Brevet FR3137408A1 — publié le 20240105

ENSEMBLE DRAINE DE turbomachine d’aéronef Un aspect de l’invention concerne un ensemble pour turbomachine d’aéronef comprenant : - une chambre de combustion (8) comprenant un fond et un port de prélèvement de fluide ménagé au fond de la chambre à combustion (8), le fond présentant une hauteur de fond (h c ), - un dispositif de drainage de fluides (1), - une tuyère (6), le dispositif de drainage de fluides (1) comprenant un collecteur de drains (2), un éjecteur (3) de type trompe à jet, un premier conduit (4) par lequel l’éjecteur (3) est connecté au collecteur de drains (2), et un conduit de prélèvement (32) reliant le port de prélèvement de fluide à l’éjecteur (3), l’éjecteur (3) étant situé à une hauteur d’éjecteur (h e ) inférieure à la hauteur de fond (h c ), le dispositif de drainage (1) comprenant en outre un deuxième conduit (31) par lequel l’éjecteur (3) est connecté à la tuyère (6), et le port de prélèvement de fluide étant formé par un conduit ne comprenant aucun organe d’obturation mobile. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 Ensemble drainé d’une turbomachine d’aéronef DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui des turbomachines d’aéronef. La présente invention concerne un ensemble pour turbomachine comprenant un dispositif de drainage. Elle concerne également une turbomachine et un procédé de drainage de fluides associés. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Dans les moteurs d’aéronef tel qu’un hélicoptère, il est souvent nécessaire d’évacuer des fluides de différentes natures, tels du carburant ou de l’huile, pour éviter que ces fluides ne s’accumulent et ne perturbent le fonctionnement de ces moteurs. Un dispositif de drainage adapté à l’évacuation de fluides dans les moteurs d’aéronef est par exemple décrit dans la demande FR3015567A1 du déposant et représenté sur la . Le dispositif de drainage décrit dans la demande FR3015567A1 comprend une boîte à drains appelée encore collecteur 2. Le collecteur est configuré pour collecter des fluides drainés du moteur circulant dans des conduits 12 provenant de différentes parties du moteur et ayant leur sortie débouchant dans le collecteur 2. Le dispositif de drainage comprend également des moyens de pompage et d’évacuation 13 des fluides contenus dans le collecteur 2. Les moyens de pompage et d’évacuation 13 servent à évacuer les fluides drainés vers une tuyère 6. Les moyens de pompage et d’évacuation comprennent un éjecteur 3. Sur la , les moyens de pompage et d’évacuation 13 comprennent une conduite 16 reliée à une sortie 17 de fluides du collecteur 2. Pour contrôler l’activation du pompage et le moment d’évacuation des fluides dans la tuyère 6, une conduite 24, représentée sur la , est équipée d’une vanne à clapet 25 destinée à s’ouvrir et à laisser passer du gaz sous pression en provenance d’une chambre de combustion 8 jusqu’à l’éjecteur 3 lorsque la pression du fluide circulant dans le premier conduit est supérieure ou égale à une valeur seuil prédéterminée. Ainsi, la vanne à clapet 25 est actionnée par le gaz sous pression. Par exemple, au démarrage, la vanne à clapet 25 est en position fermée. Elle n’assure pas la fonction de drainer les fluides contenus dans le collecteur 2, qui ne sont donc pas évacués vers la tuyère 6. De même, en vol, la vanne à clapet 25 est en position ouverte sur la quasi-totalité de l’enveloppe de vol. Suite à une commande d’arrêt du moteur, la baisse de régime du compresseur entraîne une diminution de la pression environnante de la chambre de combustion, générant la fermeture de la vanne à clapet 25. Le moteur partiellement représenté en comprend d’autres moyens de drainage 26 utilisés pour collecteur du carburant non brulé dans la chambre de combustion 8 et pour l’évacuer vers la tuyère 6 au moyen d’une conduite 27 dont la sortie débouche dans la tuyère 6. Les moyens de drainage 26 sont