FR3074531A1

FR3074531A1 - Installation pour une turbomachine

Info

Publication number: FR3074531A1
Application number: FR1761631A
Authority: FR
Inventors: Roger Jacques Angevin Thomas; Arnaud Baudran
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-06-07
Anticipated expiration: 2037-12-05
Also published as: FR3074531B1

Abstract

L'invention concerne une installation pour une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant des moyens de prélèvement d'air d'un compresseur de la turbomachine, des moyens de commande comportant un port de commande, au moins une canalisation (4) reliant les moyens de prélèvement d'air au port de commande, ladite canalisation (4) comportant des moyens de drainage de l'eau contenue dans le flux d'air circulant dans ladite canalisation (4), caractérisée en ce que les moyens de drainage comportent une chambre (18), la canalisation (4) débouchant en partie amont (18a) et en partie aval (18b) de ladite chambre (18), respectivement au niveau d'une ouverture amont (19) et d'une ouverture aval (20) de la chambre (18), la section maximale de la chambre (18) étant supérieure à la section de l'ouverture amont (19) de la chambre (18), une partie basse (18c) de ladite chambre (18), comportant une ouverture de purge (21).

Description

INSTALLATION POUR UNE TURBOMACHINE

DOMAINE [001] La présente invention concerne une installation pour une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion

CONTEXTE [002] Une turbomachine comporte classiquement au moins une vanne de décharge qui permet de décharger, dans le flux secondaire, de l’air du flux primaire fourni par le compresseur haute pression de la turbomachine pendant certaines phases de fonctionnement du moteur comme le démarrage, l’accélération, la décélération et les phases de ralenti.

[003] Il est connu d’équiper une machine d’une vanne de décharge à commande pneumatique, l’ouverture de cette vanne étant commandée par de l’air sous pression prélevé dans le compresseur haute pression de la turbomachine.

[004] Une vanne de décharge est conçue pour être en position fermée en mode de fonctionnement normal. La vanne doit en général être alimentée avec de l’air à une pression supérieure à la pression de décharge de cette vanne pour commander son ouverture. La fermeture de la vanne est obtenue en annulant le débit d’air de commande de la vanne.

[005] Une vanne de décharge est par exemple connue du document EP 0 374 004.

[006] Dans la technique actuelle, les vannes de décharge d’une turbomachine sont reliées à des moyens de commande comportant des électrovalves ou électrorobinets, ces électrovalves comprenant chacune une entrée reliée à des moyens de prélèvement d’air dans le compresseur et une sortie reliée à la vanne de décharge pour la commande de la vanne directement avec l’air prélevé dans le compresseur. Les moyens de commande comportent des canaux ou des capillaires de faibles sections. [007] Ces moyens de commande comportent une partie électronique sensible à la température. Il est donc nécessaire de ne pas les monter à proximité des vannes de décharge où les températures de fonctionnement sont relativement élevées. Les moyens de commande sont ainsi situés dans la nacelle de la turbomachine où les températures ambiantes sont plus faibles.

[008] Par ailleurs, les moyens de commande ne doivent pas être alimentés avec de l’air trop chaud. Les composants classiques de ces électrovannes sont généralement conçus pour fonctionner à des températures inférieures typiquement à 200°C.

[009] Une solution consiste donc à refroidir l’air d’alimentation des moyens de commande, ce qui génère de la condensation en amont des moyens de commande. Il existe un risque de givrage de l’eau ainsi condensée, un tel givrage pouvant boucher les canaux ou capillaires ménagés dans les moyens de commande et affecter le fonctionnement de ces derniers.

[010] Des moyens de drainage de l’eau peuvent être prévus en amont des moyens de commande. Cependant, il a été constaté que l’efficacité de tels moyens de drainage est relativement limitée, de sorte qu’il subsiste un risque de givrage des moyens de commande.

[011] L’invention vise à remédier à ces inconvénients, de manière simple, fiable et peu coûteuse.

