Brevet FR2987077A1 — publié le 20130823

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine des turbomachines, et plus précisément les enceintes d'huile comportant les paliers portant les rotors de ces turbomachines. ETAT DE L'ART Les turbomachines utilisées notamment pour la propulsion d'avions présentent de manière conventionnelle un arbre monté tournant via des paliers disposés dans des enceintes d'huile localisées à l'avant et à l'arrière de la turbomachine, reliées à une arrivée d'huile en assurant l'alimentation en huile, et donc la lubrification et le refroidissement de ces paliers. Selon les différentes conditions de fonctionnement de la turbomachine, l'étanchéité de ces enceintes d'huile, et en particulier de l'enceinte d'huile arrière est problématique. En premier lieu, lors du démarrage, de l'huile est injectée à froid, ce qui entraine des fuites. En effet, l'étanchéité dynamique des enceintes d'huile est réalisée au moyen de joints d'étanchéité sans contact, par exemple des joints à labyrinthes. Or, de tels joints ne permettent pas de réaliser une étanchéité dynamique dans des conditions de pression élevées en l'absence d'une dilatation suffisante, résultant d'une élévation de la température. Par conséquent, lors de l'injection d'huile à froid dans l'enceinte d'huile arrière, des fuites se produisent, et de l'huile atteint donc des zones de la turbomachine auxquelles elle ne devrait pas accéder. De plus, l'élévation ultérieure de la température de la turbomachine 30 entraine une cokéfaction de tout ou partie de cette huile ayant fui par les joints à labyrinthes. Ces fuites et la cokéfaction qui en résulte nécessitent donc des opérations de maintenance régulières et spécifiques de la turbomachine, impliquant de la démonter afin de retirer l'huile ayant fui, et en particulier l'huile cokéfiée. PRESENTATION DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à cette problématique, et propose un dispositif de contrôle de d'alimentation en huile d'un circuit d'une turbomachine comprenant une arrivée d'huile et un distributeur adaptée pour relier de manière sélective l'arrivée d'huile à une sortie d'huile, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un réducteur de débit, le dispositif comprenant en outre un capteur de pression adapté pour mesurer la pression de l'huile à la sortie d'huile, et des moyens de pilotage du distributeur en fonction de la pression d'huile mesurée par le capteur de pression. En variante, ledit dispositif présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises indépendamment ou en combinaison : - le dispositif comprend un support de fixation adapté pour être fixé sur une turbomachine, l'arrivée d'huile étant adaptée pour être reliée à une alimentation en huile, et la sortie d'huile est adaptée pour être reliée à une enceinte d'huile arrière de turbomachine ; - ledit réducteur de pression comprend un diaphragme définissant une portion de section réduite. - le dispositif comprend en outre un capteur de vitesse adapté pour mesurer la vitesse de rotation d'un arbre de turbomachine auquel ledit dispositif est associé, lesdits moyens de pilotage reliant de manière sélective l'arrivée d'huile à une sortie d'huile en fonction de ladite vitesse de rotation mesurée et de ladite pression mesurée. L'invention concerne également un prêt-à-monter (communément appelé « kit ») transportable adapté pour être associé à une turbomachine afin d'en contrôler l'alimentation en huile, ledit prêt-àmonter comprenant une arrivée d'huile et un distributeur adaptée pour relier de manière sélective l'arrivée d'huile à une sortie d'huile, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un réducteur de débit, le prêt-à-monter comprenant en outre un capteur de pression adapté pour mesurer la pression de l'huile à la sortie d'huile, et des moyens de pilotage du distributeur réalisant sa commutation en fonction de la pression d'huile mesurée par le capteur de pression. L'invention concerne en outre une turbomachine comprenant un arbre monté tournant sur un palier avant et un palier arrière, disposés respectivement en amont et en aval par rapport au sens d'écoulement de l'air dans la turbomachine, lesdits paliers étant disposés respectivement dans une enceinte d'huile avant et arrière reliées à une arrivée d'huile, ladite turbomachine