Brevet FR3133887A1 — publié le 20230929

Est concernée une enceinte palier (12’) pour turbomachine, présentant un volume (121’), délimité entre un rotor et un stator, et comportant un conduit (250’) pour évacuer principalement une première fraction du mélange air-lubrifiant, afin de dégazer le volume interne, un système de déshuilage (37) raccordé à l’air ambiant, et un conduit (230’) de récupération, principalement du lubrifiant, accessoirement d’une seconde fraction dudit mélange air-lubrifiant. Le conduit de récupération du lubrifiant (230’) communique avec le conduit d'évacuation (250’) par un conduit de dérivation (43), afin d’y évacuer au moins une partie de la seconde fraction dudit mélange air-lubrifiant, permettant ainsi un dégazage complémentaire du volume (121’). Figure pour l’abrégé : Figure 3 Turbomachine aéronautique à enceinte palier ventilée Domaine de la divulgation L’invention concerne le domaine de l’aérothermie et de la lubrification, sur une turbomachine aéronautique. Etat de la technique Classiquement, comme représenté en , une turbomachine aéronautique 1 comprend d'amont en aval une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. L'air entrant dans la turbomachine 1 se divise en un flux d'air primaire (flèche A) qui circule dans une veine d’air dite primaire 8 à l'intérieur successivement des compresseurs basse pression et haute pression 3, 4 vers la chambre de combustion 5 puis à travers les turbines successivement haute pression et basse pression 6, 7, et en un flux d'air secondaire (flèches B) qui circule dans une veine d’air dite secondaire 9 contournant les compresseurs 3, 4, la chambre de combustion 5 et les turbines 6, 7. Les veines 8, 9 sont traversées par des bras structuraux 10 s'étendant radialement. Par ailleurs, une turbomachine aéronautique telle que 1 comporte généralement des roulements, appelés paliers, qui sont protégés des autres composants de la turbomachine par des enceintes, appelées « enceinte paliers » qui les entourent. Ainsi, la représente schématiquement une enceinte palier de l'art antérieur liée à un palier 120. Cette enceinte palier 12 permet d'isoler des autres parties de la turbomachine le palier 120 de guidage d'un arbre tubulaire 13, d’axe X de rotation. Le palier 120 comporte : - une bague externe fixe 14 montée sur une partie fixe 15, ou stator, de la turbomachine, - une bague interne tournante 16 montée sur l'arbre tubulaire 13, et - des éléments roulants 17 interposés, radialement à l’axe X, entre la bague externe fixe 14 et la bague interne tournante 16. Ces trois composants 14,16,17 forment des éléments en mouvement, dont tout ou partie est regroupé sous le terme de rotor 18. Le rotor 18 tourne, autour de l’axe X, par rapport à un stator 15 situé radialement autour de lui. Le stator 15 comprend la bague externe fixe 14, une paroi 150 à laquelle sont fixée la bague externe fixe 14 et des joints à air 27. Afin d'assurer la lubrification et le refroidissement du palier de guidage contenu dans l'enceinte palier 12, il est nécessaire d'injecter un lubrifiant sous pression sur lesdits éléments en mouvement 13 et/ou16 et/ou 17. Pour cela, l'enceinte palier 12 comporte des moyens 19 d'injection de lubrifiant. Ces moyens 19 d'injection de lubrifiant comportent généralement un conduit d'arrivée 20 relié à un gicleur 21 qui permettent d'envoyer le lubrifiant sous pression au niveau de la bague tournante 16 et/ou les éléments roulants 17. L'enceinte palier 12 comporte également des moyens 23 de récupération du lubrifiant qui permettent d'évacuer le lubrifiant usagé. Par ailleurs, afin d'assurer l'étanchéité de l'enceinte palier, cette enceinte palier est fermée par les joints à air 27 venant en appui radial contre l'arbre tubulaire 13. Une certaine pression d’air doit être assurée dans l'enceinte palier 12. A cette fin, de l’air peut entrer dans l'enceinte palier à l’endroit des joints à air 27. Afin d'éviter que l'enceinte palier 12 ne monte excessivement en pression, l'enceinte palier peut comporter également des moyens 25 d'évacuation de l'air permettant de réaliser un dégazage positif de l'enceinte palier, via un conduit 250 qui peut traverser la paroi 150 du stator 15. On appelle typiquement ce type d’enceinte palier une enceinte palier ventilée. L’air évacué par le conduit des moyens d'évacuation 25 est alors