Brevet FR2925594A1 — publié le 20090626

L'invention concerne un système de régulation d'une turbomachine. Elle se destine à tout type de turbomachine, terrestre ou aéronautique, et plus particulièrement aux turboréacteurs d'avion. Dans le domaine de l'invention, on désigne par système de régulation (ou "control system") le système qui régule, en particulier, le régime de fonctionnement de la turbomachine. Dans le cas d'un turboréacteur d'avion, ce système contrôle, par exemple, le débit d'air traversant le turboréacteur, le débit de carburant dans la chambre de combustion, etc. Un système de régulation comprend généralement plusieurs actionneurs. Ces actionneurs sont, par exemple, des vannes de décharge d'air ou des vannes permettant d'adapter la géométrie du compresseur du turboréacteur. Plus précisément, l'invention concerne un système de régulation d'une turbomachine comprenant un circuit hydraulique annexe avec une pompe hydraulique, au moins un actionneur hydraulique et au moins une servovalve, la pompe alimentant l'actionneur par l'intermédiaire de la servovalve. Le circuit hydraulique du système de régulation est dit "annexe" pour le distinguer du circuit hydraulique principal de la turbomachine, auquel il est relié. On notera que l'on préfère les actionneurs hydrauliques aux actionneurs électromécaniques car ils sont plus fiables et s'adaptent mieux aux conditions thermiques élevées de l'environnement de la turbomachine. En outre, l'emploi d'actionneurs électromécaniques est une solution généralement plus onéreuse. Un exemple connu de système de régulation du type précité est représenté sur la figure 1. Ce système de régulation équipe des turboréacteurs d'avion ayant un circuit principal 12 de carburant comprenant une pompe basse pression 16 reliée à un réservoir de carburant 14, un échangeur de chaleur 17, une pompe haute pression 18 et une unité hydromécanique 19 (ou H.M.U. pour "hydro mechanical unit"). Les pompes basse pression 16 et haute pression 18 sont entraînés mécaniquement par la boîte de commande d'accessoires 22 (ou "accessory gearbox") du turboréacteur. La pompe haute pression 18 alimente les injecteurs de carburant de la chambre de combustion 20 du turboréacteur par l'intermédiaire de l'une unité hydromécanique 19 (ou H.M.U. pour "hydro mechanical unit"). Cette unité hydromécanique 19 permet, notamment, de doser le carburant nécessaire à la chambre de combustion 20, en renvoyant le carburant en excès dans le circuit principal 12, en amont de l'échangeur de chaleur 17, via la boucle de re-circulation 21. Le système de régulation comprend un circuit hydraulique annexe 10 avec plusieurs actionneurs notés Al à AN, N représentant un nombre entier supérieur ou égal à 1. Dans l'exemple, seuls deux actionneurs Al et A2 ont été représentés. Chaque actionneur Al, A2 est alimenté par l'intermédiaire d'une servovalve S1, S2. Le circuit annexe 10 comprend également la pompe haute pression 18 qui alimente les actionneurs Al, A2. Le circuit annexe 10 et le circuit principal 12 comprennent donc, tous les deux, la pompe haute pression 18. Pour cette raison, on considère que le circuit annexe 10 est intégré en partie dans le circuit principal 12. L'inconvénient d'un tel système de régulation tient au fait que la pompe haute pression 18 est entraîné par la boîte de commande d'accessoires 22 du turboréacteur, de sorte que l'énergie hydraulique générée par la pompe 18 est dépendante de la vitesse de rotation de l'arbre moteur du turboréacteur. Or, il est parfois nécessaire de fournir aux actionneurs une énergie hydraulique importante dès les bas régimes de rotation de l'arbre moteur du turboréacteur. C'est notamment le cas lors d'un rallumage du turboréacteur en vol. Une solution de modification évidente du système serait de dimensionner la pompe 18 pour répondre au besoin du moteur au régime de rallumage. Cette solution serait toutefois insatisfaisante en raison de la cylindrée de la pompe bien supérieure au besoin du moteur dans sa plage de fonctionnement, qui aurait pour conséquence une masse élevée de la pompe. Un autre inconvénient tient au fait que la pompe haute pression 18 est fortement sollicitée et chauffe donc plus qu'une pompe haute pression standard (i.e. dédiée uniquement à l'injection de carburant dans la chambre de combustion 20) et le carburant qui traverse cette pompe 18 s'échauffe également. Or, ce carburant est