Brevet FR3079889A1 — publié le 20191011

CONTRÔLEUR PNEUMATIQUE D'UNE VANNE DE DÉCHARGE DE TURBOMACHINE AVEC MOYENS DE REFROIDISSEMENT DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente invention concerne un contrôleur pneumatique d'une turbomachine, et plus particulièrement, le refroidissement de ce contrôleur, qui peut être utilisé pour commander une vanne de décharge de la turbomachine. 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 Vanne) ou appelées vannes air (car elles ouvrent ou ferment des canalisations d'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, 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 (« zone core ») du turboréacteur. Dans le cas d'un turboréacteur 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. 2 [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. [0005] Les vannes de décharge 30 se situent classiquement dans le compartiment central 15 (« zone core ») de la turbomachine, plus 5 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 risques de pompage du compresseur de la turbomachine en permettant l'évacuation ou la décharge d'un flux d'air dans la veine secondaire. [0006] Le pompage est un phénomène aérodynamique intervenant 10 dans un compresseur bien connu de la personne du métier : lorsque la différence de pression entre l'entrée et la sortie du compresseur est trop 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 le gaz 15 dans le bon sens, et la partie « haute pression » du compresseur (la sortie) se vide dans sa partie « basse pression » (l'entrée). Dans certains cas extrêmes, on peut observer une inversion du sens d'écoulement. [0007] Ce phénomène de pompage réduit les performances des compresseurs, et peut également être destructeur pour les aubes du 20 compresseur. [0008] Le pompage est l'un des problèmes les plus graves auxquels 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 dans la veine 25 primaire, d'eau, notamment sous forme de pluie ou de grêle, ou encore de débris divers, qui sont susceptibles de nuire au fonctionnement de la turbomachine, ces vannes permettent de récupérer cette eau ou ces débris qui sont centrifugés et acheminés jusqu'à la veine secondaire pour être éjectés. 30 [0010] Ainsi, chaque moteur aéronautique est muni de systèmes pour la décharge du compresseur sous forme de vannes classiquement 3 actionnées par des actionneurs hydrauliques ou pneumatiques. Chaque actionneur pneumatique utilisé dans ces systèmes de décharge est couplé à un contrôleur pneumatique présentant une ou plusieurs électrovannes. Les électrovannes du contrôleur pneumatique, selon qu'elles sont ouvertes ou 5 non, permettent (ou non) la transmission de la pression de commande à l'actionneur de la vanne de décharge et de là, pilotent donc l'ouverture ou la fermeture de la vanne de décharge. [0011] Chaque électrovanne comporte classiquement une ou deux bobines et ces bobines ont une résistance à la température plafonnées à 10 200-230°C à cause du matériau isolant du bobinage gui se dégrade lorsque cette température limite est dépassée). Ceci est une contrainte pour l'installation du contrôleur pneumatique, qui ne peut, de fait, pas être installé dans le compartiment central (dont la température ambiante dépasse largement les 230°C), mais est installé dans la nacelle. Ainsi, la vanne de 15 décharge se retrouve très éloignée du contrôleur pneumatique associé et ceci peut générer des imprécisions dans la commande d'ouverture et/ou de fermeture de la vanne de décharge. [0012] Les contrôleurs pneumatiques utilisés dans l'état de la technique sont des équipements simples, peu onéreux et fiables. La 20 limitation en température des bobines est la seule contrainte qui empêche leur utilisation dans le compartiment central. [0013] Afin d'apporter une réponse à ce problème, la présente invention propose une solution technique permettant de refroidir les bobines d'un contrôleur pneumatique qui peut être installé dans le compartiment 25 moteur et donc rapproché de la vanne de décharge. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0014] A cet effet, la présente invention propose un contrôleur pneumatique pour une turbomachine, en particulier pour la commande d'une 30 vanne de décharge de cette turbomachine, présentant : 4 - un corps comportant une cavité interne reliée à un port d'entrée d'air et un port de sortie d'air, - un organe mobile dans la cavité interne, ledit organe étant mobile entre une position de mise en communication fluidique desdits ports et une 5 position d'isolement desdits ports, ledit organe mobile étant configuré pour être déplacé entre ses deux positions sous l'action d'un actionneur électrique intégré au contrôleur et comportant un noyau entouré par au moins une bobine électrique logée dans un carter, 10 caractérisé en ce que ledit carter comprend ou est entouré par des moyens de refroidissement par circulation d'un liquide de refroidissement. [0015] De cette manière, la bobine électrique est refroidie en continu et peut être exposée à un environnement aux températures élevées. [0016] Le contrôleur selon l'invention peut également présenter l'une 15 ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison : - le liquide de refroidissement est du carburant, - le liquide de refroidissement est de l'huile, - les moyens de refroidissement sont reliés à des moyens de prélèvement 20 de liquide destiné à alimenter un équipement de la turbomachine, - les moyens de refroidissement sont ménagés dans le carter, - les moyens de refroidissement comprennent une chambre sensiblement cylindrique entourant les bobines et reliée à une entrée et à une sortie de liquide. 