Brevet FR3042554A1 — publié le 20170421

CHEMISE COMPRENANT UN CONDUIT DE REFROIDISSEMENT POUR VERIN DE TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine technique général des turbomachines pour aéronef. Plus précisément, l'invention concerne un ensemble destiné à fournir une puissance mécanique à des équipements de turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La figure 1 représente un ensemble hydraulique 1 pour turbomachine, configuré pour fournir une puissance mécanique à des équipements de turbomachine. Un tel ensemble est par exemple connu de la demande de brevet FR 2 957 999 de la société Snecma. L'ensemble 1 comprend un piston 2 coulissant dans un corps creux 3. Le piston 2 comprend une première face 21 et une deuxième face 22 opposée à la première face 21. Le piston 2 est traversé par un canal 23 qui débouche sur la première face 21 d'une part et sur la deuxième face 22 d'autre part. Le canal 23 comporte un restricteur d'écoulement 24, permettant la circulation d'un débit de fuite à travers le piston 2. Ce restricteur 24 prend par exemple la forme de coudes du canal 23. Le restricteur 24 limite la diminution des performances mécaniques de l'ensemble, issue de l'écoulement du débit de fuite dans le canal 23. Le débit de fuite est utile pour refroidir l'ensemble 1, notamment en cas d'incendie dans la turbomachine. Les performances mécaniques du piston 2 sont néanmoins dégradées par la présence du débit de fuite dans le canal 23. Il existe donc un besoin de refroidir un ensemble pour turbomachine, configuré pour fournir une puissance mécanique, tout en augmentant les performances mécaniques de l'ensemble et/ou en diminuant le diamètre du piston. 3042554 2 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes rencontrés dans les solutions de l'art antérieur. A cet égard, l'invention a pour objet un ensemble pour turbomachine, 5 comprenant un piston et un corps creux dans lequel le piston est configuré pour coulisser. L'intérieur du corps creux comprend une première chambre et une deuxième chambre séparée de la première chambre par le piston. Le corps creux comprend une paroi latérale entourant au moins partiellement la première chambre et la deuxième chambre. 10 Selon l'invention, l'intérieur du corps creux comprend en outre une chemise, située entre la paroi latérale et le piston, comprenant au moins un conduit de refroidissement reliant fluidiquement la première chambre et la deuxième chambre. Le conduit qui traversait le piston est déporté au niveau de la chemise. Le conduit permet de réduire le diamètre du piston à performances mécaniques équivalentes 15 de l'ensemble, tout en permettant un refroidissement de l'ensemble par la circulation d'un débit de fuite dans le conduit. Il est au moins aussi aisé de réaliser le conduit de refroidissement dans la chemise que dans le piston. Il est généralement plus facile et moins onéreux de ménager le conduit de refroidissement dans la chemise plutôt que dans la paroi latérale du corps 20 creux. L'ensemble peut éventuellement comprendre un conduit de refroidissement dans le corps creux, en plus du conduit de refroidissement de la chemise. L'invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non. 25 Avantageusement, la chemise est constituée en matériau métallique, de préférence dans le même matériau que le corps creux. La surface de la chemise destinée à être en contact avec le piston peut être traitée ou comporter un revêtement, afin de diminuer les frottements et l'usure qui en résulte. 3042554 3 Selon une particularité de réalisation, la chemise est amovible relativement à l'ensemble. La chemise peut être changée facilement en cas d'usure excessive. En particulier, le changement de la chemise permet de limiter l'usinage ultérieur ou le remplacement du corps creux. 5 Selon une forme de réalisation avantageuse, la chemise s'étend le long de la paroi latérale au moins sur toute la longueur de course maximale du piston. De préférence, le conduit de refroidissement prend la forme d'un canal ouvert seulement sur la paroi latérale sur sensiblement la majorité de la longueur du canal, de préférence sur au moins trois quarts de la longueur du canal. 