Brevet FR3060057A1 — publié le 20180615

CIRCUIT FLUIDIQUE DANS UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne un circuit d'huile dans une turbomachine ainsi qu'une turbomachine équipée d'un tel circuit d'huile. Comme tous les moteurs à combustion interne, les turbomachines, qu'il s'agisse de turboréacteurs ou de turbopropulseurs, comprennent des pièces mobiles qui frottent contre d'autres pièces mobiles ou contre des pièces fixes. Pour ne pas se rompre à cause de l'échauffement dû aux frottements, les pièces sont arrosées d'huile qui permet d'une part de limiter (ou contenir) leur échauffement et, d'autre part, de les lubrifier pour faciliter le glissement des pièces les unes sur les autres. L'huile circule dans un circuit 10 pourvu d'échangeurs thermiques, notamment des échangeurs huile/air 12, comme représenté en figure 1, ayant une matrice 14 dans laquelle l'huile provenant desdites pièces est introduite puis refroidie avant d'être de nouveau injectée sur lesdites pièces. Lors d'un démarrage d'une turbomachine en conditions froides (par exemple avec une température inférieure à 0°C), l'huile de la matrice 14 de l'échangeur air/huile 12 (ou des échangeurs le cas échant) peut être gelée rendant difficile voire impossible l'échange thermique entre l'huile et l'air puisque l'huile ne peut circuler dans la matrice 14 de l'échangeur 12. Il est alors nécessaire de réchauffer préalablement la matrice 14 de l'échangeur 12 de chaleur ai/huile. Pour cela, il est connu de pourvoir l'échangeur de chaleur 12 air/huile d'une conduite de dérivation 16 servant de canal de décongélation et qui entoure la matrice 14 de l'échangeur 12 de chaleur air/huile de manière à réchauffer l'huile gelée. Cette conduite 16 de dérivation est reliée à son extrémité amont à l'entrée 18 de l'échangeur 12 de chaleur et à la sortie 20 de l'échangeur 12 de chaleur. Le circuit d'huile 10 comprend également une vanne 22 de commande du débit d'huile dans la conduite 3060057 2 de dérivation 16 afin de n'autoriser la circulation d'huile dans la matrice 14 de l'échangeur 12 que lorsque la température est inférieure à un seuil prédéterminé. Toutefois, la section de passage d'huile de la conduite de dérivation 16 étant inférieure à la section de passage d'huile dans 5 l'échangeur de chaleur air/huile, il existe une surpression dans le circuit d'huile lorsque la matrice 14 de l'échangeur 12 est gelée. La surpression induit un risque d'endommagement du circuit d'huile 10. Afin de réduire cette surpression, une solution évidente est d'augmenter la section de passage de la conduite de dérivation 16 de 10 manière à augmenter le débit sans pour autant modifier les conditions de pression de fonctionnement des pompes d'alimentation. Toutefois, pour des raisons d'encombrement, l'augmentation de la section de passage de la conduite dérivation 16 n'est pas envisageable. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 15 efficace et économique à ce problème. A cet effet, l'invention propose, un circuit d'huile dans une turbomachine, comprenant un échangeur thermique air/huile, une conduite primaire de dérivation reliant une entrée de l'échangeur thermique air/huile à une sortie de l'échangeur thermique air/huile et entourant l'échangeur 20 thermique air/huile de manière à échanger de la chaleur avec l'échangeur thermique air/huile, et une conduite secondaire de dérivation de la conduite primaire reliant l'amont de la conduite primaire de dérivation à l'aval de la conduite primaire de dérivation, le circuit comprenant également au moins une vanne de commande du passage du débit d'huile dans les conduites 25 primaire et secondaire de dérivation et des moyens de pilotage de l'ouverture de ladite au moins une vanne pour une température inférieure à une température seuil. Selon l'invention, l'ajout d'un conduit secondaire de dérivation permet de dériver une partie du fluide de la conduite de dérivation primaire, 30 ce qui permet de réduire la pression en fluide dans la conduite primaire de dérivation en conditions froides de fonctionnement. L'association d'une 3060057 3 vanne de commande du passage du débit d'huile dans les conduites primaire et secondaire de dérivation et de moyens de pilotage de l'ouverture de la vanne pour une température supérieure à une température seuil, permet de rendre opérantes les conduites de dérivations primaire et 5 secondaire uniquement en conditions froides de fonctionnement, aucun débit d'huile ne circulant dans ces conduites lorsque la température est supérieure à la température seuil prédéterminée. La perte de charge augmentant avec la diminution de la température du fait de l'augmentation de la viscosité de l'huile, on 10 comprend que l'ajout d'une conduite secondaire de dérivation est particulièrement utile. Toutefois, cette conduite