25 [0017] La présente invention a pour deuxième objet un dispositif de décharge pour une turbomachine comportant au moins un contrôleur tel que décrit ci-dessus et au moins une vanne de décharge dont l'entrée d'air de commande est reliée au port de sortie d'air du contrôleur en vue de la fermeture de la vanne. Dans le cas où plusieurs vannes de décharge sont 30 installées sur le moteur, leurs contrôleurs peuvent être réunis dans un même 5 bloc (i.e. dans un même équipement), avec un système de refroidissement mutualisé. [0018] La présente invention concerne enfin une turbomachine comportant au moins un contrôleur tel que décrit ci-dessus. 5 DESCRIPTION DES FIGURES [0019] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en 10 référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, en coupe axiale, d'un turboréacteur à double corps, - la figure 2 est une vue schématique, en coupe axiale, d'une vanne de décharge (avec son actionneur pneumatique à l'intérieur) et d'un contrôleur 15 pneumatiques lié à cette vanne, - les figures 3a et 3b sont des vues schématiques respectivement en perspective et en coupe longitudinale d'un contrôleur pneumatique, - la figure 4a est une vue schématique, en coupe axiale, d'un contrôleur pneumatique de l'état de la technique, et 20 - la figure 4b est une vue schématique, en coupe axiale, d'un contrôleur pneumatique selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLÉE [0020] La figure 1 a été décrite dans ce qui précède. 25 [0021] Comme visible sur la figure 2, une vanne de décharge 30 est classiquement une vanne tout ou rien destinée à être soit ouverte, soit fermée. Chaque vanne de décharge 30 est actionnée par un actionneur interne fluidique (ici pneumatique), et commandée par un actionneur de commande 32 fluidique également (ici également pneumatique), faisant 30 partie d'un contrôleur fluidique 34 (ici pneumatique). Sur la figure 2, la vanne 6 30 est fermée et les flux primaire 22 et secondaire 28 ne sont pas mis en communication. [0022] L'actionneur de commande 32 et le contrôleur 34 sont ici solidaires l'un de l'autre et forment un organe unique, comme visible sur la 5 figure 2. [0023] L'actionneur 32 du contrôleur 34 comprend un corps comportant une cavité interne 36 reliée à un port d'entrée d'air 38 et un port de sortie d'air 40. Le port de sortie d'air 40 est relié à une entrée d'air 46 de la vanne de décharge 30. L'actionneur 32 comporte également un organe 10 41, ici un piston mobile en translation ouvrant ou fermant la cavité interne 36. Le piston 41 est mobile entre une position de mise en communication fluidique des deux ports 38, 40 (induisant une fermeture de la vanne de décharge 30, comme illustré sur la figure 2), et une position d'isolement des ports 38, 40 (induisant une ouverture de la vanne de décharge 30). Le port 15 40 est alors en communication fluidique avec la pression ambiante. Lorsque les ports 38 et 40 sont isolés, le piston 41 est extérieur à la cavité interne 36. [0024] Comme visible sur la figure 2, la vanne 30 présente une forme générale cylindrique d'axe de révolution X s'étendant sensiblement radialement par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine 10, entre la 20 veine d'écoulement de flux primaire 22 et la veine d'écoulement du flux secondaire 28. La vanne 30 comporte une cavité traversante 33 débouchant aux deux extrémités radiales opposées de la vanne 30 et permettant de relier les veines de circulation de flux primaire et secondaire 22, 28. Un piston 44 est monté mobile à l'intérieur de la cavité traversante 33 en 25 translation le long de l'axe X. Ce piston 44 permet, le cas échéant, de fermer la vanne 30 en coopérant avec un goulot d'étranglement de la cavité traversante 33. La tige du piston 44 est entourée d'un ressort de rappel 43 qui, lorsqu'il se détend, ouvre la vanne 30. Le piston 44 comporte par ailleurs une cavité fermée 42, la chambre supérieure du piston 44. La cavité 42 30 présente une ouverture 45 débouchant sur un canal 46 relié au port de sortie d'air 40 du contrôleur 34. Lorsque le piston 41 de l'actionneur de commande 7 32 est en position de mise en communication fluidique des deux ports 38, 40, de l'air sous pression (air de commande) est envoyé dans le canal 46 et il règne une pression de commande Pc dans la cavité 42. Cette pression Pc étant supérieure à la pression PI de la veine d'écoulement de flux primaire 5 22 (et supérieure aussi à la pression P11 de la veine d'écoulement du flux secondaire 28), la vanne 30 se ferme puis se maintient en position fermée. C'est la configuration qu'illustre la figure 2. [0025] Lorsque le piston 41 est en position d'isolement des ports 38, 40, il n'y a plus d'air de commande envoyé dans le canal 46 et la cavité 42 10 se retrouve à une pression atmosphérique Patm. Comme la pression Patm est inférieure aux pressions PI et P11, le ressort 43 se détend et la vanne 30 s'ouvre puis se maintient en position ouverte. [0026] L'actionneur de commande 32 est