Brevet FR2977277A1 — publié le 20130104

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de l'alimentation en huile des paliers à roulement d'une turbomachine aéronautique dont certains paliers sont dotés de films d'huile sous haute pression. Elle vise plus précisément à détecter toute pression anormalement haute dans l'alimentation en huile liée à une panne de la vanne de pressurisation disposée dans le conduit entre la pompe d'alimentation en huile et les enceintes de lubrification. Une turbomachine aéronautique comprend plusieurs paliers à roulement (à billes ou à rouleaux) logés dans des enceintes dites de lubrification et qui servent à supporter en rotation les arbres rotatifs de la turbomachine (par exemple les arbres des corps haute et basse pression d'un turboréacteur à double corps). Ainsi, un turboréacteur du type à double corps et double flux comprend généralement un palier à roulement logé dans une enceinte de lubrification située à l'avant (appelé palier avant) et deux paliers à roulement logés dans des enceintes de lubrification situées à l'arrière du turboréacteur (appelés paliers arrière). Afin d'obtenir un fonctionnement satisfait de ces paliers à roulement, il est nécessaire d'assurer, d'une part la lubrification et le refroidissement des roulements qui les constituent: en injectant de l'huile entre leurs bagues, et d'autre part l'amortissement des vibrations engendrées par la rotation des arbres supportés par ces paliers en alimentant en huile sous pression un couche d'huile formée entre la bague extérieure et une pièce de structure des paliers (on parle alors de « squeeze film »). L'huile utilisée pour assurer la lubrification et le refroidissement des roulements et celle alimentant les films d'amortissement des vibrations provient d'un même circuit d'huile. Typiiquement, un tel circuit comprend un conduit d'huile reliant le réservoir d'huile aux différentes enceintes de lubrification qui renferment les paliers à roulement de la turbomachine, une pompe d'alimentation en huile pour prélever de l'huile du réservoir et l'envoyer vers les paliers à roulement, et des pompes de récupération d'huile pour récupérer l'huile ayant: alimenté les paliers à roulement et la renvoyer vers le réservoir. La pompe d'alimentation en huile d'un tel circuit est généralement une pompe rotative volumétrique qui est entraînée en rotation par une sortie du boîtier d'accessoires du turboréacteur lui-même entraîné par un prélèvement sur l'arbre haute pression de la turbomachine. Son débit est donc directement proportionnel au régime moteur. En outre, sur certaines plages de fonctionnement du moteur, les besoins en terme de pression d'huile ne sont pas les mêmes pour tous les paliers à roulement d'une turbomachine. En particulier, le palier avant du turboréacteur, et plus précisément sa couche d'huile formée pour amortir les vibrations, a besoin d'être alimenté en pression d'huile à un régime de fonctionnement qui est inférieur au ralenti (appelé régime de sous-ralenti). Pour y parvenir, la demanderesse a proposé dans sa demande FR 10 53703 d'adjoindre une vanne de pressurisation disposée dans le conduit entre la pompe d'alimentation en huile et les enceintes de lubrification et adaptée à s'ouvrir au-delà d'une pression de seuil prédéterminée à son entrée, un conduit de dérivation reliant alors l'entrée de la vanne de pressurisation au palier avant pour l'alimenter en huile sous pression. Un tel circuit bien que donnant pleinement satisfaction présente toutefois encore certains inconvénients. En effet, pour pallier une éventuelle panne de cette vanne de pressurisation et garantir une longévité maximale au turboréacteur, il est nécessaire de lui adjoindre en entrée un capteur de pression absolue pour détecter toute pression anormalement basse ou haute dans l'alimentation en huile. Or, un tel capteur, outre le fait qu'il nécessite d'ajouter une nouvelle entrée de détection au FADEC et qu'il présente une nouvelle source de pannes, entraine l'installation de harnais supplémentaires pour les connexions électriques de sorte que son impact sur le bilan masse/coût/installation du turboréacteur est défavorable. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un circuit qui permet d'assurer une parfaite surveillance du fonctionnement de la vanne de pressurisation sans le recours à un circuit de détection de pannes spécifique. Ce but est atteint grâce à un circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement d'une turbomachine, comprenant un réservoir d'huile, un conduit d'huile reliant via une vanne de pressurisation le réservoir à une pluralité d'enceintes de lubrification disposées en parallèle et renfermant chacune au moins un palier à roulement, ladite vanne de pressurisation étant adaptée à s'ouvrir au-delà dl'une pression de seuil prédéterminée à son entrée, une pompe d'alimentation en huile disposée dans le conduit entre le réservoir et les enceintes de lubrification pour prélever de l'huile du réservoir et l'envoyer vers les paliers à roulement, un clapet de protection à seuil de tarage fixe monté en dérivation de la pompe d'alimentation en huile pour assurer une recirculation d'huile, un conduit de dérivation reliant l'entrée de la vanne de pressurisation à l'une des enceintes de lubrification pour l'alimenter en huile, une pompe de récupération d'huile montée en aval de chaque enceinte de lubrification pour récupérer l'huile ayant alimenté les paliers à roulement et la renvoyer vers le réservoir, et un capteur de pression disposé en amont desdites enceintes de lubrification pour délivrer une mesure de pression d'huile, le circuit comportant en outre, conformément à l'invention, des moyens pour, à partir de ladite mesure de pression d'huile, faire varier un seuil d'alarme de basse pression d'huile en fonction du régime moteur de la turbomachine et déclencher une alarme lorsque ce seuil variable S est franchi à la baisse. Ainsi, en pilotant le seuil d'alarme lié à la pression relevée par le capteur, on peut détecter le blocage de la vanne de pressurisation. En effet, en cas de passage en position « fermée » ou « quasi-fermée » de cette vanne à partir d'un certain régime, la pression en amont de la vanne atteindra le seuil d'ouverture du clapet de protection et le débit fourni par la pompe d'alimentation en huile ne sera plus entièrement dirigé vers le moteur mais en partie recirculée. La pression d'alimentation des enceintes de lubrification sera donc moins élevée que dans les conditions de fonctionnement existant avec une vanne ouverte, En relevant le niveau d'alarme lié à la pression renvoyée par le capteur on permet d'actionner l'alarme de basse pression d'huile à destination du pilote. Le clapet de protection peut être monté dans un autre conduit de dérivation reliant la sortie de la pompe d'alimentation en huile à l'entrée de l'une des pompes de récupération d'huile montées en aval des enceintes de lubrification de sorte que la pompe d'alimentation peut se décharger dans une autre pompe au lieu de recirculer sur la pompe d'alimentation elle-même. Avantageusement, le clapet de protection, la pompe d'alimentation en huile et la pompe de récupération d'huile sont montés dans un bloc commun de lubrification. Selon le mode de réalisation envisagé, le tarage du seuil d'alarme basse pression peut être piloté par le FADEC de la turbomachine ou bien par un module de commande électrique de la turbomachine. Le seuil variable S de l'alarme de basse pression est donné par la formule suivante : S = SO pour N N1, où N est le régime moteur, SO une valeur initiale prédéterminée de seuil de pression d'huile_et K(T) un coefficient prédéterminé dépendant de la température. De préférence, la valeur SO est de l'ordre de 1 bar, K(T) est compris entre 0.00014 et 0.01 et_la valeur N1 du régime moteur correspond à un régime de ralenti. Le circuit peut comprendre en outre un boîtier d'accessoires et un boîtier de transfert reliés au réservoir par le conduit et disposés en parallèle avec les paliers à roulement. L'invention concerne également un turboréacteur comprenant un circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement 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 schématique d'un exemple de réalisation d'un circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement selon l'invention ; - la figure 2 est une courbe montrant la variation de la pression d'huile en fonction du régime moteur ; - la figure 3 est un organigramme illustrant la gestion du seuil d'alarme en cas de panne dans le circuit d'alimentation en huile ; et - la figure 4 est une vue schématique d'un circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement selon l'art antérieur. Description détaillée de l'invention L'invention est applicable à différents types de turbomachines ayant plusieurs paliers à roulement, et notamment: à un turboréacteur du type à double corps et double flux ayant un palier à roulement situé à l'avant (appelé « palier avant ») et deux paliers à roulement situés à l'arrière (appelés « paliers arrière »). Afin de tenir aux charges radiales et axiales, un tel turboréacteur comprend en effet plusieurs paliers à roulement destinés à supporter en rotation les arbres des corps basse et haute pression du turboréacteur. Plus précisément, les arbres des corps basse et haute pression sont supportés à leur extrémité avant par un palier avant et à leur extrémité arrière par deux paliers arrière. Pour