également munis d’une vanne à clapet qui est en position fermée sur la quasi-totalité de l’enveloppe de vol. L’invention vise à simplifier un tel dispositif de drainage, et à en améliorer la robustesse. L’invention offre une solution plus robuste en permettant de simplifier les architectures actuelles, en particulier par la suppression de certains composants existants et notamment de composants mobiles tels que la vanne à clapet 25 ainsi que celle des moyens de drainage 26 de la . Un premier aspect de l’invention concerne un ensemble pour turbomachine d’aéronef comprenant : - une chambre de combustion comprenant un fond et un port de prélèvement de fluide ménagé au fond de la chambre à combustion, le fond présentant une hauteur de fond, - un dispositif de drainage de fluides, - une tuyère, le dispositif de drainage de fluides comprenant un collecteur de drains, un éjecteur de type trompe à jet, un premier conduit par lequel l’éjecteur est connecté au collecteur de drains, et un conduit de prélèvement reliant le port de prélèvement de fluide à l’éjecteur, l’éjecteur est situé à une hauteur d’éjecteur inférieure à la hauteur de fond, le dispositif de drainage comprend en outre un deuxième conduit par lequel l’éjecteur est connecté à la tuyère, et le port de prélèvement de fluide est formé par un conduit ne comprenant aucun organe d’obturation mobile. En d’autres termes, le port de prélèvement de fluide est formé par un conduit comprenant uniquement des organes fixes. En particulier, ces organes fixes comprennent préférablement une restriction de section. Ainsi, grâce à l’invention, il est possible de s’affranchir des vannes à clapet utilisées dans l’art antérieur, et donc des composants mobiles de telles vannes. Ainsi, le dispositif de drainage selon l’invention est plus robuste. Il est possible également de s’affranchir d’une conduite supplémentaire telle que la conduite 27 de la . Ainsi, l’architecture de la turbomachine est plus légère. Avantageusement, le deuxième conduit est connecté à la tuyère par une interface de tuyère présentant une hauteur de sortie, et le premier conduit comprend une partie haute située à une hauteur supérieure à la hauteur de sortie. Cette configuration permet d’empêcher d’éventuels retours de résidus vers le collecteur. Avantageusement, le port de prélèvement comprend une crépine. La crépine permet d’éviter la pollution de l’éjecteur par d’éventuels déchets solides. Par exemple, la crépine est affleurante à une paroi interne de la chambre de combustion. Ainsi, des particules présentes dans les liquides résiduels de la chambre de combustion de la turbomachine ne pourront pas s’accumuler dans la crépine et ne risquent pas de la colmater. Avantageusement, le port de prélèvement comprend en outre une restriction de section. La restriction de section permet d’ajuster la quantité d’air sous pression prélevée de la chambre de combustion vers l’éjecteur, et donc de calibrer le prélèvement d’air sous pression au juste besoin. La restriction de section permet de contrôler un effet Venturi au sein de l’éjecteur. Par exemple, la restriction de section est située en aval de la crépine le long du conduit de prélèvement. Un deuxième aspect de l’invention concerne une turbomachine comprenant un ensemble pour turbomachine tel que décrit précédemment. Préférentiellement, la turbomachine est un turbomoteur d’hélicoptère. Un troisième aspect de l’invention concerne un procédé de drainage pour évacuer des résidus et des fluides d’une turbomachine pour aéronef mis en œuvre par un ensemble avec au moins une des caractéristiques précédentes, le procédé de drainage comprenant, au démarrage de la turbomachine, une étape de nettoyage de résidus situés au fond de la chambre à combustion par évacuation desdits résidus vers l’éjecteur via le conduit de prélèvement. La fonction de nettoyage est assurée par le conduit de prélèvement. Avantageusement, le procédé de drainage comprend, lors du fonctionnement de la turbomachine, les étapes suivantes : - prélèvement d’air en provenance de la chambre de combustion via le conduit de prélèvement, - aspiration de fluides présents dans le collecteur de drains vers l’éjecteur via le premier conduit par effet Venturi, - évacuation des fluides aspirés vers la tuyère via le deuxième conduit. Le conduit de prélèvement assure une deuxième fonction de prélèvement d’air. