté peut mettre en contact thermique les deux canaux ou le canal et le conduit.
Dans un troisième exemple en rapport avec la , le profil de chaque canal ou conduit est un hexagone, et les différents hexagones définis sont tous de la même taille.
Dans ce troisième exemple, le circuit de carburant comprend une pluralité de conduits 35 dans l’échangeur thermique. Ils sont colorés par le même niveau de gris en .
Chaque circuit de lubrifiant comprend une pluralité de canaux dans l’échangeur thermique respectivement les canaux 53 pour un premier circuit de lubrifiant et les canaux 73 pour un deuxième circuit de lubrifiant. Les canaux 53 sont colorés par un même niveau de gris plus sombre que pour les conduits 35. Les canaux 73 sont colorés par un même niveau de gris plus sombre que pour les canaux 53 en .
Les conduits 35 et les canaux 53, 73 forment une structure en nid d’abeille.
L’échangeur peut être configuré de sorte que deux canaux d’un même circuit de lubrifiant ne sont pas contigus et que deux conduits ne sont pas contigus. Cette situation est représentée en et selon celle-ci :
- chaque conduit 35 est contigu à un, deux ou trois canaux 53, et contigu à un, deux ou trois canaux 73,
- chaque canal 53 est contigu à un, deux ou trois conduits 35, et contigu à un, deux ou trois canaux 73, et
- chaque canal 73 est contigu à un, deux ou trois conduits 35, et contigu à un, deux ou trois canaux 53.
Dans ce cas, les surfaces d’échange thermique au sein de l’échangeur thermique sont réparties équitablement entre les différents couples carburant/premier lubrifiant, carburant/deuxième lubrifiant et premier lubrifiant/deuxième lubrifiant.
Dans une autre configuration de l’échangeur présentant la structure en nid d’abeille, on peut également augmenter la surface d’échange thermique pour un de ces couples par rapport à deux autres. Pour cela, on peut remplacer un conduit par un canal, un canal du premier lubrifiant par un canal du deuxième lubrifiant.
Les différentes formes d’échangeur évoquées ici peuvent notamment être réalisées par fabrication additive. Elles peuvent aussi être réalisées selon des procédés de fabrication plus traditionnels.
Procédé d’échange thermique
Une turbomachine comprenant un échangeur thermique comme on vient de le présenter permet de mettre en œuvre un procédé selon l'invention pour réaliser des échanges thermiques entre deux circuits de lubrifiant et un circuit de carburant.
Nous allons présenter un mode de mise en œuvre de ce procédé.
Au cours d’une première étape E1 du procédé on produit deux premiers flux d’un premier fluide. Plus précisément le circuit de ce premier fluide est configuré pour faire circuler le premier fluide selon deux flux séparés et localement parallèles. Ces deux flux s’écoulent par exemple à travers les deux conduits 31, 35 du premier circuit de carburant à l’intérieur de l’échangeur thermique 11.
Au cours d’une deuxième étape E2 du procédé on produit un deuxième flux d’un deuxième fluide et d’un troisième flux d’un troisième fluide.
Plus précisément, chaque circuit du deuxième fluide et du troisième fluide est configuré pour faire circuler un deuxième fluide ou un troisième fluide selon deux flux séparés et localement parallèles.
Ces deux flux s’écoulent par exemple à travers deux canaux 51, 71, chaque canal étant compris dans un des deuxième ou troisième circuits à l’intérieur de l’échangeur thermique 11.
Le deuxième flux et le troisième flux sont en contact thermique. Cela est notamment obtenu en imposant les canaux 51, 71 contigus. L’épaisseur et la nature de matière dans l’échangeur thermique qui sépare les canaux 51, 71 sont adaptées pour permettre des échanges thermiques entre le deuxième flux et le troisième flux.
Les deux premiers flux, le deuxième flux et le troisième flux s’écoulent selon des directions d’écoulement localement parallèles entre elles.
De plus, chacun du deuxième flux et du troisième flux est en contact thermique avec un des deux premiers flux . Cela est notamment obtenu en imposant que chaque canal 51, 71 est contigu à un des conduits 31, 33. L’épaisseur et la nature de matière dans l’échangeur thermique qui sépare le canal et le conduit sont adaptées pour permettre les échanges thermiques.
Un mode préféré correspond au cas où le premier fluide est un carburant, et le deuxième fluide et le troisième fluide sont des lubrifiants.
Dans ce mode préféré, quel que soit le point de vol, le flux de carburant joue toujours le rôle de source froide au sein de l’échangeur.
En revanche, les flux de lubrifiant peuvent eux changer de rôle selon le point de vol.
On considère le cas d’une turbomachine comprenant un corps haute-pression, un corps basse-pression, un générateur électrique haute pression entraîné par l’arbre du corps haute-pression et un générateur électrique basse pression entraîné par l’arbre du corps basse-pression. On choisit les circuits de lubrifiant passant par l’échangeur thermique comme le circuit d’huile du générateur électrique haute-pression et le circuit d’huile du générateur électrique basse-pression.
Il se trouve que ces circuits de lubrification ont des besoins de refroidissement différents selon le point de fonctionnement de la turbomachine ou de l’aéronef.
Afin d’illustrer le propos précédent, considérons à titre d’exemple un premier point de fonctionnement pour lequel l’aéronef est au sol un jour chaud. Dans ce cas, le circuit de lubrification du générateur électrique basse-pression nécessite d’être refroidi alors que le circuit de lubrification du générateur électrique haute-pression ne présente pas ce besoin. Pour cette situation, le circuit de lubrification du générateur électrique basse-pression joue le rôle de source chaude alors que le circuit de lubrification du générateur électrique haute-pression joue le rôle de source froide au sein de l’échangeur thermique.
Toujours à titre d’exemple, considérons un deuxième point de fonctionnement correspondant au cas où l’aéronef est en montée maximale, typiquement après le décollage pour atteindre une altitude de sécurité. Dans ce cas, c’est le circuit de lubrification du générateur électrique haute-pression qui nécessite d’être refroidi alors que le circuit de lubrification du générateur électrique basse-pression ne présente pas ce besoin. Pour cette situation, le circuit de lubrification du générateur électrique haute-pression joue le rôle de source chaude alors que le circuit de lubrification du générateur électrique basse-pression joue le rôle de source froide au sein de l’échangeur thermique.
Il devient ainsi possible d’exploiter toutes les sources froides disponibles afin de refroidir les flux de lubrifiant grâce à l’échangeur thermique permettant des échanges de chaleurs entre 3 fluides.

