Brevet FR3108942A1 — publié le 20211008

L’invention concerne une turbomachine à double flux (1) pour un aéronef, comportant une soufflante carénée et un générateur de gaz, la soufflante étant configurée pour générer un flux primaire d’air dans une veine primaire (16) et un flux secondaire dans une veine secondaire (18), le générateur de gaz comportant au moins un compresseur (2, 3), une chambre de combustion (4) et au moins une turbine, le générateur de gaz comportant au moins une vanne de décharge (22) depuis la veine primaire (16) située dans ledit au moins un compresseur (2, 3) jusqu’à la veine secondaire (18). Selon l’invention, la turbomachine (1) comprend en outre un échangeur de chaleur (20) dont un premier circuit (32) a une entrée (34) reliée à une sortie (36) de ladite au moins une vanne de décharge (22) et une sortie (38) configurée pour alimenter en air un circuit (40) de ventilation de ladite au moins une turbine. L’invention concerne aussi un procédé de ventilation d’au moins une turbine dans une telle turbomachine (1). Figure pour l’abrégé : Figure 1 TURBOMACHINE A DOUBLE FLUX POUR UN AERONEF ET PROCEDE DE VENTILATION D’AU MOINS UNE TURBINE DANS UNE TELLE TURBOMACHINE Domaine technique de l’invention La présente invention concerne une turbomachine à double flux pour un aéronef, telle qu’une turbomachine comportant des moyens de refroidissement d’un composant situé à proximité d’un axe principal de la turbomachine. L’invention concerne plus particulièrement une turbomachine à double flux comportant des moyens de refroidissement d’un arbre rotatif basse pression et/ou de chambres de pressurisation d’huile de lubrification. L’invention concerne également un procédé de ventilation d’au moins une turbine dans une telle turbomachine. Arrière-plan technique Dans les turbomachines actuelles, il y a de nombreux circuits d’air interne moteur. Ces circuits assurent différentes fonctions. Parmi ces circuits, un circuit d’air réalise à la fois la fonction de pressurisation d'enceintes d'huile de lubrification pour éviter que l’huile ne sorte de ces enceintes et la fonction de refroidissement de l’arbre basse pression. L’air de ce circuit est prélevé au niveau du carter intermédiaire, en aval du compresseur basse pression, de préférence entre le compresseur basse pression et le compresseur haute pression. L’air passant par les enceintes est ensuite évacué par des déshuileurs, et l’air restant est évacué à l’aval de la turbine basse pression. Ce circuit va subir des pertes de charges dues aux changements de rayons, trous, joints, etc. ; au niveau du prélèvement, le long de l’arbre basse pression ou au niveau des joints de pressurisation des enceintes. Il faut donc que le rapport de pression (pression prélevée / pression sortante) soit assez grand pour que l’air circule correctement et avec le débit souhaité. Parmi les contraintes sur ce circuit d'air, il faut que la température de l'air soit assez froide pour refroidir l’arbre basse pression et pour assurer une bonne tenue des roulements. En effet, un critère sur la température de l’air entrant dans les enceintes, et contournant les enceintes existe pour assurer la bonne tenue des paliers par le respect des critères de températures de ces derniers. La pression de l'air doit en outre être suffisante pour que le rapport de pression mentionné précédemment soit assez important et permette de faire circuler le débit spécifié. Aussi, dans certaines turbomachines, le cycle thermodynamique est tel que le rapport de pressions est trop faible pour que ce circuit respecte ces contraintes. Il faut donc trouver une solution de contournement. Des solutions connues consistent à utiliser des échangeurs thermiques. Il est par exemple connu de placer un échangeur thermique de type échangeur brique dans la veine secondaire. Le flux froid circulant dans la veine secondaire passe alors à travers cet échangeur brique, et le flux chaud passe dans des canaux ménagés à l’intérieur de l’échangeur. Les ailettes présentes sur l’échangeur augmentent les échanges thermiques entre les deux flux. Toutefois, l’échangeur étant placé dans la veine secondaire, celui-ci accroit les pertes de charge et affecte ainsi le rendement global du moteur. Même en position inter-veine (aussi appelée position « core »), l’air est prélevé dans le flux secondaire, abaissant ainsi le rendement. Une autre solution connue consiste à placer un échangeur thermique de type échangeur à surface dans la veine secondaire. Si la perte de charge occasionnée est moindre que pour un échangeur brique, une telle solution génère également des pertes de charge non négligeables pour l’air prélevé et pour l’air dans la veine secondaire dans laquelle l’échangeur est placé. Le