Brevet FR2932855A1 — publié le 20091225

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des systèmes de décharge d'air dans un compresseur de turbomachine aéronautique. Lors de certaines phases de fonctionnement d'une turbomachine aéronautique du type à double flux, il est connu de dériver une partie de l'air s'écoulant dans le canal primaire de la turbomachine pour l'acheminer dans le canal secondaire (coaxial au canal primaire) afin d'accroître temporairement la stabilité aérodynamique de l'écoulement d'air dans le compresseur. A cet effet, le compresseur de la turbomachine comporte, au niveau de sa virole externe, des orifices de prélèvement d'air débouchant vers le canal secondaire. Des vannes de décharge d'air permettent de réguler le débit d'air qui est prélevé dans le compresseur et injecté dans le canal secondaire. Différents types de vannes de décharge d'air sont connus. Il s'agit par exemple des vannes à papillon ou des vannes à clapet (également appelées � poppet valve �). Ces vannes de décharge sont généralement pilotées de façon indépendante par une commande individuelle (un vérin hydraulique par vanne à papillon et un système pneumatique de type électro-robinet par vanne à clapet). De telles vannes de décharge d'air présentent de nombreux inconvénients. En particulier, l'utilisation d'organes de commande hydrauliques ou pneumatiques pour l'actionnement des vannes de décharge présente l'inconvénient de nécessiter des canalisations pour acheminer le fluide de commande, ainsi que des servovalves, des filtres, etc. Or, de tels équipements présentent un coût élevé, une masse et un encombrement non négligeable. Par ailleurs, les vannes de décharge de type à papillon ou à clapet ne sont pas précises de sorte qu'il est généralement difficile de réguler parfaitement le débit d'air prélevé. Un risque existe donc que le prélèvement d'air sur le compresseur soit souvent trop important, avec tous les inconvénients que cela engendre (risque de cassure des aubes, influence sur la pressurisation cabine, etc.). Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un système de décharge d'air pour compresseur permettant d'obtenir une parfaite régulation du débit d'air prélevé pour un faible coût, une masse et un encombrement réduits et avec une consommation de puissance peu élevée. Selon l'invention, ce but est atteint grâce à un système de 5 décharge d'air comportant : au moins une soupape de décharge comportant : un corps de soupape apte à se déplacer entre une position d'ouverture correspondant à une ouverture de la soupape de décharge et une position de fermeture correspondant à une fermeture de la soupape 10 de décharge ; un arbre à came comportant une tige cylindrique munie d'une came, ladite came étant montée en appui contre le corps de soupape de sorte que la rotation de l'arbre à came provoque un déplacement du corps de soupape entre ses positions d'ouverture et de 15 fermeture ; et des moyens pour maintenir la came en appui permanent contre le corps de soupape ; au moins un moteur électrique principal dont le rotor est apte à entraîner en rotation l'arbre à came de chaque soupape de décharge ; et 20 un système électronique de commande de chaque moteur électrique principal. Un tel système de décharge d'air présente de nombreux avantages par rapport à ceux de l'art antérieur. En particulier, un tel système ne comporte aucune canalisation, aucun système de commande 25 hydraulique ou pneumatique, aucune source de puissance hydraulique ou pneumatique, etc. Le coût, la masse et l'encombrement d'un tel système s'en trouvent grandement diminués. De plus, l'utilisation d'un arbre à came entraîné par un moteur électrique permet de donner une plus grande souplesse de réglage du 30 débit d'air prélevé dans le compresseur (chaque soupape de décharge peut être pilotée indépendamment des autres avec une grande précision selon la forme de la came choisie). En outre, en ajustant la forme de la came, il est possible d'obtenir différentes positions d'équilibre pour celle-ci, ces positions 35 d'équilibre pouvant avantageusement correspondre aux positions ouverte et fermée de la soupape de décharge pilotée. Il en résulte une consommation de puissance du système quasi-nulle lorsque la soupape de décharge se trouve dans ces deux positions. Selon un mode de réalisation, le système comporte une pluralité de soupapes de décharge et un unique moteur électrique principal, les arbres à came des soupapes de décharge étant reliés entre eux par un câble de transmission de mouvement. Selon un autre mode de réalisation, le système comporte une pluralité de soupapes de