Brevet FR3088956A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : SYSTEME DE LUBRIFICATION POUR TURBOMACHINE D'AERONEF, COMPRENANT DES MOYENS AMELIORES DE DETECTION DE FUITE Domaine technique 100011 La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines d'aéronef, et plus précisément à leurs systèmes de lubrification des pièces tournantes. 100021 L'invention s'applique en particulier à un turboréacteur ou à un turbopropulseur, et plus préférentiellement à un turboréacteur à double flux. Technique antérieure [0003] Les turbomachines d'aéronef comprennent habituellement un système de lubri- fication destiné à refroidir et à lubrifier ses pièces tournantes, comme les roulements, la boîte d'engrenages d'équipements auxiliaires, ou encore le réducteur d'entraînement de la soufflante lorsque celle-ci n'est pas entraînée directement par l'ensemble de turbines. [0004] Dans un tel système de lubrification, il peut être intégré un échangeur lubrifiant- carburant, dans le but de refroidir le lubrifiant avant sa recirculation dans le système. Ce principe implique le passage de carburant sous forte pression à travers l'échangeur, et induit ainsi des risques de fuite et de contamination du lubrifiant circulant également à travers cet échangeur, généralement sous une pression moindre. [0005] Cette potentielle contamination du lubrifiant par le carburant peut affecter le refroi- dissement des pièces tournantes, et générer un échauffement néfaste de celles-ci pouvant conduire à leur dégradation. [0006] Pour éviter que de telles situations se produisent, les fuites sont généralement re- cherchées lors d'opérations de maintenance de la turbomachine. Néanmoins, il subsiste un besoin d'amélioration de la détection, visant à faciliter l'identification des fuites tout en offrant une fiabilité satisfaisante. Exposé de l'invention [0007] Pour répondre au moins partiellement à ce besoin, l'invention a pour objet un système de lubrification pour turbomachine d'aéronef, comprenant : [0008] - un réservoir de lubrifiant ; [0009] - un orifice de retour de lubrifiant prévu sur le réservoir ; [0010] - un séparateur air-lubrifiant ; [0011] - une canalisation d'extraction d'air chargé de lubrifiant, reliant entre eux le réservoir et le séparateur ; [0012] - un échangeur lubrifiant-carburant alimenté par du lubrifiant avant son passage par 2 l'orifice de retour de lubrifiant prévu sur le réservoir. [0013] Selon l'invention, le système comporte un dispositif de détection de fuite de carburant dans l'échangeur, ledit dispositif de détection de fuite comprenant un accéléromètre monté sur la canalisation d'extraction et configuré pour identifier le passage dans cette canalisation d'un mélange de lubrifiant et de carburant se produisant en cas de fuite dans l'échangeur. [0014] L'invention prévoit ainsi d'analyser le comportement vibratoire de la canalisation d'extraction, via l'accéléromètre, pour détecter une éventuelle fuite de carburant au sein de l'échangeur. En effet, en cas de fuite de carburant, celui-ci se mélange au lubrifiant et entraîne une augmentation du volume de fluide dans le réservoir, jusqu'à ce que le mélange lubrifiant-carburant atteigne la canalisation d'extraction. L'air chargé de particules de lubrifiant habituellement présent dans cette canalisation s'avère ainsi remplacé par le mélange lubrifiant-carburant, impliquant que la masse globale de la canalisation d'extraction augmente fortement, entraînant alors une modification de son comportement vibratoire. L'accéléromètre utilisé pour détecter le comportement vibratoire de la canalisation d'extraction permet ainsi de déceler de manière simple et fiable les éventuelles fuites de carburant circulant dans l'échangeur. [0015] L'invention présente par ailleurs de préférence au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. [0016] L'accéléromètre est monté extérieurement sur la canalisation d'extraction. [0017] La canalisation d'extraction sur laquelle est monté l'accéléromètre correspond à une canalisation principale de raccord entre le réservoir et le séparateur, ou à une canalisation de dérivation réalisée sur la canalisation principale de raccord. [0018] Le dispositif de détection comporte un module de collecte et de traitement de données provenant de l'accéléromètre, ce module étant configuré de manière à déclencher une alarme de fuite en cas de détection de vibrations supérieures à un niveau de vibrations prédéterminé, de préférence pendant une durée supérieure à une durée prédéterminée, cette durée prédéterminée étant préférentiellement supérieure à 30 secondes. [0019] L'accéléromètre est également configuré pour identifier le passage dans cette