Brevet FR3116864A1 — publié le 20220603

L’invention concerne un circuit d’alimentation en carburant (1) pour une chambre de combustion (2) d’une turbomachine (10), comprenant : - une pompe d’alimentation en carburant (3) configurée pour fournir un flux de carburant à un débit prédéterminé, - plusieurs injecteurs (4) de carburant, et - une rampe (5) de liaison de la pompe (3) aux injecteurs (4), ledit circuit comprend en outre un dispositif de traitement thermique du carburant (6) comportant une chambre (60) reliée, d’une part, à une entrée de carburant (61) reliée à la pompe (3) et à une sortie de carburant (62) reliée à la rampe (5), des éléments de chauffage (60) étant situés dans cette chambre et étant configurés pour chauffer le flux de carburant jusqu’à une température prédéterminée de façon à provoquer une cokéfaction du carburant au sein de la chambre (60) du dispositif (6). Figure pour l'abrégé : Figure 1 CIRCUIT D’ALIMENTATION EN CARBURANT POUR UNE CHAMBRE DE COMBUSTION D’UNE TURBOMACHINE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un circuit d’alimentation en carburant pour une chambre de combustion d’une turbomachine, en particulier d’aéronef. Elle concerne notamment un perfectionnement permettant d’éviter la cokéfaction du carburant dans les injecteurs équipant la chambre de combustion. Arrière-plan technique Une turbomachine d’aéronef comprend un générateur de gaz comportant notamment un ou plusieurs compresseurs, par exemple basse pression et haute pression, disposé(s) en amont d’une chambre de combustion. Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans la turbomachine. De même, par convention dans la présente demande, les termes « interne » et « externe » sont définis radialement par rapport à l’axe longitudinal de la turbomachine, qui est notamment l’axe de rotation des rotors des compresseurs. Traditionnellement, la chambre de combustion est annulaire et placée dans une enceinte annulaire délimitée radialement par un carter annulaire externe et un carter annulaire interne. La chambre de combustion comprend des parois annulaires interne et externe coaxiales réunies en amont par un fond de chambre, également annulaire, et sensiblement transversal. La chambre de combustion est alimentée en air comprimé provenant du compresseur haute pression via notamment un diffuseur annulaire, et en carburant via un circuit d’alimentation en carburant comportant des injecteurs répartis angulairement autour de l’axe de la turbomachine. Conventionnellement, le circuit d’alimentation en carburant peut comprendre les éléments suivants ici cités dans le sens de l'écoulement du carburant d'amont en aval : un réservoir de carburant pour le stockage du carburant, une pompe basse pression BP assurant l'alimentation du carburant issu du réservoir, une unité de filtration du carburant, une pompe haute pression HP, une unité de dosage du flux total de carburant délivré aux injecteurs, usuellement nommée FMU (pour « Fuel Metering Unit »), délivrant en sortie un flux total de carburant éventuellement réparti en aval entre une ou plusieurs rampes d'injection, et un ensemble d'injecteurs de carburant dans la chambre de combustion. Le circuit d’alimentation utilise généralement comme carburant du kérosène ou du bio-kérosène. Le kérosène est un mélange d’hydrocarbures contenant principalement des alcanes. Il est issu du raffinage du pétrole et théoriquement exempt de soufre. Le bio-kérosène est un carburant alternatif, produit à partir de la biomasse, tel que du sucre de canne. Ces carburants présentent dans la réalité, une propension à l’oxydation et à la pyrolyse lorsque qu’ils sont soumis à des températures supérieures à 150°C. Aussi, la présence d’oxygène dissous dans le kérosène et de composés soufrés, mène à la décomposition de ce dernier en divers produits de réaction à l’origine du dépôt et de l’encrassement des systèmes hydromécaniques. Ces conditions de dégradation de carburant sont régulièrement réunies lors du passage du kérosène dans les injecteurs. Les demandes FR-A1-2 918 716, FR-A1-2 925 146, FR-A1-2 941 288, et FR-A1-2 975 467 décrivent des exemples d’un système d'injection comportant des injecteurs pour turbomachine. Ces injecteurs, qui sont généralement placés au niveau du fond de chambre, sont soumis à des sollicitations thermiques intenses, en particulier lors des points de ralenti ou d’arrêt de la turbomachine. Lorsque ces points de fonctionnement sont vus trop fréquemment, la dégradation du carburant peut provoquer l’apparition de dépôts de coke de carburant en paroi des injecteurs. Ce dépôt pouvant, sur le long terme, dégrader les performances d’injection et donc des performances générales de la turbomachine. Les paramètres principaux agissant sur le phénomène de cokéfaction sont la température du carburant en paroi, et les concentrations en réactifs à l’origine des précurseurs de dépôt. Une solution à ce phénomène de cokéfaction, est de réaliser une protection thermique