Brevet FR3057027A1 — publié le 20180406

Déflecteur de flux à effet giratoire d'un système de vanne de décharge, système de vanne de décharge et turbomachine comprenant un tel système de vanne de décharge 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des turbomachines, notamment des turbomachines à double flux pour aéronefs. Elle vise en particulier, un système de vanne de décharge permettant de décharger une partie d'un flux d'air passant dans un compresseur dans une veine de la turbomachine. Elle concerne également une turbomachine comprenant tel système de vanne de décharge. 2. Etat de la technique Une turbomachine à double flux comprend de manière générale de l'amont vers l'aval en fonction de l'écoulement des gaz dans la turbomachine au moins un compresseur, une chambre de combustion et une turbine formant un générateur de gaz installé dans un carter intérieur. Une soufflante mobile est disposée en amont du générateur de gaz et dans un carter extérieur lequel comprend également le carter intérieur. L'air traversant la turbomachine est divisé en un flux primaire ou flux d'air chaud circulant dans le générateur de gaz et un flux secondaire ou flux d'air froid issu de la soufflante circulant autour du carter intérieur. Le flux d'air chaud est comprimé par des étages de compresseur de la turbomachine avant d'entrer dans la chambre de combustion. L'énergie de combustion est récupérée par des étages de turbine qui participent à l'entraînement des étages de compresseur et de la soufflante mobile amont et donc à la poussée de la turbomachine. Le flux froid participe également à la poussée de la turbomachine. Les turbomachines sont également équipées d'un ou de plusieurs système de vanne de décharge connues sous la désignation anglaise de «Handling Bleed Valve» (siglée HBV) permettant de prélever une partie du flux d'air chaud comprimé par le compresseur et en particulier, un compresseur haute pression et de l'éjecter dans le flux d'air froid avec lequel 3057027 2 celui-ci se mélange. Cette décharge a pour but de stabiliser le fonctionnement du compresseur en limitant les phénomènes de pompage, de décollement tournant ou de flottement. Il est connu divers types de système de vanne de décharge 5 comportant un déflecteur de flux pourvu d'une pluralité d'ouvertures orientées dans la même direction. Ces ouvertures déchargent le flux d'air du compresseur soit dans le sens de circulation du flux froid soit dans le sens inverse à la circulation du flux froid. D'autres système de vanne de décharge comportent un déflecteur de flux présentant des ouvertures à diamètres 10 variables selon leur positionnement pour former des matrices de formes particulières et pour faire varier le débit du flux d'air issu du compresseur à éjecter dans le flux d'air froid. Ces agencements permettent d'augmenter l'incorporation du flux d'air chaud déchargé dans le flux d'air froid pour limiter les contraintes thermiques sur les structures et/ou composants voisin(e)s qui 15 ne sont pas configuré(e)s pour résister à des températures élevées. Toutefois, ces agencements ne considèrent ou ne présentent pas de solutions permettant de limiter les perturbations de la circulation du flux d'air froid généré par la soufflante qui remonte la ligne de fonctionnement de la soufflante dans un champ compression-débit et impacte le fonctionnement 20 de la turbomachine. 3. Objectif de l'invention Le présent déposant s'est donc fixé comme objectif de fournir un déflecteur de flux d'un système de vanne de décharge de compresseur qui permet de limiter la perturbation de la circulation du flux d'air froid tout en 25 limitant les contraintes thermiques sur l'environnement de la veine dans laquelle circule un flux d'air. 4. Exposé de l'invention On parvient à cet objectif conformément à l'invention grâce à un déflecteur de flux d'un système de vanne de décharge d'un compresseur de 30 turbomachine double flux, le déflecteur de flux comprenant une paroi pourvue d'une pluralité de canaux d'éjection aptes à décharger un flux d'air de décharge du compresseur dans une veine de la turbomachine dans 305 702 7 3 laquelle circule un autre flux d'air, les canaux d'éjection étant disposés suivant plusieurs rangées concentriques et orientés suivant un angle défini entre une droite normale à la paroi et les axes des canaux d'éjection, et variant en croissant du bord périphérique vers le centre de la paroi de 5 manière que le flux de décharge traversant les canaux d'éjection guide le flux d'air de décharge suivant un mouvement giratoire autour du centre. Ce