Brevet FR3034401A1 — publié le 20161007

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines aéronautiques. L'invention concerne plus particulièrement un système de 5 dégivrage d'un cône d'entrée d'une turbomachine aéronautique à soufflante carénée. Lors de certaines phases de vol, et en particulier en haute altitude où les températures sont basses, la formation de blocs de glace de taille importante sur certaines parties de la turbomachine est 10 fréquente, notamment sur le cône d'entrée. La figure 1 montre une coupe simplifiée d'une turbomachine aéronautique à soufflante carénée centrée sur un axe longitudinal X-X, et illustre les risques liés à la formation d'un bloc de glace 2 sur un cône d'entrée 1. Sur cette figure on peut voir que des morceaux de glace se 15 détachant du bloc de glace 2 peuvent engendrer des impacts sur des équipements plus en aval tels qu'une aube de soufflante 3, une aube directrice de flux 4 (appelée aussi « OGV » pour « Outlet Guide Vane ») de la veine secondaire 5, des aubes d'un compresseur 6 de la veine primaire 7, des panneaux acoustiques situés sur le carénage de la 20 soufflante 8, et peuvent même être ingérés dans la veine primaire 7 et atteindre la chambre de combustion 9 avec le risque d'extinction de la combustion que cela comporte. Les pièces qui aujourd'hui sont rnajoritairement réalisées en matériau composite pour des raisons de performances et de poids, comme 25 les aubes de soufflante, les aubes directrices de flux ou les aubes d'un compresseur, sont par ailleurs plus sensibles à de tels impacts que des pièces métalliques. Les conséquences du détachement d'un bloc de glace formé sur le cône d'entrée peuvent donc s'avérer couteuses en termes de 30 maintenance et de remplacement de pièces endommagées, et peuvent aussi altérer les performances et la fiabilité de la turbomachine qui pourrait s'éteindre en cas d'ingestion d'un bloc de grande taille. Il est donc souhaitable de disposer d'un système de dégivrage qui permette d'empêcher la formation de blocs de glace au niveau du cône 35 d'entrée, ou a minima, d'en réduire la taille. 3034401 2 On connaît du document EP 1 840 028 un système de dégivrage d'un cône d'entrée de turbomachine pour aéronef dans lequel de l'air chaud prélevé dans une enceinte-palier de la turbomachine est amené vers le cône d'entrée afin de le réchauffer. Le dispositif décrit dans ce document prévoit notamment l'évacuation de l'air chaud délivré au cône d'entrée dans les veines primaire et secondaire de la turbomachine par des ouvertures situées au niveau du cône d'entrée. Cependant, une telle solution peut présenter certains inconvénients. Dans le cas notamment où les aubes de soufflante sont réalisées en matériau composite, l'air chaud issu du système de dégivrage (qui fonctionne dès lors que la turbomachine est allumée) réchauffe le pied des aubes et créé un gradient de température entre le pied et la tête des aubes, ce qui peut altérer leur tenue mécanique. En outre, l'air chaud issu du système de dégivrage peut être ingéré par la veine primaire, ce qui peut dégrader les performances globales de la turbomachine. Enfin, des gouttelettes d'huile en provenance d'une enceinte-palier de lubrification peuvent être présentes dans cet air chaud évacué. Si ces gouttelettes sont ensuite ingérées dans la veine primaire de la turbomachine, elles peuvent entraîner des risques de corrosion/oxydation des pièces métalliques présentes dans la veine primaire et une dégradation des performances globales de la turbomachine. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un système de dégivrage d'un cône d'entrée de turbomachine aéronautique comportant un fourreau placé à l'intérieur d'un espace intérieur délimité à l'amont par le cône d'entrée, ledit fourreau comprenant un premier conduit ayant au moins un orifice d'admission d'air chaud, ledit premier conduit étant configuré pour acheminer de l'air chaud issu d'une enceinte-palier de la turbomachine vers une paroi du cône d'entrée afin de réchauffer celui-ci par l'intérieur. Conformément à l'invention, le fourreau comporte en outre un deuxième conduit ayant au moins une sortie située en aval de l'orifice d'admission du premier conduit, ledit deuxième conduit étant configuré pour évacuer l'air issu du premier conduit vers l'aval de la turbomachine. 