étant caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif tel que défini précédemment dont la sortie d'huile est reliée à ladite enceinte d'huile arrière, de manière à relier de manière sélective l'arrivée d'huile à l'enceinte d'huile arrière. L'invention concerne enfin un procédé de contrôle de d'alimentation en huile d'un circuit d'une turbomachine, dans lequel on alimente de manière sélective en huile une enceinte d'huile de palier de turbomachine, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un réducteur de débit, en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de la turbomachine et de la pression d'huile dans ladite enceinte d'huile. En variante, ladite enceinte d'huile est alimentée par l'intermédiaire d'un réducteur de débit lorsque la vitesse de rotation de l'arbre est supérieure ou égale à une valeur seuil minimale et inférieure ou égale à une valeur seuil maximale. L'alimentation de l'enceinte d'huile par l'intermédiaire du réducteur de débit est alors typiquement réalisé si la vitesse de rotation de l'arbre reste comprise entre lesdites valeurs seuil minimale et maximale pendant au moins une durée donnée. Selon une autre variante, l'alimentation en huile de l'enceinte d'huile arrière est réalisée directement lorsque la pression dans l'enceinte d'huile arrière est inférieure ou égale à une valeur seuil de pression. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement la structure d'une turbomachine connue ; - la figure 2 représente schématiquement l'alimentation en huile 1 5 d'enceintes d'huile d'une turbomachine, - la figure 3 présente une vue détaillée d'un dispositif de contrôle de l'alimentation en huile selon un aspect de l'invention, - la figure 4 représente schématiquement un exemple de fonctionnement d'un tel dispositif de contrôle de l'alimentation en 20 huile. Sur l'ensemble des figures, les éléments communs sont repérés par les mêmes références numériques. 25 DESCRIPTION DETAILLEE A titre de rappel et afin de faciliter la compréhension de l'invention, on présente sur la figure 1 une structure conventionnelle de turbomachine, comprenant d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une 30 soufflante 10 définissant une admission d'air munie d'une turbine de soufflage 11 (communément appelée « fan »), un ou plusieurs étages de compresseurs 12, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion 13, un ou plusieurs étages de turbines, par exemple une turbine haute pression 14 et une turbine basse pression 15, et une tuyère d'échappement des gaz. Un arbre 17 entraine en rotation la turbine de soufflage 11 de la soufflante 10, sa rotation étant notamment provoquée par le cycle de compression, combustion et détente de l'air traversant la turbomachine qui entraine les turbines 14 et 15 liées à l'arbre 17. L'arbre 17 est monté tournant via des paliers, par exemple des roulements coniques ou à rouleaux ; un palier avant 18 disposé à proximité de la soufflante 10, et un palier arrière 19 disposé à proximité de la turbine basse pression 15. Ces deux paliers avant 18 et arrière 19 sont disposés respectivement dans une enceinte d'huile avant 20 et une enceinte d'huile arrière 21, reliées à une arrivée d'huile en assurant l'alimentation en huile, et donc la lubrification et le refroidissement des paliers 18 et 19. La figure 2 représente schématiquement l'alimentation en huile des enceintes d'huile avant 20 et arrière 21 comprenant respectivement le palier avant 18 et arrière 19 de l'arbre 17 d'une turbomachine comme présentée précédemment sur la figure 1. Une pompe 22 prélève de l'huile dans un réservoir 23, et alimente ainsi en huile les enceintes d'huile avant 20 et arrière 21. L'invention consiste en un dispositif de contrôle de l'alimentation en huile 30, disposé ici de manière à contrôler l'alimentation en huile de l'enceinte d'huile arrière 21. La figure 3 présente une vue détaillée d'un mode de réalisation de ce dispositif de contrôle de l'alimentation en huile 30. Cette figure reprend la pompe 22 présentée précédemment, ainsi que l'enceinte d'huile arrière 21 dans laquelle est disposé le palier arrière 19 monté autour de l'arbre 17 d'une turbomachine. Le dispositif de contrôle de l'alimentation en huile 30 tel que représenté comprend un distributeur 31, présentant une entrée 32 et deux sorties 33 et 34, ce