Brevet FR3080430A1 — publié le 20191025

VANNE DE DÉCHARGE COUDÉE A OUVERTURE RÉGULÉE DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente invention concerne un dispositif de décharge pour une turbomachine, en particulier d'aéronef. 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 (« 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 5 limiter les 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 10 différence de pression entre l'entrée et la sortie du compresseur est trop élevée, des instabilités (appelées 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 15 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] Le 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 d'eau dans la veine 25 primaire, 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 alors centrifugés et acheminés jusqu'à la veine secondaire. 3 [0010] Ainsi, chaque moteur aéronautique est muni de systèmes pour le déchargement du compresseur sous forme de vannes classiquement actionnées par des actionneurs électropneumatiques. [0011] Une vanne de décharge 30 classique, comporte un piston 5 permettant, ou non, la mise en communication des deux veines d'écoulement de flux primaire et secondaire. L'inconvénient des vannes 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 de décharge peut permettre une 10 meilleure opérabilité moteur et donc une amélioration des performances. Ceci est particulièrement vrai pour les moteurs d'architecture du type turbopropulseur. [0012] En effet, une modulation du débit de décharge du compresseur par une vanne régulée en position, donne des gains de performance 15 significatifs par rapport à des systèmes ouverts/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 formant ainsi un équipement encombrant. 20 [0013] L'utilisation de vanne de type papillon est la plus courante car elle permet, en outre, de placer facilement un capteur de position (donnant le degré d'ouverture de la vanne) de manière simple à l'extérieur de la vanne elle-même, grâce une liaison mécanique avec l'arbre du papillon de la vanne. 25 [0014] Les vannes papillon présentent cependant plusieurs problèmes. [0015] 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), se coince dans sa gorge (donc ne peut plus se dilater pour bloquer les chemins de fuites), ou que des particules 30 solides se coincent entre la bague carbone et la paroi interne de la vanne, rendant alors la vanne hors d'état de fonctionner. 4 [0016] Deuxièmement, les vannes de type papillon présentent des fuites d'air importantes au niveau des joints lorsqu'elles sont fermées. Ces fuites impactent défavorablement les performances moteur et, par ailleurs, accélèrent l'usure de ces joints, ce qui induit une dégradation 5 précoce des caractéristiques fonctionnelles des vannes. Le système « anti fuites » typique d'une vanne papillon est relativement complexe. [0017] Troisièmement, une vanne de type papillon est de design très complexe. Typiquement, l'arbre du papillon doit être tenu en place par deux roulements à billes (ou des paliers carbone), qui sont onéreux et 10 nécessitent un montage soigné. L'ouverture/fermeture de la vanne papillon est entrainée par un ensemble de bielles (transformant le déplacement linéaire de l'actionneur en déplacement angulaire) qui peuvent se coincer ou s'user. [0018] La présente invention propose une solution à ce problème 15 EXPOSÉ DE L'INVENTION [0019] A cet effet, la présente invention propose une vanne de décharge pour une turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant : - un conduit coudé dont une première extrémité définit un orifice 20 d'entrée d'air et dont une seconde extrémité définit un orifice de sortie d'air, - un organe mobile dans ledit conduit et apte à être déplacé entre une position de mise en relation des deux orifices et une position d'isolement des deux orifices, 25 - des moyens de déplacement dudit organe mobile entre ses deux positions, caractérisée en ce que lesdits moyens de déplacement comprennent un actionneur linéaire dont une tige est reliée audit organe mobile ou configurée pour agir sur ledit organe en vue de son déplacement, et au 30 moins un capteur de position dudit organe mobile, ledit actionneur et ledit au moins un capteur étant configurés pour être reliés à des moyens de 5 commande en vue de la régulation d'un débit de décharge d'air à travers ledit conduit, et en ce que le conduit coudé comporte une section axisymétrique autour de laquelle vient glisser l'organe mobile, et un trou destiné à permettre la 5 sortie de la tige dudit organe mobile, le conduit coudé comportant par ailleurs, en aval dudit trou, une interface permettant la mise en contact avec l'actionneur linéaire. [0020] Ceci permet l'installation simple de l'actionneur en dehors du flux d'air chaud du conduit de la vanne. De manière classique, un actionneur 10 comporte plusieurs éléments techniques sensibles au chaud tels que des solénoïdes ou de l'électronique fine. Ces éléments présentent classiquement des températures limites de fonctionnement en-dessous de la température de l'air de décharge. Ainsi, en déviant le flux d'air de décharge, on protège l'actionneur et de cette manière, l'actionneur peut 15 être installé à proximité de la vanne (et sur la vanne elle-même) tout en permettant à la vanne d'être régulée en ouverture. La proximité entre la vanne et l'actionneur permet d'affiner la commande de la vanne et d'en simplifier le montage/démontage en cas de panne ou de