déflecteur de flux permet de résoudre les inconvénients précités. La configuration des canaux d'éjection permet que le jet de flux d'air de décharge soit éjecté tourbillonnant afin de générer une trombe d'air chaud 10 qui se mélange progressivement avec le flux d'air s'écoulant et circulant dans la veine secondaire de la turbomachine tout en dégageant l'air chaud des parois sensibles. Cette « trombe » dégage le flux d'air de décharge chaud de la paroi inférieure de la veine secondaire de par la quasi-verticalité des canaux des rangées périphériques et un fort mouvement giratoire est généré 15 au centre de la trombe grâce à la forte inclinaison des canaux des rangées centrales permettant ainsi d'empêcher que le flux d'air de décharge chaud n'impacte la paroi supérieure de la veine secondaire. Selon une caractéristique de l'invention, l'angle des rangées varie entre 0° et 70° entre le bord périphérique et le cotre de la paroi. 20 Préférentiellement, l'angle des rangées varie entre 10° et 60°. Selon une caractéristique de l'invention, les canaux d'éjection de chaque rangée sont orientés suivant le même angle. Selon une caractéristique de l'invention, les angles varient de 3° à 8° entre deux rangées consécutives de sorte que la variation soit progressive et 25 linéaire. De manière avantageuse, mais non limitative, la paroi présente une portion centrale dépourvue de canaux d'éjection. Cette configuration permet de ne pas perturber le mouvement giratoire du flux d'air de décharge. Cela permet également de respecter des spécifications de surface débitante. 30 Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, mais non limitative, les canaux d'éjection occupent au moins 50% de la surface de 3057027 4 la paroi du déflecteur de flux dans le but de respecter également des spécifications de surface débitante. Suivant une caractéristique de l'invention, la paroi du déflecteur de flux est de forme sphérique. 5 Selon une autre caractéristique de l'invention, le déflecteur de flux comprend un corps cylindrique de section circulaire couplée à l'entrée d'air et au déflecteur de flux, le corps définissant un passage entre l'entrée d'air et le déflecteur de flux. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque canal 10 d'éjection traverse la paroi de part et d'autre et présente une section circulaire constante. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la paroi présente une épaisseur constante comprise entre 1 et 5 mm. L'invention concerne également un système comprenant d'un 15 compresseur de turbomachine double flux: - un déflecteur de flux présentant l'une quelconque des caractéristiques susmentionnées, - un conduit connecté au déflecteur de flux et comprenant une entrée d'air chaud, 20 - un dispositif de régulation permettant de réguler le passage du flux d'air de décharge entre l'entrée d'air chaud du conduit et le déflecteur de flux, et - un actionneur agissant sur le dispositif de régulation de manière que le dispositif occupe au moins une première position dans laquelle 25 l'entrée d'air chaud est fermée et une deuxième position dans laquelle l'entrée d'air chaud est libérée. Suivant une caractéristique de l'invention, le dispositif de régulation peut occuper une position intermédiaire ente la première position et la deuxième position. 30 L'invention concerne également une turbomachine à double flux comprenant une veine primaire dans laquelle circule un flux chaud et une veine secondaire dans laquelle circule un flux froid, les veines étant séparées 3 0 5 702 7 5 par un carter inter-veine, dans le carter inter-veine étant agencée au moins un système de vanne de décharge présentant l'une quelconque des caractéristiques susmentionnées. 5. Brève description des figures 5 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux figures annexées dans lesquels : 10 La figure 1 représente en coupe axiale et partielle, un exemple de turbomachine à laquelle s'applique l'invention ; La figure 2 est vue schématique et en coupe axiale d'une veine dans laquelle est positionné un déflecteur de flux selon l'invention; La figure 3 représente un système de vanne de décharge comportant 15 un dispositif de régulation et un actionneur agissant sur le dispositif de régulation ; La figure 4 est une vue en perspective d'un exemple de déflecteur de flux selon l'invention ; La figure 5 est une vue de dessus du déflecteur de flux illustré sur la 20 figure 4; La figure 6 est une vue schématique et en coupe axiale du déflecteur de flux illustré sur la figure 5; , La figure 7 est une vue en perspective, de dessus et partielle d'un exemple de déflecteur de flux d'un système de vanne de décharge selon 25 l'invention ; et, La figure 8 est une vue en coupe et de détail d'une paroi du déflecteur de flux selon l'invention.. 6. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement une turbomachine pour aéronef 30 selon l'invention. En particulier, il est représenté une turbomachine double flux qui s'étend suivant un axe X. Cette turbomachine 100 comprend de manière générale un carter externe 101 entourant un générateur de gaz 102 3057027 6 en amont duquel est montée une soufflante 103. Dans la présente invention, et de manière générale, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation des gaz dans la turbomachine 100. Les termes « haut » et « bas » sont définis par rapport à un axe radial perpendiculaire à 5 l'axe X. Le générateur de gaz 102 comprend dans cet exemple, d'amont en aval, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Le générateur est logé dans un carter interne 104. 10 La soufflante 103 est ici carénée et comprend une virole solidaire 50 du carter externe 101 et entourant une pluralité d'aubes mobiles de soufflante 51 qui sont montées et qui s'étendent radialement depuis un arbre de soufflante relié à un arbre de puissance du générateur de gaz 102. La soufflante 103 comprime l'air entrant dans la turbomachine 100 qui 15 se divise en un flux chaud circulant dans une veine primaire V1 laquelle traverse le générateur de gaz et un flux froid circulant dans une veine secondaire V2 autour du générateur de gaz 102. En particulier, la veine primaire V1 et la veine secondaire V2 sont séparées par un carter inter-veine 105 annulaire disposée entre le carter externe 101 et le carter interne 104. 20 Le flux chaud circulant dans la veine primaire V1 est classiquement comprimé par des étages de compresseur avant d'entrer dans la chambre de combustion. L'énergie de combustion est récupérée par des étages de turbine qui assurent l'entraînement des étages de compresseur et de la soufflante. Le flux d'air F froid circulant dans la veine secondaire V2 est 25 orienté suivant une direction axiale et participe pour sa part à fournir la poussée de la turbomachine 100. En référence aux figures 2 et 3, un système de vanne de décharge 1 est agencé entre la veine primaire V1 et la veine secondaire V2 de la turbomachine 100. Le système de vanne de décharge 1 est monté dans une 30 paroi 12 du carter inter-veine 105 et à l'endroit du compresseur haute pression. De la sorte, l'air chaud prélevé pour décharger le compresseur haute pression est éjecté dans la veine secondaire V2. Le système de vanne 3057027 7 de décharge 1 comprend un déflecteur de flux 4, un dispositif de régulation 18 d'air, un actionneur 17 agissant sur le dispositif de régulation 18 et un conduit 19. Le déflecteur de flux comprend un corps 2 couplé à une entrée d'air 3 5 et s'étendant depuis une paroi 5. Le corps 2 présente une forme générale cylindrique de section circulaire et d'axe de révolution R (cf. figure 4). Le déflecteur de flux 4 comprend une collerette 14 solidaire du corps 2 et entourant l'entrée d'air 3. Cette collerette permet la fixation déflecteur de flux 1 sur le conduit 17 dans le carter inter-veine 105. Le déflecteur de flux 4 est 10 destiné à être agencé dans la veine secondaire V2 via des canaux d'éjection. Le corps 2 défini un passage de flux d'air entre l'entrée d'air 3 et les canaux d'éjection. Le déflecteur de flux 4 est connecté au conduit 19 qui s'étend à travers le carter inter-veine 105. Le conduit 19 comprend une entrée d'air 15 chaud (non représentée) destinée à être en communication fluidique avec la veine primaire V1 et à recevoir une partie du flux chaud issu du compresseur haute pression. Le conduit 19 comprend également une sortie d'air chaud couplée à l'entrée d'air 3 du déflecteur de flux 4. Le conduit 19 permet le passage du flux d'air chaud du compresseur vers le déflecteur de flux 4. 