RESUME DE L’INVENTION [012] A cet effet, la présente invention concerne une installation pour une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant des moyens de prélèvement d’air d’un compresseur de la turbomachine, des moyens de commande comportant un port de commande, au moins une canalisation reliant les moyens de prélèvement d’air au port de commande, ladite canalisation comportant des moyens de drainage de l’eau contenue dans le flux d’air circulant dans ladite canalisation, caractérisée en ce que les moyens de drainage comportent une chambre, la canalisation débouchant en partie amont et en partie aval de ladite chambre, respectivement au niveau d’une ouverture amont et d’une ouverture aval de la chambre, la section maximale de la chambre étant supérieure à la section de l’ouverture amont de la chambre, une partie basse de ladite chambre comportant une ouverture de purge.

[013] Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens d’écoulement du flux d’air dans la canalisation. Par ailleurs, les termes haut et bas sont définis par rapport à une ligne de champ de gravité terrestre.

[014] La chambre forme une zone élargie par rapport au reste de la canalisation, de façon à réduire la vitesse d’écoulement de l’air lorsque l’air traverse ladite chambre. Les gouttelettes d’eau contenues dans le flux d’air, du fait du phénomène de condensation, peuvent alors retomber par gravité dans le fond ou la partie basse de la chambre. En effet, la vitesse d’écoulement de l’air étant réduite, les gouttelettes d’eau ne sont plus entraînées avec le flux d’air mais peuvent retomber librement en partie basse de la chambre. L’eau contenue en partie basse de la chambre peut alors s’écouler par gravité au travers de l’ouverture de purge. L’eau peut par exemple s’écouler dans l’environnement de la turbomachine, par exemple dans le volume interne de la nacelle, ce volume étant purgé.

[015] L’ ouverture de purge peut être située au point le plus bas de la chambre, de façon à éviter la formation d’un volume mort d’eau dans la chambre.

[016] La chambre peut comporter une paroi anti-ruissellement intercalée entre la partie basse de la chambre et l’ouverture aval de la chambre.

[017] La paroi anti-ruissellement évite que l’eau contenue en partie basse de la chambre remonte ou ruisselle avec le flux d’air le long des parois de la chambre et pénètre dans la partie de la canalisation située en aval de la chambre, en traversant l’ouverture aval de la chambre.

[018] La paroi anti-ruissellement peut être formée par une partie tubulaire s’étendant dans la chambre depuis l’ouverture aval de la chambre.

[019] La partie tubulaire peut être formée dans le prolongement ou être formée par la partie de la canalisation située en aval de la chambre.

[020] La chambre peut présenter une forme coudée.

[021] Le coude ainsi formé peut être arrondi ou former un angle saillant.

[022] L’angle du coude formé par la chambre peut être compris entre 0 et 180°, de préférence de l’ordre de 135°.

[023] Un angle faible permet d’augmenter la distance verticale entre le point le plus bas de la chambre et les ouvertures amont et aval, ce qui facilite le drainage de l’eau. Cependant un angle plus important permet de limiter l’encombrement de la chambre et facilite ainsi l’implantation des moyens de drainage dans l’environnement existant. Il est donc nécessaire de trouver un compromis entre ces différentes contraintes.

[024] Le diamètre de l’ouverture de purge peut être compris entre 0 et 10 mm, de préférence de l’ordre de 1 mm.

[025] Un tel diamètre permet de purger efficacement l’eau contenue dans la chambre tout en limitant le débit de fuite d’air pouvant traverser ladite ouverture de purge.

[026] Le rapport de la section maximale de la chambre sur la section de l’ouverture amont de la chambre peut être compris entre 1 et 10.

[027] Un tel rapport permet de réduire suffisamment la vitesse du flux d’air au sein de la chambre, tout en limitant l’encombrement.

[028] Le rapport de la section maximale de la chambre sur la section de l’ouverture aval de la chambre peut être compris entre 1 et 10.

[029] L’installation peut comporter un échangeur de chaleur, situé en amont des moyens de drainage et apte à refroidir l’air issu du compresseur.

[030] L’échangeur de chaleur est par exemple un échangeur de type air-air, par exemple de type SACAC (« Surface Air Cooled Air Cooler »).