3034401 3 De la sorte, on dispose d'un système de dégivrage qui permet de récupérer l'air chaud qui s'est chargé de la chaleur générée par les paliers à roulements (par exemple à billes ou à rouleaux) et éventuellement un réducteur présents dans une enceinte-palier de 5 lubrification, et de l'acheminer par le premier conduit vers l'intérieur de la paroi du cône d'entrée afin de le réchauffer. Cet acheminement est rendu en partie possible grâce à la pression qui règne déjà autour de l'enceinte-palier pour confiner l'huile dans l'enceinte. Le système de dégivrage selon l'invention ne nécessite donc pas de dispositif supplémentaire pour 10 pressuriser l'air et n'altère donc pas les performances de la turbomachine. En outre, le système de dégivrage est actif dès lors que la turbomachine est en fonctionnement, aucun contrôle supplémentaire n'étant notamment nécessaire. Le fourreau du système de dégivrage selon l'invention comprend 15 en outre un deuxième conduit dont la sortie est plus en aval (par rapport au sens d'écoulement des flux gazeux dans la turbomachine) que l'orifice d'admission du premier conduit. Le fourreau étant situé dans un espace intérieur délimité par le cône d'entrée d'une part, et par l'arbre d'entraînement de la soufflante d'autre part, ce deuxième conduit permet 20 d'évacuer l'air qui s'est refroidi au niveau du cône d'entrée vers l'aval de la turbomachine. L'air ainsi refroidi est évacué en circulant par exemple dans un arbre de rotor basse pression, et peut être utilisé de nouveau pour remplir d'autres fonctions, notamment pour pressuriser une autre enceinte-palier, ou encore pour refroidir des parties de la turbomachine 25 plus en aval comme un disque de turbine. Selon un mode de réalisation de l'invention, le fourreau comprend : un tube interne centré sur un axe longitudinal de la turbomachine ; et 30 un tube externe disposé autour du tube interne en lui étant coaxial, le premier conduit étant délimité radialernent entre le tube interne et le tube externe et fermé à une extrémité aval par un flasque annulaire s'étendant radialement entre le tube interne et le tube externe, le deuxième conduit étant défini par l'intérieur du tube interne. 35 De façon avantageuse, le système de dégivrage comprend en outre au moins un système de déshuilage entre l'enceinte-palier et le 3034401 4 premier conduit. Ainsi, il est possible combiner une fonction de déshuilage conventionnelle avec une fonction de dégivrage du cône d'entrée. De préférence, le système de déshuilage comprend au moins une cheminée montée de manière étanche à une extrémité sur le tube 5 externe en regard d'un orifice d'admission du premier conduit pour déboucher dans celui-ci, ladite cheminée étant destinée à déboucher à une autre extrémité dans l'enceinte-palier. De préférence, le tube interne et le tube externe ont chacun une section transversale circulaire dont le diamètre est croissant de 10 l'amont vers l'aval. Grâce à une telle disposition, les gouttelettes d'huile qui pourraient être encore présentes dans l'air circulant dans les conduits sont, grâce à la force centrifuge, condensées sur les parois des tubes et amenées vers l'aval de sorte que l'huile ainsi récupérée puisse retourner 15 dans une enceinte-palier. On évite ainsi des pertes d'huile et les rejets d'huile à l'extérieur de la turbomachine. Le tube externe peut être fixé de manière étanche au cône d'entrée par une bride située à une extrémité amont dudit tube externe. L'invention vise aussi un module de soufflante de turbomachine 20 comportant un système de dégivrage tel que celui décrit précédemment. Par module de soufflante on entend le module de la turbomachine qui comprend, de façon connue en soi, la soufflante, le compresseur basse pression (parfois appelé « booster »), l'arbre d'entraînement de la soufflante, et le carter de soufflante. 25 De préférence, le module de soufflante comporte en outre un arbre d'entrainement de la soufflante délimitant à l'aval l'espace intérieur, le système de dégivrage comportant en outre une collerette d'étanchéité assurant un maintien étanche du fourreau au sein de l'arbre d'entrainement de la soufflante. Une telle collerette a notamment pour 30 fonction d'assurer que le fourreau soit maintenu en position au sein de l'arbre d'entraînement de la soufflante. En outre, la liaison étanche permet d'éviter que de l'air contenant des traces d'huile ne s'échappe des conduits de dégivrage et d'évacuation d'air, et assure aussi l'amortissement des vibrations pouvant être générées par la rotation du fourreau. 