décharge, un moteur électrique principal particulier étant associé à chaque soupape de décharge pour l'entraînement en rotation de son arbre à came. Chaque soupape de décharge peut comporter un ressort monté autour du corps de soupape de façon à maintenir la came en appui permanent contre le corps de soupape. Alternativement, le corps de soupape de chaque soupape de décharge peut comporter un évidement dans lequel est logée une came de forme circulaire, la came et l'évidement étant dimensionnés de sorte que ladite came soit en appui permanent contre deux parois latérales dudit évidement. Selon une autre alternative, chaque soupape de décharge peut comporter une douille à billes montée coulissante à l'intérieur d'un bâti fixe et dont la tête est montée en appui contre la came, la douille à bille comprenant un ressort de rappel apte à maintenir la tête en appui permanent contre la came de sorte que celle-ci reste en appui permanent contre le corps de soupape. De préférence, le système comporte en outre, pour chaque moteur électrique principal, un moteur électrique secondaire dont le rotor est commun avec celui du moteur électrique principal, chaque moteur électrique secondaire étant commandé par le système électronique de commande. L'utilisation d'un moteur secondaire pour l'entraînement du ou des arbres à came permet de pallier à une éventuelle défaillance du moteur électrique principal. De préférence, pour chaque moteur électrique, le système électronique de commande comporte un dispositif de mesure du courant nécessaire à l'actionnement du moteur avant le démarrage de celui-ci et des moyens de comparaison de la valeur du courant mesuré avec une valeur de seuil prédéterminée. La valeur de seuil est prédéterminée selon la valeur de courant nécessaire à l'actionnement du moteur électrique en cas de fonctionnement normal de celui-ci. Ainsi, si la valeur du courant mesuré est supérieure à cette valeur de seuil, le système électronique de commande en déduira qu'il y a un effort résistant ou un frottement anormal dans la cinématique et pourra émettre une alarme en conséquence. Le système électronique de commande est avantageusement un module électronique d'un système de régulation automatique à pleine autorité de la turbomachine L'invention concerne également un compresseur de turbomachine aéronautique et une turbomachine aéronautique comportant un système de décharge d'air tel que défini précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un système 20 partiel de décharge d'air selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un système de décharge d'air selon une variante de réalisation ; - les figures 4A et 4B sont des vues en coupe longitudinale 25 d'une soupape d'un système de décharge d'air selon une autre variante de réalisation ; et - les figures 5A et 5B sont des vues en coupe longitudinale d'une soupape d'un système de décharge d'air selon encore une autre variante de réalisation. 30 Description détaillée de modes de réalisation Le système de décharge d'air selon l'invention s'applique aux compresseurs de turbomachine aéronautique. Il permet de dériver une partie de l'air s'écoulant dans le canal primaire de la turbomachine pour 35 l'acheminer dans le canal secondaire (coaxial au canal primaire) de celle-ci afin d'accroître temporairement la stabilité aérodynamique de l'écoulement d'air dans le compresseur. De façon connue en soi, un tel système de décharge d'air comporte plusieurs soupapes de décharge et des moyens d'actionnement 5 de ces soupapes. La figure 1 représente, en coupe longitudinale, un exemple de réalisation d'une soupape de décharge 10 pouvant équiper le système de décharge d'air selon l'invention. Chaque soupape de décharge 10 est disposée entre le canal 10 primaire 12 de la turbomachine (au niveau de l'un de ses compresseurs) et le canal secondaire 14 de celle-ci. Plus précisément, le compresseur annulaire de la turbomachine comporte, au niveau de sa virole externe, un ou plusieurs orifices de prélèvement d'air (non représentés) débouchant vers le canal secondaire 14 par l'intermédiaire des soupapes de décharge. 