[031] L’ invention concerne également une turbomachine comportant une installation du type précité.

[032] L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES la figure 1 est une vue schématique d’une installation selon l’invention ; la figure 2 est une vue schématique des moyens de drainage.

DESCRIPTION DETAILLEE [033] La figure 1 représente schématiquement une installation 1 selon une forme de réalisation de l’invention. L’installation 1 comporte des moyens de prélèvement d’air 2 d’un compresseur haute pression, reliés à des moyens de commande 3 par l’intermédiaire d’une canalisation 4. L’air prélevé a par exemple une température de l’ordre de 600°C et une pression de 30 bars.

[034] Les moyens de commande 3 comportent deux électrovannes 4 ou électrorobinets comportant chacune un premier port d’entrée 5 relié à la canalisation 4, un second port d’entrée 6 relié à l’environnement 7 de la nacelle, et un port de sortie 8 relié à une vanne de décharge 9.

[035] Chaque vanne de décharge 9 comporte un port d’entrée 10 relié à un collecteur du flux primaire, dont la pression d’entrée est par exemple comprise entre 0 et 30 bars, un port de commande 11 relié au port de sortie 8 de l’électrovanne 4 correspondante, et un port de sortie 12 destiné à décharger de l’air dans le flux secondaire 13 de la turbomachine. La pression du port de commande 11 est supérieure à la pression du port d’entrée 10.

[036] Chaque vanne de décharge 9 permet de décharger, dans le flux secondaire 13, de l’air du flux primaire pendant certaines phases de fonctionnement du moteur comme le démarrage, l’accélération, la décélération et les phases de ralenti.

[037] Chaque vanne de décharge 9 est conçue pour être en position fermée en mode de fonctionnement normal, c’est-à-dire lorsque le port de commande 11 est à une pression élevée. L’ouverture de la vanne de décharge 9 est obtenue en annulant le débit d’air de commande de la vanne de décharge 9, c’est-à-dire lorsque le port de commande 11 est à une pression faible.

[038] Une vanne de décharge est par exemple connue du document EP 0 374 004.

[039] Les moyens de commande 3 comportent des canaux ou des capillaires de faibles sections.

[040] Les moyens de commande 3 sont situés dans la nacelle 14 de la turbomachine où les températures ambiantes sont relativement faibles, les vannes de décharge 9 étant situées dans le compartiment moteur 15 de la turbomachine où les températures sont relativement élevées.

[041] Afin de réduire la température de l’air dans la canalisation 4, cette dernière peut être équipée d’un échangeur de chaleur 16, par exemple un échangeur de chaleur air-air de type SACAC (« Surface Air Cooled Air Coder »). L’air pénétrant dans les moyens de commande 3 est par exemple à une température inférieure à 200°C, la pression étant par exemple de 30 bars.

[042] Comme indiqué précédemment, le refroidissement de l’air génère un phénomène de condensation au sein de la canalisation 4 ou de l’échangeur 16, l’eau condensée risquant d’obstruer par givrage les canaux ou capillaires de faibles sections des moyens de commande 3.

[043] Afin d’éviter un tel phénomène de givrage, la canalisation 4 est équipée de moyens de drainage 17 comportant une chambre 18, la canalisation 4 débouchant à l’extrémité amont et à l’extrémité aval de ladite chambre 18, respectivement au niveau d’une ouverture amont 19 et d’une ouverture aval 20 de la chambre 18. La chambre 18 présente une forme coudée et présente une partie amont 18a d’axe A, et une partie aval 18b, d’axe B. Les parties 18a, 18b sont par exemple cylindriques. L’angle a entre les axes A et B est compris entre 0 et 180°, préférentiellement de l’ordre de 135°.

[044] La chambre 18 peut présenter une section relativement constante.

[045] La section de la partie amont 18a (dans un plan radial, perpendiculaire à l’axe A) est sensiblement égale à la section de la partie aval 18b (dans un plan radial, perpendiculaire à l’axe B).