chargé d'un brouillard de lubrifiant, donc d’air huilé, autrement dit d’un mélange air-lubrifiant, de sorte qu'il est nécessaire de le purifier, en filtrant le lubrifiant qu'il contient. Un déshuileur, autrement dit un système de déshuilage sur lequel débouche le conduit d'évacuation 250 du mélange air-lubrifiant, apte à séparer le lubrifiant de l'air contenu dans le mélange air-lubrifiant, est alors utilisé. Il arrive quoi qu’il en soit que la pression « d’air huilé » dans l’enceinte palier ventilée soit perturbée En fonction des marges disponibles ou des compromis de réglage de la turbomachine, il peut en résulter des problèmes de pressurisation et de fonctionnement de l’enceinte palier ventilée. Exposé de la divulgation Pour remédier aux inconvénient(s) et problème(s) précités, conformément à la divulgation, il est proposé que, sur la turbomachine aéronautique considérée, les moyens de récupération du lubrifiant communiquent avec le conduit précité d'évacuation du mélange air-lubrifiant par un conduit de dérivation permettant d’évacuer au moins une partie d’une fraction restante dudit mélange air-lubrifiant, assurant ainsi un dégazage complémentaire de l’enceinte palier. Plus précisément, il est proposé une turbomachine aéronautique comportant une enceinte palier. Cette enceinte palier : - présente un volume interne délimité entre un rotor mobile en rotation autour d'un axe de référence et un stator comprenant un support de palier sur lequel est monté un palier en appui avec ledit rotor, et - comporte : -- des moyens d'alimentation en lubrifiant agencés pour alimenter en lubrifiant ledit volume interne, -- un circuit de circulation d'air passant à travers l’enceinte palier et comportant : --- des moyens d'amenée d’air agencés pour amener de l'air dans le volume interne, --- un conduit d'évacuation principale d’un mélange air-lubrifiant agencé pour évacuer, à l’écart du volume interne, principalement au moins une première fraction du mélange air-lubrifiant contenu dans ledit volume interne, permettant ainsi un dégazage du volume interne, --- un système de déshuilage communiquant avec l’air ambiant et relié au conduit d'évacuation principale du mélange air-lubrifiant, le système de déshuilage étant apte à séparer le lubrifiant de l'air contenu dans le mélange air-lubrifiant provenant du conduit d'évacuation, -- un réservoir de lubrifiant, et -- un conduit de récupération du lubrifiant agencé pour évacuer à l’écart dudit volume interne, vers le réservoir de lubrifiant, principalement une partie au moins du lubrifiant ayant lubrifié ledit palier et accessoirement une seconde fraction du mélange air-lubrifiant, la turbomachine étant caractérisée en ce que le conduit de récupération du lubrifiant communique avec le conduit d'évacuation principale du mélange air-lubrifiant par un conduit de dérivation, pour y évacuer au moins une partie de la seconde fraction dudit mélange air-lubrifiant. Ainsi, on permettra un dégazage complémentaire du volume interne. On évitera que la pression « d’air huilé » dans le volume interne de l’enceinte palier ventilée soit trop élevée, par exemple en raison d’une perméabilité du dégazage insuffisante, pouvant être liée à un problème de dimensionnement. Typiquement, une telle situation pourrait survenir si le débit d’air huilé extrait de l’enceinte palier ventilée vers le déshuileur devient insuffisant pour compenser le débit d’air entrant dans l’enceinte palier, ce qui ferait monter la pression dans l’enceinte palier. Avec la solution ci-avant proposée, le débit d’air huilé extrait de l’enceinte palier ventilée vers le déshuileur est rendu plus important, de façon simple et efficiente. Typiquement, on pourra prévoir que l’enceinte palier comporte en outre des joints à air qui fermeront le volume interne, autour du rotor, et travers lesquels l'air amené par les moyens d'amenée d’air pourra passer pour entrer dans ledit volume interne de l’enceinte palier. Ainsi, les moyens d'amenée d’air pourront être situés, en eux-mêmes-, à distance dudit volume interne et donc éviter de faire traverser la paroi du stator entourant ce volume interne par un conduit d’amené d’air « directement » dans le volume interne. Selon une autre caractéristique, il est proposé que le conduit de dérivation présente une section de passage supérieure ou égale à la section de