document EP-A1-0 743 435 décrit une turbomachine comportant un échangeur de chaleur intégré à une aube de redresseur situé dans la veine secondaire. Selon ce document, l'aube comporte une cavité débouchant à chaque extrémité radiale de l'aube pour l'entrée ou la sortie du flux d'air à refroidir. Un tel échangeur de chaleur est ainsi adapté pour un circuit d'air alimentant un composant situé par exemple dans la virole externe de la turbomachine, mais elle n'est pas adaptée à la ventilation de composants situés à proximité de l'axe principal de la turbomachine. En outre, un tel échangeur produit des pertes de charge dans la veine secondaire, ce qui est préjudiciable au rendement global du moteur. La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités. L’invention propose à cet effet une turbomachine à double flux pour un aéronef, comportant une soufflante carénée et un générateur de gaz, la soufflante étant configurée pour générer un flux primaire d’air dans une veine primaire à l’intérieur du générateur de gaz, et un flux secondaire dans une veine secondaire s’étendant autour du générateur de gaz, le générateur de gaz comportant au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine, le générateur de gaz comportant au moins une vanne de décharge depuis la veine primaire située dans ledit au moins un compresseur jusqu’à la veine secondaire. Selon l’invention, elle comprend en outre un échangeur de chaleur dont un premier circuit a une entrée reliée à une sortie de ladite au moins une vanne de décharge et une sortie configurée pour alimenter en air un circuit de ventilation de ladite au moins une turbine. Une telle configuration pour l’échangeur de chaleur, sous forme de piquage sur l’évacuation de la vanne de décharge, permet de refroidir efficacement le flux d'air pressurisé qui a été prélevé en aval du compresseur basse pression, tout en produisant de faibles pertes de charge. En effet, du fait de ce piquage dans la vanne de décharge, le débit évacué dans le flux secondaire est avantageusement réduit par rapport au débit évacué dans les solutions de l’art antérieur (débit qui participait aux pertes de charges du flux secondaire). Le rendement global du moteur est ainsi amélioré. En outre, une telle configuration permet d’utiliser un débit perdu comme source froide pour l’échangeur, participant là encore à la réduction des pertes de charge. De plus, le rapport coût / performance du prélèvement de la source froide est faible. Enfin, la turbomachine selon l’invention permet d’assurer à la fois les besoins de refroidissement de l’arbre basse pression et les besoins de pressurisation, et ce malgré un cycle thermodynamique non adapté à un circuit classique. La turbomachine à double flux selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres : l’échangeur est situé dans un compartiment du générateur de gaz situés entre les veines primaire et secondaire ; l’entrée du premier circuit et la sortie de ladite au moins une vanne de décharge sont reliées par un conduit qui comprend une dérivation débouchant dans ladite veine secondaire afin d’alimenter en air l’échangeur lorsque la vanne de décharge est fermée ; l’échangeur comprend un second circuit comportant une entrée reliée à un système de prélèvement d’air dans ledit au moins un compresseur, ce système de prélèvement étant situé en aval de ladite au moins une vanne de décharge ; le second circuit comprend une sortie reliée à un système d’injection d’air dans un espace entouré par ladite veine primaire ; et le système d’injection alimente en air un circuit de pressurisation d’enceinte(s) de lubrification de paliers et/ou un circuit de ventilation d’arbre(s). L’invention concerne également un procédé de ventilation d’au moins une turbine dans une turbomachine telle que décrite ci-dessus, ce procédé comprenant les étapes consistant à : a) ventiler la turbine par de l’air prélevé par ladite au moins une vanne de décharge et passant par le premier circuit de l’échangeur, lorsque cette vanne de décharge est ouverte, et b) ventiler la turbine par de l’air prélevé dans la veine secondaire et passant par le premier circuit de l’échangeur, lorsque cette vanne de décharge est fermée. De préférence, l’air passant par le premier circuit est réchauffé par de l’air prélevé dans ledit au moins un compresseur. Brève 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 dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique en section axiale d’une turbomachine à double flux selon l’invention, la turbomachine comprenant une vanne de décharge ; la figure 2 est une vue agrandie de la turbomachine de la figure 1, lorsque la vanne de décharge est ouverte ; et la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, lorsque