Brevet FR2930641A1 — publié le 20091030

Machine d'essai de composants d'une turbomachine La présente invention concerne une machine d'essai de composants d'une turbomachine (compresseur, chambre de combustion, turbine, roulements, joints dynamiques, etc..), cette machine étant utilisée pour étudier le comportement et les performances des composants en fonctionnement. Un moteur de turbomachine cornprend notamment un compresseur et une turbine équipés de paliers à roulements et de joints qui sont très sollicités en fonctionnement. Ces composants sont logés dans des enceintes qui comportent des arrivées d'huile de lubrification et/ou de refroidissement des composants. Une turbomachine comporte en général plusieurs enceintes de ce type. Pour éviter les fuites d'huile hors des enceintes et la pollution d'autres parties du moteur et de l'environnement, les moyens d'étanchéité des enceintes, tels par exemple que des joints à labyrinthe, sont alimentés en air sous pression qui rentre dans les enceintes en s'opposant aux fuites d'huiles par ces moyens d'étanchéité. Dans la technique actuelle, le rnélange air/huile contenu dans les enceintes de la machine d'essai est évacué par des tubes de dégazage qui débouchent dans un collecteur relié à un module de déshuilage. Ce module permet de séparer par voie statique et/ou dynamique l'huile de l'air arrivant du collecteur. L'air est alors rejeté dans l'atmosphère et l'huile est renvoyée vers un réservoir d'huile qui est relié également à des sorties d'huile des enceintes. Une sortie de ce réservoir est reliée par un groupe de lubrification aux entrées d'huile des enceintes. Lorsque le moteur de la turbomachine est à l'arrêt, l'huile contenue dans le collecteur a tendance à revenir dans les enceintes par les tubes de dégazage puis à fuir à travers les moyens d'étanchéité des enceintes. Lors de la remise en route du moteur, cette huile est aspirée dans la veine d'écoulement des gaz du moteur et s'introduit dans toutes les cavités de rotor et de stator du moteur, une partie de cette huile étant reprise par au moins une pompe de récupération et renvoyée vers le réservoir. Un autre inconvénient de la technique actuelle est de créer une contre-pression à la sortie des tubes de dégazage, qui peut aller jusqu'à égaler la pression dans les enceintes et donc empêcher le mélange air/huile (contenu dans les enceintes) d'être évacué via ces tubes de dégazage vers le collecteur. Cette contre-pression est fonction de la hauteur d'huile résiduelle contenue dans le collecteur. La non-évacuation des débits d'air, introduits dans les enceintes par les étanchéités dynamiques, en dehors des enceintes, génère une montée en pression dans les enceintes et se traduit par les conséquences néfastes suivantes : - réduction du différentiel de pression aux bornes des arrivées d'huile entraînant une baisse des débits d'huile injectés dans les enceintes et donc une surchauffe des composants dans ces enceintes (roulements, joints d'étanchéité, etc.), - réduction voire annulation du différentiel de pression aux bornes des enceintes à iso-débit d'air et donc risque de fuites d'huile vers les cavités rotor/stator du moteur, - saturation de la (des) pompe(s) de récupération d'huile (fonction de la capacité volumique de celle(s)-ci) par un gavage en air de cette (ces) pompe(s) au détriment de l'huile à évacuer, d'où un risque de non-évacuation de l'huile des enceintes et donc de fuites de cette huile par débordement aux étanchéités. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace, et économique à ces problèmes. Elle propose à cet effet une machine d'essai de composants d'une turbomachine, certains de ces composants étant lubrifiés et/ou refroidis et situés dans des enceintes comportant des amenées d'air sous pression, des arrivées d'huile de lubrification et/ou de refroidissement et des retours d'huile vers un réservoir, ainsi que des tubes de dégazage débouchant dans un collecteur relié à un module de déshuilage dont une sortie d'huile est reliée au réservoir, caractérisée en ce que les tubes de dégazage débouchent dans une partie supérieure du collecteur au dessus du niveau de l'huile contenue dans le