distributeur pouvant alterner entre deux positions : - une première position P1 dans laquelle l'entrée 32 est reliée à la première sortie 33 tandis que la seconde sortie 34 est obturée, - une seconde position P2 dans laquelle l'entrée 32 est reliée à la seconde sortie 34, tandis que la première sortie 33 est obturée. Le distributeur 31 est maintenu par défaut dans sa première position P1 10 sous l'effet de moyens de rappel 35, typiquement des moyens de rappel élastiques tels qu'un ressort, auxquels s'opposent un actionneur 36, par exemple un actionneur pneumatique, hydraulique ou électrique tel qu'un vérin permettant de faire basculer le distributeur 31 dans sa seconde position P2. 15 La première sortie 33 du distributeur 31 est reliée directement à l'enceinte d'huile visée, ici l'enceinte d'huile arrière 21, tandis que la seconde sortie 34 du distributeur 31 est reliée à l'enceinte d'huile visée 21 via un réducteur de débit 37 ; typiquement un diaphragme. 20 Ainsi, lorsque le distributeur 31 est dans sa première position P1 , l'enceinte d'huile visée, par exemple l'enceinte d'huile arrière 21 est directement alimentée en huile par la pompe 22, tandis que lorsque le distributeur 31 est dans sa seconde position P2, le débit d'huile 25 alimentant l'enceinte d'huile arrière 21 est réduit du fait du réducteur de débit 37 qui est interposé entre la pompe 22 et l'enceinte d'huile arrière 21. L'actionneur 36 est piloté par un calculateur 38, lequel est typiquement 30 relié à un capteur de pression 39, un capteur de température 40 et un capteur de vitesse 41 de rotation de l'arbre 17 de la turbomachine. 2 9 8 70 7 7 7 Le calculateur 38 pilote l'actionneur 36, et donc le déplacement du distributeur 31 dans sa première ou dans sa seconde position P2 en fonction des informations relevées par les capteurs 39, 40 et 41. Le capteur de pression est par exemple un capteur délivrant une 5 intensité allant de 4mA à 20mA, pour des pressions relatives mesurées allant de 0 à 20bar. On comprend bien que le nombre et les types de capteurs associés au calculateur 38 peuvent varier en fonction des paramètres que l'on souhaite prendre en compte pour le pilotage du distributeur 31. La figure 4 représente schématiquement un exemple de pilotage en fonction du régime de la turbomachine, c'est-à-dire en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre 17 de la turbomachine formant l'axe des abscisses. On représente sur l'axe des ordonnées les deux états possibles du distributeur 31, respectivement la première et la seconde position P2 décrites précédemment, ici repérées par P1 pour la première position Pl, et P2 pour la seconde position P2. Ainsi, dans la première position Pi, la pompe hydraulique 22 alimente directement l'enceinte d'huile, et dans la seconde position P2, le débit fourni par la pompe 22 à l'enceinte d'huile est réduit du fait du passage par un réducteur de débit 37. Lors d'une montée en régime, le distributeur 31 est par défaut dans sa première position Pl. Lorsque le régime dépasse une valeur seuil minimale Rmin pendant au moins une première temporisation Ti, le distributeur 31 bascule dans sa position P2. La première temporisation T1 assure un délai de stabilisation du régime, afin que le distributeur 31 ne passe pas de la première position P1 à la seconde position P2 par exemple en cas de pics ponctuels de vitesse. Le régime de la turbomachine doit donc être supérieure à la valeur seuil Rmin pendant une durée au moins égale à la première temporisation T1 afin que le basculement de position se produise. Suite à ce basculement de la première à la seconde position P2 du distributeur 31, en poursuivant la montée en régime, la turbomachine atteint une valeur seuil maximale Rmax, à partir de laquelle le distributeur 31 bascule de sa seconde vers sa première position Pl. Lors d'une baisse de régime, en considérant un régime initial ayant une valeur supérieure à Rmax, le distributeur 31 est initialement dans sa première position Pl. Lorsque le régime de la turbomachine diminue et atteint la valeur seuil maximale Rmax, le distributeur bascule de la première à sa seconde position P2, suite à l'écoulement d'une seconde temporisation T2 durant laquelle le régime est inférieur à la valeur seuil maximale Rmax. Comme lors de la montée en régime, la seconde temporisation T2 permet de s'assurer que le basculement du distributeur 31 n'est réalisé 1 5 qu'en cas de situation stable en dessous de la valeur Rmax, et non pas sur une baisse ponctuelle de régime. Suite à ce basculement en seconde position P2, la baisse de régime se poursuit, jusqu'à atteindre la valeur seuil minimale Rmin. Lorsque le régime est inférieur à cette valeur Rmin, le distributeur 31 bascule à 20 nouveau dans sa première position Pl. Les valeurs de la première et de la seconde temporisation Ti et T2 peuvent être identiques ou distinctes. 