Brevet FR3079875A1 — publié le 20191011

DISPOSITIF DE DÉCHARGE DE TURBOMACHINE COMPORTANT UNE VANNE DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente invention concerne un dispositif de décharge d'une turbomachine comportant une vanne de décharge ne présentant pas de fuites d'air lorsque celle-ci est fermée. 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 un 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. 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 se situent classiquement dans le 5 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 risques de pompage du compresseur de la turbomachine en permettant l'évacuation ou la décharge d'un flux d'air dans la veine secondaire. 10 [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 élevée, des instabilités (appelée décollements) apparaissent au niveau des aubes dudit compresseur. Si ce phénomène de décollement est trop 15 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 cas extrêmes, on peut observer une inversion du sens d'écoulement. 20 [0007] Le phénomène de pompage réduit les performances des compresseurs, et peut également être destructeur pour les aubes dudit 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 25 décollage de l'aéronef. [0009] Par ailleurs, en cas de pénétration accidentelle dans la veine 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. 3 [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. [0011] Comme visible sur la figure 2, une vanne de décharge classique 30, 5 comporte un piston central 32 permettant, ou non, la mise en communication des deux veines d'écoulement de flux primaire et secondaire 22, 28. La vanne 30 comporte également un conduit latéral 34 relié à un contrôleur (non représenté) permettant l'actionnement de la vanne 30 par modification des équilibres de pression au sein de la vanne 10 30, 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 présentent des fuites d'air au niveau d'un joint 38 placé autour du piston 32. L'air sous pression 36 15 nécessaire à la fermeture de la vanne 30 (air de commande) fuit donc en permanence vers l'environnement extérieur de la vanne 30, notamment la veine d'écoulement du flux secondaire 28. La dégradation des joints augmentant les débits de fuite de ces derniers, le problème est de plus en plus impactant au fil du temps, et peut amener à remplacement prématuré 20 de la vanne 30. [0012] Afin de porter réponse à ce problème, la présente invention propose une solution technique prenant la forme d'un ensemble de décharge comportant une vanne de décharge et son contrôleur, dont les fuites d'air de commande sont nulles quand la vanne de décharge est en position 25 fermée pendant que le moteur est en régime de croisière ou en phase de décollage. En effet c'est pour ces deux régimes moteurs que les vannes sont fermées et que les performances moteur sont les plus importantes : chaque gain compte. 30 EXPOSÉ DE L'INVENTION 4 [0013] A cet effet, la présente invention propose un dispositif de décharge pour une turbomachine, comportant : - un contrôleur électropneumatique, - un actionneur pneumatique de commande, comprenant un corps 5 comportant une cavité interne reliée à un port d'entrée d'air et un port de sortie d'air, et comportant un organe mobile 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 : 10 o une première chambre configurée de manière à permettre la circulation d'un flux d'air de décharge lorsque la vanne est ouverte, o un élément mobile entre une position d'ouverture de la vanne et une position de fermeture de la vanne, et 15 o une deuxième chambre comportant des moyens de rappel de l'élément mobile dans ladite position d'ouverture de la vanne, o une troisième chambre, dite chambre interne inférieure, configurée de manière à actionner l'élément mobile à l'encontre des moyens de sollicitation, 20 caractérisé en ce que le port de sortie d'air de l'actionneur de commande est en communication fluidique avec le port de sortie d'air de la vanne, et que ladite sortie d'air débouche dans ladite troisième chambre. [0014] De cette façon, le mouvement de l'élément mobile est induit par un circuit d'air séparé de celui de l'air de décharge et les fuites d'air de 25 commande sont nulles lorsque la vanne est fermée. [0015] Le dispositif selon l'invention peut également présenter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - la première chambre peut être annulaire et s'étendre autour des 30 deuxième et troisième chambres, 5 - l'organe mobile peut être un piston comportant un joint annulaire coopérant avec une paroi interne de la cavité, - l'élément mobile peut être un piston présentant, en section axiale, une forme globalement en H, 5 - l'élément mobile peut être configuré de manière à ce que la fermeture de la vanne s'effectue par une translation de l'élément mobile vers une extrémité distale de la vanne, - le piston peut comprendre une paroi transversale reliée à deux parois cylindriques s'étendant de part et d'autre de la paroi transversale et 10 portant des bagues de guidage, une première bague de guidage et une deuxième bague de guidage coopérant avec une paroi de la deuxième chambre, - la première bague de guidage peut être configurée pour coopérer avec une face externe de la paroi interne et la deuxième bague de guidage 15 peut être configuré pour coopérer avec une face interne de la paroi, - le dispositif peut être configuré de manière à ce que, quand le port de sortie d'air est fermé, la pression au sein de la cavité interne (est sensiblement égale à celle au sein de la première chambre, et à celle dans les deuxième et troisième chambres. 