collecteur, et en ce que le collecteur comprend une sortie d'huile reliée au réservoir. Les tubes de dégazage qui 'elient les enceintes au collecteur débouchent dans une partie supérieure de ce collecteur au dessus du niveau de l'huile contenue dans ce collecteur de façon à empêcher cette huile de pénétrer dans les tubes de dégazage et de revenir dans les enceintes. Ces tubes de dégazage peuvent traverser soit une paroi latérale, soit une paroi de fond du collecteur (en traversant l'huile accumulée au fond du collecteur), soit encore une combinaison des deux, du moment qu'ils débouchent dans e collecteur au dessus du niveau d'huile. Le risque de passage d'huile à travers les moyens d'étanchéité des enceintes est ainsi très limité au repos de la turbomachine. Le collecteur est en outre relié au réservoir par une sortie d'huile, ce qui permet de renvoyer l'huile qui s'est déposée dans le collecteur vers le réservoir pour recycler cette huile et l'injecter à nouveau dans les enceintes de lubrification et/ou de refroidissement La sortie d'huile du collecteur et la sortie d'huile du module de déshuilage peuvent être reliées ensemble au réservoir. Ces sorties peuvent être reliées au réservoir par une pompe de recyclage de façon à réguler le débit de sortie d'huile du collecteur et du module de déshuilage. Préférentiellement, le collecteur comprend une sortie d'air reliée au module de déshuilage par un réservoir tampon formant séparateur d'huile par décantation et comprenant une sortie d'huile reliée avec la sortie d'huile du module de déshuilage au réservoir. Le réservoir tampon comprend une sortie d'air reliée à l'entrée du module de déshuilage. L'air qui sort des enceintes est ainsi amené dans le collecteur puis dans le réservoir tampon pour y subir deux étapes successives de séparation de phases par gravité ou par décantation. L'air qui sort du réservoir tampon et qui est injecté dans le module de déshuilage est ainsi appauvri en huile, ce qui facilite et accélère son traitement par le module de déshuilage. De plus, il y a moins de risque de rejeter de l'air pollué par de l'huile dans l'atmosphère après l'étape de déshuilage (l'efficacité du déshuilage est donc accrue). Avantageusement, le collecteur d'huile est incliné par rapport à l'horizontale, sa sortie d'huile étant sensiblement au niveau le plus bas du collecteur (cette sortie d'huile peut être située à une position angulaire � 6h � ou 6 heures, par analogie avec le cadran d'une montre), ce qui permet de récupérer plus facilement et plus rapidement l'huile qui se dépose dans le collecteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé qui représente de manière très schématique une machine d'essai de composants de turbomachine selon la présente invention. La machine d'essai 10 permet de déterminer les caractéristiques de certains composants 12 d'une turbomachine et d'étudier leurs comportements et leurs performances en fonctionnement. L'ensemble de ces composants est schématiquement représenté dans le dessin par un cadre rectangulaire 12 en traits pointillés comportant des enceintes 14, 16 et 18 dans lesquelles sont logés des paliers à roulements 20, des joints d'étanchéité 22 du type carbone ou à labyrinthe, des bagues 24, des moyens d'accouplement 26, etc. Chaque enceinte 14, 16, 18 peut renfermer un, deux, trois, ou quatre composants de ce type (voire plus). La machine d'essai 10 comprend également trois modules principaux qui sont représentés de manière très schématique par des cadres rectangulaires en traits pointillés : un module 28 d'alimentation en huile des enceintes 14, 16, 18 et d'évacuation d'huile de ces enceintes, un module de dégazage 30, et un module de déshuilage 32. La machine d'essai 10 comporte en outre un système de commande des différents modules 28, 30, 32 comprenant par exemple des moteurs électriques d'entraînement des pompes, des vannes, des échangeurs, des filtres, des régulateurs, ou autres équipements de banc, qui ne sont pas 5 représentés. Le module 28 comporte un réservoir d'huile 34 qui comprend une entrée et deux sorties dans l'exemple représenté. Chaque sortie du module 28 est reliée par un conduit 36 à des pompes 38 qui