25 L'exemple de pilotage représenté sur la figure 4 permet donc d'assurer une alimentation en huile réduite pour l'enceinte visée ; typiquement l'enceinte d'huile arrière 21, que ce soit lors de la montée ou de la baisse de régime. En cas de montées et de baisses de régime répétées, les temporisations 30 Ti et T2 permettent d'éviter des commutations multiples pour des durées faibles. Les valeurs seuil sont par exemple les suivantes : - Rmin : 3500 tours/minute, - Rmax : 5000 tours/minute, avec les temporisations T1 et T2 qui sont typiquement identiques et égales à 5 secondes. L'exemple de pilotage présenté sur la figure 4 est basé sur une mesure du régime de la turbomachine uniquement. On comprend bien que cet exemple peut être adapté de manière similaire à un pilotage en fonction de la température et/ou de la pression, en complément ou en lieu du régime de la turbomachine. Le pilotage en fonction du régime présenté sur la figure 4 peut par exemple être couplé avec une mesure de la pression dans l'enceinte d'huile arrière 21, adapté pour modifier le contrôle de l'alimentation en 1 5 huile en cas de pression d'huile trop basse dans cette enceinte d'huile arrière. Par exemple, une pré-alarme peut être prévue pour une pression relative d'huile de l'ordre de 0,3 bar, et une alarme peut être déclenchée pour une pression relative d'huile de l'ordre de 0,2 bar dans l'enceinte 20 d'huile arrière. Dans le cas où la pression relative dans l'enceinte d'huile considérée (par exemple l'enceinte d'huile arrière 21) atteint une valeur seuil, par exemple 0,2 bar, le distributeur 31 est alors automatiquement ramené dans sa première position P1, de manière à ré-augmenter la pression dans cette enceinte d'huile. De manière similaire aux 25 temporisations T1 et T2 présentées précédemment, ce basculement en cas de pression inférieure à une valeur seuil de pression peut être conditionné au fait que la pression mesurée demeure inférieure à la valeur seuil de pression pendant une durée prédéfinie ; typiquement égale à 2 secondes. 30 Dans le cas de l'alarme et/ou de la pré-alarme, des indicateurs peuvent alerter l'utilisateur, par exemple des indicateurs visuels ou sonores. Le dispositif peut présenter des caractéristiques similaires avec des valeurs seuils de température adaptées, de la même manière que pour la pression et le régime. Le dispositif peut être adapté sur de nombreux types de turbomachines, par simple modification de l'alimentation en huile d'une enceinte d'huile de palier supportant l'arbre, et en particulier de l'enceinte d'huile arrière. Un calibrage du dispositif suite à son implantation sur une turbomachine donnée, par exemple en simulant des conditions reproduisant des régimes de l'ordre de 1000 tours/minute et 10000 tours/minute. Le dispositif peut être présenté sous forme d'un prêt-à-monter (ou « kit ») transportable, pouvant être monté sur une turbomachine existante. Un tel prêt-à-monter comprend ainsi d'une part le distributeur, les capteurs et les conduits d'entrée et de sortie, et d'autre part les moyens de pilotage comprenant l'actionneur, le calculateur, ainsi que par exemple des moyens d'affichage. Le dispositif et le procédé présentés permettent ainsi de limiter la pression dans une enceinte d'huile, et en particulier dans l'enceinte d'huile arrière d'un palier d'arbre de turbomachine, afin d'éviter les fuites qui pourraient survenir lorsque la turbomachine n'est pas en régime établi en cas de pression trop élevée dans les enceintes d'huiles de paliers d'un arbre de turbomachine, et en particulier dans l'enceinte d'huile arrière. le dispositif et le procédé présentés sont ainsi avantageux en termes de quantité d'huile nécessaire pour le fonctionnement de la turbomachine 30 et en termes de durée nécessaire pour des opérations