10 Cette configuration permet de maitriser plus facilement le débit de fuite s'écoulant de la deuxième chambre vers la première chambre. Selon une autre forme de réalisation avantageuse, le conduit de refroidissement est de section sensiblement constante. Selon une forme de réalisation avantageuse, la première chambre et la 15 deuxième chambre sont configurées pour contenir un liquide susceptible de se dégrader au-delà de 100°C, tel que de l'huile ou du carburant. La circulation d'un débit de fuite à haute température limite la stagnation du fluide et la dégradation du fluide qui en découle. L'huile et le carburant étant inflammables, il est également important de 20 préserver l'étanchéité de l'ensemble en cas d'incendie. La circulation du débit de fuite permet de refroidir l'ensemble et de le maintenir étanche, notamment au niveau des joints d'étanchéité de l'ensemble. Avantageusement, l'ensemble comprend un premier orifice en fluide débouchant dans la première chambre, et un deuxième orifice débouchant dans la 25 deuxième chambre. Le premier orifice est configuré pour alimenter la première chambre en fluide. Le deuxième orifice est configuré pour alimenter la deuxième chambre en fluide. Le conduit de refroidissement est de préférence situé dans la paroi latérale, de façon diamétralement opposée au premier orifice et au deuxième orifice. La portion de paroi latérale opposée au premier orifice et au deuxième orifice est susceptible d'être soumise à des températures particulièrement élevées en cas 3042554 4 d'incendie dans la turbomachine. La localisation du conduit à cet endroit permet de refroidir efficacement le corps creux. Le conduit de refroidissement présente de préférence une forme sensiblement hélicoïdale. Une forme hélicoïdale favorise notamment un refroidissement 5 plus homogène d'un corps creux cylindrique. L'invention porte également sur une turbomachine comprenant un ensemble tel que défini ci-dessus. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la 10 description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique partielle d'un ensemble hydraulique pour turbomachine, selon un mode de réalisation connu de l'état de la technique, destiné à fournir une puissance mécanique à des équipements de 15 turbomachine ; la figure 2 est une représentation schématique partielle d'un ensemble hydraulique pour turbomachine, selon un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel le piston est en position « tige sortie » ; - la figure 3 est une représentation schématique partielle de 20 l'ensemble de la figure 2, dans lequel le piston est en position « tige rentrée » ; la figure 4 est une représentation schématique partielle d'un ensemble hydraulique pour turbomachine, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel le piston est en position tige sortie ; - la figure 5 représente schématiquement le conduit de 25 refroidissement reliant fluidiquement la première chambre et la deuxième chambre dans la chemise de l'ensemble du deuxième mode de réalisation. 3042554 5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. 5 Les figures 2 à 5 représentent un ensemble 1 pour turbomachine, configuré pour fournir une puissance mécanique à des équipements (non représentés) de turbomachine. L'ensemble 1 est un actionneur mécanique pour turbomachine, tel qu'un vérin hydraulique de turbomachine associé à une servovalve, une vanne de décharge ajustable de compresseur, une vanne de décharge transitoire de compresseur, ou une 10 vanne réglable de débit d'air pour régler un jeu au sommet d'une aube de rotor de turbine. L'ensemble 1 comprend un piston 2 et un corps creux 3 dans lequel le piston 2 est configuré pour coulisser. Le fluide circulant dans l'ensemble 1 et mis sous pression par le piston 2 est de l'huile ou du carburant. Le piston 2 est fixé à une tige 9. Le piston 2 et la tige 9 forment une seule 15 pièce qui est montée coulissante dans le corps creux 3. Le piston 2 et la tige 9 sont sensiblement symétriques de révolution. Le corps creux 3 est notamment constitué d'une paroi latérale unique 34 qui est sensiblement cylindrique autour de l'axe du piston 2. L'intérieur du corps creux 3 comprend une première chambre 31 20 délimitée par un fond 33, et une deuxième chambre 32 séparée de la première chambre 31 par le piston 2. La première chambre 31 et la deuxième chambre 32 sont entourées complètement par la paroi latérale 34, à l'exception d'un premier orifice 10 et d'un deuxième orifice 12 ménagés dans la paroi latérale 34. 