20 Le dispositif de régulation 18 et l'actionneur 17 sont disposés dans le conduit 19. Le dispositif 18 permet de réguler le flux d'air de décharge chaud issu du compresseur. Le dispositif 18 comprend ici un pointeau mobile en translation suivant un axe radial sensiblement perpendiculaire à l'axe X. Le dispositif 18 comprend ici un pointeau mobile en translation suivant un axe 25 radial sensiblement perpendiculaire à l'axe X. Le pointeau se déplace entre une première position dans laquelle l'air chaud issu du compresseur ne circule pas de l'entrée d'air chaud du conduit 19 vers le déflecteur de flux et une deuxième position dans laquelle l'air chaud issu du compresseur circule de l'entrée d'air chaud du conduit 19 vers le déflecteur de flux. La première 30 position correspond à une position où l'entrée d'air chaud du compresseur est fermée et la deuxième position correspond à une position où l'entrée d'air chaud est ouverte ou libérée. Le déplacement du pointeau est contrôlé par 3057027 8 l'actionneur 17. En particulier, lorsqu'il est nécessaire de décharger l'air chaud du compresseur dans la veine secondaire V2, l'actionneur 17 entraîne le déplacement du pointeau vers le haut afin de libérer l'entrée d'air chaud. Un flux d'air de décharge Fc se décharge alors dans la veine V2 via des 5 canaux d'éjections décrits ci-après. En référence aux figures 4 à 7, le déflecteur de flux 4 comprend une paroi ayant un centre A et une bord périphérique 15. L'axe de révolution R passe par le centre A de la paroi 5. La paroi 5 est pourvue d'une pluralité de canaux d'éjection 6 aptes à décharger le flux d'air de décharge Fc chaud 10 dans la veine secondaire V2 où circule le flux d'air F froid. Les canaux d'éjection 6 sont configurés de manière à éjecter un flux d'air de décharge qui ne vient pas directement en contact avec les parois 12, 13 de la veine secondaire V2 et qui ne perturbe pas l'écoulement et la circulation du flux d'air F froid. La paroi 5 du déflecteur présente une forme 15 arquée d'épaisseur constante. L'épaisseur de la paroi est comprise entre 1 et 5 mm. En particulier, la paroi 5 présente une première surface 7 interne concave tournée vers le dispositif de régulation 18 du système de vanne de décharge 1 et une deuxième surface 8 externe convexe opposée à la première surface interne par rapport à l'axe R et tournée vers la veine 20 secondaire V1. La paroi 5 est ici de forme sphérique. Le bord périphérique 15 est circulaire. Bien entendu une paroi et un bord périphérique d'une autre forme telle que rectangulaire est envisageable. En référence aux figures 6 et 8, les canaux d'éjection 6 sont formés dans la paroi 5 et s'étendent de part et d'autre de celle-ci entre la première 25 surface 7 et la deuxième surface 8. Les canaux d'éjection 6 présentent ici une section circulaire constante d'axe central C. Chaque canal d'éjection 6 présente un orifice d'entrée 11 défini dans la première surface 7 et communiquant fluidiquement avec le passage du corps 2 et un orifice de sortie 10 défini dans la deuxième surface 8 et communiquant fluidiquement 30 avec la veine secondaire V2. Chaque canal déjection 6 est orienté suivant un angle a défini entre l'axe central C et une droite D normale à la paroi 5 du déflecteur de flux. L'angle a est compris entre 10° et 60°. 3057027 9 De manière avantageuse, mais non limitativement, les canaux d'éjection 6 sont disposés en plusieurs rangées 9 concentriques autour du centre A. Dans les présents exemples, les rangées sont disposées en couronnes autour du centre A. Les canaux d'éjection 6 occupent au moins 5 50% de la surface de la paroi 5, et en particulier à partir du bord périphérique 15. Le nombre de rangées 9 concentriques est compris entre 8 et 15. Ici, la paroi 5 du déflecteur de flux 4 comprend 11 rangées de canaux d'éjection 6 formant chacune un jet de flux d'air de décharge Fc. Chaque rangée 9 comprend entre 25 et canaux d'éjection 6. Il est entendu que le nombre de 10 rangées et le nombre de canaux d'éjection par rangée est fonction des dimensions du déflecteur de flux et des dimensions des canaux d'éjection et du débit que l'on souhaite faire passer dans le diffuseur quand la vanne est ouverte. Les diamètres des canaux répartis sur la paroi 5 sont également identiques. De manière alternative, les diamètres des canaux d'éjection 15 peuvent varier du bord périphérique 15 vers le centre A. Suivant une caractéristique de l'invention, les canaux d'éjection 6 de chaque rangée 9 sont orientés suivant le même angle a de sorte à former un anneau de flux de décharge avec giration. En référence à la figure 7, les canaux d'éjection 6 ont été prolongés de manière à illustrer leurs orientations 20 dans la paroi 5. L'angle a des rangées de canaux d'éjection 6 varie linéairement et progressivement de manière croissante du bord périphérique 15 vers le centre A de la paroi 5 de sorte que les jets de flux de décharge traversant les canaux d'éjection 6 soient guidés suivant un mouvement giratoire autour du centre A. De manière avantageuse, l'angle est croissant 25 de 10° à 60°. Ainsi, le flux d'air de décharge Fc rcule en trombe à distance des parois 12, 13 de la veine secondaire V2. La rangée 9 dont les