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La illustre schématiquement une vue de côté d’un moteur d’aéronef comprenant un dispositif de drainage selon l’art antérieur. La illustre schématiquement une vue de côté d’un ensemble pour turbomachine selon l’invention. La montre une représentation schématique d’une trompe à jet. DESCRIPTION DETAILLEE Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Un exemple de turbomachine d’aéronef dans laquelle l’invention peut s’appliquer comporte un générateur de gaz formé d’un compresseur, d’une chambre de combustion 8 et d’une turbine, en liaison avec une turbine libre. La turbine libre entraîne le rotor principal par un arbre de puissance via une boîte de transmission. Les gaz issus de la combustion sont éjectés dans une tuyère 6. Cependant, l’invention peut s’appliquer à toute autre architecture de turbomachine comportant une chambre de combustion et une tuyère. Afin de rendre la turbomachine propre, celle-ci est équipée d’un dispositif de drainage destiné à collecter les fluides résiduels (carburant, huile, condensats d’eau, impuretés, etc..) provenant du moteur. La présente description s’applique préférentiellement dans le cas où la turbomachine est un turbomoteur pour propulsion d’aéronef. La illustre schématiquement l’environnement du dispositif de drainage de fluides selon l’invention. Le dispositif de drainage de fluides comprend un collecteur de drains 2, un éjecteur 3, et un premier conduit 4. L’éjecteur comprend un deuxième conduit 31 et un conduit de prélèvement 32. Le premier conduit 4 connecte le collecteur de drains 2 et l’éjecteur 3 via une interface d’éjecteur 5. Le premier conduit 4 est destiné à la circulation de fluides présents dans le collecteur de drains 2 vers l’éjecteur 3. Comme illustré sur la , le premier conduit 4 présente une partie ascendante 41, une partie haute 42 et une partie descendante 43. Le deuxième conduit 31 connecte l’éjecteur 3 à la tuyère 6 via une interface de tuyère 7. Le deuxième conduit 31 est destiné à l’évacuation de fluides présents dans l’éjecteur 3 vers la tuyère 6. L’interface de tuyère 7 est positionnée à une hauteur dénommée hauteur de sortie h t . On dénomme X l’axe de la turbomachine. L’axe X est sensiblement horizontal, c’est-à-dire orienté selon la direction de propagation de l’aéronef. La partie haute 42 du premier conduit 4 est sensiblement horizontale et est positionnée à une hauteur h h supérieure à la hauteur de tuyère h t . Cette géométrie permet le fonctionnement du dispositif de drainage de fluides 1 comme il va être vu par la suite. La présence de la partie haute 42 permet également d’éviter la pollution du collecteur de drains 2 par des fluides stockés au fond de la chambre de combustion 8. Par ailleurs, la présence de la partie haute 42 permet d’éviter un retour des résidus vers le collecteur 2. La chambre de combustion 8 comporte, en son fond, un port de prélèvement de fluide. Le conduit de prélèvement 32 relie le port de prélèvement de fluide à l’éjecteur 3. Des conduits de drainage de fluides provenant de différentes parties de la turbomachine sont reliés au collecteur 2, dont ce dernier reçoit les fluides. L’éjecteur 3 est de type trompe à jet. L’interface d’éjecteur 5 est positionnée à une hauteur h e plus basse que la hauteur h c du fond de la chambre de combustion 8. Autrement dit, le prélèvement de l’éjecteur 3 est effectué en point bas de la chambre de combustion 8. La hauteur du fond de la chambre de