25 Le premier orifice 10 débouche dans la première chambre 31. La première chambre 31 est susceptible d'être alimentée en fluide par le premier orifice 10 ou d'évacuer du fluide par le premier orifice 10. 3042554 6 Le deuxième orifice 12 débouche dans la deuxième chambre 32. La deuxième chambre 32 est susceptible d'être alimentée en fluide par le deuxième orifice ou d'évacuer du fluide par le deuxième orifice 12. L'ensemble 1 comprend aussi un canal de drainage 14 à distance le long 5 du corps creux 3 de la première chambre 31 et de la deuxième chambre 32. Le canal de drainage 14 sert à drainer hors de l'ensemble 1 le fluide situé entre un premier joint 17 et un deuxième joint 19. Le canal de drainage 14 se situe entre ces deux joints 17, 19. L'étanchéité entre le piston 2 et le corps creux 3, lors du déplacement du piston 2 relativement au corps creux 3, est assuré les joints 15, 17, 19. Ces joints 15, 17, 19 10 sont sensiblement de révolution autour du piston 2 et de la tige 9. Il est d'autant plus important qu'il n'y ait pas de fuite hors du corps creux 3 que le fluide est un liquide inflammable. L'ensemble 1 comprend également un capteur configuré pour déterminer la position du piston 2 relativement au corps creux 3. Ce capteur est 15 notamment un capteur de mesure de déplacement 5 du piston le long de l'axe d'une barre 8 de capteur. Le capteur 5 est par exemple un capteur électrique passif de de déplacement linéaire à deux voies. Un tel capteur est également connu sous le nom de « capteur LVDT ». Toujours en référence conjointe aux figures 2 à 5, l'intérieur du corps creux 3 comprend une chemise 6 située entre la paroi latérale 34 et le piston 2. Le piston 2 20 coulisse le long de la paroi latérale 34 à l'intérieur de la chemise 6. La longueur de la chemise 6 est supérieure ou égale à la longueur de course maximale du piston 2. La chemise 6 est constituée d'une seule pièce en matériau métallique. Ce matériau est identique au matériau du corps creux. La surface de la chemise 6 est revêtue par oxydation anodique dure pour limiter son usure du fait des frottements avec le piston 25 2. La chemise 6 est immobilisée par rapport au corps creux 3, lors du fonctionnement de l'ensemble 1. La chemise 6 est néanmoins amovible par rapport au corps creux 3, de sorte à être désolidarisée du corps creux 3 et remplacée par une chemise 6 neuve, lorsque 30 la chemise 6 est endommagée et en particulier lorsqu'elle est usée. 3042554 7 La chemise 6 comprend un conduit de refroidissement 7 reliant fluidiquement la première chambre 31 et la deuxième chambre 32. Le piston 2 est dépourvu de canal 23 le traversant. A fortiori, le réstricteur d'écoulement 24 présent dans le canal 23 du piston 2 est également supprimé par rapport 5 au mode de réalisation de la figure 1. Le conduit 7 sert à écouler un débit de refroidissement entre la deuxième chambre 32 et la première chambre 31, en remplacement du canal 23 représenté à la figure 1. Le conduit de refroidissement 7 prend la forme d'un canal ouvert seulement sur la paroi latérale 34 sur sensiblement la majorité de la longueur du canal, de 10 préférence sur au moins trois quarts de la longueur du canal. Le conduit 7 est de section constante. Le conduit 7 présente un diamètre supérieur à 0,4 mm, pour limiter l'obstruction du conduit 7 par les résidus présents dans le fluide. Le diamètre du conduit est par exemple égal à 0,52 mm et sa longueur à 57 mm. La fabrication du conduit 7 est d'autant plus aisée qu'il est de section 15 constante et qu'il est réalisé dans la chemise. La fabrication du conduit 7 est encore facilitée, lorsqu'il est en forme de rainure ménagée sur une des parois de la chemise 6. En référence plus spécifiquement à la figure 2, le conduit de refroidissement 7 prend la forme d'une rainure ménagée sur une partie de la surface 20 extérieure de la chemise 6. Le conduit 7 s'étend le long de la paroi latérale 34 de façon sensiblement rectiligne sur au moins la majorité de sa longueur, de préférence sur au moins les trois quarts de sa longueur. Ce conduit 7 est situé dans la chemise 6, de façon diamétralement opposée au premier orifice 10 et au deuxième orifice 12. 