Brevet FR2961856A1 — publié le 20111230

Le domaine de la présente invention est celui des turbomachines et, plus particulièrement celui des enceintes d'huile comportant les paliers portant les rotors de ces turbomachines. Une turbomachine d'aéronef comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d'échappement des gaz. A chaque compresseur peut correspondre une turbine, les deux étant reliés par un arbre, formant ainsi, par exemple, un corps haute pression et un corps basse pression. Elle présente généralement deux carters structuraux, un carter dit intermédiaire vers l'avant et un carter dit d'échappement vers l'arrière, qui portent les paliers sur lesquels tournent son ou ses arbres de rotation et ses parties mobiles. Ces paliers sont refroidis classiquement par de l'huile qui les lubrifie et qui est récupérée dans un réservoir approprié puis recyclée. Les paliers et les divers engrenages du moteur sont placés dans une enceinte qui doit être étanche vis à vis de la veine d'air pour éviter les pertes d'huile. Le moteur comporte ainsi, par exemple, une enceinte avant au niveau du carter intermédiaire et une enceinte aval au niveau du carter d' échappement. Les paliers et les engrenages dans ces enceintes sont refroidis et lubrifiés par de l'huile provenant d'injecteurs judicieusement placés. Afin d'éviter des fuites d'huile au travers des joints d'étanchéité aux bornes des enceintes, un écart de pression par rapport aux cavités environnantes doit être assuré. Une valeur minimale d'écart de pression doit ainsi être maintenue à tous les régimes de fonctionnement de la turbomachine. Les cavités environnantes sont pressurisées par de l'air provenant d'un des étages d'un compresseur, qui circule à l'intérieur du moteur pour assurer l'équilibre de ses pressions internes et le refroidissement des parties chaudes. Afin d'assurer un écart de pression positif aux bornes des enceintes, il est possible de mettre les enceintes en dépression. Pour assurer cette mise en dépression des enceintes 2 renfermant les paliers, on utilise généralement des systèmes de trompe à jet qui sont branchées sur ces enceintes. Ces systèmes fonctionnent sur le principe de l'effet Venturi qui crée une dépression dans un tube par l'envoi d'un jet de fluide sous pression au travers de ce tube. L'air sous pression est prélevé sur un étage du compresseur haute pression (HP), mais il arrive, notamment au ralenti, que la pression délivrée soit insuffisante pour assurer une dépression correcte dans l'enceinte. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif qui assure une mise en dépression suffisante des enceintes des paliers, même lors des points de fonctionnement de la turbomachine les plus pénalisants, et notamment au ralenti. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mise en dépression d'au moins une enceinte d'une turbomachine destinée à recevoir au moins un palier d'un rotor de ladite turbomachine alimenté en huile de lubrification sous pression par une pompe d'alimentation et une canalisation d'alimentation, comportant une trompe à jet et un tube de dégazage reliant ladite trompe à ladite enceinte, ladite trompe comprenant un premier circuit formé par une buse alimentée par un fluide sous pression et un second circuit auquel est raccordé ledit tube de dégazage pour la mise en dépression de l'enceinte, caractérisé en ce que le fluide sous pression utilisé pour alimenter ledit premier circuit est un fluide liquide. L'utilisation d'une fluide liquide par rapport à de l'air provenant d'un compresseur du moteur améliore l'efficacité de la pompe à jet. On s'affranchit par ailleurs des variations de la pression de cet air, liées aux variations de régime de la turbomachine. Préférentiellement ledit fluide est de l'huile. Avantageusement ledit fluide est l'huile utilisée pour la lubrification dudit palier. Ce fluide et largement disponible sur une turbomachine et ne nécessite pas l'implantation d'un dispositif particulier. De façon préférentielle le premier circuit de ladite trompe à jet est raccordé à une canalisation d'amenée de l'huile de lubrification formant dérivation de ladite canalisation d'alimentation. On bénéficie 3 ainsi, sans dispositif supplémentaire, d'un fluide qui est déjà mis sous pression pour la lubrification des paliers de la turbomachine. Dans un mode particulier de réalisation le tube de dégazage a pour fonction, outre la mise en dépression de l'enceinte, la récupération 5 de l'huile de lubrification. Dans un autre mode de réalisation le dispositif comporte en outre au moins une canalisation de récupération de l'huile de lubrification de ladite enceinte, de sorte que le tube de dégazage ne reçoit que le brouillard d'huile issu de ladite enceinte. 