Brevet FR3079879A1 — publié le 20191011

VANNE DE DÉCHARGE A OUVERTURE RÉGULÉE DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente invention concerne un dispositif de décharge pour une turbomachine comportant une vanne de décharge, en particulier à ouverture régulée. ÉTAT DE L'ART [0002] Une turbomachine à double flux comprend une veine d'écoulement d'un flux primaire (ou flux chaud) et une veine d'écoulement d'un flux secondaire (ou flux froid). Il est connu d'équiper une telle turbomachine de vannes de décharge, parfois désignées par leur acronyme anglais VBV (Variable Bleed Valve) ou appelées vannes air (car elles ouvrent ou ferment des canalisations air). Ce sont classiquement des vannes de type tout ou rien (fermées ou ouvertes). [0003] De manière classique et bien connue en soi, et comme l'illustre la figure 1 qui est une vue schématique en coupe axiale d'un turboréacteur 10 à double corps, un tel turboréacteur comporte en général, de l'amont vers l'aval selon la direction d'écoulement des gaz, un compresseur basse pression 12, un compresseur haute pression 14 (core HP), une chambre de combustion 16, une turbine haute pression 18 et une turbine basse pression 20 qui définissent une veine d'écoulement d'un flux primaire de gaz 22 et forment le compartiment central 15 (à repérer sur la fig.1) (« zone core ») du turboréacteur. Dans le cas des turboréacteurs à double flux, le turboréacteur comporte en outre une soufflante 24 carénée par une nacelle 26 pour générer un flux secondaire 28 traversant une veine d'écoulement secondaire annulaire, définie entre la nacelle 26 et le compartiment central 15 du turboréacteur. [0004] La pression PI dans la veine d'écoulement de flux primaire est supérieure à la pression P11 dans la veine d'écoulement de flux secondaire. 2 [0005] Les vannes de décharge 30 se situent classiquement dans le compartiment central (« zone core ») de la turbomachine, plus particulièrement à proximité d'un compresseur, et sont destinées à réguler le débit d'entrée d'air dans la veine primaire afin notamment de limiter les 5 risques de pompage du compresseur de la turbomachine en permettant l'évacuation ou la décharge d'un flux d'air vers la veine secondaire. [0006] Le pompage est un phénomène aérodynamique bien connu de toute personne du métier, intervenant dans un compresseur : lorsque la différence de pression entre l'entrée et la sortie du compresseur est trop 10 élevée, des instabilités (appelée décollements) apparaissent au niveau des aubes du compresseur. Si ce phénomène de décollement est trop important, le flux de gaz généré dans le compresseur ne permet plus de pousser ledit gaz dans le bon sens, et la partie « haute pression » du compresseur (la sortie) se vide dans sa partie « basse pression » (l'entrée). Dans certains 15 cas extrêmes, on peut observer une inversion du sens d'écoulement. [0007] Le phénomène de pompage réduit les performances des compresseurs, et peut également être destructeur pour les aubes du compresseur. [0008] Le pompage est l'un des problèmes les plus graves auxquels 20 un pilote peut avoir à faire face, car il se produit assez généralement au décollage de l'aéronef. [0009] Par ailleurs, en cas de pénétration accidentelle d'eau dans la veine primaire, notamment sous forme de pluie ou de grêle, ou encore de débris divers qui sont susceptibles de nuire au fonctionnement de la 25 turbomachine, ces vannes permettent de récupérer cette eau ou ces débris qui sont alors centrifugés et acheminés jusqu'à la veine secondaire. [0010] Ainsi, chaque moteur aéronautique est muni de systèmes pour le déchargement du compresseur sous forme de vannes classiquement actionnées par des actionneurs hydrauliques ou pneumatiques. 30 [0011] Comme visible sur la figure 2, une vanne de décharge classique 30, comporte un piston central 32 permettant, ou non, la mise en 3 communication des deux veines d'écoulements de flux primaire et secondaire 22, 28. La vanne 30 comporte également un conduit latéral 34 relié à un contrôleur (non représentés) permettant l'actionnement de la vanne 30 par modification des équilibres de pression au sein de la vanne 30, 5 comme il sera décrit plus loin. La vanne 30 est maintenue fermée grâce à de l'air sous pression 36 (appelé servo pressure ou « air de commande ») envoyé via le canal 34. L'inconvénient des vannes 30 connues de l'état de la technique, est qu'elles sont le plus souvent des vannes tout ou rien. Or, pour certaines applications, une régulation du débit d'air passant dans la vanne 10 de décharge peut permettre une meilleure opérabilité moteur et donc une amélioration des performances. Ceci est particulièrement vrai pour les moteurs d'architecture turbopropulseur. [0012] En effet, une modulation du débit de décharge du compresseur par une vanne régulée en position, donne des gains de 15 performance significatifs par rapport à des systèmes ouvert/fermés effectués par des vannes tout ou rien. Toutefois, les vannes