passage du conduit de récupération du lubrifiant. Ainsi, on pourra profiter au-delà du conduit de récupération d’huile de la section de passage de ce conduit, typiquement raccordé en partie basse dudit volume interne, pour transporter facilement une partie de l’air huilé vers le dégazage principal assuré via le système de déshuilage. Afin d’affiner la gestion du débit évacué par le conduit de dérivation et sécuriser l’installation, on pourra prévoir que soit adjoint un moyen de régulation du débit de fluide circulant, monté sur le conduit de dérivation, afin donc de réguler le débit de fluide dans le conduit de dérivation. Une vanne tout ou rien pourra en particulier convenir. Solution simple et fiable. Le fluide circulant sera un mélange air-lubrifiant, propre, si nécessaire, à être déshuiler dans le système de déshuilage. Pour éviter une saturation du système de déshuilage et favoriser une réutilisation du lubrifiant issu de la séparation, on pourra utilement prévoir un second conduit de récupération du lubrifiant reliant le système de déshuilage et le réservoir de lubrifiant, afin donc de pouvoir évacuer vers le réservoir une partie au moins du lubrifiant issu de ladite séparation entre le lubrifiant et l'air. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de la présente divulgation apparaîtront dans la description détaillée suivante, se référant aux dessins annexés dans lesquels : représente une turbomachine aéronautique conventionnelle, en l’espèce un turboréacteur. représente un schéma d'une enceinte palier de l'art antérieur, représente un schéma d'une enceinte palier pouvant convenir dans le cadre de l’invention, représente un schéma de circuit d’évacuation-récupération de lubrifiant et d’un mélange air-lubrifiant associé à une enceinte palier conforme à l’invention et donc à la solution de la . Description détaillée de la divulgation A noter en préambule que : - la divulgation n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit ci-après à titre illustratif, non limitatif, et - la solution proposée dans la présente divulgation peut en particulier utiliser tout ou partie des moyens précités présentés en liaison avec un art antérieur connu et dont les éléments communs ont été repris ci-après, affectés d’un « ’ » (signe prime). Ainsi, dans le mode de réalisation proposé, le volume interne 121’ de l’enceinte palier 12’ est-il délimité, radialement à l’axe X’ autour duquel tourne le rotor 18’, via le palier 120’ : - entre l'arbre tubulaire tournant 13’, la bague interne tournante 16’ qui y est montée et les éléments roulants 17’ interposés entre les bagues interne 16’ et externe 14’, et - le stator 15’ qui comprend la bague externe fixe 14’, la paroi 150’ à laquelle sont fixée la bague externe fixe 14’ et les joints à air 27’. Une illustration d’un mode possible, voire préféré, de réalisation est illustré . Pour assurer une amenée de lubrifiant dans le volume interne 121’ de l’enceinte palier, les moyens 19’ d'injection, le conduit d'arrivée 20’ et le gicleur 21’ peuvent être réunis sous l’appellation moyens d’alimentation 22’. Pour assurer, via les joints à air 27’, l’arrivée d’air qui convient dans ce même volume interne 121’, l’air peut provenir de moyens d’amenée ou d'injection d'air 29 permettant donc à de l'air sous pression d’être injecté vers le volume interne 121’. Cet air sous pression peut être prélevé en aval d'un étage de compression de la turbomachine, et plus précisément en aval du compresseur basse pression 3 de la turbomachine. Les moyens d'injection d'air 29 comprennent un conduit 290 d’amenée d’air traversant la paroi 150’ et qui débouche dans le volume 31 situé autour de l'arbre tubulaire tournant 13’, à l’extérieur du volume interne 121’ dont il est séparé par les joints à air 27’. Afin de s’assurer que l’air de pressurisation injecté (voir flèches ) traverse bien les étanchéités d’enceinte – donc les joints à air 27’ - de l’extérieur vers l’intérieur de l’enceinte, un critère sur le rapport de pression entre et les volumes extérieur 31 et interne 121’ est favorablement établi. L’effet d’aspiration entre les pressions respectives P1 et P2 (P1>P2) assure alors un débit d’air suffisant pour protéger l’étanchéité. De la sorte, il peut régner dans le volume interne 121’ une pression adaptée. Dans le cas d’une enceinte ventilée, c’est donc l’écart