garantir un fonctionnement satisfaisant de ces paliers à roulement, il est nécessaire d'assurer, d'une part la lubrification et le refroidissement des roulements qui les constituent, et d'autre part l'amortissement des vibrations engendrées par la rotation des arbres supportés par ces paliers. En pratique, les paliers à roulements sont logés dans des enceintes de lubrification et de l'huile sous pression est injectée dans ces enceintes par des buses d'injection entre les bagues de roulement de chacun de ces paliers. L'huile est ensuite refoulée ou centrifugée vers l'extérieur des enceintes de lubrification en évacuant par transfert calorique la chaleur produite par les roulements des paliers. En outre, de l'huile sous pression est confinée entre la bague extérieure et une pièce de structure des paliers. Cette huile sous pression qui! est ainsi présente à la surface de contact entre la bague extérieure et la pièce de structure des paliers sous la forme d'un film d'huile (appelé « squeeze film ») permet de jouer un rôle d'amortisseur des vibrations engendrées par la rotation des arbres des corps basse et haute pression. On pourra se référer aux documents EP1 406 026 et EP1 375 941 qui montrent des exemples de réalisation de paliers à roulement munis d'un refroidissement et d'un tel film d'huile amortisseur. L'huile utilisée pour le refroidissement, la lubrification et l'alimentation des films d'huile des paliers à roulement est acheminée via un même circuit d'alimentation en huile. La figure 4 représente de façon très schématique un circuit d'alimentation en huile des paliers à roulement selon l'art antérieur. Le circuit comprend notamment un réservoir d'huile 16 et un conduit d'huile 18 reliant le réservoir aux enceintes de lubrification 10 à 14 (à savoir ici une enceinte 10 renfermant le palier avant et deux enceintes 12, 14 renfermant les paliers arrière), ces enceintes étant disposées en parallèle les unes par rapport aux autres. Le conduit d'huile 18 relie également le réservoir à un boîtier d'accessoires 20 du turboréacteur et à un boîtier de transfert 22 également disposés en parallèle par rapport aux enceintes. Le circuit comprend aussi une pompe d'alimentation en huile 26 qui est disposée dans le conduit 18 entre le résenvoir 16 et les enceintes de lubrification 10 à 14 et les boîtiers 20, 22 pour prélever de l'huile du réservoir et l'envoyer dans ces éléments. En particulier, le conduit d'huile débouche dans les paliers à roulement au niveau des buses d'injection d'huile (non représentées). Pour chaque enceinte de lubrification, il est aussi prévu une pompe de récupération d'huile 28 qui est montée dans le conduit d'huile en aval des enceintes pour récupérer l'huile ayant: alimenté les paliers à roulement et la renvoyer vers le réservoir 16. De même, une autre pompe semblable de récupération d'huile 28 permet de récupérer l'huile ayant alimenté les boîtiers 20, 22. Les pompes d'alimentation en huile 26 et de récupération d'huile 28 sont montées au sein d'un même bloc 30 appelé « groupe de lubrification ». Ces pompes sont des pompes rotatives volumétriques et sont entraînées en rotation par un prélèvement sur l'arbre du corps haute pression 32 du turboréacteur dont la commande est assurée, comme il est connu, par le système de régulation automatique à pleine autorité, ou FADEC 34. Le FADEC reçoit en outre diverses informations des capteurs du moteur pour son fonctionnement dont une mesure de pression d'huile délivrée par un capteur de pression 36 disposé en amont des enceintes de lubrification 10 à 14 et des boîtiers 20, 22. L'information de ce capteur est alors comparée à un seuil d'alarme qui informe le pilote lorsque la pression d'huile descend en dessous d'un seuil fixe prédéterminé (nécessaire à la lubrification minimale du moteur). Le circuit d'alimentation en huile comprend en outre une vanne de pressurisation 38 qui est disposée dans le conduit d'huile 18 entre la pompe d'alimentation en huile 26 et les enceintes de lubrification 10 à 14 et les boîtiers 20, 22, et un conduit de dérivation .40 reliant l'entrée de la vanne de pressurisation à l'enceinte avant 10. On notera aussi la présence d'un clapet de protection 42 monté dans le bloc 30 en dérivation de la pompe d'alimentation en huile 26 pour assurer une recirculation d'huile lorsque la pression d'huile en sortie (en aval) de cette pompe excède un seuil fixe de tarage de ce clapet (typiquement fixé autour de 1 bar). La vanne de pressurisation 38, de conception simple, fiable et de coût peu élevé, avantageusement du type à fermeture par un clapet, est apte à restreindre fortement, voire à fermer complètement, la section de passage et donc le débit d'huile circulant dans le conduit 