15 Chaque soupape de décharge 10 comporte notamment un passage d'air 16 sensiblement cylindrique monté entre les canaux primaire 12 et secondaire 14 et un corps de soupape 18 de révolution centré sur l'axe longitudinal 20 du passage d'air et monté à l'intérieur de celui-ci. Le corps de soupape 18 est apte à se déplacer axialement à 20 l'intérieur du passage d'air 16 sous l'action des moyens d'actionnement décrits ultérieurement. De façon plus précise, le corps de soupape 18 peut se déplacer à l'intérieur du passage d'air 16 selon un mouvement de va-et-vient entre deux positions axiales extrêmes ; à savoir une position dite 25 � d'ouverture � (schématisée en traits pointillés sur la figure 1) permettant à une fraction de l'air circulant dans le canal primaire 12 d'être dérivée et injectée dans le canal secondaire 14 en empruntant le passage d'air (en contournant le corps de soupape 18) ; et une position opposée dite � de fermeture � (en traits pleins sur la figure 1) dans laquelle le 30 corps de soupape 18 vient obturer le passage d'air, empêchant ainsi l'air circulant dans le canal primaire d'être injecté dans le canal secondaire. Pour chaque soupape, le système de décharge d'air comporte en outre un arbre à came 22. Celui-ci comprend une tige cylindrique 24 (figure 2) munie d'une came 26, la came étant montée en appui contre le 35 corps de soupape 18 de sorte que la rotation de l'arbre à came provoque un déplacement du corps de soupape entre ses positions d'ouverture et de fermeture. La came 26 est plus précisément montée en appui contre l'extrémité du corps de soupape 18 qui est opposée à celle venant obturer le passage d'air 16 lorsque le corps de soupape est en position de fermeture. Par ailleurs, la tige cylindrique 24 est disposée selon une direction sensiblement perpendiculaire par rapport à l'axe longitudinal 20 du passage d'air 16. Enfin, un ressort de rappel 28 est monté autour du corps 18 de 10 chaque soupape de façon à maintenir la came 26 en appui permanent contre le corps de soupape. On décrira maintenant différentes variantes de réalisation de l'actionnement des soupapes du système de décharge d'air selon l'invention. 15 Dans un premier mode de réalisation illustré par les figures 1 et 2, les moyens d'actionnement des soupapes comportent un moteur électrique principal 30 pour chaque soupape de décharge 10. Plus précisément, la tige cylindrique 24 de l'arbre à came 22 de chaque soupape de décharge 10 est reliée au rotor d'un moteur électrique 20 principal 30 pour être entraînée en rotation par celui-ci. Par ailleurs, dans ce premier mode de réalisation, chaque moteur électrique principal est commandé par un système électronique de commande 32 (figure 2). Le système électronique de commande 32 peut par exemple être un module électronique du système de régulation 25 automatique à pleine autorité du moteur de l'avion (communément appelé FADEC pour � Full Authority Digital Engine Control �). Le fonctionnement du système de décharge d'air selon ce premier mode de réalisation est le suivant. En fonction du régime de fonctionnement de la turbomachine, le système électronique de 30 commande 32 envoie à chaque moteur électrique principal 30 un ordre d'actionnement de l'arbre à came 22 associé à la soupape de décharge 10 correspondante pour ouvrir ou fermer celle-ci. Le système électronique 32 commandant indépendamment chaque soupape du système de décharge d'air, il est possible d'obtenir une grande souplesse de réglage du débit 35 d'air prélevé dans le compresseur. Dans le second mode de réalisation illustré par la figure 3, les moyens d'actionnement des soupapes de décharge 10 comportent un unique moteur électrique principal 30 commandant l'ensemble des soupapes de décharge. De façon plus précise, les arbres à came 22 des soupapes de décharge sont reliés entre eux par un câble 34 de transmission de mouvement au moyen de bielles de commande 36 reliées aux tiges cylindriques. Par un système de roue dentée 38 couplée au moteur électrique principal 30 et engrenant une portion dentée 34a du câble de transmission, le mouvement de rotation du moteur 30 est transformé en un mouvement de rotation du câble autour de l'axe longitudinal X-X du compresseur. Comme pour le premier mode de réalisation, le moteur électrique principal 30 est commandé par un système électronique de 15 commande 32 (pouvant être le FADEC de la turbomachine). Le fonctionnement du système de décharge d'air selon ce second mode de réalisation est le suivant. En fonction du régime de fonctionnement de la turbomachine, le système électronique de commande 32 envoie au moteur électrique principal 30 un ordre 20 d'actionnement qui est converti en mouvement de rotation du câble 34 de transmission de mouvement. La rotation du câble autour de l'axe X-X (dans un sens de rotation ou dans l'autre) entraîne un pivotement des cames associées à chaque soupape de décharge pour ouvrir ou fermer celles-ci simultanément. 