alimentent par un ou plusieurs conduits 40 au moins une enceinte 14, 16, 18. La sortie de 10 chaque conduit 40 est reliée à l'intérieur d'une enceinte 14, 16, 18 à des injecteurs (non représentés) ou à des moyens équivalents destinés à pulvériser un débit d'huile en continu sur ou au voisinage des composants 20-26 pour les lubrifier et/ou les refroidir. L'huile qui est injectée dans une enceinte 14, 16, 18 s'écoule jusqu'à une partie basse de l'enceinte et est 15 évacuée de cette enceinte par un ou plusieurs circuits 42 qui relie chaque enceinte 14, 16, 18 à l'entrée du réservoir d'huile 34. Ce circuit 42 comporte une pompe 44 qui permet d'accélérer si nécessaire le débit d'évacuation de l'huile des enceintes et d'adapter ce débit au débit d'alimentation en huile de ces enceintes qui est imposé par les pompes 38. 20 Les enceintes 14, 16, 18 comprennent des moyens d'étanchéité tels que des joints à labyrinthe ou des joints en carbone qui sont alimentés en air sous pression, cette pression étant supérieure à la pression à l'intérieur des enceintes de sorte que de l'air puisse passer par les moyens d'étanchéité à l'intérieur des enceintes. Cet air se mélange ensuite à de 25 l'huile injectée dans l'enceinte ce qui génère un brouillard d'huile à l'intérieur des enceintes. Ce mélange air/huile est évacué des enceintes vers le module 30 de dégazage puis est injecté dans le module 32 de déshuilage en vue de la séparation de l'huile et de l'air du mélange. Le module 30 de dégazage comprend un collecteur d'huile 46 et un 30 réservoir tampon 48 montés en série, c'est-à-dire l'un à la suite de l'autre, dans lesquels ont lieu respectivement deux séparations successives de phases par gravité. Ces séparations de phases par gravité ont pour but d'appauvrir en huile le mélange air/huile prélevé dans les enceintes avant de l'injecter dans le module de déshuilage 32. Le collecteur d'huile 46 est relié à chaque enceinte par un tube de dégazage 50, 52 dont l'entrée débouche préférentiellement en partie haute d'une enceinte et dont la sortie débouche dans le collecteur 46, dans une partie supérieure ou haute de ce collecteur et au-dessus du niveau de l'huile contenue dans ce collecteur (ce niveau d'huile étant indiqué par la flèche 54). Dans l'exemple représenté, le conduit 50 traverse une paroi latérale du collecteur 46 et débouche au dessus du niveau d'huile 54. Les conduits 52 traversent la paroi de fond du collecteur et débouchent également au dessus du niveau d'huile 54, en étant en partie immergés dans l'huile 56 accumulée au fond du collecteur 46. Le mélange air/huile amené par les conduits 50, 52 dans le collecteur 46 est soumis à une séparation de phases par gravité ou par décantation qui entraîne le dépôt d'huile sur les parois du collecteur et son accumulation au fond de ce collecteur. Cette huile 56 est au dessous des sorties des conduits 50, 52 et ne risque donc pas d'être réintroduite par ces conduits dans les enceintes 14, 16 et 18, notamment lors des phases d'arrêt de la machine. Le collecteur 46 comprend à sa partie la plus basse une sortie d'huile 57 reliée par un conduit 58 au circuit 42 d'évacuation d'huile des enceintes ou directement au réservoir d'huile 34. Ce conduit 58 peut comprendre une pompe 60 pour accélérer et maîtriser le débit de sortie d'huile du collecteur. Cette pompe 60 peut être, soit toujours en fonctionnement lors de la rotation de la machine ou du composant à tester, soit activée dès l'atteinte d'un seuil de niveau haut d'huile dans le collecteur 46. Le collecteur 46 est en outre incliné par rapport à l'horizontale (d'un angle référencé 62) de façon à permettre une accumulation de l'huile dans le collecteur par gravité du côté de ce collecteur où est situé la sortie 57. Le collecteur d'huile 46 est relié au réservoir tampon 48 par un conduit 64 dont l'entrée débouche en partie supérieure du collecteur au dessus du niveau d'huile 54 pour acheminer vers le réservoir tampon l'air chargé de l'huile contenu dans le collecteur. Le conduit 64 débouche dans le réservoir tampon 48 en partie supérieure de ce réservoir au dessus du niveau de l'huile (flèche 66) contenue dans ce réservoir pour éviter un