sur le corps et le coude des injecteurs, de manière à abaisser les niveaux de température en paroi interne de l’injecteur sur les points de fonctionnement du moteur lorsque le flux du carburant est débitant dans les injecteurs. Néanmoins sur les points de ralenti ou d’arrêt de la turbomachine, lorsque le flux de carburant n’est que très peu ou plus débitant, les protections thermiques ne permettent pas d’empêcher l’augmentation de la température des injecteurs au-dessus des températures critiques de formation de dépôt. Une alternative à ce phénomène de cokéfaction, est le nettoyage des rampes et des injecteurs avec une solution nettoyante. Un chariot mobile comprenant un réservoir rempli de solution nettoyante, est acheminé jusqu’à la chambre de combustion, la solution nettoyante étant ensuite injectée dans les injecteurs lorsque la turbomachine est à l’arrêt. Cette alternative permet d’enlever directement une partie du dépôt de coke en carburant lorsque la turbomachine est à l’arrêt au sol, sans démontage du moteur et des injecteurs. Cependant, les particules de coke dissoutes ou issues du décapage du nettoyage peuvent venir boucher l’injecteur, ou le dégrader définitivement. Par ailleurs, ce processus de nettoyage est, d’une part, couteux se faisant uniquement lorsque la turbomachine est en maintenance, et d’autre part, nécessite des contrôles fréquents et réguliers durant toute la vie de la turbomachine. Il est également connu d’utiliser des revêtements anti-cokéfaction sur les parois des injecteurs. Cependant, ces revêtements ne constituent pas une solution suffisamment efficace pour limiter le dépôt de carburant dans les injecteurs et pour empêcher une maintenance prématurée de la turbomachine. Ces revêtements permettent au mieux, d’améliorer l’efficacité des produits de nettoyage de la turbomachine en maintenance. Dans ce contexte, il est intéressant de pallier les inconvénients de l’art antérieur, en proposant un circuit d’alimentation en carburant d’une chambre de combustion fiable et à durée de vie améliorée, tout en permettant son assemblage simple et rapide dans une turbomachine. Il est décrit un circuit d’alimentation en carburant pour une chambre de combustion d’une turbomachine, en particulier d’aéronef, comprenant : - une pompe d’alimentation en carburant, ladite pompe étant configurée pour fournir un flux de carburant à un débit prédéterminé, - plusieurs injecteurs de carburant, et - une rampe de liaison de la pompe aux injecteurs. Selon l’invention, le circuit comprend en outre un dispositif de traitement thermique du carburant comportant une chambre reliée, d’une part, à une entrée de carburant reliée à la pompe, et d’autre part, à une sortie de carburant reliée à la rampe, des éléments de chauffage étant situés dans cette chambre et étant configurés pour chauffer le flux de carburant fourni par la pompe jusqu’à une température prédéterminée de façon à provoquer une cokéfaction du carburant au sein de la chambre. L’invention permet, grâce à la présence du dispositif de traitement thermique de carburant, de provoquer la formation et le dépôt de coke de carburant dans une zone localisée du circuit d’alimentation, de préférence éloignée de la chambre de combustion. Cette zone est située en aval de la pompe d’alimentation en carburant et en amont de la rampe de liaison aux injecteurs. Ceci permet de réguler facilement la formation de dépôt et d’encrassement de carburant dans le dispositif sans altérer les performances des équipements de carburant (tels que les injecteurs), et de manière générale les performances de la turbomachine. En effet, le flux de carburant sortant de la pompe est dégradé et oxydé par chauffage dans la chambre du dispositif. Les réactifs de réaction d’oxydation du carburant (l’oxygène dissous et les précurseurs de Soufre) sont donc consommés avant d’arriver dans les injecteurs. Ainsi, le carburant (qui est débarrassé de ses produits de réaction) peut passer dans les injecteurs sans les encrasser, même lorsque les sollicitations thermiques sont importantes et que les conditions cokéfiantes de température sont réunies. De manière générale, le dispositif de l’invention permet de centraliser le traitement thermique du carburant sur la turbomachine. Plus particulièrement, la cokéfaction de carburant est déplacée en amont des injecteurs dans une zone facile d’accès lors d’une maintenance. Ceci permet ainsi d’augmenter la durée de vie des injecteurs dont le remplacement est une opération lourde et onéreuse, et, par voie de conséquence, de réduire le risque de dépose prématurée de la turbomachine contenant le système d’injection. L’invention présente ainsi l’avantage de proposer une conception simple, offrant une très grande fiabilité, et peu pénalisante en termes de coûts et d’encombrement de la turbomachine. Le système peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - une conduite de dérivation dudit dispositif, cette conduite s’étendant entre la