35 L'invention vise également un procédé de dégivrage d'un cône d'entrée de turbomachine aéronautique comprenant l'acheminement par 3034401 5 un premier conduit d'air chaud prélevé à l'intérieur d'une enceinte-palier vers une paroi du cône d'entrée de la turbomachine afin de réchauffer ledit cône d'entrée par l'intérieur. Conformément à l'invention, le procédé comporte en outre l'évacuation par un deuxième conduit de l'air issu du 5 premier conduit depuis la paroi du cône d'entrée vers l'aval de la turbomachine, l'air étant évacué de l'amont vers l'aval en circulant à l'intérieur d'au moins un arbre de rotor de la turbomachine. De préférence, le procédé comprend en outre le déshuilage de l'air chaud prélevé à l'intérieur de l'enceinte-palier. 10 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 un exemple de réalisation dépourvu de tout 15 caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 déjà décrite est une vue schématique en coupe d'une partie amont d'une turbomachine illustrant les dégâts pouvant être occasionnés par la formation de glace sur le cône d'entrée, - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une partie 20 amont d'une turbomachine comprenant un système de dégivrage selon l'invention, et - la figure 3 est une vue en perspective d'un fourreau selon un mode de réalisation de l'invention. 25 Description détaillée de l'invention En référence à la figure 2, une partie amont d'une turbomachine aéronautique à soufflante carénée à laquelle s'applique l'invention a été représentée schématiquement en coupe transversale. Dans le présent exposé, l'amont et l'aval sont définis selon la 30 direction générale d'écoulement de l'air à travers la turbomachine. De façon connue en soi, la turbomachine illustrée sur cette figure comprend : une soufflante 3 qui est entourée par une nacelle 8 formant notamment carénage de la soufflante et qui est entraînée en rotation par un arbre d'entraînement 12 pouvant être monté sur un 35 réducteur 14 (par exemple un réducteur à train épicycloïdal), lui-même connecté à un arbre de rotor basse pression 16 de la turbomachine. Les 3034401 6 arbres 12, 16 sont concentriques et centrés sur l'axe longitudinal X-X de la turbomachine. En outre, la turbomachine comprend un cône d'entrée 1 qui a notamment pour fonction de dévier le flux d'air entrant dans la 5 turbomachine vers les aubes de la soufflante 3. Ce flux d'air est ensuite divisé en deux : un flux primaire (ou flux chaud) destiné à circuler dans la veine primaire 7, et un flux secondaire (ou flux froid) destiné à circuler dans la veine secondaire 5. De façon connue en soi, la veine primaire 7 comprend au niveau de son entrée un compresseur basse pression 6 10 (aussi appelé « booster ») et la veine secondaire 5 comprend notamment des aubes directrices de flux 4 (« OGV »). Des paliers à roulement 18, 20 (par exemple à billes ou à rouleaux) sont prévus pour supporter en rotation les différentes parties mobiles de la turbomachine. Ces paliers à roulements, ainsi que le 15 réducteur 14, doivent être en permanence lubrifiés. Cette lubrification est effectuée avec un liquide de lubrification (par exemple de l'huile) qui est injecté dans des enceintes-paliers 22 pressurisées. Les enceintes-paliers 22 sont délimitées à leurs extrémités notamment par des joints d'étanchéité (non représentés). Ces joints séparent les enceintes-paliers 20 de parties pressurisées de la turbomachine (l'air pressurisé étant prélevé le plus souvent dans la veine primaire, par exemple au niveau d'un compresseur haute pression). L'air pressurisé présent à l'extérieur de ces joints d'étanchéité assure ainsi le confinement les gouttelettes d'huile à l'intérieur de ces enceintes-paliers. 25 Conformément à l'invention, il est prévu un système de dégivrage 10 pour empêcher la formation de blocs de glace au niveau du cône d'entrée 1 (ou au moins pour en réduire la taille). Ce système de dégivrage comprend un fourreau 30 solidaire en rotation de l'arbre d'entraînement de la soufflante 12 dont un exemple de réalisation est 30 illustré sur les figures 2 et 3. Le fourreau 30 est disposé à l'intérieur d'un espace intérieur de la turbomachine délimité à l'amont par le cône d'entrée 1 et à l'aval par l'arbre d'entraînement de la soufflante 12. Dans cet exemple de réalisation, le fourreau 30 comprend un 35 tube interne 32 et un tube externe 34 centrés sur l'axe X-X de la 3034401 7 turbomachine. Le tube externe 34 est disposé autour du tube interne 32 en lui étant coaxial. Le fourreau 30 comprend aussi à l'aval un flasque annulaire 36 qui s'étend sensiblement radialement entre les extrémités aval des tubes 5 interne 32 et externe 34. Dans l'exemple représenté, les extrémités aval des tubes 32, 34 sont situées dans le même plan transversal