canaux 6 sont orientés à 60°, située du côtés du centre A de la paroi 5, permet que le jet de flux de décharge soit sensiblement tangent avec la paroi 5 du déflecteur de flux et évite que celui-ci vienne en contact directement avec les 30 parois de la veine secondaire V2 et en particulier, avec la paroi interne 13 du carter externe. Au moins l'une des rangées dont les canaux sont orientés à 10°, située à proximité du bord périphérique 15, permet que le jet de flux de 3057027 10 décharge soit sensiblement vertical pour ne pas brûler les parois de la veine secondaire, et en particulier la paroi interne 12 du carter inter-veine 105. Les axes C de tous les canaux sont orientés dans une direction autour du centre A de manière à créer une trombe au centre de la veine secondaire V2. Les 5 rangées de canaux sont agencées de manière symétrique par rapport à un plan médian passant par le centre A de la paroi du déflecteur de flux. De manière avantageuse, l'angle a des rangées varie à chaque rangée consécutive entre 3 et 8°. En d'autres termes, deux rangées de canaux d'éjection consécutives présentent des angles qui diffèrent de 3° à 10 8°. Comme cela est visible en particulier sur les figures 4 et 5, la paroi 5 présente une portion centrale 16 qui est dépourvue de canaux d'éjection de sorte que le déflecteur 4 ne soit pas alimenté en cet endroit et ne réduise pas l'effet de mouvement giratoire recherché. 15 REVENDICATIONS1. Déflecteur de flux (4) d'un système de vanne de décharge (1) d'un compresseur de turbomachine double flux, le déflecteur de flux comprenant une paroi (5) pourvue d'une pluralité de canaux d'éjection (6) aptes à décharger un flux d'air de décharge (Fc) du compresseur dans une veine (V1, V2) de la turbomachine (100) dans laquelle circule un flux d'air (F), caractérisé en ce que les canaux d'éjection (6) sont disposés suivant plusieurs rangées concentriques autour d'un centre (A) et orientés suivant un angle (a) défini entre une droite normale (D) à la paroi (5) et les axes (C) des canaux d'éjection (6), et variant en croissant du bord périphérique (15) vers le centre (A) de la paroi (5) de manière que le flux d'air de décharge (Fc) traversant les canaux d'éjection (6) soit guidé suivant un mouvement giratoire autour du centre (A). 2. Déflecteur de flux (4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle (a) des canaux varie entre 0° et 70° entre le bord piiphérique et le centre (A) de la paroi (5). 3. Déflecteur de flux (4) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les canaux d'éjection (6) de chaque rangée sont orientés suivant le même angle (a). 4. Déflecteur de flux (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les angles varient de 3° à 8° entre deux rangées consécutives. 5. Déflecteur de flux (4) selon l'une quelconque des revendications 3 0 précédentes, caractérisée en ce que la paroi (5) présente une portion centrale (16) dépourvue de canaux d'éjection. 3057027 12 6. Déflecteur de flux (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les canaux d'éjection (6) occupent au moins 50% de la surface de la paroi (5). 5 7. Déflecteur de flux (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi (5) du déflecteur est de forme sphérique. 8. Déflecteur de flux (4) selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, caractérisée en ce que chaque canal d'éjection (6) traverse la paroi (5) de part et d'autre et présente une section circulaire constante. 9. Système de vanne de décharge (1) comprenant d'un compresseur de 15 turbomachine double flux: - un déflecteur de flux (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, - un conduit (19) connecté au déflecteur de flux (4) et comprenant une entrée d'air chaud, 20 - un dispositif de régulation (18) permettant de réguler le passage du flux d'air de décharge (Fc) entre l'entrée d'air chaud du conduit (17) et le déflecteur de flux (4), et - un actionneur (17) agissant sur le dispositif de régulation (18) de manière que le dispositif de régulation (18) occupe au moins une 25 première position dans laquelle l'entrée d'air chaud est fermée et une deuxième position dans laquelle l'entrée d'air chaud est libérée. 10. Turbomachine (100) à double flux comprenant une veine primaire (V1) 3 0 dans laquelle circule un flux chaud et une veine secondaire (V2) dans laquelle circule un flux froid (F), les veines (V1, V2) étant séparées par un carter inter-veine (105), caractérisée en ce que dans le carter inter- 3057027 13 veine est agencée au moins un système de vanne de décharge (1) selon la revendication précédente. .