25 Dans ce premier mode de réalisation, les positions angulaires au repos des cames peuvent être réglées différemment (par rapport à un repère commun) pour chaque soupape de décharge. Ainsi, il est possible de réaliser un décalage de l'ouverture et de la fermeture des soupapes de décharge. Le réglage du débit d'air prélevé dans le compresseur y gagne 30 en souplesse. Il est possible d'imaginer des variantes de réalisation de ce second mode de réalisation. Par exemple, les arbres à came de l'ensemble des soupapes de décharge pourraient être reliés entre eux par un câble de commande mécanique de type � push-pull � (pour � va-et-vient �), ce 35 câble étant associé à un actionneur électrique. On décrira maintenant certaines caractéristiques communes aux deux modes de réalisation du système de décharge d'air décrits précédemment. Les figures 4A et 4B représentent en particulier une variante de réalisation d'une soupape du système de décharge d'air. Par rapport au mode de réalisation décrit en liaison avec les figures 1 et 2, la soupape de décharge 10' illustrée sur ces figures ne comporte pas de ressort de rappel pour maintenir la came en appui permanent contre le corps de soupape 18. A la place, le corps de soupape 18 de la soupape de décharge comporte un évidement 18a dans lequel est logée une came 26' de forme circulaire, la came et l'évidement étant dimensionnés de sorte que la came soit en permanence en appui contre deux parois latérales dudit évidement. Par ailleurs, l'axe de rotation Y-Y de la came 26' étant excentré par rapport à son axe de symétrie, la rotation de la came 26' entraîne un déplacement longitudinal du corps de soupape. Ainsi, sur la figure 4A, le corps de soupape est dans sa position de fermeture et après rotation de la came 26' autour de l'axe Y-Y, le corps de soupape est dans sa position d'ouverture (figure 4B). Les figures 5A et 5B représentent une autre variante de réalisation d'une soupape du système de décharge d'air. Par rapport aux modes de réalisation précédents, la soupape de décharge 10" illustrée sur ces figures ne comporte ni ressort ni évidement pour maintenir la came en appui permanent contre le corps de soupape 18. A la place, la soupape de décharge 10" comporte une douille à billes 100 qui est montée coulissante à l'intérieur d'un bâti fixe 102 et dont la tête 104 est en appui contre la came 26. Par ailleurs, la douille 100 est fixée à une extrémité d'un ressort de rappel 106 dont l'autre extrémité est fixée sur le bâti 102. Le ressort de rappel est prétendu de sorte à maintenir la tête 104 de la douille à billes en appui permanent contre la came 26. Ainsi, la came se trouve en appui permanent contre le corps de soupape 18. Dans cette variante de réalisation, la tête 104 est une bille rotative. Toutefois, cette bille pourrait être remplacée par une lame souple. Par ailleurs, la came 26 présente une encoche 26a dans laquelle repose la tête 104 lorsque la soupape de décharge est dans la position illustrée sur la figure 5A. Cette position d'équilibre correspond avantageusement à une position de fermeture de la soupape de décharge, la figure 5B représentant la soupape de décharge 10" dans une position d'ouverture. Avec une telle variante de réalisation, il est ainsi aisé d'indexer angulairement chacune soupape de décharge de façon à obtenir une grande précision dans le réglage de l'ouverture et de la fermeture des soupapes de décharge. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention commune à l'ensemble des modes de réalisation décrits précédemment, à chaque moteur électrique principal 30 est associé un moteur électrique secondaire 40 dont le rotor est commun avec celui du moteur électrique principal (figures 2 et 3). Chaque moteur électrique secondaire 40 est commandé par le système électronique de commande 32 de façon indépendante du moteur principal 30. Par ailleurs, les moteurs électriques principal et secondaire présentent chacun un couple suffisant pour assurer un entraînement des arbres à came de l'ensemble du système de décharge d'air, même en cas de mise en court-circuit de l'un de ces moteurs électriques. Une telle redondance permet de pallier à une éventuelle défaillance du moteur électrique principal. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention commune à l'ensemble des modes de réalisation décrits précédemment, pour chaque moteur électrique (principal et/ou secondaire), le système électronique de commande 32 comporte un dispositif 42 de mesure du courant nécessaire à l'actionnement du moteur avant le démarrage de celui-ci et des moyens de comparaison de la valeur du courant mesuré avec une valeur de seuil prédéterminée. La valeur de seuil est prédéterminée selon la valeur de courant nécessaire à l'actionnement du moteur électrique 30, 40 en cas de fonctionnement normal de celui-ci. Ainsi, si la valeur du courant mesuré est supérieure à cette valeur de seuil, le système électronique de commande 42 en déduira qu'il y a un effort résistant ou un frottement anormal dans la cinématique d'entraînement des soupapes de décharge concernées et pourra émettre une alarme en conséquence. De manière plus générale, le système de décharge d'air selon l'invention peut être réglé de diverses façons. En particulier, chaque soupape du système de décharge d'air peut présenter un dimensionnement particulier lui conférant un débit d'air particulier. De même, la forme de la came peut varier d'une soupape de décharge à une autre afin d'autoriser un décalage d'ouverture et de fermeture entre les soupapes. Enfin, en ajustant la forme de chaque came, il est possible d'obtenir différentes positions d'équilibre pour celle-ci, ces positions d'équilibre pouvant avantageusement correspondre aux positions ouverte et fermée de la soupape de décharge pilotée. REVENDICATIONS1. Système de décharge d'air pour compresseur de turbomachine aéronautique, caractérisé en ce qu'il comporte : au moins une soupape de décharge (10, 10', 10") comportant : un corps de soupape (18) apte à se déplacer entre une position d'ouverture correspondant à une ouverture de la soupape de décharge et une position de fermeture correspondant à une fermeture de la soupape de décharge ; un arbre à came (22) comportant une tige cylindrique (24) munie d'une came (26, 26'), ladite came étant montée en appui contre le corps de soupape de sorte que la rotation de l'arbre à came provoque un déplacement du corps de soupape entre ses positions d'ouverture et de fermeture ; et des moyens (28, 18a, 106) pour maintenir la came en appui permanent contre le corps de soupape ; au moins un moteur électrique principal (30) dont le rotor est apte à entraîner en rotation l'arbre à came de chaque soupape de décharge ; et un système électronique de commande (32) de chaque moteur électrique principal. 2. Système selon la revendication 1, comportant une pluralité de soupapes de décharge (10, 10', 10") et un unique moteur électrique principal (30), les arbres à came (22) des soupapes de décharge étant reliés entre eux par un câble (34) de transmission de mouvement. 3. Système selon la revendication 1, comportant une pluralité de soupapes de décharge (10, 10', 10"), un moteur électrique principal (30) particulier étant associé à chaque soupape de décharge pour l'entraînement en rotation de son arbre à came (22). 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque soupape de décharge (10) comporte un ressort (28) monté autour du corps de soupape (18) de façon à maintenir la came (26) en appui permanent contre le corps de soupape. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le corps de soupape (18) de chaque soupape de décharge (10') comporte un évidement (18a) dans lequel est logée une came (26') de forme circulaire, la came et l'évidement étant dimensionnés de sorte que ladite came soit en appui permanent contre deux parois latérales dudit évidement. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque soupape de décharge (10") comporte en outre une douille à billes (100) montée coulissante à l'intérieur d'un bâti (102) fixe et dont la tête (104) est montée en appui contre la came (26), la douille à bille comprenant un ressort de rappel (106) apte à maintenir la tête en appui permanent contre la came (26) de sorte que celle-ci reste en appui permanent contre le corps de soupape (18). 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant en outre, pour chaque moteur électrique principal (30), un moteur électrique secondaire (40) dont le rotor est commun avec celui du moteur électrique principal, chaque moteur électrique secondaire étant commandé par le système électronique de commande (32). 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, pour chaque moteur électrique (30, 40), le système électronique de commande (32) comporte un dispositif (42) de mesure du courant nécessaire à l'actionnement du moteur avant le démarrage de celui-ci et des moyens de comparaison de la valeur du courant mesuré avec une valeur de seuil prédéterminée. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le système électronique de commande (32) est un module électronique d'un système de régulation automatique à pleine autorité de la turbomachine. 10. Compresseur de turbomachine aéronautique comportant un système de décharge d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Turbomachine aéronautique comportant un système de décharge d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.