secondaire impacte peu la fonction de réchauffement de l'huile de l'échangeur air/huile par la conduite primaire. A titre d'exemple, une dérivation de 30% du débit d'huile de la conduite primaire de dérivation dans la conduite secondaire de dérivation 15 permet de conserver un même temps de décongélation avec l'échangeur de chaleur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit comprend une seule vanne agencée en sortie de la conduite primaire de dérivation et en aval de la sortie de la conduite secondaire de dérivation. Il 20 serait bien évidemment possible d'avoir une vanne pour chacune de la conduite de dérivation primaire et de la conduite de dérivation secondaire. Toutefois, cela complique à l'évidence le montage. Dans une autre réalisation, l'unique vanne pourrait être agencée en entrée de la conduite primaire de dérivation et en amont de l'entrée de 25 la conduite secondaire de dérivation. La vanne de commande peut être une vanne pouvant adopter au moins deux positions dont une première position ouverte autorise le passage d'huile et une seconde position fermée bloque le passage d'huile. La température seuil est par exemple de l'ordre de 70°C. 30 L'invention concerne encore une turbomachine comprenant un circuit d'huile tel que décrit précédemment, dans laquelle l'échangeur 3060057 4 thermique huile/air délimite radialement vers l'extérieur une surface d'écoulement d'un flux d'air secondaire. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 5 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un circuit d'huile selon la technique antérieure et déjà décrit précédemment ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un circuit 10 d'huile selon l'invention, la vanne étant dans une position d'ouverture ; - la figure 3 est une représentation schématique d'un circuit d'huile selon l'invention, la vanne étant dans une position de fermeture ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective depuis l'aval d'une turbomachine comprenant un échangeur de chaleur selon 15 l'invention ; - la figure 5 est une vue schématique en coupe du positionnement d'un échangeur de chaleur dans une veine de la turbomachine. On se réfère à la figure 2 qui représente un circuit d'huile 24 20 selon l'invention. Dans la présente description, le terme échangeur fait référence à un moyen qui est apte à échanger de la chaleur entre deux entités. Classiquement un carter structural entoure le moyen d'échange de chaleur, l'ensemble pouvant dès lors être qualifié d'échangeur de chaleur sans pour autant que le carter structural participe activement à l'échange 25 de chaleur. Ainsi, on comprend bien que l'invention couvre également ce type produit. Comme cela est visible sur la figure 2, le circuit d'huile 24 comprend une conduite primaire 26 de dérivation identique à la conduite 16 de dérivation de la figure 1 et une conduite secondaire 28 de dérivation qui 30 relie l'amont de la conduite primaire 26 de dérivation à l'aval de la conduite primaire 26 de dérivation. Plus précisément, l'extrémité amont de la 3060057 5 conduite primaire 26 de dérivation et l'extrémité amont de la conduite secondaire 28 de dérivation sont reliées l'une à l'autre à l'entrée de la conduite d'alimentation 30 de l'échangeur 31 de chaleur ou plus spécifiquement de la matrice 33 de l'échangeur 31 de chaleur. 5 L'extrémité aval de la conduite primaire 26 de dérivation est reliée à l'entrée d'une vanne 22 dont l'ouverture/fermeture est commandée par des moyens de pilotage 35 autorisant la circulation de fluide au travers de la vanne 22 pour une température d'huile inférieure à une température seuil donnée, par exemple de 70°C. La sortie de la vanne 22 est reliée à 10 une conduite de sortie 34 de la matrice de l'échangeur de chaleur. Dans une variante de réalisation (non représentée), la vanne 22 pourrait être montée en amont de l'extrémité amont de la conduite primaire 26 de dérivation de manière à autoriser la circulation de fluide dans la conduite primaire 26 de dérivation pour une température inférieure à la 15 température seuil et interdire la circulation d'huile pour une température supérieure à la température seuil, la circulation d'huile étant autorisée dans la conduite d'alimentation 30 de la matrice d'huile quelle que soit la température. Dans cette configuration l'extrémité amont de la conduite secondaire 28 de dérivation est reliée à la sortie de la vanne 22 ou à l'aval 20 de l'extrémité aval de la conduite primaire 26 de dérivation. Dans encore une autre réalisation de l'invention, il serait possible d'utiliser une vanne pour chaque conduire primaire 26 et secondaire 28 de dérivation, ces vannes étant alors commandées simultanément en ouverture et fermeture par les moyens de pilotage. 