25 A la figure 2, le piston 2 est représenté en tige sortie, dans lequel le piston 2 est à distance du fond de la deuxième chambre 32 et du capteur 5. Le piston 2 est à distance du premier orifice 10 et du deuxième orifice 12. En référence à la figure 3, le piston 2 est dans une position tige rentrée. Le piston 2 est plus proche du capteur de déplacement 5. Le piston 2 reste à distance du 3042554 8 deuxième orifice 12 et de la première entrée du conduit, de façon à ce que du fluide puisse continuer à circuler dans le conduit 7. De manière générale, l'ensemble est configuré de sorte que le piston 2 reste à distance à la fois du premier orifice 10, du deuxième orifice 12 et des entrées du 5 conduit. Le piston 2 se déplace de la position tige sortie représentée à la figure 2 à la position tige rentrée représentée à la figure 3, lorsque les efforts mécaniques exercées sur la tige 9 depuis l'extérieur de l'ensemble et les efforts de pression du fluide dans la première chambre 31 d'une part sont supérieurs aux efforts de pression du fluide dans la 10 deuxième chambre 32 d'autre part. La température du fluide dans la première chambre 31 reste sensiblement égale à la température du fluide dans la deuxième chambre 32, durant le déplacement du piston 2. L'écoulement du débit de fuite à travers le conduit 7 permet d'éviter la 15 dégradation du fluide à haute température, typiquement à une température au-delà de 100°C, ou de 160°C, en facilitant la circulation du fluide. Cet écoulement permet également de refroidir convenablement l'ensemble 1 en cas d'incendie en utilisant le fluide comme fluide caloporteur. La localisation du conduit de manière diamétralement opposée au premier orifice 10 et au 20 deuxième orifice 12 permet de refroidir plus efficacement la paroi latérale 34. L'écoulement du débit de fuite à travers le conduit 7 permet également de refroidir convenablement l'ensemble 1 en cas d'incendie. Le débit de refroidissement est un débit de fuite de façon permanente. Le débit de fuite est susceptible de varier. 25 La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention qui se distingue du premier mode de réalisation, en ce que le conduit 7 a une forme sensiblement hélicoïdale. Le pas de l'hélice est compris entre 5% et 90% de la longueur de la chemise 6. 3042554 9 Le pas de l'hélice est de préférence constant mais il peut varier, par exemple de sorte à ce que les spires de l'hélice soient plus rapprochées dans les zones qui ont le plus besoin d'être refroidies. Le conduit 7 est réalisé sous forme de rainure de largeur constante sur la 5 surface extérieure de la chemise 6. Cette surface extérieure est destinée à être en vis-à-vis de la paroi latérale 34. Le corps de la chemise 61 est une enveloppe cylindrique autour d'un axe 63 destinée à épouser la forme de la paroi latérale 34. L'axe 63 est confondu avec l'axe du corps creux 3, lorsque la chemise 6 est fixée au corps creux 3. 10 De manière générale, la chemise 6 peut également être réalisée dans un matériau différent de celui du corps creux 3. La chemise 6 peut également ne comprendre aucun revêtement de surface. Le conduit de refroidissement 7 est de préférence réalisé sur la majorité 15 de sa longueur sur la surface extérieure de la chemise. Il est entendu que le conduit de refroidissement débouche sur la surface intérieure de la chemise, pour permettre la circulation de fluide entre la première chambre 31 et la deuxième chambre 32. En variante, le conduit de refroidissement 7 pourrait également être réalisé sur la majorité de sa longueur à l'intérieur de la chemise ou sur la surface intérieure 20 de la chemise. Le conduit 7 assure la fonction de restriction à l'écoulement circulant entre la deuxième chambre 32 et la première chambre 31, du fait de sa longueur importante et de son diamètre réduit. A cet égard, le rapport de la longueur du conduit 7 sur son diamètre moyen est par exemple compris entre 7 et 10 pour mille. 