Brevet FR3132932A1 — publié le 20230825

L'invention concerne notamment une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, d’axe longitudinal et comprenant d’une part longitudinalement, d’amont en aval dans le sens d'écoulement du flux de gaz qui la traverse le long de l’axe longitudinal, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression, et, d’autre part, au moins un premier conduit (3) d’amenée d’hydrogène gazeux aux injecteurs de ladite chambre de combustion, ainsi qu’au moins un deuxième conduit (4) de circulation et de distribution d’air qui s’étend entre une première région dudit compresseur haute pression et une deuxième région de l’une et/ou l’autre desdites turbines haute et basse pression, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un circuit fermé tubulaire (5) qui contient un fluide caloporteur, au moins un premier tronçon (50) dudit circuit fermé tubulaire (5) s'étendant à l'intérieur dudit premier conduit (3) d’amenée d’hydrogène, et au moins un deuxième tronçon (50) dudit circuit fermé tubulaire (5) s'étendant à l'intérieur dudit deuxième conduit (4) de circulation et de distribution d’air. Figure pour l’abrégé : figure 4 Turbomachine pourvue d’un échangeur thermique hydrogène/air DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention se situe dans le domaine général des turbomachines pour aéronef qui sont alimentées en hydrogène gazeux, en lieu et place d'hydrocarbures tels que le kérosène. ETAT DE LA TECHNIQUE Ainsi que cela est représenté schématiquement à la annexée, une telle turbomachine comprend généralement une soufflante ("fan" en anglais), un compresseur basse et haute pression CBP/CHP, une chambre de combustion CC dotée d’injecteurs qui permettent de l’alimenter en hydrogène gazeux, et une turbine haute et basse pression THP/TBP. Cette turbine comprend un dispositif de pilotage des jeux de sommet d’aube (généralement désignés par les acronymes « HPTACC » et « LPTACC » pour « High Pressure Turbine Active Clearance Control » et « Low Pressure Turbine Active Clearance Control », et/ou un circuit dit « LPT Cooling » (pour « Low Pressure Turbine Cooling »), par lequel on prélève de l’air au niveau du compresseur haute pression pour le réinjecter entre les rotors de la turbine haute et basse pression, afin de refroidir ceux-ci. La situation décrite ci-dessus, en relation avec un circuit « HPTACC » est plus précisément décrite en relation avec les figures 2 et 3 annexées (des situations similaires sont rencontrées pour les circuits « LPTACC » et « LPT Cooling » et ne seront pas décrites plus en détail). Ainsi, à la , on a représenté schématiquement un turboréacteur 10 du type à double flux et double corps. Ce turboréacteur 10 d'axe longitudinal X-X comprend notamment une soufflante 12 qui délivre un flux d'air dans une veine d'écoulement de flux primaire 14 et dans une veine d'écoulement de flux secondaire 16, qui est coaxiale à la veine de flux primaire. D'amont en aval dans le sens d'écoulement du flux de gaz qui la traverse, la veine d'écoulement 14 comprend un compresseur basse pression 18, un compresseur haute pression 20, une chambre de combustion 22, une turbine haute pression 24 et une turbine basse pression 26. Les extrémités en forme de « pointes » de la double flèche HPTACC de cette identifient respectivement les régions dans lesquelles l’air est prélevé au niveau du compresseur haute pression 20 pour le réinjecter entre les rotors de la turbine haute et basse pression 24/26. Plus précisément et comme visible à la , la turbine haute pression 24 du turboréacteur comprend un rotor formé d'un disque 28 sur lequel est monté un ensemble d'aubes 30 mobiles disposées dans la veine d'écoulement du flux primaire 14. Le rotor est entouré par un carter de turbine 32 comprenant un anneau de turbine 34 qui est porté par un carter externe de turbine 36, par l'intermédiaire d'un support de fixation 37. L'anneau de turbine 34 est avantageusement formé d'une pluralité de secteurs ou segments adjacents. Du côté interne, il est muni d'une couche 34a de matériau abradable et entoure les aubes 30 du rotor en ménageant avec les sommets 30a de celles-ci un jeu 38. Un boîtier de pilotage 40 est disposé autour du carter externe de turbine 36. Ce boîtier reçoit de l'air frais au moyen d'un conduit d'air 42 s'ouvrant à son extrémité amont dans la veine d'écoulement du flux primaire au niveau de l'un des étages du compresseur haute pression 20 (visible à la ). L'air frais circulant dans le conduit d'air 42 est déchargé sur le carter externe de turbine 36 (par exemple à l'aide d’un ensemble de perforations dans les parois du boîtier de pilotage 40), provoquant un refroidissement de celui-ci et donc une