pompe et la rampe et permet à un flux de carburant de sortir de la pompe et d’alimenter la rampe ans passer par ledit dispositif, - la conduite de dérivation est équipée d’une vanne, par exemple à clapet, qui est configuré pour adopter, d’une part, une position ouverte dans laquelle le flux de carburant passant par la conduit est maximal, et d’autre part, une position fermée dans laquelle ce flux est nul, - le circuit comprend en outre une unité de dosage de carburant qui est relié audit dispositif et qui est configuré pour contrôler lesdits éléments de chauffage, - ladite unité est configurée pour piloter la vanne en fonction d’un paramètre du flux de carburant fourni par la pompe, tel que la pression du flux de carburant, - lesdits éléments de chauffage comprennent au moins un tube métallique perforé qui comprend des orifices de passage de carburant et qui est associé à une électrode de chauffage en vue du chauffage du tube et donc du carburant traversant le tube, - chacun desdits éléments de chauffage comprend des tubes métalliques engagés coaxialement les uns dans les autres, - le ou chaque tube comprend une paroi formée par un treillis ou un tamis métallique, - au moins un joint, de préférence en céramique, d’étanchéité au carburant et/ou diélectrique est disposé entre lesdits treillis ou tamis métalliques des éléments chauffants, - le dispositif comprend des moyens de refroidissement du flux de carburant sortant de la chambre ou de la conduite de dérivation, - le dispositif est relié de manière amovible à la pompe et à la rampe, - le dispositif est configuré pour être fixé sur un carter de la chambre de combustion par des moyens de fixation, de préférence amovible, tels que des boulons, - les orifices du ou des tubes a un diamètre compris entre 0,1 et 1 mm, - les éléments de chauffage sont configurés pour fournir une température de chauffage comprise entre 200 et 300°C, de préférence de l’ordre de 250°C. Il est décrit aussi une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un dispositif de traitement thermique de carburant tel que décrit ci-dessus. La turbomachine peut être un turbopropulseur ou un turboréacteur. Il est décrit également un procédé d’alimentation en carburant d’une chambre de combustion de turbomachine, au moyen d’un dispositif de traitement thermique de carburant tel que décrit ci-dessus. Ce procédé comprenant une étape de contrôle des éléments de chauffage en vue du chauffage du carburant uniquement lorsqu’un paramètre du flux de carburant fourni par la pompe est inférieur à un seuil prédéterminé. L’invention concerne un procédé de maintenance d’un circuit d’alimentation en carburant d’une chambre de combustion de turbomachine, en particulier d’aéronef, le circuit comportant : - une pompe d’alimentation en carburant, ladite pompe étant configurée pour fournir un flux de carburant à un débit prédéterminé, - plusieurs injecteurs de carburant, et - une rampe de liaison de la pompe aux injecteurs, - un dispositif de traitement thermique du carburant comportant une chambre reliée, d’une part, à une entrée de carburant reliée à la pompe et à une sortie de carburant reliée à la rampe, des éléments de chauffage étant situés dans cette chambre et étant configurés pour chauffer le flux de carburant fourni par la pompe jusqu’à une température prédéterminée de façon à provoquer une cokéfaction du carburant au sein de la chambre. Ce procédé de maintenance comporte une étape de démontage et de remplacement du dispositif comportant une chambre encrassée par des dépôts de coke de carburant, par un nouveau dispositif de traitement thermique. Le procédé de maintenance 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 : - ledit circuit comprend une conduite de dérivation dudit dispositif, cette conduite s’étendant entre la pompe et la rampe et permet à un flux de carburant de sortir de la pompe et d’alimenter la rampe ans passer par ledit dispositif, - la conduite de dérivation est équipée d’une vanne, par exemple à clapet, qui est configuré pour adopter, d’une part, une position ouverte dans laquelle le flux de carburant passant par la conduit est maximal, et d’autre part, une position fermée dans laquelle ce flux est nul, - le circuit comprend en outre une unité de dosage de carburant qui est relié audit dispositif et qui est configuré pour contrôler lesdits éléments de chauffage, - ladite unité est configurée pour piloter la vanne en fonction d’un paramètre du flux de carburant fourni par la pompe, tel que la pression du flux de carburant, - lesdits éléments de chauffage comprennent au moins un tube métallique perforé qui comprend des orifices de passage de carburant et qui est associé à une électrode de chauffage en vue du chauffage du tube et donc du carburant traversant le tube, - chacun desdits éléments de chauffage comprend des tubes métalliques engagés coaxialement les uns dans les autres, - le ou chaque tube comprend une paroi formée par un treillis ou un tamis