de maintenance. A titre d'exemple, en considérant un essai d'endurance d'une durée d'environ 5 heures , cette durée peut aller jusqu'à 10 heures pour certains essais, pour une turbomachine de type CFM56, le dispositif et le procédé présentés permettent de réaliser une économie de l'ordre de 600 litres d'huile, en plus d'économiser le temps nécessaire au démontage, nettoyage et remontage de la turbomachine, ce qui peut conduite à son immobilisation pendant plusieurs jours. REVENDICATIONS1. Dispositif de contrôle de d'alimentation en huile d'un circuit d'une turbomachine comprenant une arrivée d'huile et un distributeur (31) adaptée pour relier de manière sélective l'arrivée d'huile à une sortie d'huile, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un réducteur de débit (37), le dispositif comprenant en outre un capteur de pression (39) adapté pour mesurer la pression de l'huile à la sortie d'huile, et des moyens de pilotage (38) du distributeur (31) en fonction de la pression d'huile mesurée par le capteur de pression (39). 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre un support de fixation adapté pour être fixé sur une turbomachine, l'arrivée d'huile étant adaptée pour être reliée à une alimentation en huile, et la sortie d'huile est adaptée pour être reliée à une enceinte d'huile arrière (21) de turbomachine. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit réducteur de pression (37) comprend un diaphragme définissant une portion de section réduite. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant en outre un capteur de vitesse (41) adapté pour mesurer la vitesse de rotation d'un arbre de turbomachine auquel ledit dispositif est associé, lesdits moyens de pilotage (38) reliant de manière sélective l'arrivée d'huile à une sortie d'huile en fonction de ladite vitesse de rotation mesurée et de ladite pression mesurée. 5. Prêt-à-monter transportable adapté pour être associé à une turbomachine afin d'en contrôler l'alimentation en huile, ledit prêt-à-monter comprenant une arrivée d'huile et un distributeur (31) adaptée pour relier de manière sélective l'arrivée d'huile à une sortie d'huile, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un réducteur de débit (37), le prêt-à-monter comprenant en outre un capteur de pression (39) adapté pour mesurer la pression de l'huile à la sortie d'huile, et des moyens de pilotage (38) du distributeur (31) en fonction de la pression d'huile mesurée par le capteur de pression (39). 6. Turbomachine comprenant un arbre (17) monté tournant sur un palier avant (18) et un palier arrière (19), disposés respectivement en amont et en aval par rapport au sens d'écoulement de l'air dans la turbomachine (1), lesdits paliers étant disposés respectivement dans une enceinte d'huile avant (20) et arrière (21) reliées à une arrivée d'huile, ladite turbomachine étant caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dont la sortie d'huile est reliée à ladite enceinte d'huile arrière (21), de manière à relier de manière sélective l'arrivée d'huile à l'enceinte d'huile arrière (21). 7. Procédé de contrôle de d'alimentation en huile d'un circuit d'une turbomachine au moyen d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel on alimente de manière sélective en huile une enceinte d'huile de palier de turbomachine, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un réducteur de débit, en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de la turbomachine et de la pression d'huile dans ladite enceinte d'huile. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ladite enceinte d'huile est alimentée par l'intermédiaire d'un réducteur de débit lorsque la vitesse de rotation de l'arbre est supérieure ou égale à une valeur seuil minimale et inférieure ou égale à une valeur seuil maximale. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'alimentation de l'enceinte d'huile par l'intermédiaire du réducteur de débit est réalisée si la vitesse de rotation de l'arbre reste comprise entre lesdites valeurs seuil minimale et maximale pendant au moins une durée donnée. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel l'alimentation en huile de l'enceinte d'huile arrière est réalisée directement lorsque la pression dans l'enceinte d'huile arrière est inférieure ou égale à une valeur seuil de pression. 10