Brevet FR3083288A1 — publié le 20200103

VANNE DE DECHARGE A PISTON A CONDUIT INTERNE DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente invention concerne une vanne 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 à double corps 10, 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 22 de gaz 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 et 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 2 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. 5 [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 du compresseur. Si ce phénomène de décollement est trop 10 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. 15 [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 un pilote peut avoir à faire face, car il se produit assez généralement au 20 moment du 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 25 qui sont alors centrifugés et acheminés jusqu'à la veine secondaire pour être éjectés. [0010] Ainsi, chaque moteur aéronautique est muni de systèmes pour le déchargement du compresseur sous forme de vannes classiquement actionnées par des actionneurs électro- pneumatiques. 30 [0011] Classiquement, les vannes de décharge sont donc des vannes tout ou rien à actionnement électro-pneumatique, et sont 3 aujourd'hui toutes construites sur le même schéma : un piston au centre d'un boîtier fixe autour duquel s'écoule un air de décharge lorsque la vanne est ouverte. Lorsque la vanne est ouverte, les parois extérieures de celle-ci s'échauffent fortement et atteignent la température de l'air en entrée de la 5 vanne (l'air issu de la veine primaire), soit 300-500°. Il en résulte un rayonnement dans le compartiment où est placée la vanne et cela rend très difficile d'accoler à la vanne de décharge, un actionneur électropneumatique muni d'une électrovanne pour la commander. [0012] Il serait possible d'intercaler une cale thermique entre la 10 vanne de décharge et son électrovanne, mais cette solution n'est pas fiable car les cales thermiques se dégradent avec le temps. [0013] Ainsi, la solution retenue couramment est que les vannes sont fixées dans le compartiment central de la turbomachine mais sont commandées par un équipement dédié, appelé contrôleur, placé en zone 15 froide, par exemple dans le compartiment fan. Ceci permet d'éviter tout problème thermique et d'éviter de dépasser la température limite de fonctionnement de l'électrovanne de l'actionneur électro-pneumatique du contrôleur. [0014] Toutefois, cet éloignement peut engendrer des imprécisions 20 au niveau de la commande et nécessite de longues conduits fluidiques (ici des canalisations d'air) qui peuvent être encombrants et dans lesquels on observe des phénomènes de condensation. [0015] La présente invention propose une solution à ce problème. 25 EXPOSÉ DE L'INVENTION [0016] A cet effet, la présente invention propose une vanne de décharge pour turbomachine, comportant - un boîtier fixe définissant un conduit interne et relié à une entrée d'air et à une sortie d'air, 30 - un organe mobile entre au-moins deux positions, respectivement d'ouverture et de fermeture dudit conduit, 4 - un espace annulaire audit boîtier, configuré pour être alimenté en gaz sous pression en vue du déplacement dudit organe entre ses deux positions ouverte et fermée, caractérisé en ce que ledit organe mobile comprend une portion tubulaire 5 qui délimite intérieurement un passage d'écoulement d'air de décharge, et qui est entourée par ledit espace annulaire. [0017] Le gaz présent dans l'espace annulaire permet d'isoler les parois du boitier fixe de l'air de décharge chaud. Ceci permet donc d'empêcher le réchauffement intense des parois du boîtier externe et de les 10 maintenir à une température moyenne. [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 : la portion tubulaire peut comporter une partie cylindrique et une 15 partie tronconique, l'organe mobile peut comprendre un bulbe central à profil aérodynamique, relié à une paroi de l'organe mobile par une rangée annulaire de bras, l'organe mobile peut comprendre un bulbe central à profil 20 aérodynamique, relié à une paroi de l'organe mobile par une grille, le bulbe central peut être relié à la paroi de la partie tronconique de l'organe mobile, le bulbe central peut être configuré pour coopérer avec un siège annulaire dudit boîtier en vue de la fermeture étanche dudit canal, 25 l'organe mobile peut être muni de moyens d'étanchéité entre les extrémités longitudinales de la portion tubulaire de l'organe mobile et le boîtier. [0019] L'invention a également pour objet un dispositif de décharge comportant une vanne telle que décrite ci-dessus, caractérisé en ce qu'il 30 comprend un actionneur électro-pneumatique fixé au boîtier de la vanne. 