Claims (12)

  1. Turbomachine comprenant :
    - un échangeur thermique (11),
    - un premier circuit (13) d’un premier fluide, le premier circuit (13) comprenant deux conduits (31, 33) dans l’échangeur thermique (11),
    - un deuxième circuit (15) d’un deuxième fluide et
    - un troisième circuit (17) d’un troisième fluide, chacun du deuxième circuit et du troisième circuit comprenant un canal (51, 71) dans l’échangeur thermique (11), chaque canal (51, 71) étant contigu à un des conduits (31, 33) de sorte à être en contact thermique avec l’un des conduits (31, 33), les canaux (51, 71) étant contigus l’un à l’autre de sorte à être en contact thermique entre eux,
    l’échangeur thermique (11) comprenant une section dans laquelle les conduits (31, 33) et les canaux (51, 71) sont localement parallèles entre eux.
  2. Turbomachine selon la revendication 1 dans laquelle le premier fluide est un carburant, le deuxième fluide et le troisième fluide sont des lubrifiants.
  3. Turbomachine selon la revendication 2 comprenant un corps haute-pression, un générateur électrique haute pression entraîné par un arbre du corps haute-pression, un corps basse-pression et un générateur électrique basse pression entraîné par un arbre du corps basse-pression, les circuits de lubrifiant étant un circuit d’huile du générateur électrique haute-pression et un circuit d’huile du générateur électrique basse-pression.
  4. Turbomachine selon l’une des revendications 2 ou 3 dans laquelle chaque conduit (31, 33) est contigu à un des canaux (51, 71) de sorte à être en contact thermique avec l’un des canaux (51, 71).
  5. Turbomachine selon l’une des revendications 2 à 4 dans laquelle l’échangeur thermique (11) est configuré pour que du carburant s’écoule dans les conduits (31, 33) selon un sens opposé à un sens d’écoulement des lubrifiants dans les canaux (51, 71).
  6. Turbomachine selon l’une des revendications 2 à 4 dans laquelle l’échangeur thermique (11) est configuré pour que du carburant s’écoule dans l’un des conduits selon un sens opposé à un sens d’écoulement du carburant dans l’autre des conduits.
  7. Turbomachine selon l’une des revendications 2 à 6 dans laquelle les conduits (31, 33) et les canaux (51, 71) présentent en section des parois circulaires de même centre.
  8. Turbomachine selon l’une des revendications 2 à 6 dans laquelle les conduits et les canaux présentent chacun en section un profil polygonal, les profils des canaux et des conduits ayant un même nombre de cotés.
  9. Turbomachine selon la revendication 8 dans laquelle le circuit de carburant comprend une pluralité de conduits dans l’échangeur thermique et chaque circuit de lubrifiant comprend une pluralité de canaux dans l’échangeur thermique, les conduits et les canaux formant une structure en nid d’abeille, l’échangeur étant configuré de sorte que deux canaux d’un même circuit de lubrifiant ne sont pas contigus et que deux conduits ne sont pas contigus.
  10. Aéronef comprenant une turbomachine selon l’une des revendications précédentes.
  11. Procédé d’échange thermique dans une turbomachine comprenant
    une étape de génération de deux premiers flux d’un premier fluide,
    une étape de génération d’un deuxième flux d’un deuxième fluide et d’un troisième flux d’un troisième fluide, le deuxième flux et le troisième flux étant en contact thermique entre eux,
    les deux premiers flux, le deuxième flux et le troisième flux s’écoulant selon des directions d’écoulement localement parallèles entre elles, chacun du deuxième flux et du troisième flux étant en contact thermique avec un des deux premiers flux.
  12. Procédé d’échange thermique selon la revendication 11 dans lequel le premier fluide est un carburant, le deuxième fluide et le troisième fluide sont des lubrifiants.
FR2204275A 2022-05-05 2022-05-05 Turbomachine à échangeur thermique entre un circuit de carburant et deux circuits de lubrifiant Pending FR3135297A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2204275A FR3135297A1 (fr) 2022-05-05 2022-05-05 Turbomachine à échangeur thermique entre un circuit de carburant et deux circuits de lubrifiant
PCT/EP2023/061624 WO2023213852A1 (fr) 2022-05-05 2023-05-03 Turbomachine à échangeur thermique entre un circuit de carburant et deux circuits de lubrifiant

