Brevet FR3112823A1 — publié le 20220128

Pompe centrifuge à double volute à section croissante non-linéaire Pompe (1) à carburant à double volute comprenant deux volutes (4, 5) s’étendant entre une admission (2) interne de fluide et un refoulement (3) externe de fluide, lesdites volutes (4, 5) définissant un flux centrifuge depuis l’admission (2) de fluide vers le refoulement (3) de fluide, chaque volute (4, 5) présentant une section croissante depuis une extrémité interne vers une extrémité externe, caractérisée en ce que pour chaque volute (4, 5), la section augmente de manière non linéaire depuis une extrémité interne vers une extrémité externe. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. pompe centrifuge à double volute à section croissante non-linéaire Le présent exposé concerne le domaine des pompes à carburant à double volute, notamment pour des moteurs d’aéronefs. La pompe principale à carburant est un élément principal de régulation d’un moteur d’avion. Elle permet d’alimenter en carburant la chambre de combustion depuis les réservoirs avions. On se sert également de son débit et de sa pression pour générer la puissance hydraulique pour actionner les géométries variables du moteur. De manière conventionnelle, les pompes principales pour carburant de moteurs d’avion se composent en grande majorité d’un étage basse pression (BP) et d’un étage haute pression (HP). L’étage basse pression est généralement constitué d’un inducteur et d’un rouet centrifuge, ainsi qu’une volute. L’étage haute pression d’une pompe principale à carburant est généralement constitué d’une pompe à engrenages externes entraînée mécaniquement par un arbre du boîtier de transmission de puissance du moteur. De manière générale, une pompe à carburant est dimensionnée pour les conditions qui exigent de garantir un débit supérieur au débit demandé pour toutes les conditions de fonctionnement. La technologie la plus utilisée actuellement pour l’étage basse pression est une pompe centrifuge avec un inducteur et un rouet à aubages suivi par une volute. Afin de garantir le bon fonctionnement de la pompe à carburant, les concepteurs doivent connaitre et maitriser les efforts hydrauliques générés lors de différents points de fonctionnement. Ces efforts hydrauliques peuvent être divisés en deux parties : des efforts axiaux et des efforts radiaux. La volute positionnée autour du rouet centrifuge transforme l’énergie cinétique en énergie potentielle. Sa forme impacte les efforts radiaux générés par la pompe centrifuge. Lorsqu’une volute est proprement dimensionnée, le champ de pression autour de la roue est uniforme pour le point de fonctionnement nominal. De ce fait, la force radiale d’interaction entre le fluide et le rotor est théoriquement minimale. Ceci n’est plus le cas lorsque la pompe cinétique fonctionne dans un régime qui est loin de son point nominal, comme par exemple dans le mode « croisière » ou en mode « ralenti » d’un avion civil ou militaire. De ce fait, le champ de pression n’est plus optimal et il est à l’origine d’efforts radiaux, dont la résultante peut avoir des impacts importants sur le bon fonctionnement de l’ensemble des pièces de la pompe cinétique. Les volutes à deux becs, également dites « volutes doubles » sont connues comme étant une solution fiable pour réduire les efforts radiaux sur toute la plage de fonctionnement d’une pompe cinétique. Par sa construction, la volute double comporte un deuxième bec, qui se prolonge par une cloison intermédiaire qui sépare en deux zones l’écoulement à l’intérieure de la volute. Les deux zones se rejoignent dans la partie en amont du diffuseur. Le dimensionnement des deux volutes impacte fortement les performances de la pompe. Il est ainsi nécessaire de dimensionner de manière appropriée la cloison séparant les deux volutes. Dans le cas d’une pompe avec une plage de fonctionnement allant de 0 à 38 000 L/H, on comprend cependant qu’un tel dimensionnement s’avère problématique. Le présent exposé vise à répondre au moins partiellement à ces problématiques, et propose ainsi une pompe à carburant à double volute comprenant deux volutes s’étendant entre une admission interne de fluide et un refoulement externe de fluide, lesdites volutes définissant un flux centrifuge depuis l’admission de fluide vers le refoulement de fluide, chaque volute présentant une section croissante depuis une extrémité interne vers une extrémité externe, caractérisée en ce que pour chaque volute, la section augmente de manière non linéaire depuis une extrémité interne vers une extrémité externe. Selon un exemple, l’admission interne définit un axe d’admission, et dans laquelle les deux volutes présentent des extrémités internes positionnées de part et d’autre de l’axe d’admission. Les deux volutes présentent alors typiquement des extrémités externes débouchant à des postions angulaires décalées de 180° par rapport à l’axe d’admission, la seconde volute se prolongeant par un manchon de section constante jusqu’à la position angulaire de l’extrémité externe de la première volute. Selon un exemple, les deux volutes présentent des extrémités externes ayant des sections de même surface. Selon un exemple, les deux volutes s’étendent chacune selon un secteur angulaire de 180°, les secteurs angulaires desdites deux volutes étant disjoints. La première volute et la seconde volute sont alors typiquement symétriques par rapport à l’axe d’admission. Le présent exposé concerne également un aéronef comprenant une telle pompe à carburant. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. La représente schématiquement une structure de pompe à double volute, La est un graphe illustrant l’évolution de la section de volute selon un aspect de l’invention. La est un graphe schématisant l’effet de la section de la volute sur les performances de la pompe. Sur l’ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. Pompe (1) à carburant à double volute comprenant deux volutes (4, 5) s’étendant entre une admission (2) interne de fluide et un refoulement (3) externe de fluide, lesdites volutes (4, 5) définissant un flux centrifuge depuis l’admission (2) de fluide vers le refoulement (3) de fluide, chaque volute (4, 5) présentant une section croissante depuis une extrémité interne vers une extrémité externe, caractérisée en ce que pour chaque volute (4, 5), la section augmente de manière non linéaire depuis une extrémité interne vers une extrémité externe. Pompe (1) à carburant selon la revendication 1, dans laquelle l’admission (2) interne définit un axe d’admission (X-X), et dans laquelle les deux volutes présentent des extrémités internes positionnées de part et d’autre de l’axe d’admission (X-X). Pompe (1) à carburant selon la revendication 2, dans laquelle les deux volutes (4, 5) présentent des extrémités externes débouchant à des postions angulaires décalées de 180° par rapport à l’axe d’admission (X-X), la seconde volute (5) se prolongeant par un manchon (6) de section constante jusqu’à la position angulaire de l’extrémité externe de la première volute (4). Pompe (1) à carburant selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle les deux volutes présentent des extrémités externes ayant des sections de même surface. Pompe (1) à carburant selon l’une des revendications 2 à 4, dans laquelle les deux volutes (4, 5) s’étendent chacune selon un secteur angulaire de 180°, les secteurs angulaires desdites deux volutes (4, 5) étant disjoints. Pompe (1) à carburant selon la revendication 5, dans laquelle la première volute (4) et la seconde volute (5) sont symétriques par rapport à l’axe d’admission (X-X). Aéronef comprenant une pompe (1) à carburant selon l’une des revendications précédentes.