Brevet FR3065030A1 — publié le 20181012

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne tel qu'une turbomachine équipant notamment un avion ou un hélicoptère. L'invention est plus particulièrement intéressante pour un hélicoptère. Comme on peut le voir sur la figure 1, une turbomachine 10 comprend généralement, d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz, une prise d'air 12, un ou plusieurs étages de compresseur 14, une chambre de combustion annulaire 16, un ou plusieurs étages de turbines 18, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et enfin une tuyère 20 d'échappement des gaz chauds. L'air est aspiré au niveau de la prise d'air 12, est comprimé dans le compresseur 14, puis est dirigé dans la chambre de combustion 16. La turbomachine comprend également un conduit 22 de prélèvement d'air dans le compresseur 14 et de réinjection de cet air dans la turbine 18. Plus précisément, le conduit 22 comprend une extrémité amont débouchant à l'intérieur d'un carter 24 du compresseur 14 et une extrémité aval raccordée à l'extrémité radialement externe 26 d'un bras radial de la tuyère 20 d'échappement. Cet air froid, relativement aux gaz chauds sortant de la chambre de combustion, permet de refroidir les disques des rotors de la turbine 18 et assure une étanchéité des enceintes logeant les paliers de roulement par application d'une surpression dans lesdites enceintes. On a constaté que lorsque l'appareil équipé de ladite turbomachine effectue un vol dans une atmosphère poussiéreuse ou sablonneuse, par exemple dans un désert, des nuages de particules P, telles que des grains de sable et des poussières, sont ingérés au niveau de la prise d'air 12 et peuvent circuler dans les compresseurs 14, la chambre de combustion 16 et les turbines 18 et également dans le conduit 22 jusqu'aux enceintes précitées, ce qui peut endommager les paliers. 3065030 2 Pour répondre à cette difficulté, il est ainsi connu de placer un filtre à particules en amont de la prise d'air 12. Toutefois, ce filtre fait l'objet de nombreux compromis du fait de son placement en amont de la prise d'air 12 et s'avère insuffisant pour filtrer les très petites particules dont le diamètre 5 est compris entre le micromètre et le millimètre, du fait notamment qu'il est impossible de garantir une efficacité totale de ce filtre. Ainsi, on comprend qu'il existe un besoin pour assurer une meilleure filtration de l'air entrant dans la turbomachine 10 et plus particulièrement de l'air circulant dans le conduit 22 de prélèvement et de 10 réinjection. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes précités. A cet effet, l'invention propose un moteur à combustion interne comprenant un compresseur amont et une turbine aval et un conduit de 15 prélèvement d'air dans le compresseur et de réinjection de cet air dans la turbine, caractérisé en ce que le conduit comprend des moyens de piégeage de particules, notamment des grains de sable ou des poussières, contenues dans le flux d'air. L'invention propose d'ajouter spécifiquement des moyens de 20 piégeage de particules circulant dans le conduit de prélèvement et de réinjection d'air, ce qui évite l'introduction de particules abrasives dans les enceintes logeant les paliers de roulement. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de piégeage comprennent un déflecteur de particules agencés de manière à 25 orienter lesdites particules vers des moyens de collecte et de stockage. Dans une réalisation particulière de l'invention, le conduit peut comprendre une partie amont et une partie aval, l'axe de la sortie de la partie amont étant orienté vers le déflecteur lequel est configuré pour dévier les particules vers le bas en direction des moyens de collecte et de stockage, 30 l'axe de l'entrée de la partie aval étant orienté sensiblement verticalement. 3065030 3 L'intérêt de cette réalisation particulière est d'assurer une collecte et un stockage des particules sans impacter la circulation d'air dans la conduite. Les moyens de piégeage peuvent comprendre un corps comportant un premier raccord raccordé à l'extrémité aval de la partie amont 5 et un second raccord raccordé à l'extrémité amont de la partie aval. Les moyens de piégeage selon l'invention peuvent ainsi être montés de manière simple et rapide sur un conduit de prélèvement et de réinjection existante lors d'une opération de maintenance. Les moyens de collecte et de stockage peuvent également 10 comprendre un canal de guidage des particules vers une chambre de stockage, au moins ladite chambre étant montée de manière amovible relativement au conduit. Le conduit de prélèvement d'air et de réinjection peut en outre s'étendre longitudinalement dans une partie basse du moteur, c'est-à-dire à 15 six heures par rapport au cadran d'une montre lorsque l'on regarde le moteur depuis l'amont et vers l'aval. Préférentiellement, les moyens de piégeage sont agencés au voisinage de la jonction du conduit avec l'extrémité radialement externe d'un bras d'une tuyère d'échappement. 20 L'intégration des moyens de piégeage au voisinage de l'extrémité aval du conduit permet de faciliter l'accès à un opérateur lors d'une phase de maintenance, notamment sous l'aile d'un avion, ce qui réduit le temps d'immobilisation de l'avion et donc les couts d'exploitation. De plus, cet agencement permet d'avoir un piégeage des 25 particules au plus près de la zone de la turbine que l'on souhaite alimenter en air, ce qui permet de garantir une alimentation en air le plus propre possible, c'est-à-dire dépourvu de particules solides. L'invention concerne également un hélicoptère comprenant un moteur tel que décrit ci-dessus. 30 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 3065030 4 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 déjà décrite, est une vue schématique en perspective d'un moteur à combustion interne pour hélicoptère ; 5 la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un moteur à combustion interne selon l'invention destiné notamment à un hélicoptère ; la figure 3 est une vue schématique à plus grande échelle de la zone délimitée en pointillée sur la figure 2 ; la figure 4 est une vue schématique en perspective depuis l'aval du 10 moteur de la figure 2 ; la figure 5 est une vue schématique isolée et en coupe des moyens de piégeage selon une première variante ; la figure 6 est une vue schématique isolée et en coupe des moyens de piégeage selon une seconde variante. 