25 Dans la réalisation de la figure 2, la vanne 22 est de préférence une vanne tout ou rien comprenant deux positions dont l'une autorise la circulation d'huile dans les conduites primaire 26 et secondaire 28 de dérivation et l'autre interdit la circulation dans lesdites conduites 26, 28. Il serait encore possible d'utiliser un distributeur piloté à deux orifices et deux 30 positions. 3060057 6 La circulation de l'huile dans la matrice 33 est représentée par les flèches en traits pleins sur la figure 2. Selon l'invention, lorsque l'huile de la matrice 33 est gelée, l'huile circule dans la conduite primaire 26 et dans la conduite secondaire 28 5 comme représenté par les flèches en traits pointillés sur les figures 2 et 3. La double circulation d'huile dans le circuit primaire 26 et dans le circuit secondaire 28 permet d'augmenter le débit d'huile en mouvement lorsque la matrice 33 est gelée, ce qui réduit la surpression dans le circuit d'huile 24, plus particulièrement dans la conduite primaire pour un débit 10 d'huile donné circulant dans la conduite d'alimentation 34. De préférence, la conduite secondaire 28 présente une section de passage d'huile inférieure ou égal au diamètre de la section de passage d'huile de la conduite primaire 26 afin que l'huile circule principalement dans la conduite primaire 26 et ainsi garantir la décongélation de la matrice 15 33. De même, on comprend que la conduite secondaire doit être le plus court possible pour abaisser la perte de charge dans la conduite primaire tout en assurant une bonne décongélation. La figure 4 représente une turbomachine 36 vu depuis l'aval de 20 celle-ci (selon le sens du flux d'air) comprenant une roue de soufflante 38 et l'échangeur de chaleur air/huile 31 porté par un carter annulaire 40 externe de la veine d'écoulement d'air secondaire (flèche A sur la figure 5). Comme cela est mieux visible sur la figure 5, l'échangeur de chaleur 31 est porté par le carter 40 et sa matrice est agencée de manière à former une 25 surface radialement externe d'écoulement du flux d'air secondaire de la turbomachine, c'est-à-dire le flux d'air contournant les compresseurs basse et haute pression, la chambre de combustion et les turbines haute et basse pression. En pratique, on comprend que l'échangeur 31 de chaleur 30 air/huile a la forme d'un anneau agencé autour de l'axe 42 de la turbomachine 36. 3060057 7 Dans la description le terme de « conduite secondaire » doit s'entendre comme concernant tout passage de fluide permettant de faire circuler de l'huile entre l'amont et l'aval de la conduite primaire. Ainsi, dans l'échangeur de chaleur décrit précédemment, le 5 conduit secondaire peut être un simple orifice réalisé dans une paroi séparant l'huile circulant dans la conduite d'alimentation 30 et l'huile circulant dans la partie aval de la conduite primaire 33. Dans une réalisation de l'invention, le conduit primaire à un diamètre de l'ordre de 12 mm et la conduite secondaire est un orifice 10 comme indiqué au paragraphe précédent et a un diamètre de 5 mm. La longueur de la conduite primaire est, dans un exemple de réalisation, de l'ordre de plusieurs mètres. REVENDICATIONS1. Circuit d'huile (24) dans une turbomachine (36), comprenant un échangeur thermique air/huile (31), une conduite primaire (26) de dérivation reliant une entrée de l'échangeur thermique air/huile (31) à une sortie de l'échangeur thermique air/huile (31) et entourant l'échangeur thermique air/huile (31) de manière à échanger de la chaleur avec l'échangeur thermique air/huile (31) et une conduite secondaire (28) de dérivation de la conduite primaire (26) reliant l'amont de la conduite primaire (26) de dérivation à l'aval de la conduite primaire (26) de dérivation, le circuit (24) comprenant également au moins une vanne (22) de commande du passage du débit d'huile dans les conduites primaire (26) et secondaire (28) de dérivation et des moyens de pilotage (35) de l'ouverture de ladite au moins une vanne (22) pour une température inférieure à une température seuil. 2. Circuit d'huile (24) selon la revendication 1, dans lequel le circuit comprend une seule vanne (22) agencée en sortie de la conduite primaire (26) de dérivation et en aval de la sortie de la conduite secondaire (28) de dérivation. 3. Circuit d'huile selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel la vanne (22) de commande est une vanne pouvant adopter au moins deux positions dont une première position ouverte autorise le passage d'huile et une seconde position fermée bloque le passage d'huile. 4. Circuit d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la température seuil est de 70°C. 5. Turbomachine comprenant un circuit d'huile selon des revendications 1 à 4, dans laquelle l'échangeur thermique huile/air délimite radialement vers l'extérieur une surface d'écoulement d'un flux d'air secondaire.