commandé par le contrôleur 34. Dans le cas de la présente invention, l'actionneur de 15 commande 32 et le contrôleur 34 forment un dispositif monobloc. Le contrôleur 34 comporte au moins une bobine électrique 50 et une coupelle mobile 39 de manière à former une électrovanne. Cette électrovanne permet, de manière classique et connue en soi, de mettre l'organe mobile 48 (et donc le piston 41 de l'actionneur 32) en mouvement par modification des 20 équilibres de pression dans la cavité 51 via des conduits fluidiques. [0027] Dans le mode de réalisation illustré aux figures 3a et 3b, le contrôleur 34 comporte trois électrovannes, comportant chacune deux bobines 50 commandant chacune un piston 41. [0028] Afin de pouvoir monter le contrôleur 34 dans le compartiment 25 moteur de la turbomachine, les carters 52 des bobines 50 sont aménagés de manière à comprendre ou à être entourés par des moyens de refroidissement 54 par circulation d'un liquide de refroidissement 56, comme visible sur la figure 4b. [0029] Ainsi, par rapport aux contrôleurs pneumatiques 34 de l'état 30 de la technique (voir figure 4a), la solution proposée ne nécessite que de modifier le carter 52 des bobines 50 afin d'y intégrer les moyens de 8 refroidissement 54 (voir figure 4b). Le refroidissement est ainsi appliqué directement sur le contour externe des bobines 50. Comme ces bobines 50 sont classiquement en cuivre, elles sont maintenues à une température homogène proche de celle de la température du liquide refroidissant 56, ici 5 du carburant. Cette température est maintenue continuellement, ce qui est satisfaisant pour les bobines 50 (la température du carburant étant en général au maximum 150-160°C). [0030] Dans un autre mode de réalisation, le liquide réfrigérant 56 peut être de l'huile. On peut par exemple utiliser une canalisation du système 10 huile existant, l'huile étant froide comparé à la température du moteur. [0031] L'augmentation de température du carburant 56 en passant près des bobines 50 est négligeable par rapport à l'énergie captée par les canalisations de carburant dans le compartiment central 15. Chaque bobine 50 est traversée par un courant maximum de 300 mA, donnant une 15 puissance thermique maximum à dissiper de 4-5W, ce qui est négligeable au vu de la puissance thermique globale émise par le compartiment central. Comme les bobines 50 ne présentent pas de pic de températures, le risque de cokéfaction du carburant 56 est sensiblement nul. [0032] Ainsi, en détournant une canalisation de liquide refroidissant 20 56 (carburant ou huile) passant dans le compartiment central pour un autre équipement (par exemple un équipement régulé au carburant tel qu'un vérin), on permet le refroidissement de la ou des bobines 50 du contrôleur pneumatique 34, et il devient ainsi possible d'installer un contrôleur pneumatique 34 dans le compartiment central même si la température 25 ambiante est supérieure à 200°C, voire même d'intéger le contrôleur 34 (et l'actionneur REVENDICATIONS1. Contrôleur pneumatique (34) pour une turbomachine (10), en particulier pour la commande d'une vanne de décharge (30) de cette 5 turbomachine (10), présentant : - un corps (32) comportant une cavité interne (36) reliée à un port d'entrée d'air (38) et un port de sortie d'air (40), - un organe mobile (41) dans la cavité interne (36), ledit organe (41) étant mobile entre une position de mise en communication fluidique desdits ports 10 (38, 40) et une position d'isolement desdits ports (38, 40), ledit organe mobile (41) étant configuré pour être déplacé entre ses deux positions sous l'action d'un actionneur électrique intégré au contrôleur (34) et comportant un noyau entouré par au moins une bobine électrique (50) logée dans un carter (52), 15 caractérisé en ce que ledit carter (52) comprend ou est entouré par des moyens de refroidissement (54) par circulation d'un liquide de refroidissement (56). 2. Contrôleur pneumatique (34) selon la revendication précédente, 20 dans lequel le liquide de refroidissement (56) est du carburant. 3. Contrôleur pneumatique (34) selon la revendication 1, dans lequel le liquide de refroidissement (56) est de l'huile. 25 4. Contrôleur pneumatique (34) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de refroidissement sont reliés à des moyens de prélèvement de liquide destiné à alimenter un équipement de la turbomachine (10). 10 5. Contrôleur pneumatique (34) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de refroidissement (54) sont ménagés dans le carter (52). 6. Contrôleur pneumatique (34) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de refroidissement comprennent une chambre sensiblement cylindrique entourant les bobines (50) et reliée à une entrée et à une sortie de liquide. 7. Dispositif de décharge pour une turbomachine (10) comportant plusieurs contrôleurs (34) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Dispositif de décharge pour une turbomachine (10) comportant au moins un contrôleur (34) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, et comportant également une vanne de décharge (30) dont l'entrée d'air de commande est reliée au port de sortie d'air (40) en vue de la fermeture de la vanne (30). 9. Turbomachine (10) comportant au moins un contrôleur (34) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.