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2204275A FR3135297A1 (fr) 2022-05-05 2022-05-05 Turbomachine à échangeur thermique entre un circuit de carburant et deux circuits de lubrifiant
FR2204275 2022-05-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3135297A1 true FR3135297A1 (fr) 2023-11-10

Family

ID=82483302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2204275A Pending FR3135297A1 (fr) 2022-05-05 2022-05-05 Turbomachine à échangeur thermique entre un circuit de carburant et deux circuits de lubrifiant

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3135297A1 (fr)
WO (1) WO2023213852A1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5048597A (en) * 1989-12-18 1991-09-17 Rockwell International Corporation Leak-safe hydrogen/air heat exchanger in an ACE system
US20210102492A1 (en) * 2019-10-03 2021-04-08 General Electric Company Heat Exchanger with Active Buffer Layer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5048597A (en) * 1989-12-18 1991-09-17 Rockwell International Corporation Leak-safe hydrogen/air heat exchanger in an ACE system
US20210102492A1 (en) * 2019-10-03 2021-04-08 General Electric Company Heat Exchanger with Active Buffer Layer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023213852A1 (fr) 2023-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2336525B1 (fr) Intégration d'un échangeur de chaleur air-liquide sur moteur
EP3277937B1 (fr) Turbomachine equipee d'un secteur d'aubage et d'un circuit de refroidissement.
FR2998922A1 (fr) Etancheite d'enceintes de turbomachine realisee par joint a brosse et labyrinthe
EP3615780B1 (fr) Ensemble propulsif pour aéronef comportant des échangeurs de chaleur air-liquide
BE1024081B1 (fr) Refroidissement de turbomachine par evaporation
EP2909450B1 (fr) Trompe a jet pour depressuriser des enceintes de lubrification d'une turbomachine a doubles injecteurs independants
CA2823670C (fr) Procede et dispositif d'alimentation en lubrifiant
EP3599396B1 (fr) Dispositif du type reducteur ou differentiel pour une turbomachine d'aeronef
EP3519679A1 (fr) Aube de turbine comportant un circuit de refroidissement
WO2017158298A1 (fr) Turboréacteur ayant un groupe lubrification des paliers simplifié
FR3054263A1 (fr) Carter intermediaire de turbomachine d'aeronef realise d'une seule piece de fonderie avec une canalisation de lubrifiant
EP3775497B1 (fr) Aube de turbomachine comprenant un passage interne d'écoulement de fluide équipé d'une pluralité d'éléments perturbateurs à agencement optimisé
EP3132123A1 (fr) Pompe a engrenages a carburant, prevue notamment comme pompe a haute pression
FR3135297A1 (fr) Turbomachine à échangeur thermique entre un circuit de carburant et deux circuits de lubrifiant
FR3093530A1 (fr) Turbomachine comportant un échangeur de chaleur formé dans une plateforme
WO2024115866A1 (fr) Dispositif à arbre rotatif avec refroidissement et lubrification intégrés.
FR3101915A1 (fr) Anneau de turbine de turbomachine comprenant des conduites internes de refroidissement
EP3258078B1 (fr) Système de refroidissement d'un moteur thermique
WO2024084150A1 (fr) Turbomachine a cycle recupere equipee d'un echangeur de chaleur
WO2023275487A1 (fr) Lubrification de paliers d'un arbre de turbomachine
EP4073364A1 (fr) Turbomachine a turbine contrarotative pour un aeronef
WO2021123657A1 (fr) Turbogenerateur pour aeronef, comprenant un système d'huile amélioré
FR3144208A1 (fr) Système d’alimentation en carburant
FR3144213A1 (fr) Fonctionnement de turbine à gaz
FR3136054A1 (fr) Echangeur de chaleur en contre-courant pour turbomachine, turbomachine et procédé de fabrication de l’échangeur

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20231110

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3