[046] Le rapport entre la section de la partie amont 18a sur la section de l’ouverture amont 19, ou la section de la canalisation 4 située en amont de la chambre 18, est par exemple compris entre 1 et 10. La chambre 18 forme ainsi une zone élargie permettant de réduire la vitesse d’écoulement de l’air issu de la canalisation lorsqu’il débouche dans la chambre. L’eau condensée contenue dans le flux d’air retombe alors par gravité en partie basse 18c de la chambre 18, c’est-à-dire dans le creux du coude formé par la chambre 18. La partie basse 18c de la chambre 18 comporte une ouverture de purge 21 permettant à l’eau contenue en partie basse 18c de s’écouler dans l’environnement de la turbomachine, par exemple dans le volume interne de la nacelle 14, ce volume étant également purgé vers l’extérieur.

[047] L’ ouverture de purge 21 est située au point le plus bas de la chambre 18, de façon à éviter la formation d’un volume mort d’eau dans la chambre

18. Le diamètre de l’ouverture de purge 21 peut être compris entre 0 et 10 mm, de préférence de l’ordre de 1 mm, de façon à purger efficacement l’eau contenue dans la chambre 18 tout en limitant le débit de fuite d’air pouvant traverser ladite ouverture de purge 21.

[048] La partie aval 18b de la chambre 18 comporte par ailleurs une paroi anti-ruissellement tubulaire 22 s’étendant dans la chambre 18 selon l’axe B, depuis l’ouverture aval 20. La paroi anti-ruissellement 22 est ainsi intercalée entre la partie basse 18c de la chambre 18 et l’ouverture aval 20 de la chambre 18, de façon à éviter que l’eau contenue en partie basse 18c de la chambre 18 remonte ou ruisselle avec le flux d’air le long des parois de la chambre 18 et pénètre dans la partie de la canalisation 4 située en aval de la chambre 18.

[049] La paroi anti-ruissellement 22 peut venir de matière avec la partie de la canalisation 4 située en aval de la chambre 18.

Claims

REVENDICATIONS

1. Installation (1 ) pour une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant des moyens de prélèvement d’air (2) d’un compresseur de la turbomachine, des moyens de commande (3) comportant un port de commande, au moins une canalisation (4) reliant les moyens de prélèvement d’air (2) au port de commande, ladite canalisation (4) comportant des moyens de drainage (17) de l’eau contenue dans le flux d’air circulant dans ladite canalisation (4), caractérisée en ce que les moyens de drainage (17) comportent une chambre (18), la canalisation (4) débouchant en partie amont (18a) et en partie aval (18b) de ladite chambre (18), respectivement au niveau d’une ouverture amont (19) et d’une ouverture aval (20) de la chambre (18), la section maximale de la chambre (18) étant supérieure à la section de l’ouverture amont (19) de la chambre (18), une partie basse (18c) de ladite chambre (18) comportant une ouverture de purge (21).
2. Installation (1 ) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre (18) comporte une paroi anti-ruissellement (22) intercalée entre la partie basse (18c) de la chambre (18) et l’ouverture aval (20) de la chambre (18).
3. Installation (1 ) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la paroi anti-ruissellement (22) est formée par une partie tubulaire s’étendant dans la chambre (18) depuis l’ouverture aval (20) de la chambre (18).
4. Installation (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la chambre (18) présente une forme coudée.
5. Installation (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’angle du coude formé par la chambre (18) est compris entre 0 et 180°, de préférence de l’ordre de 135°.
6. Installation (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le diamètre de l’ouverture de purge (21) est compris entre 0 et 10 mm, de préférence de l’ordre de 1 mm.
7. Installation (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le rapport de la section maximale de la chambre (18) sur la section de l’ouverture amont (19) de la chambre (18) est compris entre 1 et 10.

5
8. Installation (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le rapport de la section maximale de la chambre (18) sur la section de l’ouverture aval (20) de la chambre (18) est compris entre 1 et 10.
9. Installation (1) selon l’une des revendications 1 à 8, 10 caractérisée en ce qu’elle comporte un échangeur de chaleur (16), situé en amont des moyens de drainage (17) et apte à refroidir l’air issu du compresseur.
10. Turbomachine comportant une installation (1) selon l’une des revendications 1 à 9.