cana- lisation d'un mélange d'air et d'huile avec une concentration en huile qui dépasse un seuil prédéterminé, caractéristique d'un sur-remplissage en huile du réservoir. [0020] De préférence, le lubrifiant est de l'huile. [0021] L'invention a également pour objet une turbomachine d'aéronef comprenant un tel système de lubrification, cette turbomachine étant préférentiellement un turboréacteur ou un turbopropulseur, par exemple un turboréacteur à double flux, comprenant de préférence une soufflante entraînée par un réducteur. [0022] Enfin, l'invention a pour objet un procédé de détection de fuite de carburant ou de 3 sur-remplissage en huile d'un réservoir d'huile au sein d'un tel système de lubrification, comprenant une étape de suivi d'un niveau de vibrations de la canalisation d'extraction d'air chargé de lubrifiant, équipée de l'accéléromètre. [0023] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. Brève description des dessins [0024] Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; [0025] [fig.1] représente une vue schématique de côté d'un turboréacteur selon l'invention ; [0026] [lïg.21 représente une vue schématique d'un système de lubrification selon un mode de réa- lisation préféré de l'invention, cet ensemble équipant le turboréacteur de la figure précédente ; et [0027] [fig.3] représente une vue schématique d'une partie d'un système de lubrification selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS 100281 En référence à la figure 1, il est représenté un turboréacteur 1 à double flux et à double corps. Le turboréacteur 1 comporte de façon classique un générateur de gaz 2 de part et d'autre duquel sont agencés un compresseur basse pression 4, et une turbine basse pression 12. Le générateur de gaz 2 comprend un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 8 et une turbine haute pression 10. Par la suite, les termes « avant » et « arrière » sont considérés selon une direction 14 opposée à la direction d'écoulement principale des gaz au sein du turboréacteur, cette direction 14 étant parallèle à l'axe longitudinal 3 du turboréacteur. 100291 Le compresseur basse pression 4 et la turbine basse pression 12 forment un corps basse pression, et sont reliés Fun à l'autre par un arbre basse pression 11 centré sur l'axe 3. De même, le compresseur haute pression 6 et la turbine haute pression 10 forment un corps haute pression, et sont reliés l'un à l'autre par un arbre haute pression 13 centré sur l'axe 3 et agencé autour de l'arbre basse pression 11. Les arbres sont supportés par des paliers de roulement 19, qui sont lubrifiés en étant agencés dans des enceintes d'huile. Il en est de même pour le moyeu de soufflante 17, également supporté par des paliers de roulement 19. 100301 Le turboréacteur 1 comporte par ailleurs, à l'avant du générateur de gaz 2 et du com- presseur basse pression 4, une soufflante 15 qui est ici agencée directement à l'arrière d'un cône d'entrée d'air du moteur. La soufflante 15 est rotative selon l'axe 3, et entourée d'un carter de soufflante 9. Cette soufflante n'est pas entraînée directement par l'arbre basse pression 11, mais de préférence entraînée indirectement par cet arbre via un réducteur 20, cc qui lui permet de tourner avec une vitesse plus lente. Le réducteur 20 est également logé dans une enceinte d'huile pour permettre sa lubrification. [0031] En outre, le turboréacteur 1 définit une veine primaire 16 destinée à être traversée par un flux primaire, ainsi qu'une veine secondaire 18 destinée à être traversée par un flux secondaire situé radialement vers l'extérieur par rapport au flux primaire. [0032] Le turboréacteur 1 comprend un ou plusieurs systèmes de lubrification de pièces tournantes. Il peut s'agir de la lubrification des paliers de roulement 19, du réducteur 20, ou encore de toute autre pièce tournante comme celles de la boîte d'engrenages d'équipements auxiliaires (non représentée sur les figures, et généralement dénommée boîte AGB, de « Auxiliary Gcar Box »). [0033] Chaque système de lubrification 100, dont l'un est schématisé sur la figure 2, comporte une enceinte de lubrifiant 24 qui renferme les pièces tournantes à refroidir et à lubrifier, telles que celles mentionnées ci-dessus. Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 2, cette enceinte pourrait être divisée en plusieurs enceintes. Cette enceinte 24 est alimentée par un réservoir de lubrifiant 26, contenant de l'huile. En partie supérieure de cc réservoir 26, ce dernier comporte un orifice d'extraction 28 raccordé à une canalisation 30 d'extraction d'air chargé d'huile. Cette canalisation 30 est en effet agencée entre l'orifice d'extraction 28 et un séparateur air-lubrifiant 32, plus communément dénommé déshuileur. Dans ce mode de réalisation, la canalisation d'extraction 30 relie directement l'orifice d'extraction 28 au déshuileur 32. De manière conventionnelle, ce dernier présente la fonction d'isolation des particules d'huile présentes dans le mélange ah--huile situé en haut du réservoir, et dans la canalisation 30. L'air déshuilé est évacué par un orifice dédié du déshuileur 32, tandis que les particules d'huile isolées sont réinjectées dans le système vers l'enceinte 24, ou vers le réservoir de lubrifiant 26. [0034] L'enceinte 24, comprenant les pièces à lubrifier, est raccordée à un échangeur de chaleur 36. Il s'agit d'un échangeur huile-carburant, en ce sens qu'il est d'une part alimenté en huile par une canalisation 38 le raccordant à l'enceinte d'huile 24, et d'autre part alimenté en carburant par une canalisation 40 de carburant sous forte pression. Au sein de l'échangeur 36, l'énergie calorifique emmagasinée par l'huile sortant de l'enceinte 24 est partiellement transmise au carburant circulant à plus faible température, avant que celui-ci ne soit injecté dans la chambre de combustion du turboréacteur. Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 2, l'échangeur de chaleur 36 peut être localisé également en amont de l'enceinte 24. Il transmettrait alors des calories de l'huile provenant du réservoir de lubrifiant 26 vers le carburant circulant à plus faible température. L'huile en sortie de cet échangeur serait alors conduite vers l'enceinte 24. [0035] L'huile refroidie et circulant à plus faible pression que celle du carburant est ensuite dirigée vers un orifice de retour d'huile 42, via une canalisation 44. L'orifice de retour d'huile 42 est par exemple situé en partie supérieure du réservoir, de préférence à distance, voire à l'opposé de l'emplacement de l'orifice d'extraction 28. [0036] Bien que cela n'ait pas été représenté sur la figure 2, le système de lubrification pourrait également être équipé d'une ou plusieurs pompes destinées à assurer la circulation de l'huile dans le système, sans sortir du cadre de l'invention. [0037] Bien que cela n'ait pas été représenté sur la figure 2, le système de lubrification pourrait également être équipé d'un ou plusieurs autres échangeurs tels que des échangeurs air/huile en complément de l'échangeur de chaleur 36 présenté ci-dessus, sans sortir du cadre de l'invention. [0038] Bien que cela n'ait pas été représenté sur la figure 2, le système de lubrification pourrait également être équipé de clapets, distributeurs, vannes et doseurs afin de gérer le fonctionnement du circuit d'huile, sans sortir du cadre de l'invention. [0039] De plus, le système de lubrification pourrait également âtre équipé de capteurs de mesure de température et de pression des fluides afin de surveiller et gérer le fonctionnement du circuit d'huile, sans sortir du cadre de l'invention. [0040] En outre, un séparateur lubrifiant-air, plus communément dénommé désaérateur, pourrait âtre installé au niveau de l'orifice 28 entre le réservoir de lubrifiant 26 et la canalisation 30 d'extraction d'air, sans sortir du cadre de l'invention. L'objet de ce désaérateur est de limiter la quantité d'huile s'échappant avec l'air dans les cas de fonctionnement normal. Ce désaérateur ne doit pas empêcher le passage des fluides en cas de remplissage total du réservoir de lubrifiant 26 par un fluide liquide. [0041] En conditions normales de fonctionnement du turboréacteur, la quantité d'huile dans le système de lubrification 100 est telle que le niveau d'huile 50 dans le réservoir 26 se situe en-dessous de l'orifice d'extraction 28. De cette manière, cela permet de s'assurer que seul un mélange air-huile peut emprunter la canalisation d'extraction 30. [0042] L'une des particularités de l'invention réside dans l'adjonction d'un dispositif 52 de détection de fuite de carburant dans l'échangeur 36. Ce dispositif 52 comporte un accéléromètre 54 équipant la canalisation d'extraction 30, en étant monté sur une surface extérieure de celle-ci. [0043] Le dispositif de détection 52 est complété par un module 56 de collecte et de traitement de données provenant de l'accéléromètre 54. Ce module 56 peut être spécifique au dispositif de détection 52, ou bien intégré à une unité existante du turboréacteur. Grâce aux données mesurées par l'accéléromètre 54 et traitées par le module 56, le dispositif 52 est ainsi capable de suivre le comportement vibratoire de la canalisation d'extraction 30. 