15 On se réfère tout d'abord à la figure 2 représentant un moteur 28 à combustion interne selon l'invention. Les pièces précédemment décrites en référence à la figure 1 portent les mêmes numéros. Comme représenté sur cette figure, des moyens de piégeage 30 sont agencés dans la conduite 32 de prélèvement et de réinjection d'air et 20 comprennent un corps 34 comportant un premier raccord 36 tubulaire raccordé à l'extrémité aval d'une partie amont 38 du conduit 32 et un second raccord 40 raccordé à une extrémité amont d'une partie aval 26 du conduit 32. L'extrémité amont de la partie amont 38 du conduit 32 débouche à l'intérieur du carter 24 entourant extérieurement le compresseur 14. Le 25 conduit 32 s'étend longitudinalement le long de l'axe A de rotation du moteur et est agencé en partie basse du moteur 28, c'est-à-dire à six heures par rapport au cadran d'une montre, lorsque l'on regarde le moteur 28 depuis la prise d'air 12 et vers l'aval. Comme on peut le voir, la partie aval 26 du conduit 32 est ici 30 formée par la partie d'extrémité radialement externe d'un bras 42 de la tuyère 20 d'échappement. Mieux visible en figure 4, la tuyère 20 comprend une 3065030 5 paroi annulaire radialement interne 44 et une paroi radialement annulaire externe 46 délimitant entre elles une zone annulaire d'échappement des gaz chauds depuis la turbine 18 basse pression. Les parois annulaires interne 44 et externe 46 sont reliées l'une à l'autre par une pluralité de bras radiaux 42 5 creux s'étendant en oblique par rapport à une direction radiale. Ces bras 42 permettent le passage de servitudes, et notamment la circulation d'air de refroidissement des disques de turbine 18 et de pressurisation des enceintes logeant des paliers de roulement comme évoqué précédemment en relation avec la figure 1 relative à la technique antérieure. 10 Afin de réaliser une déviation des particules solides hors du flux d'air du conduit 32, les moyens de piégeage 30 comprennent un déflecteur 48 qui est formé dans la réalisation représentée aux figures par une paroi plane inclinée en oblique par rapport à la direction B de projection du flux d'air sortie de la partie amont 38 du conduit 32. Comme cela est visible sur 15 les figures 5 et 6, l'axe B de sortie de la partie amont 38 du conduit 32 est orienté vers le déflecteur 48 lequel est orienté pour dévier les particules qui l'impactent vers des moyens de collecte et de stockage des particules. Pour assurer la déviation des particules, le déflecteur 48 est inclinée en oblique par rapport à la direction B de projection des particules sortant par l'extrémité 20 aval de la partie amont 38 du conduit 32 afin que les particules soient déviées vers le bas tandis que l'air circule vers le haut dans la partie aval 26 du conduit 32. Comme bien représenté en figure 5, l'axe C de l'entrée de la partie aval 26 du conduit 32 est orienté sensiblement verticalement. Bien qu'à surface plane, le déflecteur 48 peut prendre toute forme 25 permettant d'assurer la fonction de déviation des particules solides. Ainsi, le déflecteur 48 pourrait être à surface incurvée concave ou encore convexe. Les moyens de collecte et de stockage comprennent un canal de guidage 50a, 50b des particules jusqu'à une chambre 52 de stockage des particules solides. 30 Dans la variante de la figure 6, le canal 50b de guidage comprend une extrémité aval débouchant en direction d'un renflement convexe 54 3065030 6 formé dans une paroi de fond 56 de la chambre 52. Les parois 58 du canal 50b de guidage délimitent intérieurement la chambre 52. Dans l'une et l'autre des variantes, la chambre 52 de stockage est avantageusement montée amovible relativement au conduit 32 afin de 5 permettre une vidange de son contenu. REVENDICATIONS1. Moteur (28) à combustion interne comprenant un compresseur (14) amont et une turbine (18) aval et un conduit (32) de prélèvement d'air dans le compresseur (14) et de réinjection de cet air dans la turbine (18), caractérisé en ce que le conduit (32) comprend des moyens de piégeage (30) de particules, notamment des grains de sable ou des poussières, contenues dans le flux d'air. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de 10 piégeage (30) comprennent un déflecteur (48) de particules agencés de manière à orienter lesdites particules vers des moyens de collecte et de stockage. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit (32) comprend une partie amont (38) et une partie aval (26), l'axe (B) de la sortie 15 de la partie amont (38) étant orienté vers le déflecteur (48) lequel est configuré pour dévier les particules vers le bas en direction des moyens de collecte et de stockage, l'axe (C) de l'entrée de la partie aval (26) étant orienté sensiblement verticalement. 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de 20 piégeage comprennent un corps (34) comportant un premier raccord (36) raccordé à l'extrémité aval de la partie amont (38) et un second raccord (40) raccordé à l'extrémité amont de la partie aval (26). 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de collecte et de stockage comprennent un canal de guidage (50a, 50b) des 25 particules vers une chambre (52) de stockage, au moins ladite chambre (52) étant montée de manière amovible relativement au conduit (32). 6. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit (32) s'étend longitudinalement dans une partie basse du moteur (28). 30 7. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de piégeage (30) sont agencés au voisinage de la jonction 3065030 8 du conduit (32) avec l'extrémité radialement externe d'un bras d'une tuyère (20) d'échappement. 8. Hélicoptère comprenant un moteur selon l'une des revendications précédentes.