de pression entre les pressions respectives P1 et P2, donc entre l’amont et aval de l’étanchéité 27’, qui assure la bonne pressurisation du volume interne 121’. Pour la partie « air », un conduit 250’, reliant le volume 121’ à l’air ambiant (Pa) via un système de déshuilage 37, définit un « conduit d'évacuation principale », à l’écart du volume interne 121’, principalement d’au moins une première fraction (largement majoritaire en air) du mélange air-lubrifiant contenu dans ledit volume interne 121’. Pour récupérer du lubrifiant issu du volume interne 121’, l’enceinte palier 12’ comprend quant à elle un réservoir 33 de lubrifiant et un conduit 230’ ou moyen 23’ de récupération « principale » de lubrifiant, reliant le volume 121’ au réservoir 33. Le conduit 230’ de récupération du lubrifiant est en effet agencé pour évacuer, à l’écart dudit volume interne 121’ : - vers le réservoir 33, principalement une partie au moins (largement majoritaire) du lubrifiant ayant lubrifié le palier 120’ et, - accessoirement, une seconde fraction (largement minoritaire en air) dudit mélange air-lubrifiant. Ainsi, en combinant les évacuations d’air, hors du volume interne 121’, majoritairement via le conduit 250’ et minoritairement via le conduit 230’, il va être possible de favoriser le dégazage du volume interne 121’ et pallier les problèmes précités. Pourront être de la sorte considérés comme appartenant à un circuit optimisé de circulation d'air 35 passant à travers l’enceinte palier 12’ : - les moyens 29/290 d'amenée d’air, - le conduit 250’ d'évacuation principale du mélange air-lubrifiant présent dans le volume interne 121’, - le système de déshuilage 37 relié au conduit 250’. En tant que tels, les deux derniers de ces trois éléments peuvent aussi être considérés comme appartenant à des moyens 25’ d'évacuation principale du mélange air-lubrifiant, hors du volume 121’. Le système de déshuilage 37 peut comprendre une cuve de séparation 370 pouvant communiquer avec l’air libre ou ambiant (Pa : pression atmosphérique) par un évent 371. Au moins ladite première fraction du mélange air-lubrifiant se sépare donc dans la cuve de séparation 370. Le lubrifiant, qui peut être de l’huile, introduit dans l’enceinte palier 12’ peut être récupéré depuis le volume interne 121’, par une pompe 39 de récupération (souvent positionnée vers 6h) montée sur le conduit 230’. Ce conduit 230’ et la pompe 39 sont donc considérés comme appartenant aux moyens 23’ de récupération du lubrifiant. Mais, y appartiennent aussi le conduit 250’, compte tenu de ce qu’une quantité accessoire de lubrifiant est évacuée par ce conduit « complémentaire » et pourra utilement être récupérée par un second conduit 41 de récupération reliant le système de déshuilage, favorablement la cuve de séparation 370, et le réservoir 33 de lubrifiant, afin de permettre un transfert de lubrifiant de la cuve 37 vers le réservoir. Le système de déshuilage 37 récupèrera ainsi l’huile de l’air huilé, pour diminuer la consommation d’huile. Le système de déshuilage est par exemple de type cyclonique, la récupération de l’huile de l’air huilé s’effectue alors par centrifugation de l’air huilé, ce qui projette la plupart des gouttelettes d’huile contenues dans cet air contre une paroi périphérique collectrice de la cuve 370. L’air introduit dans l’enceinte palier 12’ est de la sorte évacué par le conduit ou tube de dégazage 250’ (généralement positionné vers midi) vers le déshuileur puis vers l’extérieur (Pa), après séparation. Pour transférer vers l’air libre (Pa) au moins une partie de la seconde fraction du mélange air-lubrifiant et ainsi l’évacuer hors du volume interne 121’, permettant ainsi un dégazage complémentaire de ce volume, le conduit de récupération (principale) du lubrifiant 230’ communique par un conduit de dérivation 43 avec le conduit 250’ d'évacuation principale du mélange air-lubrifiant. Avec un tel bypass, en prise sur les moyens 23’ de récupération « principale » du lubrifiant et dirigé vers les moyens 25’ de dégazage « principal » débouchant sur l’air libre (Pa), on va utilement gérer, en particulier pouvoir réduire, la pression dans une enceinte ventilée, comme l’enceinte palier 12’. Utiliser le conduit de récupération (principale) du lubrifiant 230’ pour en retirer l’air qui y circule sera d’autant plus pertinent si le conduit