20 [0016] La présente invention a également pour un objet une turbomachine comportant un dispositif de décharge tel que décrit ci-dessus. DESCRIPTION DES FIGURES [0017] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques 25 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 : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un turboréacteur à double corps, 30 - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une vanne de décharge selon l'état de la technique, 6 - les figures 3, 4 et 5 sont des vues schématiques en coupe axiale d'un dispositif de décharge selon l'invention respectivement lorsque la turbomachine est à l'arrêt, lorsque la vanne est en position fermée et lorsque la vanne est en position ouverte, et 5 - la figure 6 est une vue schématique et en coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. - la figure 7 est une vue schématique et en coupe axiale d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. 10 DESCRIPTION DETAILLÉE [0018] Les figures 1 et 2 ont été décrites dans ce qui précède. [0019] Comme visible sur les figures 3, 4 ou 5, le dispositif selon l'invention comporte une vanne de décharge 30. [0020] La vanne 30 selon l'invention présente une forme générale 15 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 veine de circulation du flux secondaire 28 (dans laquelle règne une pression PH). La pression Pli est inférieure à la pression PI. [0021] La vanne 30 présente ainsi une extrémité distale 30D débouchant 20 dans la veine secondaire et une extrémité proximale 30P débouchant dans la veine primaire (ou une cavité qui débouche, elle, dans la veine primaire). Lorsque la vanne 30 est ouverte (voir figures 3 ou 5), les deux veines de circulation de flux primaire et secondaire 22, 28 sont mises en communication et l'air quitte la veine primaire pour aller dans la veine 25 secondaire du fait de la différence de pression (Pli REVENDICATIONS1. Dispositif de décharge pour une turbomachine (10), comportant : - un contrôleur électropneumatique (64), - un actionneur pneumatique de commande (52), 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 : o une première chambre (40) configurée de manière à permettre la circulation d'un flux d'air de décharge lorsque la vanne (30) est ouverte, o un élément mobile (43) entre une position d'ouverture de la vanne (30) et une position de fermeture de la vanne (30), et o une deuxième chambre (41) comportant des moyens de rappel (44) de l'élément mobile (43) dans ladite position d'ouverture de la vanne (30), o une troisième chambre, dite chambre interne inférieure, (42) configurée de manière à actionner l'élément mobile (43) à l'encontre des moyens de sollicitation, caractérisé en ce que le port de sortie d'air (58) de l'actionneur de commande (52) est en communication fluidique avec le port de sortie d'air (50) de la vanne (30), et que ladite sortie d'air (50) débouche dans ladite troisième chambre (42). 2. Dispositif de décharge selon la revendication précédente, dans lequel la première chambre (40) est annulaire et s'étend autour des deuxième et troisième chambres (41, 42). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe mobile (60) est un piston comportant un joint annulaire (62) coopérant avec une paroi interne de la cavité (54). 12 4. Dispositif de décharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément mobile (43) est un piston présentant, en section axiale, une forme globalement en H. 5 5. Dispositif de décharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément mobile (43) est configuré de manière à ce que la fermeture de la vanne (30) s'effectue par une translation de l'élément mobile (43) vers une extrémité distale (30D) de la vanne (30). 10 6. Dispositif de décharge selon la revendication précédente, dans lequel le piston comprend une paroi transversale reliée à deux parois cylindriques s'étendant de part et d'autre de la paroi transversale et portant des bagues de guidage (46, 48), une première bague de guidage (46) et une 15 deuxième bague de guidage (48) coopérant avec une paroi de la deuxième chambre (42). 7. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la première bague de guidage (46) est configurée pour coopérer avec une face 20 externe de la paroi interne (I) et la deuxième bague de guidage (48) est configuré pour coopérer avec une face interne de la paroi (I). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, configuré de sorte que, quand le port de sortie d'air (58) est fermé, la 25 pression au sein de la cavité interne (54) est sensiblement égale à celle au sein de la première chambre (40), et à celle dans les deuxième et troisième chambres (41, 42). 9. Turbomachine comportant un dispositif de décharge selon l'une 30 quelconque des revendications précédentes.