réinjecté en partie dans le circuit principal 12, en amont de l'échangeur 17, et est utilisé comme source froide dans l'échangeur 17 (généralement pour refroidir l'huile de lubrification de la turbomachine). Il en résulte un mauvais refroidissement dans l'échangeur 17. L'invention a pour objectif de résoudre les inconvénients précités. Cet objectif est atteint grâce à un système de régulation d'une turbomachine comprenant un circuit hydraulique annexe avec une pompe hydraulique, au moins un actionneur hydraulique et au moins une servovalve, la pompe alimentant l'actionneur par l'intermédiaire de la servovalve, ce système étant tel que ledit circuit hydraulique annexe est apte à être branché en dérivation sur le circuit hydraulique principal de carburant ou d'huile de lubrification de la turbomachine et tel que ladite pompe est entraînée par un moteur électrique. L'invention a également pour objet une turbomachine comprenant un circuit hydraulique principal de carburant ou d'huile de lubrification, et un système de régulation comme défini ci-dessus, dans laquelle le circuit hydraulique annexe du système de régulation est branché en dérivation sur le circuit hydraulique principal. Le système de régulation de l'invention est donc équipé d'un ou de plusieurs actionneurs hydrauliques, préférés aux actionneurs 20 électromécaniques. De plus, le fait que le circuit hydraulique annexe du système de régulation soit destiné à être branché en dérivation sur le circuit hydraulique principal implique que la pompe hydraulique du circuit annexe est distincte des pompes appartenant au circuit principal (i.e. les pompes 25 basse pression et haute pression de ce circuit). Par conséquent, l'énergie hydraulique est fournie aux actionneurs par une pompe hydraulique dédiée (et non par une pompe partagée avec le circuit principal). Cette pompe hydraulique dédiée étant entraînée par un moteur électrique, l'énergie hydraulique générée par la pompe ne dépend pas du 30 régime de rotation de l'arbre moteur de la turbomachine. Ainsi, cette pompe génère à chaque instant, l'énergie hydraulique nécessaire et suffisante pour les actionneurs (quelque soit le régime de rotation de l'arbre moteur). Cette pompe hydraulique étant dédiée uniquement au 35 fonctionnement des actionneurs, elle s'échauffe peu et le liquide (carburant ou huile) qui traverse cette pompe s'échauffe peu, de sorte qu'il permet de refroidir les actionneurs et qu'il peut être utilisé efficacement dans un échangeur thermique comme source froide. Cette pompe hydraulique est, par exemple, une pompe volumétrique ou centrifuge, de cylindrée fixe ou variable, auto régulée ou non, et elle est associée ou non à un dispositif d'accumulation d'énergie (mécanique, électrique ou hydraulique). Lorsque la turbomachine est un turboréacteur d'avion, le moteur électrique de ladite pompe hydraulique peut tirer son énergie du réseau électrique de l'avion et/ou d'un alternateur entraîné par la boîte de commande d'accessoires de la turbomachine. Selon un exemple de fonctionnement, lorsque le turboréacteur est à l'arrêt, en phase de démarrage ou au régime ralenti, le moteur électrique tire son énergie du réseau électrique de l'avion et, au-delà du régime ralenti, le moteur électrique tire son énergie du réseau électrique de l'avion et/ou d'un alternateur entraîné par la boîte de commande d'accessoires de la turbomachine, cet alternateur pouvant alimenter d'autres charges. Enfin, on notera que le liquide circulant dans le circuit hydraulique du système de régulation, n'est pas un liquide spécifique, mais le carburant ou l'huile du circuit principal du moteur. Ceci a pour avantage de simplifier les opérations de maintenance. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation de l'invention. Cette description fait référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement le circuit principal de carburant d'un turboréacteur d'avion et un exemple de système de régulation connu; - la figure 2 représente schématiquement le circuit principal de carburant d'un turboréacteur d'avion et un exemple de système de régulation selon l'invention; et - la figure 3 représente schématiquement le circuit principal d'huile d'un turboréacteur d'avion et un autre exemple de système de régulation selon l'invention. Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du liquide (carburant ou huile) dans le circuit considéré. La figure 1 représente l'art antérieur et a été précédemment décrite. La figure 2 représente le circuit principal 112 de carburant d'un turboréacteur d'avion. Ce circuit 112 comprend, dans le sens d'écoulement du carburant : une pompe basse pression 116 reliée à un réservoir de carburant 114 (Le. le réservoir de carburant de l'avion), un échangeur de chaleur 117, une pompe haute pression 118, une unité hydromécanique 119, et des injecteurs pour injecter le carburant dans la chambre de combustion 120. Les moteurs des pompes basse pression 116 et haute pression 118 sont entraînés par la boîte de commande d'accessoires 122 (ou "accessory gearbox") du turboréacteur. La pompe basse pression 116 pompe le carburant dans le réservoir 114 et la pompe haute pression 118 alimente les injecteurs de carburant de la chambre de combustion 120, par l'intermédiaire de l'unité hydromécanique 119. Cette unité hydromécanique 119 permet, notamment, de doser le carburant nécessaire à la chambre de combustion 120, en renvoyant le carburant en excès dans le circuit principal 112, en amont de l'échangeur de chaleur 117, via une boucle de re-circulation 121. L'échangeur de chaleur 117 utilise le carburant comme source froide pour refroidir l'huile de lubrification (la source chaude) du turboréacteur. Un exemple de système de régulation est relié au circuit principal 112. Ce système de régulation comprend un circuit hydraulique annexe 110 avec, dans le sens d'écoulement du carburant: une pompe hydraulique 132, des servovalves Si à SN et des actionneurs Al à AN, N représentant un nombre entier supérieur ou égal à 1. Dans l'exemple de la figure 2, seules deux servovalves S1, S2 et deux actionneurs Al et A2 ont été représentés. De façon optionnelle, le circuit annexe 110 peut également comprendre un filtre 130, en amont de la pompe 132, et un accumulateur 138, en aval de la pompe 132. Conformément à l'invention, le circuit annexe 110 est branché en dérivation par rapport au circuit principal 112 de carburant. En d'autres termes, le circuit annexe 110 s'étend entre deux points de raccordement 134, 136 au circuit principal 112. Le premier point de raccordement 134 constitue le point d'entrée de liquide dans le circuit annexe 110, et le deuxième point de raccordement 136 constitue le point de sortie de liquide hors du circuit annexe 110. La pompe hydraulique 132, les servovalves S1 à SN et les actionneurs Al à AN se situent donc entre les points de raccordement 134, 136. Dans l'exemple, le premier point de raccordement 134 est situé entre le réservoir de carburant 114 et la pompe basse pression 116, et le deuxième point de raccordement 136 est situé entre la pompe basse pression 116 et la pompe haute pression 118 (ici, en amont de l'échangeur de chaleur 117). Chaque actionneur Al, ..., AN, est alimenté par la pompe 132 par l'intermédiaire d'une servovalve S1, SN, et les couples actionneur/servovalve sont branchés en dérivation les uns par rapport aux autres, en aval de la pompe 132 et en amont du deuxième point de raccordement 136. Dans l'exemple, chaque actionneur hydraulique Al, ., AN est un vérin comprenant un piston 140 solidaire d'une tige 142 et délimitant deux chambres 143 et 145. La pompe 132 alimente les deux chambres 143, 145 de l'actionneur par l'intermédiaire d'une des servovalve électro- hydraulique S1, ..., SN. Une servovalve électro-hydraulique est un composant classique du commerce qui comprend un tiroir mobile par l'action d'un moteur couple qui est commandé électriquement. Ce tiroir peut occuper plusieurs positions différentes permettant de relier l'une ou l'autre des chambres 143, 145 de l'actionneur Al, ..., AN à la pompe hydraulique 132. Le tiroir peut également occuper, en fonction de la commande donnée par le moteur couple des positions dites intermédiaires dans lesquelles le débit de liquide délivré par la servovalve est différent...DTD: Dans l'exemple chaque servovalve S1, ..., SN présente quatre connexions notées si, s2, s3 et s4, la première connexion sl étant reliée à la connexion de sortie de la pompe 132, la deuxième connexion s2 étant reliée au deuxième point de raccordement 136 et donc au circuit principal 112 de carburant de la turbomachine, et les troisième et quatrième connections s3, s4 étant respectivement reliées aux chambres 143, 145 de l'actionneur Al, ..., AN correspondant. Ainsi, dans l'exemple de réalisation représenté, la connexion d'entrée