18 tant que la pression d'huile à son entrée est inférieure à une pression de seuil prédéterminée PS, et à s'ouvrir au-delà cette pression de seuil PS. A titre d'exemple, on pourra choisir une valeur de 6 bars comme pression de seuil PS. Cette valeur correspond au niveau de pression que l'on cherche à obtenir pour assurer un amortissement efficace des vibrations engendrées par les arbres des corps basse et haute pression supportés par le palier avant 10 lorsque le turboréacteur tourne à un régime de sous-ralenti (par exemple de l'ordre de 6000 tours/min, à comparer à un régime de ralenti de l'ordre de 12000 tours/min pour l'arbre du corps haute pression). Selon l'invention, et comme l'illustre l'exemple de réalisation de la figure 1, il est prévu de piloter le seuil d'alarme de basse pression d'huile non plus en fonction d'un seuil fixe d'alarme mais en fonction du régime moteur. Le pilotage de ce seuil d'alarme est assuré par le FADEC 34 de la turbomachine ou bien par un module de commande électrique indépendant 44 relié au FADEC. Comme un seuil fixe de tarage du clapet de protection 42 ne permet pas de détecter une faible variation de la pression en entrée des enceintes moteurs, sauf si la recirculation d'huile est suffisante (par exemple 90% de la capacité totale de la pompe d'alimentation en huile), l'invention propose de piloter le seuil d'alarme de basse pression d'huile en fonction du régime moteur. Plus précisément, en augmentant la valeur de ce seuil avec le régime moteur, il est possible de détecter une recirculation du débit d'alimentation et donc de suivre un blocage éventuel de la vanne de pressurisation 38. Bien sûr, afin que le différentiel de pression soit significatif, il est nécessaire de bien tarer le seuil d'ouverture du clapet de protection 42 afin qu'il s'ouvre au moment désiré. Au régime de ralenti ou en deçà, le débit fourni par la pompe d'alimentation en huile n'étant pas suffisant pour ouvrir le clapet de protection même avec un clapet de pressurisation bloqué en position fermée, il n'est pas nécessaire de modifier le seuil habituel SO d'environ 1 bar. L'allure du seuil est ainsi illustrée à la figure 2 et sa logique de commande élaborée dans le FADEC 34 ou le module 44 à la figure 3. Le seuil variable S d'alarme de basse pression d'huile est donc donné par la formule suivante : S=SOpour N N1, où N est le régime moteur, SO une valeur initiale prédéterminée de seuil de pression d'huile et K(T) un coefficient prédéterminé dépendant de la température. De préférence, la valeur N1 du régime moteur correspond à un régime de ralenti. A titre d'exemple, ces différents pararnètres ont les valeurs suivantes : SO de l'ordre de 1 bar et K(T) compris entre 0.00014 et 0.01. Disposer d'un tel seuil variable permet de donner un avertissement en cas de blocage fermé ou partiellement fermé de la vanne. L'alarme de basse pression d'huile entraînant un arrêt du moteur, la durée de fonctionnement du moteur avec une mauvaise lubrification est ainsi notablement réduit. Cependant, une mauvaise maitrise de l'asservissement du seuil aurait pour conséquence de provoquer des arrêts du moteur injustifiés (fausses pannes). Aussi, afin de limiter les cas de fausses pannes dus à un mauvais pilotage de seuil, il est préférable de limiter cette logique de commande aux phases de vol ou une mauvaise lubrification impacte fortement la tenue des éléments nécessitant cette lubrification, c'est à dire aux régimes supérieurs au régime de ralenti N1. On notera qu'il est possible à titre d'alternative de modifier la position de décharge du clapet de protection 42 assurant la recirculation d'huile en le disposant, comme illustré en traits pointillés, dans un conduit de dérivation 46 reliant la sortie de la pompe d'alimentation en huile 26 à l'entrée de l'une des pompes de recirculation 28 (de préférence une pompe ayant une capacité au moins égale à celle d'alimentation), ce conduit de dérivation étant avantageusement incorporé dans le bloc de lubrification 30. Le fonctionnement du circuit d'alimentation selon l'invention est donc le suivant. Au démarrage, en fonctionnement normal, la vanne de pressurisation 38 est fermée et la pression en sortie de la pompe d'alimentation en huile 26 alimentant le palier à roulement situé dans la première enceinte 10 via le conduit de dérivation 40 va augmenter rapidement jusqu'à atteindre une pression de seuil prédéterminée (la pression de seuil est déterminée de façon à correspondre à la pression d'huile nécessaire pour alimenter le palier à roulement situé dans l'enceinte en question). Une fois cette pression de seuil atteinte, la vanne de pressurisation va s'ouvrir et permettre le maintien de la pression de seuil dans cette