métallique, - au moins un joint, de préférence en céramique, d’étanchéité au carburant et/ou diélectrique est disposé entre lesdits treillis ou tamis métalliques des éléments chauffants, - le dispositif comprend des moyens de refroidissement du flux de carburant sortant de la chambre ou de la conduite de dérivation, - le dispositif est relié de manière amovible à la pompe et à la rampe, - le dispositif est configuré pour être fixé sur un carter de la chambre de combustion par des moyens de fixation, de préférence amovible, tels que des boulons, - les orifices du ou des tubes a un diamètre compris entre 0,1 et 1 mm, - les éléments de chauffage sont configurés pour fournir une température de chauffage comprise entre 200 et 300°C, de préférence de l’ordre de 250°C. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la est une demi vue schématique en coupe axiale d’un circuit d’alimentation en carburant pour une chambre de combustion d’une turbomachine ; la est une vue schématique partielle d’un circuit d’alimentation en carburant selon un mode de réalisation de l’invention, et montre un dispositif de traitement thermique et une conduite de dérivation ; la est une vue schématique en coupe d’un élément de chauffage du dispositif de la ; la est une vue schématique en coupe selon la ligne IV-IV de la ; la est une autre vue très schématique d’un circuit selon l’invention. Procédé de maintenance d’un circuit d’alimentation en carburant (1) d’une chambre de combustion (2) de turbomachine, en particulier d’aéronef, le circuit comprenant : - une pompe d’alimentation en carburant (3), ladite pompe (3) étant configurée pour fournir un flux de carburant à un débit prédéterminé, - plusieurs injecteurs (4) de carburant, et - une rampe (5) de liaison de la pompe (3) aux injecteurs (4), - un dispositif de traitement thermique du carburant (6) comportant une chambre (60) reliée, d’une part, à une entrée de carburant (61) reliée à la pompe (3) et à une sortie de carburant (62) reliée à la rampe (5), des éléments de chauffage (60) étant situés dans cette chambre (60) et étant configurés pour chauffer le flux de carburant fourni par la pompe (3) jusqu’à une température prédéterminée de façon à provoquer une cokéfaction du carburant au sein de la chambre (60), le procédé de maintenance comporte une étape de démontage et de remplacement dudit dispositif (6) comportant une chambre encrassée par des dépôts de coke de carburant, par un nouveau dispositif de traitement thermique (6). Procédé de maintenance selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit (1) comprend une conduite de dérivation (64) dudit dispositif (6), cette conduite (64) s’étendant entre la pompe (3) et la rampe (5) et permettant à un flux de carburant (F2) de sortir de la pompe (3) et d’alimenter la rampe (5) sans passer par ledit dispositif (6). Procédé de maintenance selon la revendication 2, caractérisé en ce que la conduite de dérivation (64) est équipée d’une vanne (65), par exemple à clapet, qui est configurée pour adopter, d’une part, une position ouverte dans laquelle le flux de carburant (F2) passant par la conduite (64) est maximal, et d’autre part, une position fermée dans laquelle ce flux (F2) est nul. Procédé de maintenance selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit (1) comprend en outre une unité de dosage de carburant (7) qui est reliée audit dispositif (6) et qui est configurée pour contrôler lesdits éléments de chauffage (63). Procédé de maintenance selon la revendication 4, en dépendance de la revendication 3, caractérisé en ce que ladite unité (7) est configurée pour piloter la vanne (65) en fonction d’un paramètre du flux de carburant fourni par la pompe (3), tel que la pression du flux de carburant. Procédé de maintenance selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments de chauffage (63) comprennent au moins un tube métallique (630, 630’) perforé qui comprend des orifices de passage de carburant (634, 634’) et qui est associé à une électrode de chauffage (632) en vue du chauffage du tube (630) et donc du carburant traversant le tube (630). Procédé de maintenance selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacun desdits éléments de chauffage (63) comprend des tubes métalliques (630, 630’) engagés coaxialement les uns dans les autres. Procédé de maintenance selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le ou chaque tube (630) comprend une paroi formée par un treillis ou un tamis métallique. Procédé de maintenance selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’au moins un joint, de préférence en céramique, d’étanchéité (638) au carburant et/ou diélectrique (636) est disposé entre lesdits treillis ou tamis métalliques des éléments chauffants (63). Procédé de maintenance selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dispositif (6) comprend des moyens de refroidissement (8) du flux de carburant sortant de la chambre (60) ou de la conduite de dérivation (64).