de dérivation 43 présente une section de passage supérieure ou égale à la section de passage du conduit de récupération du lubrifiant 230’. On peut ainsi même imaginer d’un peu surdimensionner la section du conduit de dérivation 43 pour favoriser le rapport des pressions. Réguler le débit de fluide dans le conduit de dérivation 43 pourra par ailleurs permettre d’adapter assez finement les exigences fonctionnelles de la pression dans le volume interne 121’ en relation avec un fonctionnement plus général de la turbomachine. Aussi est-il proposé qu’un moyen 45 de régulation de débit soit monté sur le conduit de dérivation 43, pour y contrôler le débit de fluide. Le moyen 45 de régulation de débit pourra en particulier comprend une vanne tout ou rien 450 ; ceci favorisant une sécurité anti-passage du lubrifiant en cas de problème inopiné. A des fins comparables, un moyen 47 de régulation de débit pourra utilement être monté sur ledit second conduit 41 de récupération du lubrifiant, pour y contrôler le débit de lubrifiant. Le moyen 47 de régulation de débit pourra en particulier comprendre lui aussi une vanne tout ou rien 470. Turbomachine aéronautique comportant une enceinte palier (12’) pour turbomachine, ladite enceinte palier présentant un volume interne (121’) délimité entre un rotor mobile en rotation autour d'un axe de référence et un stator comprenant un support de palier sur lequel est monté un palier (120’) en appui avec ledit rotor, l’enceinte palier (1) comportant : - des moyens d'alimentation en lubrifiant (22’) agencés pour alimenter en lubrifiant ledit volume interne (121’), - un circuit de circulation d'air (35) passant à travers l’enceinte palier et comportant : -- des moyens d'amenée d’air (29,290) agencés pour amener de l'air dans le volume interne (121’), -- un conduit d'évacuation principale d’un mélange air-lubrifiant (250’) agencé pour évacuer, à l’écart du volume interne, principalement au moins une première fraction du mélange air-lubrifiant contenu dans le volume interne, permettant ainsi un dégazage du volume interne, -- un système de déshuilage (37) communiquant avec l’air ambiant (Pa) et relié au conduit d'évacuation principale du mélange air-lubrifiant (250’), le système de déshuilage (37) étant apte à séparer le lubrifiant de l'air contenu dans le mélange air-lubrifiant provenant du conduit d'évacuation principale (250’), - un réservoir (33) de lubrifiant, et - un conduit de récupération du lubrifiant (230’) agencé pour évacuer à l’écart du volume interne (121’), vers le réservoir (33) de lubrifiant, principalement une partie au moins du lubrifiant ayant lubrifié ledit palier et accessoirement une seconde fraction dudit mélange air-lubrifiant, la turbomachine étant caractérisé e en ce que le conduit de récupération du lubrifiant (230’) communique avec le conduit d'évacuation principale du mélange air-lubrifiant (250’) par un conduit de dérivation (43), pour y évacuer au moins une partie de la seconde fraction dudit mélange air-lubrifiant. Turbomachine aéronautique selon la revendication 1, dans laquelle l’enceinte palier (12’) comporte en outre des joints à air (27’) qui ferment le volume interne (121’), autour du rotor et travers lequel l'air amené par les moyens d'amenée d’air (29,290) peut passer pour entrer dans ledit volume interne (121’). Turbomachine aéronautique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le conduit de dérivation (43) présente une section de passage supérieure ou égale à la section de passage du conduit de récupération du lubrifiant (230’). Turbomachine aéronautique selon l’une des revendications 1 à 3, qui comprend en outre un moyen (45) de régulation d’un débit de fluide monté sur le conduit de dérivation (43), pour réguler le débit de fluide dans le conduit de dérivation (13). Turbomachine aéronautique selon la revendication 3, dans laquelle le moyen (45) de régulation du débit de fluide comprend une vanne tout ou rien (450). Turbomachine aéronautique selon l’une des revendications 1 à 4, qui comprend en outre un second conduit (41) de récupération du lubrifiant communiquant avec le système de déshuilage (37) et le réservoir (33) de lubrifiant, pour évacuer vers le réservoir de lubrifiant une partie au moins du lubrifiant issu de la séparation, via le système de déshuilage (37), entre le lubrifiant et l'air.