mais d'autres configurations sont possibles si le tube externe a une longueur différente de celle du tube interne. Avec cette disposition, un premier conduit 38 au sens de 10 l'invention est délimité radialement entre le tube interne 32 et le tube externe 34, et un deuxième conduit 40 est défini au moins en partie par l'intérieur du tube interne 32. De la sorte, le flasque annulaire 36 obstrue le premier conduit à son extrémité aval. Le premier conduit 38 comprend à l'aval des orifices d'admission 15 42 permettant à de l'air chauffé par les paliers à roulements 18, 20 et le réducteur 14 présents dans l'enceinte-palier 22 d'entrer dans le premier conduit. Les flèches de la figure 2 à l'intérieur des premier 38 et deuxième 40 conduits indiquent de façon schématique le trajet parcouru 20 par l'air dans le système de dégivrage 10 depuis l'enceinte-palier 22 jusqu'à l'intérieur de l'arbre de rotor basse pression 16. L'admission d'air à l'intérieur du premier conduit 38 se fait par un système de déshuilage constitué par exemple par des cheminées 44 débouchant à l'intérieur de l'enceinte-palier 22 à une extrémité, et 25 s'ouvrant en regard des orifices d'admission 42 du premier conduit 38 à une autre extrémité. Le principe de ce système de déshuilage est connu et ne sera pas décrit plus en détails ici, un tel système étant décrit par exemple dans le document EP 1 662 095. L'air chaud chemine ensuite dans le premier conduit 38 de l'aval 30 vers l'amont pour venir impacter au niveau de sa sortie le cône d'entrée 1. Un échange de chaleur entre cet air chaud et la paroi intérieure du cône d'entrée 1 permet de réchauffer ce dernier et d'éviter la formation de glace (ou d'en diminuer la taille). Le deuxième conduit 40 est en communication avec le premier 35 conduit et a son entrée au niveau de la sortie du premier conduit 38. Ce deuxième conduit 30 est ici centré sur l'axe X-X de la turbomachine, et sa 3034401 8 sortie est située plus en aval que les orifices d'admission d'air 42 du premier conduit 38. L'air issu du premier conduit 38 qui a réchauffé le cône d'entrée 1 emprunte le deuxième conduit 40 en cheminant de l'amont vers 5 l'aval puis est évacué vers l'aval de la turbomachine en circulant à l'intérieur de celle-ci, et notamment à l'intérieur de l'arbre de rotor basse pression 16. De la sorte, l'air qui s'est refroidi au niveau du cône d'entrée peut être utilisé pour refroidir des parties plus en aval (non représentées) telles qu'un disque de turbine ou une autre enceinte-palier. 10 Le fourreau 30 est maintenu radialement à l'aval par les cheminées 44 qui viennent en appui étanche sur le tube externe 34 au niveau des orifices d'admission d'air 42 du premier conduit 38 (ces orifices d'admission étant formés sur une surface annulaire à l'extrémité aval du tube externe 34). L'appui étanche pourra être réalisé par exemple à l'aide 15 de joints toriques. A son extrémité amont, le fourreau 30 comprend une bride 46 qui permet de fixer le fourreau sur le cône d'entrée 1 de façon étanche. Bien entendu, d'autres moyens de fixations pourront être envisagés. En outre, une collerette d'étanchéité 48 est présente sur la 20 surface externe du tube externe 34 au niveau d'une zone intermédiaire entre la bride 46 et les orifices d'admission 42. Cette collerette est en appui étanche avec l'arbre d'entraînement de la soufflante 12 afin de maintenir radialement le fourreau en position dans l'arbre, de reprendre les éventuelles sollicitations en fonctionnement et d'éviter que de l'huile ne 25 sorte du système de dégivrage. L'appui étanche entre l'arbre d'entraînement et la collerette pourra être effectué de la même manière que précédemment grâce à des joints toriques. Dans l'exemple illustré, les tubes 32, 34 ne sont pas cylindriques mais ont plutôt une section transversale circulaire dont le diamètre croît 30 de l'amont vers l'aval. En d'autres termes, les tubes ont une forme de tronc de cône ayant leur sommet dirigé vers l'amont de la turbomachine. Cette disposition avantageuse permet, dans le cas où l'air entrant dans les conduits 38, 40 n'est pas complètement déshuilé, de récupérer l'huile qui se sera condensée sur les parois des tubes et de 35 l'acheminer vers une enceinte-palier grâce à la force centrifuge. En outre, cette forme tronconique permet d'éviter que de l'huile stagne dans les 3034401 9 conduits 38, 40 et ne créée un balourd indésirable (le fourreau 30 est entraîné en rotation par l'arbre d'entraînement de la soufflante 12). La figure 3 est une vue en perspective du fourreau 30. On