combustion 8 est dénommée hauteur de fond h c ci-après. L’éjecteur 3 est typiquement positionné au même endroit que la vanne à clapet 25 de la demande FR3015567A1 du déposant. Ainsi, la solution proposée par l’invention permet de supprimer une vanne à clapet et un conduit dans le dispositif de drainage de fluides, ou en d’autres termes de mutualiser dans le dispositif de drainage 1 les fonctions d’éjecteur et de vanne à clapet, comme il va être expliqué par la suite. Le principe de fonctionnement du dispositif de drainage de fluides 1 selon l’invention repose sur l’effet Venturi. Une illustration schématique d’une trompe à jet est donnée à la . Une trompe à jet est un équipement statique permettant d’aspirer, comprimer ou mélanger des gaz, des vapeurs ou des liquides grâce à la détente d’un fluide ou un liquide moteur et qui apporte l’énergie nécessaire à l’entrainement d’un fluide à entraîner. Sur la , un fluide moteur 16 de pression P H pénètre dans une ouverture d’admission 15. Un fluide à entraîner, de pression P L , entre par une canalisation d’alimentation 14. La trompe à jet comprend une ouverture de distribution 10, encore appelée buse, matérialisée par une réduction de diamètre. En fonctionnement, le fluide moteur 13 entraîne le fluide à entraîner par effet Venturi en aval de l’ouverture de distribution 10, de sorte que la détente du fluide moteur 16, à pression P S , apporte au fluide à entraîner l’énergie nécessaire à son entraînement. La forme de la trompe à jet assure à la fois que le fluide à entraîner est valablement entraîné par le fluide moteur 16 et que ces deux fluides sont mélangés de façon homogène au sein d’une unité de mélange 11, avant d’atteindre une ouverture de refoulement 12, à la pression P D . Similairement, par arrivée d’air sous pression via le conduit de prélèvement 32, une dépression est créée dans l’éjecteur 3. La dépression engendre l’aspiration des fluides contenus dans le collecteur 2 ainsi que leur circulation vers l’éjecteur 3, via le premier conduit 4, puis vers la tuyère 6, via le deuxième conduit 31. Avantageusement, le port de prélèvement de fluide comprend une crépine 81. La crépine 81 permet d’éviter la pollution de l’éjecteur 3. Préférentiellement, la crépine 81 est affleurante à la paroi interne de la chambre de combustion 8. Cette position permet d’éviter un éventuel colmatage de la crépine 81 par des particules présentes dans des liquides résiduels au fond de la chambre de combustion 8. Avantageusement, le port de prélèvement comprend une restriction de section 82. La restriction de section 82 permet d’ajuster la quantité d’air sous pression prélevée de la chambre de combustion 8 vers l’éjecteur 3, et donc de calibrer le prélèvement d’air sous pression au juste besoin. Préférentiellement, lorsque le port de prélèvement comprend une crépine 81, la restriction de section 82 est appliquée en aval de la crépine 81. Le fonctionnement du dispositif de drainage de fluides selon l’invention va être décrit ci-après, dans le cas où la turbomachine est un moteur d’hélicoptère. Au démarrage, la pression environnante de la chambre de combustion 8 augmente. Ainsi, la pression au fond de la chambre de combustion 8 augmente et chasse d’éventuels liquides résiduels vers l’éjecteur 3 via le conduit de prélèvement 32. De tels liquides résiduels sont par exemple du carburant résiduel ou des produits de lavage du compresseur résiduels. Il peut être noté qu’il n’est pas besoin d’une conduite supplémentaire telle que la conduite 27 de la , et que le conduit de prélèvement 32 sert, au démarrage, au drainage des liquides résiduels. Suite à l’évacuation de ces liquides résiduels, en vol, de l’air sous pression débouche dans le conduit de prélèvement 32. Par effet Venturi, les fluides présents dans le collecteur de drains 2 sont aspirés vers l’éjecteur 3 et remontent vers celui-ci via le premier conduit 4, puis vers la tuyère 6 via le deuxième