diminution de son diamètre interne. Il s’opère par conséquent une contraction thermique de ce dernier et, consécutivement, une diminution du jeu 38. Dans un circuit « LPT cooling », de l’air est prélevé au niveau du compresseur haute pression et est ensuite envoyé dans les cavités de rotors de la turbine haute et basse pression. Plus l’air sera froid, plus les disques de rotors seront refroidis. En parallèle à cette situation et lorsque l’on se propose d’utiliser de l’hydrogène en lieu et place du kérozène, il est nécessaire de le transporter en quantité suffisante. Ainsi, l’hydrogène doit être stocké sous forme liquide dans un réservoir de manière à le maintenir à l’état liquide (« H2L »), c'est-à-dire à 20K. Il devient gazeux à partir de 200K. Mais il est bien entendu nécessaire de réchauffer le H2L entre le réservoir et les injecteurs de la chambre à combustion, par exemple au moyen d’un dispositif du type échangeur thermique. Pour ce faire, on pourrait envisager de réchauffer de manière active, c'est-à-dire en prélevant de l’énergie sur le moteur de l’aéronef ou sur un groupe auxiliaire de puissance. Toutefois, cette solution n’est pas satisfaisante, car elle consomme du carburant et réduit les performances générales de l’aéronef. Dans ces conditions, il subsiste un besoin non résolu permettant de réchauffer le H2L entre le réservoir et les injecteurs de la chambre de combustion de manière passive, c'est-à-dire sans avoir recours à une source d’énergie de l’aéronef, tout en prenant en compte l'extrême inflammabilité de l'hydrogène, notamment dans l'air. La présente invention a pour but de proposer une solution permettant de satisfaire ce besoin de manière simple. PRESENTATION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention se rapporte principalement à une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, d’axe longitudinal et comprenant d’une part longitudinalement, d’amont en aval dans le sens d'écoulement du flux de gaz qui la traverse le long de l’axe longitudinal, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression, et, d’autre part, au moins un premier conduit d’amenée d’hydrogène gazeux aux injecteurs de ladite chambre de combustion, ainsi qu’au moins un deuxième conduit de circulation et de distribution d’air qui s’étend entre une première région dudit compresseur haute pression et une deuxième région de l’une et/ou l’autre desdites turbines haute et basse pression, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un circuit fermé tubulaire qui contient un fluide caloporteur, au moins un premier tronçon dudit circuit fermé tubulaire s'étendant à l'intérieur dudit premier conduit d’amenée d’hydrogène, et au moins un deuxième tronçon dudit circuit fermé tubulaire s'étendant à l'intérieur dudit deuxième conduit de circulation et de distribution d’air. Grâce à ces caractéristiques, on parvient simplement et efficacement à opérer un échange thermique entre l’hydrogène et l’air, de sorte que l’air qui débouche du circuit « HPTACC » (ou, selon le cas, « LPTACC » ou « LPT Cooling ») est particulièrement refroidi, et ce de manière passive. En parallèle, on opère un "réchauffage" relatif de l'hydrogène et l'échange thermique se fait en supprimant tout contact possible entre l'air et l'hydrogène, ainsi les risques évoqués plus haut. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de cette turbomachine, prises seules ou selon une combinaison quelconque, techniquement compatible, d’au moins deux d’entre elles : - ladite turbine haute pression comprend un carter de turbine haute pression qui l’entoure, et ledit deuxième conduit de circulation et de distribution d’air débouche en regard d’une face externe dudit carter de turbine haute pression ; - lesdites turbines haute et basse pression comprennent chacune un rotor et un carter qui s’étend autour du rotor, et ledit deuxième conduit de circulation et de distribution d’air débouche dans au moins une cavité de refroidissement formée dans le rotor de la turbine haute pression et/ou dans le rotor de turbine basse pression. - ledit fluide caloporteur est un gaz, notamment un gaz neutre ; - au moins un desdits premier et deuxième tronçons dudit circuit fermé tubulaire est pourvu à sa périphérie de moyens d'échanges thermiques configurés pour augmenter sa surface d’échange thermique avec ledit premier et/ou ledit deuxième conduit ; - lesdits moyens d'échanges thermiques comprennent des ailettes qui s’étendent radialement autour dudit tronçon, selon la direction longitudinale de celui-ci ; - lesdites ailettes sont équidistantes angulairement ; - lesdites ailettes sont agencées au plus tous les 20°et de préférence au plus tous les 10° autour dudit tronçon ; - les zones de jonction entre lesdits tronçons et lesdits premier et deuxième conduits sont pourvues de moyens d’étanchéité ; - lesdits tronçons s’étendent sur au moins 20 centimètres, de préférence sur 20 à 30 cm ; - elle est configurée de sorte que, dans lesdits premier et deuxième conduits, l’hydrogène et l’air circulent à contre-courant. L'invention concerne également un aéronef pourvu d’une turbomachine selon l’une des caractéristiques détaillées ci-dessus. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible. Sur ces dessins : est, comme indiqué plus haut, un schéma de principe d’une configuration de turbomachine sur lequel on a représenté l’implantation d’un circuit « HPTACC » ; est, comme également indiqué plus haut, une vue schématique d’un turboréacteur avec repérage du circuit « HPTACC » ; est une vue agrandie de détail du moteur de la , montrant notamment la turbine haute pression de celui-ci ; est une vue, selon un plan de coupe longitudinal, de deux portions de conduits dans lesquels circulent respectivement de l'air et de l'hydrogène, ces portions de conduits étant en condition d'échange thermique au moyen d'un circuit fermé tubulaire dans lequel circule un fluide caloporteur ; est une vue en perspective des deux portions de conduite et du circuit fermé tubulaire de la . Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, d’axe longitudinal (X-X) et comprenant d’une part longitudinalement, d’amont en aval dans le sens d'écoulement du flux de gaz qui la traverse le long de l’axe longitudinal (X-X), une soufflante (12), un compresseur basse pression (18), un compresseur haute pression (20), une chambre de combustion (22), une turbine haute pression (24) et une turbine basse pression (26), et, d’autre part, au moins un premier conduit (3) d’amenée d’hydrogène gazeux aux injecteurs de ladite chambre de combustion (22), ainsi qu’au moins un deuxième conduit (4) de circulation et de distribution d’air qui s’étend entre une première région dudit compresseur haute pression (20) et une deuxième région de l’une et/ou l’autre desdites turbines haute et basse pression (24,26), caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un circuit fermé tubulaire (5) qui contient un fluide caloporteur, au moins un premier tronçon (50) dudit circuit fermé tubulaire (5) s'étendant à l'intérieur dudit premier conduit (3) d’amenée d’hydrogène, et au moins un deuxième tronçon (50) dudit circuit fermé tubulaire (5) s'étendant à l'intérieur dudit deuxième conduit (4) de circulation et de distribution d’air. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite turbine haute pression (24) comprend un carter de turbine haute pression qui l’entoure, et que ledit deuxième conduit (4) de circulation et de distribution d’air débouche en regard d’une face externe dudit carter (32) de turbine haute pression. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdites turbines haute et basse pression (24,26) comprennent chacune un rotor et un carter qui s’étend autour du rotor, et que ledit deuxième conduit (4) de circulation et de distribution d’air débouche dans au moins une cavité de refroidissement formée dans le rotor de la turbine haute pression (24) et/ou dans le rotor de turbine basse pression (26). Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que ledit fluide caloporteur est un gaz, notamment un gaz neutre. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'au moins un desdits premier et deuxième tronçons (50) dudit circuit fermé tubulaire (5) est pourvu à sa périphérie de moyens d’échanges thermiques (53) configurés pour augmenter sa surface d’échange thermique avec ledit premier et/ou ledit deuxième conduit (3,4). Turbomachine selon la revendication 5, caractérisée par le fait que lesdits moyens d’échanges thermiques (53) comprennent des ailettes qui s’étendent radialement autour dudit tronçon (50), selon la direction longitudinale de celui-ci. Turbomachine selon la revendication 6, caractérisée par le fait que lesdites ailettes sont équidistantes angulairement. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisée par le fait que lesdites ailettes sont agencées au plus tous les 20°et de préférence au plus tous les 10° autour dudit tronçon (50). Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les zones de jonction entre lesdits tronçons (50) et lesdits premier et deuxième conduits (3,4) sont pourvues de moyens d’étanchéité. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que lesdits tronçons (50) s’étendent sur au moins 20 centimètres, de préférence sur 20 à 30 cm. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est configurée de sorte que, dans lesdits premier (3) et deuxième conduits (4), l’hydrogène et l’air circulent à contre-courant.