6 [0044] Or en cas de fuite de carburant au sein de l'échangeur 36, du carburant se mélange à l'huile et entraîne une augmentation du volume de fluide dans le réservoir 26. Le mélange huile-carburant remplit ainsi progressivement le réservoir 26, jusqu'à atteindre l'orifice 28 et la canalisation d'extraction 30. L'air chargé d'huile habituellement présent dans cette canalisation 30 est alors remplacé par le mélange huile-carburant, dont la masse volumique est largement plus élevée que celle de l'air chargé d'huile. Par conséquent, la masse du fluide circulant dans la canalisation 30 augmente, tout comme la masse globale de cette canalisation qui entraîne une réponse vibratoire bien distincte de celle de la même canalisation traversée par de l'air chargé d'huile. [0045] En assurant le suivi du niveau de vibrations de la canalisation d'extraction 30 via l'accéléromètre 54, le dispositif de détection 52 apporte une solution simple et fiable pour identifier le passage d'un mélange huile-carburant dans cette même canalisation, résultant d'une fuite de carburant au sein de l'échangeur 36. [0046] Egalement, ce dispositif de détection 52, objet de cette invention, peut permettre en complément d'identifier le passage d'un mélange air-huile avec une très forte concentration en huile, caractéristique d'un sur-remplissage du réservoir d'huile pouvant survenir par exemple à la suite d'une erreur de maintenance ou d'un problème dans le circuit d'huile. En effet, la très forte concentration en huile implique une augmentation substantielle de la masse volumique du mélange air-huile dans la canalisation, ce qui peut être détecté par le dispositif de détection, de préférence par une réponse vibratoire différente de celle provoquée par le mélange huile-carburant en cas de fuite dans l'échangeur. Dans ce cas, le dispositif de détection est avantageusement capable de détecter la différence entre un cas de fuite de carburant dans l'échangeur, et un cas de sur-remplissage du réservoir d'huile. Alternativement, la réponse vibratoire ne permet pas en tant que telle de déceler la différence entre ces deux types de problème, mais permet simplement de générer une alerte dont la cause doit être déterminée par d'autres moyens, comme par exemple une inspection du contenu du réservoir d'huile. [0047] Comme évoqué ci-dessus, le module 56 est configuré de manière à déclencher une alarme dès qu'un cas de fuite ou un sur-remplissage d'huile est détecté. Cette alarme peut être de tout type, par exemple sonore, lumineuse, etc. Dans certaines circonstances, il se peut que la canalisation d'extraction 30 se remplisse de manière éphémère d'un mélange huile-carburant, sans que cela ne résulte d'une fuite de carburant au sein de l'échangeur 36. En particulier, cette situation peut potentiellement se produire en cas d'accélération négative de l'aéronef, sur une courte période n'excédant habituellement pas 15 à 30 secondes. Dans le but d'éviter le déclenchement intempestif de l'alarme, le module 56 peut être configuré pour déclencher l'alarme seulement lorsque la signature vibratoire détectée atteste de la présence d'un mélange 7 huile-carburant, et ce pendant une durée supérieure à une durée prédéterminée qui est préférentiellement d'au moins 30 secondes. Cette durée prédéterminée peut néanmoins être abaissée, par exemple jusqu'à 15 secondes. [0048] Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, schématisé sur la figure 3, la communication fluidique entre l'orifice d'extraction 28 du réservoir 26 et le déshuileur 32 s'effectue par une canalisation principale de raccord 30a. Cette canalisation 30a est identique ou similaire à la canalisation d'extraction 30 décrite dans le mode de réalisation précédent. Cependant, il y est associé une canalisation de dérivation 30h, sous forme de piquage, et dont la section et la longueur sont plus faibles que celles de la canalisation principale 30a. Ainsi, une faible partie du fluide circulant dans cette canalisation principale 30a est dérivée dans la canalisation 30b, puis transite par celle-ci avant d'être réinjecté dans la canalisation principale 30a, en amont du déshuileur 32. Cette canalisation de dérivation 30h remplit ainsi également, dans une moindre importance, la fonction d'extraction d'air chargé d'huile. [0049] La particularité de ce mode de réalisation réside dans l'implantation de l'accéléromètre 54 sur la surface extérieure de la canalisation de dérivation 30h de plus faibles dimensions, toujours de manière à détecter un changement de comportement vibratoire lorsqu'elle est traversée par un mélange huile-carburant. En étant agencé sur une telle canalisation de dérivation 30h, le calibrage de l'accéléromètre 54 s'en trouve facilité. [0050] Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dont la portée est délimitée par les revendications annexées. 8