10 L'invention porte également sur une turbomachine comportant au moins une enceinte pour la lubrification d'un palier d'un des ses rotors caractérisé en ce que ladite enceinte est mise en dépression par rapport aux cavités environnantes à l'aide d'un dispositif tel que décrit ci-dessus. 15 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins 20 schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue générale en coupe d'une turbomachine ; - la figure 2 est une vue en coupe du carter intermédiaire de la 25 turbomachine de la figure 1; - la figure 3 est une vue schématique du dispositif de dépressurisation des enceintes de la turbomachine de la figure 1, selon un premier mode de réalisation de l'invention, et - la figure 4 est une vue schématique du dispositif de 30 dépressurisation des enceintes de la turbomachine de la figure 1, selon un second mode de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1, on voit un turboréacteur 1 qui comporte, de manière classique, une soufflante S, un compresseur basse 35 pression la, un compresseur haute pression lb, une chambre de combustion lc, une turbine haute pression ld, une turbine basse pression le et une tuyère d'échappement 1h. Le compresseur haute pression lb et la turbine haute pression ld sont reliés par un arbre haute pression 4 et forment avec lui un corps haute pression (HP). Le compresseur basse pression la et la turbine basse pression le sont reliés par un arbre basse pression 5 et forment avec lui un corps basse pression (BP). Les arbres HP et BP s'étendent suivant un axe qui est l'axe de rotation du turboréacteur 1. Dans la suite de la description, les notions de longitudinal ou radial sont relatives à cet axe. La turbomachine 1 comprend également, classiquement, un carter intermédiaire 2 et un carter d'échappement 3 qui soutiennent, entre autres, les paliers des arbres de rotation BP et HP. Ceux-ci sont enfermés respectivement, dans une enceinte avant El rattachée au carter intermédiaire 2, pour les paliers situés en amont du corps HP, et dans une enceinte arrière E2 rattachée au carter d'échappement 3, pour les paliers situés en aval du corps HP. La figure 2 montre la partie avant de la turbomachine de la figure 1, axialement au niveau du compresseur BP la et de l'enceinte avant E 1. Le carter intermédiaire 2 se prolonge en direction de l'axe de rotation par des cloisons qui forment la partie fixe de l'enceinte El, tandis que l'arbre HP 4 et l'arbre BP 5 en forment la partie tournante. Ces deux parties se rejoignent pour former l'enceinte El au niveau de labyrinthes 6 qui tendent à réduire, autant que faire se peut, la circulation d'air entrant dans cette enceinte. Des flèches indiquent sur la figure le sens de circulation de l'air qui passe au travers des labyrinthes 6. L'enceinte El, de même que l'enceinte E2 du carter d'échappement, est reliée vers l'extérieur par une canalisation, non représentée sur la figure, dite de dégazage, par laquelle s'évacue l'air qui a pénétré dans ces enceintes et qui, en sortie, est chargé d'un bouillard d'huile. A l'intérieur de l'enceinte El on voit les roulements de butée et les paliers des arbres HP et BP qui les supportent, référencés respectivement 7 et 8. La figure 2 montre également un arbre de prélèvement de puissance 9 sur le rotor BP 5, auquel il est relié classiquement par des pignons, qui a pour objet d'entraîner les accessoires fonctionnant sur le moteur ou de fournir de la puissance aux équipements de l'avion qui en ont besoin. En se référant maintenant à la figure 3 on voit, dans un premier mode de réalisation de l'invention, le schéma de la circulation de l'air qui a pénétré dans les enceintes El et E2 par les labyrinthes 6 et celui de la circulation de l'huile de lubrification. Les tubes de dégazage 10 des deux enceintes El