conduit 31. L’aspiration est permise du fait de la différence de hauteur entre la partie haute 42 du premier conduit 4 et l’interface d’éjecteur 5. La circulation des fluides aspirés depuis l’éjecteur 3 vers la tuyère 6 est permise du fait de la différence de hauteur entre la partie haute 42 du premier conduit 4 et l’interface de tuyère 7. Il peut être noté qu’en vol, le conduit de prélèvement 32 sert au prélèvement de gaz sous pression en provenance de la chambre de combustion. Ainsi, le conduit de prélèvement 32 mutualise les deux fonctions de drainage de liquides résiduels et de prélèvement de gaz sous pression. Ainsi, l’invention propose un dispositif de drainage de fluides dépourvu de pièce mobile telle qu’une vanne à clapet et donc plus robuste, présentant une fiabilité améliorée. Outre l’amélioration de la fiabilité du dispositif de drainage, le nombre de composants est diminué, le nombre d’interfaces sur le carter de la turbomachine et sur la tuyère sont diminués, et par conséquent, les coûts et la masse totale sont diminués. Ensemble drainé d’une turbomachine d’aéronef, ledit ensemble comprenant : - une chambre de combustion (8) comprenant un fond et un port de prélèvement de fluide ménagé au fond de la chambre à combustion (8), le fond présentant une hauteur de fond (h c ), - un dispositif de drainage de fluides (1), - une tuyère (6), le dispositif de drainage de fluides (1) comprenant un collecteur de drains (2), un éjecteur (3) de type trompe à jet, un premier conduit (4) par lequel l’éjecteur (3) est connecté au collecteur de drains (2), et un conduit de prélèvement (32) reliant le port de prélèvement de fluide à l’éjecteur (3), caractérisé en ce que : - l’éjecteur (3) est situé à une hauteur d’éjecteur (h e ) inférieure à la hauteur de fond (h c ), le dispositif de drainage (1) comprend en outre un deuxième conduit (31) par lequel l’éjecteur (3) est connecté à la tuyère (6), et le port de prélèvement de fluide est formé par un conduit ne comprenant aucun organe d’obturation mobile. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - le deuxième conduit (31) est connecté à la tuyère (6) par une interface de tuyère (7) présentant une hauteur de sortie (h t ), - le premier conduit (4) comprend une partie haute (42) située à une hauteur (h h ) supérieure à la hauteur de sortie (h t ). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le port de prélèvement comprend une crépine (81). Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que la crépine (81) est affleurante à une paroi interne de la chambre de combustion (8). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le port de prélèvement comprend en outre une restriction de section (82). Ensemble selon la revendication 5 et l’une des revendications 3 ou 4, caractérisé en la restriction de section (82) est située en aval de la crépine (81) le long du conduit de prélèvement (32). Turbomachine comprenant un ensemble selon l’une des revendications 1 à 6. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisé en ce que la turbomachine est un turbomoteur d’hélicoptère. Procédé de drainage pour évacuer des résidus et des fluides d’une turbomachine pour aéronef mis en œuvre par un ensemble selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le procédé de drainage comprend, au démarrage de la turbomachine, une étape de nettoyage de résidus situés au fond de la chambre à combustion (8) par évacuation desdits résidus vers l’éjecteur (3) via le conduit de prélèvement (32). Procédé de drainage selon la revendication 9, comprenant, lors du fonctionnement de la turbomachine, les étapes suivantes : - prélèvement d’air en provenance de la chambre de combustion (8) via le conduit de prélèvement (32), - aspiration de fluides présents dans le collecteur de drains (2) vers l’éjecteur (3) via le premier conduit (4) par effet Venturi, - évacuation des fluides aspirés vers la tuyère (6) via le deuxième conduit (31).