5 L'actionneur électro-pneumatique peut être fixé au boîtier au niveau de l'espace annulaire. [0020] La présente invention a finalement pour troisième objet, une turbomachine comportant un dispositif tel que décrit ci-dessus. 5 DESCRIPTION DES FIGURES 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 10 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est vue schématique en coupe axiale d'un turboréacteur à double corps, - la figure 2 est une vue schématisée d'une coupe longitudinale d'une vanne de décharge selon l'état de la technique et d'un actionneur électro- 15 pneumatique associé, la vanne étant en position fermée, - la figure 3 est une vue schématisée d'une coupe longitudinale de la vanne de la figure 2 en position ouverte, - les figures 4a et 4b sont des vues schématisées de coupes longitudinales respectivement de 3/4 et de face d'une vanne de décharge 20 selon l'invention en position fermée, et - les figures 5a et 5b sont des vues schématisées de coupes longitudinales similaires aux figures 4a et 4b sur lesquelles la vanne est en position ouverte. 25 DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0021] Comme visible sur la figure 2, une vanne 30 selon l'état de la technique présente un boîtier fixe 31 de forme générale de cylindre, d'axe de révolution X. La vanne 30 s'étend sensiblement radialement par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine 10, entre la veine de circulation de 30 flux primaire 22 (dans laquelle règne une pression Pi) et la veine de 6 circulation du flux secondaire 28 (dans laquelle règne une pression Plo. La pression Pu est inférieure à la pression Pi. [0022] Le boîtier 31 comporte une cavité 32 ouverte aux deux extrémités du boîtier 31, permettant de relier les deux veines de circulation 5 de flux primaire et secondaire 22, 28. La vanne 30 selon l'état de la technique, présente une extrémité distale 30D débouchant dans la veine secondaire 28 formant sortie d'air, et une extrémité proximale 30P débouchant dans la veine primaire 22 formant entrée d'air. Lorsque la vanne 30 est ouverte (voir figure 3, par exemple), l'extrémité proximale 30P 10 et l'extrémité distale 30D 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 quitte la veine primaire 22 pour aller dans la veine secondaire 28 du fait de la différence de pression (puisque Pu REVENDICATIONS1. Vanne de décharge (30) pour turbomachine (10), comportant : un boîtier fixe (31) définissant un conduit interne et relié à une entrée d'air et à une sortie d'air, un organe mobile (34) entre au-moins deux positions, respectivement d'ouverture et de fermeture dudit conduit, un espace annulaire (44) audit boîtier (31), configuré pour être alimentée en gaz sous pression (42) en vue du déplacement dudit organe (34) entre ses deux positions, caractérisé en ce que ledit organe mobile (34) comprend une portion tubulaire qui délimite intérieurement un passage d'écoulement d'air (32) de décharge, et qui est entourée par ledit espace annulaire (44). 2. Vanne (30) selon la revendication précédente, dans laquelle la portion tubulaire comporte une partie cylindrique et une partie tronconique. 3. Vanne (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe mobile comprend un bulbe central (50) à profil aérodynamique, relié à une paroi (46) de l'organe mobile (34) par une rangée annulaire de bras (52). 4. Vanne (30) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'organe mobile comprend un bulbe central (50) à profil aérodynamique, relié à une paroi (46) de l'organe mobile (34) par une grille. 5. Vanne (30) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle le bulbe central (50) est relié la paroi de la partie tronconique de l'organe mobile (34). 6. Vanne (30) selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, dans lequel le bulbe central (50) est configuré pour coopérer avec un siège annulaire (54) dudit boîtier en vue de la fermeture étanche dudit canal (32). 12 7. Vanne (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe mobile est muni de moyens d'étanchéité (56, 58) entre les extrémités longitudinales de la portion tubulaire de l'organe mobile (34) 5 et le boîtier (31). 8. Dispositif de décharge comportant une vanne (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un contrôleur-actionneur électro-pneumatique (40) fixé au boîtier 10 (31) de la vanne (30). 9. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le contrôleur-actionneur électro-pneumatique (40) est fixé au boîtier au niveau de l'espace annulaire (44) 15 10. Turbomachine (10) comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9.