retour d'huile depuis le réservoir vers le collecteur. L'huile 68 accumulée dans le réservoir tampon 48 par séparation de phases par gravité est évacuée du réservoir par un conduit 70 reliant la partie basse du réservoir au conduit 58 de sortie d'huile du collecteur 46. Le réservoir 48 est également relié au module de déshuilage 32 par un conduit de sortie d'air 72 qui esi: branché en partie supérieure du réservoir au dessus du niveau de l'huile 66 pour acheminer uniquement de l'air légèrement chargé d'huile dans le module 32. Le module de déshuilage 32 est d'un type connu de l'homme du métier et peut être à séparation statique et/ou dynamique. Il permet de séparer l'huile de l'air, l'air étant expulsé par aspiration dans l'atmosphère par une sortie supérieure 74 du module 32. L'huile récupérée est évacuée par un circuit 76 qui relie une sortie inférieure 78 du module au conduit 70 de sortie d'huile du réservoir 48 ou au conduit de sortie 58 du collecteur. Lors du fonctionnement de la machine d'essai 10, l'huile injectée dans les enceintes 14, 16, 18 est renvoyée dans le réservoir 34 directement par le circuit d'évacuation 42 des enceintes, ainsi que par le module de dégazage 30 et le module de déshuilage 32 qui traitent le mélange air/huile sortant des enceintes et qui récupèrent l'huile de ce mélange et la renvoient vers le réservoir 34 par les conduits de sortie 58, 70 et 76. L'huile injectée dans les enceintes 14, 16, 18 lors du fonctionnement de la machine ne risque donc pas de polluer cette machine lors de l'arrêt de celle-ci et à sa remise en route car toute cette huile est récupérée et recyclée.5 REVENDICATIONS1. Machine (10) d'essai de composants (20, 22, 24, 26) d'une turbomachine, tels par exemple qu'un compresseur, une chambre de combustion, une turbine, des roulements, et/ou des joints d'étanchéité, certains de ces composants étant lubrifiés et/ou refroidis et situés dans des enceintes (14, 16, 18) comportant des amenées d'air sous pression, des arrivées d'huile de lubrification et des retours d'huile vers un réservoir (34), ainsi que des tubes de dégazage (50, 52) débouchant dans un collecteur (46) relié à un module de déshuilage (32) dont une sortie d'huile (78) est reliée au réservoir, caractérisée en ce que les tubes de dégazage débouchent dans une partie supérieure du collecteur au dessus du niveau (54) de l'huile contenue dans le collecteur, et en ce que le collecteur comprend une sortie d'huile (57) reliée au réservoir. 2. Machine d'essai selon la revendication 1, caractérisée en ce que la sortie d'huile (57) du collecteur (46) et la sortie d'huile (78) du module de déshuilage (32) sont reliées ensemble au réservoir (34). 3. Machine d'essai selon la revendication 2, caractérisée en ce que les sorties d'huile (58, 76) du collecteur (46) et du module de déshuilage (32) 20 sont reliées au réservoir par une pompe de recyclage (60). 4. Machine d'essai selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le collecteur (46) comprend une sortie d'air reliée au module de déshuilage (32) par un réservoir tampon (48) formant séparateur d'huile par décantation et comprenant une sortie d'huile (70) reliée avec la 25 sortie d'huile (76,78) du module de déshuilage (32) au réservoir (34). 5. Machine d'essai selon la revendication 4, caractérisée en ce que le réservoir tampon (48) comprend une sortie d'air (72) reliée à l'entrée du module de déshuilage (32). 6. Machine d'essai selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisée en ce que le collecteur d'huile (46) est incliné par rapport à l'horizontale, sa sortie d'huile (52) étant sensiblement au niveau le plus bas du collecteur. 7. Machine d'essai selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins un tube de dégazage (50) traverse une paroi latérale du collecteur (46) et débouche au dessus du niveau d'huile (54) dans le collecteur. 8. Machine d'essai selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins un tube de dégazage (52) traverse une paroi de fond du collecteur (46) et débouche au dessus du niveau d'huile (54) dans le collecteur, ce tube de dégazage étant en partie immergé dans l'huile (56) accumulée au fond du collecteur.