première enceinte ainsi que dans les suivantes. De la sorte, il est possible d'assurer une alimentation en huile à un niveau de pression élevé et régulé à partir d'un faible régime de fonctionnement du moteur pour un palier à roulement particulier puis pour les autres paliers en régime de fonctionnement normal. Durant ce fonctionnement normal, le clapet de protection 42 est inactif et reste donc fermé. Par contre, lorsqu'un blocage de la vanne de pressurisation 38 se produit, selon le régime moteur considéré, la pression en amont de cette vanne va atteindre le seuil d'ouverture (tarage fixe) du clapet provoquant une recirculation de l'huile mis en mouvement par la pompe d'alimentation en huile. La pression d'alimentation dans les enceintes 10-22 va alors baisser, ce qui sera détecté par le capteur de pression d'huile 36 et donc reporté au FADEC 34 (ou au module de commande externe 44), une pression anormalement basse déclenchant une alarme à destination du pilote pour lui permettre d'arrêter le moteur et ainsi limiter son fonctionnement avec une mauvaise lubrification. On notera que cette détection permet également de stopper le moteur en cas de rupture de canalisation d'alimentation des squeeze films. En effet, dans ce cas, la répartition des débits serait changée et l'huile ne passant plus en majorité dans le conduit principal, il en résulterait alors des fuites d'huile suivies d'un feu moteur. REVENDICATIONS1. Circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement d'une turbomachine, comprenant : un réservoir d'huile (16) ; un conduit d'huile (18) reliant, via une vanne de pressurisation (32), le réservoir à une pluralité d'enceintes de lubrification (10 à 14) disposées en parallèle et renfermant chacune au moins un palier à roulement ; ladite vanne de pressurisation étant adaptée à s'ouvrir au-delà d'une pression de seuil prédéterminée à son entrée ; une pompe d'alimentation en huile (26) disposée dans le conduit entre le réservoir et les enceintes de lubrification pour prélever de l'huile du réservoir et l'envoyer vers les paliers à roulement ; un clapet de protection (42) à seuil de tarage fixe monté en dérivation de la pompe d'alimentation en huile pour assurer une recirculation d'huile ; un conduit de dérivation (40) reliant l'entrée de la vanne de pressurisation à l'une des enceintes de lubrification pour l'alimenter en huile ; une pompe de récupération d'huile (28) montée en aval de chaque enceinte de lubrification pour récupérer l'huile ayant alimenté les paliers à roulement et la renvoyer vers le réservoir ; et un capteur de pression (36) disposé en amont desdites enceintes de lubrification pour délivrer une mesure de pression d'huile ; caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (34, 44) pour, à partir de ladite mesure de pression d'huile, faire varier un seuil d'alarme de basse pression d'huile en fonction du régime moteur de la turbomachine et déclencher une alarme lorsque ce seuil variable S est franchi à la baisse. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel le clapet de protection est monté dans un autre conduit de dérivation (46) reliant la sortie de la pompe d'alimentation en huile à l'entrée de l'une des pompes de récupération d'huile montées en aval des enceintes de lubrification.35 3. Circuit selon la revendication 2, dans lequel le clapet de protection, la pompe d'alimentation en huile et la pompe de récupération d'huile sont montés dans un bloc commun de lubrification (30). 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le seuil variable S d'alarme basse pression d'huile est piloté par le FADEC (34) de la turbomachine. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le seuil variable S d'alarme basse pression d'huile est piloté par un module de commande électrique (44) de la turbomachine. 6. Circuit selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel le seuil variable S d'alarme basse pression d'huile est donné par la formule suivante : S = SO pour N N1, où N est le régime moteur, SO une valeur initiale prédéterminée de seuil de pression d'huile et K(T) un coefficient prédéterminé dépendant de la température. 7. Circuit selon la revendication 6, dans lequel la valeur SO est de l'ordre de 1 bar et K(T) est compris entre 0.0001.4 et 0.01. 8. Circuit selon la revendication 6, dans lequel la valeur N1 du régime moteur correspond à un régime de ralenti. 9. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un boîtier d'accessoires (20) et un boîtier de transfert (22) reliés au réservoir par le conduit et disposés en parallèle avec les paliers à roulement. 10. Turbomachine comprenant un circuit d'alimentation en huile de paliers à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.