la vanne de décharge est fermée. Description détaillée de l’invention Sur la figure 1 est représentée une turbomachine double flux 1 destinée à équiper un aéronef. Une telle turbomachine 1 comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une ou plusieurs soufflantes carénées puis un générateur de gaz comprenant un ou plusieurs étages de compresseur, basse pression 2 puis haute pression 3, une chambre de combustion 4, un ou plusieurs étages de turbine, haute pression puis basse pression, et une tuyère d'échappement des gaz. La soufflante, les turbines haute et basse pression ainsi que la tuyère ne sont pas représentés sur les figures pour des raisons de clarté. La turbomachine 1 comporte en outre, en s'éloignant de son axe principal A, un arbre basse pression 12, un arbre haute pression 14, une veine primaire 16 d'écoulement d'air agencée à l’intérieur du générateur de gaz, une veine secondaire 18 d'écoulement d'air s’étendant autour du générateur de gaz, et un échangeur de chaleur 20. La ou les soufflante(s) sont configurées pour générer un flux primaire d’air dans la veine primaire 16, et un flux secondaire d’air dans la veine secondaire 18. Le générateur de gaz comporte en outre au moins une vanne de décharge 22 depuis la veine primaire 16 située dans le ou les étage(s) de compresseurs 2, 3 jusqu’à la veine secondaire 18. De telles vannes 22 sont des vannes de décharge des étages de compresseur basse pression 2. En effet, selon les phases de vol et pour des raisons d’opérabilité, il est nécessaire de décharger le compresseur basse pression 2, autrement dit d’évacuer, à l’aval de ce compresseur 2, du débit primaire vers la veine secondaire 18. Une telle décharge est réalisée par une trappe, ouverte par la ou les vanne(s) de décharge 22, ce qui permet à une partie de l’air de la veine primaire 16 d’aller vers la veine secondaire 18. De telles vannes de décharge 22 jouent également parfois un rôle d’écopage de corps étrangers (tels que par exemple de la grêle ou des grêlons) avant le compresseur haute pression 3. L’échangeur de chaleur 20 est situé dans un compartiment inter-veine 28, aussi appelé "core compartiment", séparant la veine primaire 16 et la veine secondaire 18. L’échangeur de chaleur 20 est du type air-air et la source d’air froid de l’échangeur de chaleur 20 est constituée par un piquage 30 sur la ou les vanne(s) de décharge 22. Plus précisément, l’échangeur de chaleur 20 comprend un premier circuit 32 dont une entrée 34 est reliée à une sortie 36 de la ou des vanne(s) de décharge 22, et dont une sortie 38 est configurée pour alimenter en air un circuit 40 de ventilation de la ou des turbine(s). Ce circuit de ventilation 40 peut permettre en outre de ventiler et de refroidir le compartiment inter-veine 28. De préférence, et comme illustré sur la figure 1, l’échangeur de chaleur 20 comporte également un second circuit 42 dont une entrée 44 est reliée à un système 46 de prélèvement d’air dans le ou les compresseur(s) haute pression 3, et dont une sortie 48 est reliée à un système 50 d’injection d’air dans un espace entouré par la veine primaire 16. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite en référence aux figures 2 et 3, l’entrée 34 du premier circuit 32 de l’échangeur 20 et la sortie 36 de la ou des vanne(s) de décharge 22 sont reliées par un conduit 52. Le conduit 52 comprend une dérivation 54 débouchant dans la veine secondaire 18 afin d’alimenter en air l’échangeur 20 lorsque la vanne de décharge 22 est fermée. Le système de prélèvement d’air 46 est situé en aval de la ou des vanne(s) de décharge 22 et permet de prélever de l’air chaud dans le ou les compresseur(s) haute pression 3, fournissant ainsi une source d’air chaud pour l’échangeur 20. Le système d’injection d’air 50 alimente en air un circuit 55 de pressurisation d’enceinte(s) de lubrification de paliers ainsi qu’un circuit de ventilation 56. Le circuit de pressurisation 55 est conçu pour alimenter en air pressurisé des enceintes contenant de l’huile de lubrification de parties mobiles, qui sont situées au niveau de l’arbre basse pression 12 et qui permettent de pressuriser cette huile de lubrification. Le circuit de ventilation 56 est conçu pour refroidir l’arbre basse pression 12. L’air sortant du second circuit 42 de l’échangeur au niveau du système d’injection d’air 50 vient ainsi pressuriser les enceintes et refroidir l’arbre basse pression 12, en passant par le carter intermédiaire. Les corps étrangers écopés par la ou les vanne(s) de décharge 22 doivent être éjectés sans être captés par le piquage 30 en direction de l’échangeur 20. Pour ce faire, la turbomachine 1 est munie de préférence d’un filtre ou d’une grille de protection (non