et E2 sont reliés au second circuit d'une trompe à jet 11 qui est branchée sur le réservoir d'huile 12 de la turbomachine 1. Une trompe à jet comporte classiquement un premier circuit, composé d'une buse débouchant à proximité de la partie de plus petite section d'un ensemble convergent-divergent qui constitue le second circuit. A travers la buse est éjecté un fluide sous pression de façon à créer une dépression au niveau de cette plus petite section. Le second circuit de la trompe est rattaché, au niveau de cette plus petite section, à la cavité que l'on souhaite mettre en dépression. Dans le cas d'une turbomachine utilisant une trompe à jet le second circuit est relié aux enceintes El et E2 dont on veut diminuer la pression pour garantir l'étanchéité et la circulation du brouillard d'huile des enceintes El et E2 en direction du réservoir d'huile 12. Le premier circuit est, dans l'art antérieur, relié à de l'air en provenance d'un étage du compresseur HP, pour assurer le fonctionnement de la trompe. Dans l'invention, le premier circuit est, en revanche, relié à une canalisation 13 d'amenée d'huile sous pression. Le fluide assurant le fonctionnement de la trompe à jet est donc, ici, l'huile de lubrification et non plus de l'air prélevé sur le compresseur HP. Le circuit de l'huile de lubrification des paliers et des engrenages présents dans les enceintes E1 et E2 comprend, en partant du réservoir 12, une canalisation de sortie 14 qui débouche dans une pompe d'alimentation en huile 15 où sa pression est augmentée, et une canalisation de distribution 16 qui débouche dans les enceintes El et E2 au niveau de gicleurs qui projettent l'huile sous pression sur les paliers et les engrenages à lubrifier. Il comprend également un circuit de récupération de l'huile qui collecte l'huile usagée et qui la renvoie au réservoir 12. Un radiateur (non représenté) est placé sur le circuit pour refroidir l'huile. Dans le cas représenté sur la figure 3, le circuit de dégazage 10 ramène vers le réservoir 12 à la fois l'huile récupérée et le brouillard d'huile associé à l'air qui traverse les labyrinthes 6. Selon l'invention, le circuit d'huile comporte une canalisation 13 d'amenée de l'huile sous pression dans la buse du premier circuit de la trompe à jet 11. La dérivation de la canalisation d'amenée 13 est placée sur la canalisation de distribution 16, en aval de la pompe d'alimentation 15, de façon à bénéficier d'une forte pression et à assurer une mise en dépression importante au niveau de la sortie de la buse du premier circuit de la trompe à jet 11. Si nécessaire, une vanne de régulation 17, qui module le débit d'huile passant par la canalisation d'amenée 13, permet d'adapter le fonctionnement de la trompe à jet au cas de vol de l'aéronef qui est propulsé par la turbomachine 1. De façon connue, un système de dégazage (non représenté) est par ailleurs raccordé au réservoir pour séparer l'huile récupérée de l'air formant le brouillard aspiré dans les enceintes El et E2. En se référant à la figure 4, on va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation. Les éléments du circuit d'huile identiques au premier mode de réalisation sont désignés par le même chiffre de référence et ne sont pas décrits à nouveau. Ici, l'huile usagée et le brouillard aspiré dans les enceintes E1 et E2 ne sont pas récupérés dans la même canalisation de dégazage 10 mais sont acheminées par deux canalisations différentes. Le tube de dégazage 10, qui est relié au second circuit de la trompe à jet 11, récupère seulement le brouillard aspiré dans les enceintes El et E2. Des canalisations spécifiques de récupération 18 sont mises en place sur ces enceintes pour récupérer l'huile usagée, qu'elles conduisent directement au réservoir 12, sans passer par le second circuit de la trompe 11. Sur ces canalisations sont installées classiquement des pompes de récupération 19 qui propulsent l'huile récupérée dans le réservoir 12. Il convient, à cette occasion, de remarquer que cette fonction est assurée dans le premier mode de réalisation par la trompe à jet et son second circuit. On va maintenant décrire le fonctionnement de l'invention en suivant le cheminement de l'huile et celui du brouillard d'huile selon le premier mode de réalisation. Le