de la pompe 132 est reliée au circuit principal de carburant 112, en amont de la pompe basse pression 116, et une connexion (ici la deuxième connexion s2) de chaque servovalve S1, SN est reliée au circuit principal de carburant 112, entre la pompe basse pression 116 et la pompe haute pression 118 de ce circuit. Selon un autre exemple de réalisation (non représenté), la connexion d'entrée de la pompe 132 est reliée au circuit principal de carburant 112, en aval de la pompe basse pression 116, et une connexion de chaque servovalve S1, ..., SN, est reliée au circuit principal de carburant 112, entre la pompe basse pression 116 et la pompe haute pression 118 de ce circuit. Conformément à l'invention, la pompe hydraulique 132 est entraînée par un moteur électrique 150. Dans l'exemple représenté, le moteur électrique 150 de la pompe tire son énergie du réseau électrique de l'avion 152, via un redresseur de courant 154 et un système électronique 156 de commande du moteur 150. En référence à la figure 3, on va maintenant décrire un autre 15 exemple de système de régulation selon l'invention. Cet autre exemple diffère de celui de la figure 1 en ce qu'il est branché sur le circuit principal 212 d'huile de lubrification du turboréacteur d'avion (et non sur le circuit de carburant). Le système de régulation de la figure 3 comprend un circuit hydraulique annexe 210 avec des éléments 20 analogues à ceux du système de la figure 2, à savoir, dans le sens d'écoulement de l'huile : un filtre 230 (optionnel), une pompe hydraulique 232, des servovalves S1 à SN et des actionneurs Al à AN, N représentant un nombre entier supérieur ou égal à 1. Le circuit annexe 210 s'étend entre deux points de raccordement 234, 236 au circuit principal 212, et 25 tous les éléments précités (y compris la pompe 232) sont donc compris entre ces deux points de raccordement 234, 236. La pompe 232 est entraînée par un moteur électrique 250, et ce moteur 250 tire son énergie du réseau électrique de l'avion 252, via un redresseur de courant 254 et un système électronique 256 de commande du moteur 250. 30 Le circuit principal 212 d'huile comprend, dans le sens d'écoulement de l'huile : un réservoir d'huile 214, une pompe principale 216, un filtre principal 213, un premier échangeur de chaleur 215 et un deuxième échangeur de chaleur 217. Le premier échangeur de chaleur 215 est un échangeur de chaleur entre air et huile, tandis que le deuxième 35 échangeur de chaleur 217 est un échangeur de chaleur entre huile et carburant. La pompe principale 216 alimente en huile différentes parties du turboréacteur, dont la boîte de commande d'accessoires 222 ("accessory gearbox") du turboréacteur et le(s) puisard(s) de réacteur ("engine sump"). Seul le circuit d'alimentation de la boîte de commande d'accessoires 222 a été représenté sur la figure 3. Pour assurer le retour de l'huile vers le réservoir 214, une pompe auxiliaire 225, précédée d'un filtre 223, est située en aval de la boîte de commande d'accessoires 222. Dans cet exemple, le premier point de raccordement 234 au circuit principal 212 se situe entre la pompe principale 216 et la boîte de commande d'accessoires 222. Ici, en aval des échangeurs de chaleur 215, 217. Le deuxième point de raccordement 236 se situe entre la boîte de commande d'accessoires 222 et le réservoir 214. Ici, entre la boîte de commande d'accessoires 222 et la pompe auxiliaire 225. Ainsi, dans l'exemple de réalisation représenté, la connexion d'entrée de ladite pompe 232 est reliée au circuit d'huile principal 212, en aval de la pompe principale 216, et une connexion de chaque servovalve S1, ..., SN est reliée au circuit d'huile principal, en amont de la pompe auxiliaire 225. Selon un autre exemple de réalisation (non représenté), la connexion d'entrée de ladite pompe 232 est reliée au circuit d'huile principal 212, en aval de la pompe principale 216 de ce circuit principal 112, et une connexion de chaque servovalve S1, ..., SN est reliée au circuit d'huile principal 212, en aval de la pompe auxiliaire 225. Selon un autre exemple de réalisation (non représenté), la connexion d'entrée de ladite pompe 232 est reliée au circuit d'huile principal 212 au niveau du réservoir d'huile 214, et une connexion de chaque servovalve S1, SN est également reliée au circuit d'huile principal 212 au niveau du réservoir d'huile 214. REVENDICATIONS 1. Système de régulation d'une turbomachine comprenant un circuit hydraulique annexe avec une pompe hydraulique (132, 232), au moins un actionneur hydraulique (Al, A2) et au moins une servovalve (Si, S2), la pompe alimentant l'actionneur par l'intermédiaire de la servovalve, caractérisé en ce que ledit circuit hydraulique annexe (110, 210) est apte à être branché en dérivation sur le circuit hydraulique principal (112, 212) de carburant ou d'huile de lubrification de la turbomachine, et en ce que ladite pompe (132, 232) est entraînée par un moteur électrique (150, 250). 