vérification. [0021] Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des 20 caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l'organe mobile et l'actionneur linéaire peuvent être alignés axiale ment, - le conduit peut présenter un étranglement au niveau d'un tronçon 25 coudé, - l'organe mobile peut se situer en amont du tronçon coudé, - l'organe mobile peut coopérer de manière étanche avec une paroi interne du conduit au niveau du tronçon coudé lorsque la vanne est en position d'isolement des deux orifices, 30 - l'organe mobile peut comporter une tête en forme d'ogive, 6 - l'organe mobile peut coopérer de manière étanche avec une tête en forme d'ogive du conduit lorsque la vanne est en position d'isolement des deux orifices, - l'actionneur peut être un actionneur électrique, 5 - l'actionneur peut être un actionneur hydraulique. [0022] La présente invention a également pour objet une turbomachine comportant un dispositif de décharge de flux d'air tel que décrit ci-dessus. 10 DESCRIPTION DES FIGURES [0023] 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 référence aux dessins annexés dans lesquels : 15 - 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 selon l'invention en position ouverte, - la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale de la vanne de la 20 figure 2 en position fermée, - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d'une variante de la vanne selon l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective d'un atténuateur acoustique. 25 DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0024] Comme visible sur la figure 2, la vanne de décharge de flux d'air 30 est de type soupape (« poppet » en anglais). Ce type de vanne est simple et donc peu chère (car elle ne comporte pas de roulements à bille ou de système antifuite, par exemple). 30 [0025] La vanne 30 comporte un conduit coudé 32 s'étendant entre la veine de circulation de flux primaire 22 et la veine de circulation du flux 7 secondaire 28. Une pression PI règne dans la veine de circulation de flux primaire 22 et une pression PH règne dans la veine de circulation de flux secondaire 28. La pression P11 est inférieure à la pression P1. [0026] La première extrémité (extrémité proximale) 30P du conduit coudé 5 32 définit un orifice d'entrée d'air de décharge 34 débouchant dans la veine primaire 22 (ou dans une cavité qui débouche, elle, dans la veine primaire 22). La deuxième extrémité (extrémité distale) 30D du conduit coudé 32 définit un orifice de sortie d'air de décharge 36 et débouche dans la veine secondaire 28. Lorsque la vanne 30 est en position 10 ouverte (voir figure 2, 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 15 pression (puisque P11 REVENDICATIONS1. Vanne de décharge (30) pour une turbomachine (10), en particulier d'aéronef, comportant : - un conduit coudé (32) dont une première extrémité (30P) définit un orifice d'entrée d'air (34) et dont une seconde extrémité (30D) définit un orifice de sortie d'air (36), - un organe (38) mobile dans ledit conduit (32) et apte à être déplacé entre une position de mise en relation des deux orifices (34, 36) et une position d'isolement des deux orifices (34, 36), - des moyens de déplacement dudit organe mobile (38) entre ses deux positions, caractérisée en ce que lesdits moyens de déplacement comprennent un actionneur linéaire (40) dont une tige (42) est reliée audit organe mobile (38) ou configurée pour agir sur ledit organe (38) en vue de son déplacement, et au moins un capteur de position (46) dudit organe mobile (38), ledit actionneur (40) et ledit au moins un capteur (46) étant configurés pour être reliés à des moyens de commande en vue de la régulation d'un débit de décharge d'air à travers ledit conduit (32), et en ce que le conduit coudé (32) comporte une section axisymétrique autour de laquelle vient glisser l'organe mobile (38), et un trou destiné à permettre la sortie de la tige (42) dudit organe mobile (38), le conduit coudé (32) comportant par ailleurs, en aval dudit trou, une interface permettant la mise en contact avec l'actionneur linéaire (40). 2. Vanne (30) selon la revendication précédente, dans laquelle l'organe (38) mobile et l'actionneur linéaire (40) sont alignés axialement. 3. Vanne (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le conduit présente un étranglement au niveau d'un tronçon coudé (44). 14 4. Vanne (30) selon la revendication précédente, dans laquelle l'organe mobile (38) se situe en amont du tronçon coudé (44). 5 5. Vanne (30) selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, dans laquelle l'organe mobile (38) coopère de manière étanche avec une paroi interne du conduit (32) au niveau du tronçon coudé (44) lorsque la vanne (30) est en position d'isolement des deux orifices (34, 36). 10 6. Vanne (30) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'organe mobile (38) comporte une tête en forme d'ogive. 7. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'organe mobile (38) coopère de manière étanche avec une tête 15 en forme d'ogive du conduit (32) lorsque la vanne (30) est en position d'isolement des deux orifices (34, 36). 8. Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit actionneur (40) est un actionneur électrique. 20 9. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle ledit actionneur (40) est un actionneur hydraulique. 10. Turbomachine d'aéronef, comportant une vanne selon l'une 25 quelconque des revendications précédentes.