régulées en position sont le plus souvent des vannes de type papillon (ou à boule) comportant un actionneur hydraulique (fonctionnant par exemple avec du carburant), et forment classiquement un équipement encombrant. Les vannes de type 20 papillon présentent par ailleurs plusieurs problèmes : [0013] Premièrement, il est connu que la ou les bague(s) carbone assurant l'étanchéité autour du papillon s'use au contact des polluants solides (formation de petites tranchées). Ces polluants solides peuvent également se coincer dans sa gorge (le gorge ne peut donc plus se dilater 25 pour bloquer les chemins de fuites), ou encore se coincer entre la bague carbone et la paroi interne de la vanne, rendant alors la vanne hors d'état de fonctionner. [0014] Deuxièmement, les vannes de type papillon présentent des fuites d'air importantes au niveau des joints lorsqu'elles sont fermées. Ces 30 fuites impactent défavorablement les performances moteur et, par ailleurs, accélèrent l'usure de ces joints, ce qui induit une dégradation précoce des 4 caractéristiques fonctionnelles des vannes. Le système « anti fuites » typique d'une vanne de type papillon est ainsi relativement complexe. [0015] Troisièmement, comme évoqué ci-dessus, une vanne papillon est de design très complexe. Typiquement, l'arbre du papillon doit être tenu 5 en place par deux roulements à billes (ou des paliers carbone), qui sont onéreux et nécessitent un montage soigné. L'ouverture/fermeture de la vanne papillon est entrainé par un ensemble de bielles (transformant le déplacement linéaire de l'actionneur en déplacement angulaire) qui peuvent se coincer ou s'user. 10 [0016] La présente invention propose une solution à ces différents problèmes. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0017] A cet effet, la présente invention propose un dispositif de 15 décharge pour une turbomachine comportant : - un contrôleur, - un actionneur de commande de distribution d'air relié au contrôleur, comprenant un corps comportant une cavité interne reliée à un port d'entrée d'air et un port de sortie d'air, et comportant un organe mobile 20 agencé dans ladite cavité entre une position d'ouverture du port de sortie d'air et une position de fermeture du port de sortie d'air, - une vanne de décharge comportant : o une première chambre destinée à permettre la circulation d'un flux d'air de décharge lorsque la vanne est en position ouverte 25 et à empêcher la circulation du flux d'air de décharge quand la vanne est en position fermée, o un logement interne dans lequel se déplace un premier moyen d'obturation mobile entre la position ouverte de la vanne et la position de fermée de la vanne, et 30 o une sortie d'air, 5 le premier moyen d'obturation délimitant dans le logement interne une deuxième chambre et une troisième chambre, la deuxième chambre, dite chambre interne supérieure, comportant des moyens de rappel du premier moyen d'obturation dans la position ouverte de la vanne, et la troisième 5 chambre, dite chambre interne inférieure, étant configurée de manière à être en relation fluidique avec l'actionneur de commande afin d'actionner le premier moyen d'obturation à l'encontre des moyens de rappel, les trois chambres étant isolées de manière étanche l'une de l'autre par l'intermédiaire du premier moyen d'obturation, 10 le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend une vanne de régulation comportant : - un espace interne relié au port de sortie d'air de l'actionneur de commande, un orifice de fuite, et 15 un deuxième moyen d'obturation mobile entre une position de fermeture étanche dudit orifice de fuite et une position ajustable d'ouverture dudit orifice de fuite, de façon à créer un débit de fuite déterminé et à ajuster en conséquence la pression au sein de l'espace interne. 20 [0018] Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le deuxième moyen d'obturation mobile de la vanne de régulation peut être configuré pour être actionné par des moyens électriques, 25 - les moyens électriques peuvent comprendre au moins une bobine électrique, - le dispositif de décharge peut être configuré de sorte que la section de l'orifice de fuite est directement proportionnelle à un courant d'activation de la bobine, 30 - l'espace interne peut être relié au port d'entrée d'air de l'actionneur de commande via un conduit de communication fluidique muni d'un orifice 6 calibré, de manière à limiter le débit d'air allant du port d'entrée d'air vers l'espace interne, - l'actionneur de commande, le contrôleur électropneumatique et la vanne de régulation peuvent former un ensemble monobloc. 5 [0019] La présente invention a également pour objet une turbomachine comportant un dispositif de décharge tel que décrit ci-dessus. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et 10 avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un turboréacteur à double corps, 15 - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une vanne de décharge selon l'état de la technique, - la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention, lorsque la turbomachine est à l'arrêt, et - les figures 4, 5 et 6 sont des vues schématiques en coupe longitudinale 20 d'un dispositif selon l'invention respectivement avec la vanne de décharge en position fermée, en position intermédiaire et en position ouverte. DESCRIPTION DETAILLÉE [0020] Comme visible sur la figure 3, le dispositif selon l'invention 25 comporte notamment une vanne de décharge 30 de type soupape (« poppet » en anglais). [0021] La vanne 30 présente une forme générale cylindrique d'axe de révolution X et est destinée à s'étendre radialement entre la veine de circulation de flux primaire 22 (dans laquelle règne une pression PI) et la 30 veine de circulation du flux secondaire 28 (dans laquelle règne une pression PH). La pression P11 est inférieure à la pression PI. 7 [0022] La vanne 30 présente ainsi une extrémité distale 30D débouchant dans la veine secondaire formant sortie d'air de décharge et une extrémité proximale 30P débouchant dans la veine primaire (ou une cavité qui débouche, elle, dans la veine primaire) formant entrée d'air. Lorsque la 5 vanne 30 est ouverte (voir figure 6, par exemple), l'extrémité distale 30D et l'extrémité proximale 30P sont mises en communication fluidique : les deux veines de circulation de flux primaire et secondaire 22, 28 sont donc également mises en communication fluidique et l'air de décharge quitte la veine primaire pour aller dans la veine secondaire du fait de la différence de 10 pression (puisque P11 REVENDICATIONS1. Dispositif de décharge d'un flux d'air pour une turbomachine (10) comportant : - un contrôleur (74), - un actionneur de commande (52) de distribution d'air relié au contrôleur (74), comprenant un corps comportant une cavité interne (54) reliée à un port d'entrée d'air (56) et un port de sortie d'air (58), et comportant un organe mobile (60) agencé dans ladite cavité (54) entre une position d'ouverture du port de sortie d'air (58) et une position de fermeture du port de sortie d'air (58), - une vanne de décharge (30) comportant : - une première chambre (40) destinée à permettre la circulation d'un flux d'air de décharge lorsque la vanne (30) est en position ouverte et à empêcher la circulation du flux d'air de décharge quand la vanne (30) est en position fermée, - un logement interne dans lequel se déplace un premier moyen d'obturation (43) mobile entre la position ouverte de la vanne (30) et la position de fermée de la vanne (30), et - une sortie d'air (50), le premier moyen d'obturation (43) délimitant dans le logement interne une deuxième chambre et une troisième chambre, la deuxième chambre, dite chambre interne supérieure (41), comportant des moyens de rappel (44) du premier moyen d'obturation (43) dans la position ouverte de la vanne (30), et la troisième chambre, dite chambre interne inférieure (42), étant configurée de manière à être en relation fluidique avec l'actionneur de commande (52) afin d'actionner le premier moyen d'obturation (43) à l'encontre des moyens de rappel (44), les trois chambres (40, 41, 42) étant 15 isolées de manière étanche l'une de l'autre par l'intermédiaire du premier moyen d'obturation (43), le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend une vanne de régulation (64) comportant : 5 o un espace interne (66) relié au port de sortie d'air (58) de l'actionneur de commande (52), o un orifice de fuite (68), et o un deuxième moyen d'obturation mobile (70) entre une position de fermeture étanche dudit orifice de fuite (68) et une position ajustable 10 d'ouverture dudit orifice de fuite (68), de façon à créer un débit de fuite déterminé et à ajuster en conséquence la pression au sein de l'espace interne (66). 2. Dispositif de décharge selon la revendication précédente, dans 15 lequel le deuxième moyen d'obturation mobile (70) de la vanne de régulation (64) est configuré pour être actionné par des moyens électriques (72). 3. Dispositif de décharge selon la revendication précédente, dans lequel les moyens électriques (72) comprennent au moins une bobine 20 électrique (72). 4. Dispositif de décharge selon la revendication précédente, configuré de sorte que la section de l'orifice de fuite (68) est directement proportionnelle à un courant d'activation de la bobine (72). 25 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'espace interne (66) est relié au port d'entrée d'air (56) de l'actionneur de commande (52) via un conduit de communication fluidique muni d'un orifice calibré (67), de manière à limiter le débit d'air allant du port 30 d'entrée d'air (56) vers l'espace interne (66). 16 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'actionneur de commande (52), le contrôleur électropneumatique (74) et la vanne de régulation (64) forment un ensemble monobloc. 7. Turbomachine (10) comportant un dispositif de décharge selon l'une quelconque des revendications précédentes.