2. Turbomachine comprenant un circuit hydraulique principal (112, 212) de carburant ou d'huile de lubrification et un système de régulation selon la revendication 1, dans laquelle le circuit hydraulique annexe (110, 210) du système de régulation est branché en dérivation sur le circuit hydraulique principal (112, 212). 3. Turbomachine selon la revendication 2, dans laquelle ladite servovalve (Sl, S2) présente quatre connexions, la première connexion (si) étant reliée à la connexion de sortie de ladite pompe (132, 232), la deuxième connexion (s2) étant reliée audit circuit principal (112, 212), et les troisième et quatrième (s3, s4) connections étant reliées audit actionneur (Al, A2). 4. Turbomachine selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le circuit principal de carburant (112) de la turbomachine comprend une pompe basse pression (116) et une pompe haute pression (118), dans laquelle la connexion d'entrée de ladite pompe (132) est reliée au circuit principal de carburant (112), en amont de la pompe basse pression (116) de ce circuit principal (112), et dans laquelle une connexion (s2) de la servovalve (Si, S2) est reliée au circuit principal de carburant (112), entre la pompe basse pression (116) et la pompe haute pression (118) de ce circuit. 5. Turbomachine selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le circuit principal de carburant (112) de la turbomachine comprend une pompe basse pression (116) et une pompe haute pression (118), dans laquelle la connexion d'entrée de ladite pompe (132) est reliée au circuit principal de carburant (112), en aval de la pompe basse pression (116) de ce circuit principal (112), et dans laquelle une connexion (s2) de la servovalve (Si, S2) est reliée au circuit principal de carburant (112), entre la pompe basse pression (116) et la pompe haute pression (118) de ce circuit. 6. Turbomachine selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le circuit principal d'huile (212) de lubrification de la turbomachine comprend une pompe principale (216) et une pompe auxiliaire (225), dans laquelle la connexion d'entrée de ladite pompe (232) est reliée au circuit d'huile principal (212), en aval de la pompe principale (216) de ce circuit principal (212), et dans laquelle une connexion (s2) de la servovalve (Si, S2) est reliée au circuit d'huile principal (212), en amont de la pompe auxiliaire (225). 7. Turbomachine selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le circuit principal d'huile (212) de lubrification de la turbomachine comprend une pompe principale (216) et une pompe auxiliaire (225), dans laquelle la connexion d'entrée de ladite pompe (232) est reliée au circuit d'huile principal (212), en aval de la pompe principale (216) de ce circuit principal (212), et dans laquelle une connexion (s2) de la servovalve (Si, S2) est reliée au circuit d'huile principal (212), en aval de la pompe auxiliaire (225). 8. Turbomachine selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le circuit principal d'huile (212) de lubrification de la turbomachine comprend un réservoir d'huile (214), dans laquelle la connexion d'entrée de ladite pompe (232) est reliée au circuit d'huile principal (212) au niveau du réservoir d'huile (214), et dans laquelle une connexion (s2) de la servovalve (Si, S2) est également reliée au circuit d'huile principal (212), au niveau du réservoir d'huile (214). 9. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, consistant en un turboréacteur d'avion et dans laquelle ledit moteur électrique (150, 250) tire son énergie du réseau électrique (152, 252) de l'avion. 10. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, consistant en un turboréacteur d'avion et dans laquelle ledit moteur 10 électrique (150, 250) tire son énergie d'un alternateur entraîné par la boîte de commande d'accessoires (122, 222) du turboréacteur. 15