peut voir notamment sur cette figure que les orifices d'admission 42 sont ici 5 constitués par des perçages pratiqués dans le tube externe 34 au niveau d'une surface annulaire située à l'extrémité aval du tube externe. L'invention ne se limite pas seulement aux turbomachines qui comprennent un réducteur 14, mais la présence de ce dernier améliore l'efficacité du système de dégivrage puisqu'il permet d'augmenter encore 10 la température de l'air présent dans l'enceinte-palier grâce aux frottements supplémentaires qu'il génère. Il est noté que le module de soufflante de la turbomachine équipée d'un système de dégivrage 10 tel que celui représenté sur les figures est objet de la présente invention. Par module de soufflante on 15 entend le module de la turbomachine qui comprend, de façon connue en soi, la soufflante 3, le compresseur basse pression 6 (parfois appelé « booster »), le carter de soufflante 8 et l'arbre d'entraînement de la soufflante 12. REVENDICATIONS1. Système de dégivrage (10) d'un cône d'entrée (1) de turbomachine aéronautique comportant un fourreau (30) placé à l'intérieur d'un espace intérieur délimité à l'amont par le cône d'entrée, ledit fourreau comprenant un premier conduit (38) ayant au moins un orifice d'admission d'air chaud (42), ledit premier conduit étant configuré pour acheminer de l'air chaud issu d'une enceinte-palier (22) de la turbomachine vers une paroi du cône d'entrée afin de réchauffer celui-ci par l'intérieur, caractérisé 10 en ce que le fourreau comporte en outre un deuxième conduit (40) ayant au moins une sortie située en aval de l'orifice d'admission du premier conduit, ledit deuxième conduit étant configuré pour évacuer l'air issu du premier conduit vers l'aval de la turbomachine. 15 2. Système de dégivrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fourreau comprend : un tube interne (32) centré sur un axe longitudinal (X-X) de la turbomachine ; et un tube externe (34) disposé autour du tube interne en lui étant 20 coaxial, le premier conduit (38) étant délimité radialement entre le tube interne et le tube externe et fermé à une extrémité aval par un flasque annulaire (36) s'étendant radialement entre le tube interne et le tube externe, le deuxième conduit (40) étant défini par l'intérieur du tube interne. 25 3. Système de dégivrage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un système de déshuilage entre l'enceinte-palier (22) et le premier conduit (38). 30 4. Système de dégivrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système de déshuilage comprend au moins une cheminée (44) montée de manière étanche à une extrémité sur le tube externe (34) en regard d'un orifice d'admission (42) du premier conduit (38) pour 35 déboucher dans celui-ci, ladite cheminée étant destinée à déboucher à une autre extrémité dans l'enceinte-palier (22). 3034401 11 5. Système de dégivrage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le tube interne (32) et le tube externe (34) ont chacun une section transversale circulaire dont le 5 diamètre est croissant de l'amont vers l'aval. 6. Système de dégivrage selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce le tube externe (34) est fixé de manière étanche au cône d'entrée par une bride (46) située à une 10 extrémité amont dudit tube externe. 7. Module de soufflante de turbomachine comportant un système de dégivrage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 15 8. Module de soufflante de turbomachine selon la revendication 7 comportant en outre un arbre d'entrainement de la soufflante (12) délimitant à l'aval l'espace intérieur, le système de dégivrage comportant en outre une collerette d'étanchéité (48) assurant 20 un maintien étanche du fourreau (30) au sein de l'arbre d'entrainement de la soufflante (12). 9. Procédé de dégivrage d'un cône d'entrée (1) de turbomachine aéronautique comprenant l'acheminement par un premier conduit (38) 25 d'air chaud prélevé à l'intérieur d'une enceinte-palier (22) vers une paroi du cône d'entrée de la turbomachine afin de réchauffer ledit cône d'entrée par l'intérieur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'évacuation par un deuxième conduit (40) de l'air issu du premier conduit depuis la paroi du cône d'entrée vers l'aval de la turbomachine, l'air étant évacué de 30 l'amont vers l'aval en circulant à l'intérieur d'au moins un arbre de rotor de la turbomachine (12, 16). 10. Procédé de dégivrage selon la revendication 9, comprenant en outre le déshuilage de l'air chaud prélevé à l'intérieur de l'enceinte- 35 palier.