cheminement dans le cas du deuxième mode de réalisation est similaire. L'huile est puisée dans le réservoir 12 et envoyée par la pompe d'alimentation 15 et la canalisation de distribution 16, dans les enceintes 7 El et E2 où elle lubrifie les paliers et les engrenages de ces enceintes. Elle est récupérée, à un point bas de ces enceintes, par les tubes de dégazage 10 dans le premier mode et par les canalisations de récupération 18 dans le second mode, puis renvoyée dans le réservoir 12. Elle est ensuite traitée dans un déshuileur pour la séparer de l'air qui s'y est mélangé et refroidie dans un échangeur pour ensuite être recyclée et pouvoir être ré-aspirée par la pompe d'alimentation 15 pour un nouveau cycle. Une partie de l'huile qui est envoyée dans la canalisation de distribution 16, est dérivée par la canalisation d'amenée 13 pour aboutir dans le premier circuit de la trompe à jet 11 et passer par la buse de cette trompe. Le jet sous pression de cette huile en sortie de la buse provoque une dépression importante dans le convergent-divergent et la mise en dépression du second circuit. En sortie de la buse l'huile est envoyée dans le réservoir 12 où elle est prête à être utilisée dans le cadre d'un nouveau cycle, que ce soit pour la lubrification des paliers ou pour l'alimentation de la trompe à jet. Les enceintes El et E2 étant reliées au second circuit de la trompe à jet 11, sont mise en dépression, ce qui garantit la circulation vers l'intérieur des enceintes El et E2, de l'air qui s'insinue au travers des labyrinthes 6. Celui-ci est aspiré dans les tubes de dégazage 10 et dans le second circuit de la trompe à jet d'où il est évacué vers le réservoir d'huile 12. L'air et l'huile constituant le brouillard aspiré sont séparés classiquement par un déshuileur rattaché au réservoir. L'huile récupérée est renvoyée dans le réservoir 12 et l'air déshuilé rejeté à l'extérieur du moteur. Par rapport à l'art antérieur l'utilisation d'un fluide comme l'huile, à forte densité par comparaison avec l'air, produit une dépression bien meilleure dans le second circuit et surtout sa mise sous pression par une pompe permet de s'affranchir des baisses de pression que l'on constatait au ralenti avec de l'air prélevé sur le compresseur. On obtient ainsi une permanence de l'effet de succion dans les enceintes, quel que soit le régime de vol. REVENDICATIONS1. Dispositif de mise en dépression d'au moins une enceinte (El, E2) d'une turbomachine (1) destinée à recevoir au moins un palier (7, 8) d'un rotor de ladite turbomachine alimenté en huile de lubrification sous pression par une pompe d'alimentation (15) et une canalisation d'alimentation (16), comportant une trompe à jet (11) et un tube de dégazage (10) reliant ladite trompe à ladite enceinte, ladite trompe comprenant un premier circuit formé par une buse alimentée par un fluide sous pression et un second circuit auquel est raccordé ledit tube de dégazage (10) pour la mise en dépression de l'enceinte, caractérisé en ce que le fluide sous pression utilisé pour alimenter ledit premier circuit est un fluide liquide. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ledit fluide 15 est de l'huile. 3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit fluide est l'huile utilisée pour la lubrification dudit palier. 4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel le premier circuit de ladite trompe à jet est raccordé à une canalisation d'amenée 20 (13) de l'huile de lubrification formant dérivation de ladite canalisation d'alimentation (16). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le tube de dégazage (10) a pour fonction, outre la mise en dépression de l'enceinte, la récupération de l'huile de lubrification. 25 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 comportant en outre au moins une canalisation de récupération (18) de l'huile de lubrification de ladite enceinte, de sorte que le tube de dégazage (10) ne reçoit que le brouillard d'huile issu de ladite enceinte. 7. Turbomachine comportant au moins une enceinte (El, E2) 30 pour la lubrification d'un palier d'un des ses rotors caractérisé en ce que ladite enceinte est mise en dépression par rapport aux cavités environnantes à l'aide d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6.