représenté) disposé(e) au niveau de la bifurcation pour l’échangeur 20. L’échangeur 20 est alors effectivement protégé de ces corps étrangers. En variante, il est également possible de jouer sur le profil des prélèvements d’air. Le procédé de ventilation de la ou des turbine(s) de la turbomachine 1 selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 2 et 3. Pour faciliter la suite de la description, on supposera que la turbomachine 1 ne comporte qu’une seule turbine, bien que celle-ci puisse tout aussi bien comporter plusieurs turbines dans le cadre de la présente invention. Au cours d’une étape initiale illustrée sur la figure 2, lorsque la vanne de décharge 22 est ouverte, la turbine est ventilée via le circuit de ventilation 40 par de l’air prélevé par cette vanne 22 et passant par le premier circuit 32 de l’échangeur 20. En prélevant cet air dans l’évacuation de la vanne de décharge 22, on réduit le débit évacué dans le flux secondaire. Les pertes de charges du flux secondaire sont ainsi avantageusement réduites et le rendement global du moteur est amélioré. Au cours d’une étape suivante illustrée sur la figure 3, lorsque la vanne de décharge 22 est fermée, la turbine est ventilée via le circuit de ventilation 40 par de l’air prélevé dans la veine secondaire 18 et passant par le premier circuit 32 de l’échangeur 20. Cet air prélevé dans la veine secondaire 18 étant un air froid, il peut donc participer au refroidissement de l’air fourni en sortie 48 du second circuit 42 de l’échangeur 20, à destination du système d’injection d’air 50. Au cours de ces deux étapes, l’air passant par le premier circuit 32 de l’échangeur 20 est réchauffé par de l’air prélevé dans le ou les compresseur(s) haute pression 3, via le système de prélèvement d’air 46. Turbomachine à double flux (1) pour un aéronef, comportant une soufflante carénée et un générateur de gaz, la soufflante étant configurée pour générer un flux primaire d’air dans une veine primaire (16) à l’intérieur du générateur de gaz, et un flux secondaire dans une veine secondaire (18) s’étendant autour du générateur de gaz, le générateur de gaz comportant au moins un compresseur (2, 3), une chambre de combustion (4) et au moins une turbine, le générateur de gaz comportant au moins une vanne de décharge (22) depuis la veine primaire (16) située dans ledit au moins un compresseur (2, 3) jusqu’à la veine secondaire (18), caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un échangeur de chaleur (20) dont un premier circuit (32) a une entrée (34) reliée à une sortie (36) de ladite au moins une vanne de décharge (22) et une sortie (38) configurée pour alimenter en air un circuit (40) de ventilation de ladite au moins une turbine. Turbomachine (1) selon la revendication 1, dans laquelle l’échangeur (20) est situé dans un compartiment (28) du générateur de gaz situé entre les veines primaire et secondaire (16, 18). Turbomachine (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’entrée (34) du premier circuit (38) et la sortie (36) de ladite au moins une vanne de décharge (22) sont reliées par un conduit (52) qui comprend une dérivation (54) débouchant dans ladite veine secondaire (18) afin d’alimenter en air l’échangeur (20) lorsque la vanne de décharge (22) est fermée. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’échangeur (20) comprend un second circuit (42) comportant une entrée (44) reliée à un système (46) de prélèvement d’air dans ledit au moins un compresseur (2, 3), ce système de prélèvement (46) étant situé en aval de ladite au moins une vanne de décharge (22). Turbomachine (1) selon la revendication 4, dans laquelle le second circuit (42) comprend une sortie (48) reliée à un système (50) d’injection d’air dans un espace entouré par ladite veine primaire (16). Turbomachine (1) selon la revendication 5, dans laquelle le système d’injection (50) alimente en air un circuit (55) de pressurisation d’enceinte(s) de lubrification de paliers et/ou un circuit (56) de ventilation d’arbre(s). Procédé de ventilation d’au moins une turbine dans une turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, ce procédé comprenant les étapes consistant à : ventiler la turbine (2, 3) par de l’air prélevé par ladite au moins une vanne de décharge (22) et passant par le premier circuit (32) de l’échangeur (20), lorsque cette vanne de décharge (22) est ouverte, et ventiler la turbine (2, 3) par de l’air prélevé dans la veine secondaire (18) et passant par le premier circuit (32) de l’échangeur (20), lorsque cette vanne de décharge (22) est fermée. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’air passant par le premier circuit (32) est réchauffé par de l’air prélevé dans ledit au moins un compresseur (2, 3).