25 La largeur du conduit peut varier le long du conduit. Dans tous les cas, la longueur plus importante du conduit 7 relativement à celle du canal 23 offre la possibilité de s'affranchir de restricteur de forme plus complexe de l'état de la technique et/ou de systèmes de protection contre les particules de polluant qui étaient susceptibles de colmater le canal 23. 3042554 10 Selon une variante de réalisation (non représentée), le conduit 7 pourrait comprendre un ou plusieurs rétrécissements, au moins ponctuels, servant de restricteur d'écoulement dans le conduit. Le diamètre des portions rétrécies du conduit reste de préférence supérieur à 0,4 mm pour éviter qu'elles ne se bouchent trop vite par des 5 polluants présents dans le fluide. Selon une autre variante de réalisation (non représentée), le conduit 7 peut comprendre au moins ponctuellement des restricteurs d'écoulement en forme de reliefs. En variante encore (non représentée), le conduit 7 est de section 10 constante mais présente au moins un coude, de préférence une pluralité de coudes qui assurent également une fonction de restricteur d'écoulement. Ces trois variantes de réalisation non représentées permettent d'augmenter la section moyenne du conduit, du fait de la présence du restricteur à l'écoulement. 15 De manière générale, la localisation du conduit 7 permet de limiter la baisse de performance mécanique du piston 2 générée par le débit de fuite. La déportation du conduit 7 hors du piston permet notamment, soit d'augmenter la puissance du piston 2 à diamètre constant, soit de diminuer le diamètre du piston 2 à puissance constante. REVENDICATIONS1. Ensemble pour turbomachine, comprenant : un piston (2), un corps creux (3) dans lequel le piston (2) est configuré pour coulisser, l'intérieur du corps creux (3) comprenant : une première chambre (31), une deuxième chambre (32) séparée de la première chambre (31) par le piston (2), 10 le corps creux (3) comprenant une paroi latérale (34) entourant au moins partiellement la première chambre (31) et la deuxième chambre (32), caractérisé en ce que l'intérieur du corps creux (3) comprend en outre une chemise (6), située entre la paroi latérale (34) et le piston (2), comprenant au moins un conduit de refroidissement (7) reliant fluidiquement la première chambre (31) et la deuxième 15 chambre (32). 2. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel la chemise (6) est constituée en matériau métallique. 20 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chemise (6) est amovible relativement à l'ensemble. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chemise (6) s'étend le long de la paroi latérale (34) au moins sur toute la 25 longueur de course maximale du piston (2). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit de refroidissement (7) prend la forme d'un canal ouvert seulement sur la paroi latérale (34) sur sensibles ent la majorité de la longueur du canal, de préférence 30 sur au moins trois quarts de la longueur du canal. 3042554 12 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit de refroidissement (7) est de section constante. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première chambre (31) et la deuxième chambre (32) sont destinées à contenir un liquide susceptible de se dégrader à une température au-delà de 100°C, tet que de l'huile ou du carburant. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 comprenant : un premier orifice (10) débouchant dans la première chambre (31), le premier orifice (10) étant configuré pour alimenter la première chambre (31) en fluide, un deuxième orifice (12) débouchant dans la deuxième chambre (32), le deuxième orifice (12) étant configuré pour alimenter la deuxième chambre (32) en fluide, 15 le conduit de refroidissement (7) étant situé dans la paroi latérale (34), de- façon diamétralement opposée au premier orifice(10) et au deuxième orifice (12). 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le conduit de refroidissement (7) présente une forme sensiblement hélicoïdale. 20 10. Turbomachine comprenant un ensemble selon l'une quelconques des revendications précédentes.