Brevet FR3149344A1 — publié le 20241206

Turbomachine (10) pour un aéronef, comportant un générateur de gaz (12) comprenant une veine annulaire (V1) de passage d’un flux de gaz (F1) qui traverse successivement au moins un compresseur (14, 16), une chambre annulaire de combustion (18) et au moins une turbine (20, 22), caractérisée en ce qu’il comprend au moins un électrofiltre (40) qui est situé dans la veine (V1) et qui est relié à une source électrique (46), l’électrofiltre (40) comprenant : - des fils conducteurs (42) qui sont reliés à une première borne (44) de la source électrique (46) et qui traversent la veine (V1) afin d’ioniser des particules polluantes (70) contenues dans ledit flux (F1), et - des parois conductrices (48) qui sont reliées à une seconde borne (50) de la source électrique (46) et qui sont situées dans la veine (V1), en aval des fils (42), afin d’attirer les particules ionisées (70). Figure pour l'abrégé : Figure 3 TURBOMACHINE POUR UN AERONEF ET SES PROCEDES DE FILTRATION ET DE NETTOYAGE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne une turbomachine d’aéronef et propose des solutions pour limiter l’impact de la pollution sur le fonctionnement et la durée de vie de la turbomachine. Arrière-plan technique Une turbomachine pour un aéronef est illustrée à la . Cette turbomachine 10 comporte un générateur de gaz 12 comportant d’amont en aval, par référence à l’écoulement des gaz en fonctionnement, au moins un compresseur 14, 16, une chambre annulaire de combustion 18, et au moins une turbine 20, 22. Dans le cas d’un turboréacteur à double corps, le générateur de gaz 12 comprend successivement un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, la chambre de combustion 18, un turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22. Le rotor du compresseur haute pression 16 est relié au rotor de la turbine haute pression 20 par un arbre haute pression 24 et forme un corps haute pression. Le rotor du compresseur basse pression 14 est relié au rotor de la turbine basse pression 22 par un arbre basse pression 26 et forme un corps basse pression. Le générateur de gaz 12 comprend une veine annulaire V1 d’écoulement d’un flux principal de gaz qui traverse successivement les compresseurs 14, 16, la chambre 18 et les turbines 20, 22. Dans le cas d’un turboréacteur à double flux, un flux primaire F1 s’écoule dans la veine V1, et un flux secondaire F2 s’écoule dans une autre veine annulaire V2 qui s’étend autour et le long du générateur de gaz 12. L’arbre basse pression 26 est relié à l’amont du générateur de gaz 12 à une soufflante 28. La soufflante 28 et le générateur de gaz 12 sont en général entourés par une nacelle 30 qui canalise la veine V2. En fonctionnement, le flux d’air FX qui pénètre dans la turbomachine 10 et traverse la soufflante 28 se divise en un premier flux, le flux primaire F1, qui s’écoule dans la veine V1, et en un second flux, le flux secondaire F2, qui s’écoule dans la veine V2. Les gaz contenus dans le flux primaire F1 sont comprimés dans les compresseurs 14, 16, mélangés à du carburant et brûlés dans la chambre de combustion 18, puis sont détendus dans les turbine 20, 22, ce qui permet d’entraîner en rotation les corps haute pression et basse pression et donc les rotors des compresseurs 14, 16 et la soufflante 28. Les gaz de combustion sont ensuite évacués par une tuyère 32 et mélangés aux gaz du flux secondaire F2 qui fournit la majeure partie de la poussée de la turbomachine. Le flux de gaz FX peut être pollué et donc chargé en polluants. Dans la présente demande, on entend par polluants, des particules solides comme du sable par exemple. Ces particules solides circulent dans la veine V1 et sont susceptibles de dégrader des éléments de la turbomachine comme des aubes de rotor ou de stator. Ces aubes peuvent présenter des non conformités comme des dépôts, des incrustations qui, combinées à l’oxydation, sont susceptibles d’altérer la durée de vie et peuvent générer des déposes anticiper de ces éléments lorsqu’il est complexe d’établir une cinétique permettant d’avoir l’évolution de la dégradation générée au cours des cycles de fonctionnement de la turbomachine. On a déjà proposé, par exemple dans le document FR-A1-3 120 942, de réaliser des tests d’endurance au sol d’une turbomachine, avec ingestion de poussières. Cependant, il est difficile de reproduire fidèlement les conditions réelles de fonctionnement d’une turbomachine en milieu pollué. On a également déjà proposé de nettoyer au jet d’eau la veine d’une turbomachine. cependant, les zones qui peuvent être nettoyées par le jet d’eau sont des zones amont de la turbomachine et même si du sable peut être retiré de la veine, ce sable s’accumule dans la turbomachine en se redéposant plus en aval. L’invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients de la technique actuelle. La présente invention concerne une turbomachine pour un aéronef, comportant un générateur de gaz comprenant une veine annulaire de passage d’un flux de gaz qui traverse successivement au moins un compresseur, une chambre annulaire de combustion et au moins une turbine, caractérisée en ce qu’il comprend au moins un électrofiltre qui est situé dans la veine et qui est relié à une source électrique, l’électrofiltre comprenant : - des fils conducteurs qui sont reliés à une première borne de la source électrique et qui traversent la veine afin d’ioniser des particules polluantes contenues dans ledit flux, et - des parois conductrices qui sont reliées à une seconde borne de la source électrique et qui sont situées dans la veine, en aval des fils, afin d’attirer les particules ionisées. L’invention propose ainsi d’équiper la turbomachine avec un électrofiltre qui est un filtre à polluant et en particulier à particules solides. Le filtre a un fonctionnement électrique et est relié à une source électrique. Le filtre comprend pour l’essentiel deux éléments ou du moins deux ensembles d’éléments, les fils et les parois. Les fils sont reliés à une première borne de la source et sont donc destinés à être chargés en fonction de la polarité de la première borne. Les fils traversent la veine et les particules qui s’écoulent dans la veine vont passer à proximité des fils et se charger en fonction de la polarité des fils. Les parois sont reliées à l’autre borne de la source et ont donc une polarité opposée. Les particules chargées ou ionisées vont être attirées par les parois et venir au contact de ces dernières. Les particules sont ainsi retenues par le filtre et leur course est arrêtée dans la turbomachine. On comprend donc que, plus le filtre est situé en amont dans la turbomachine, et mieux c’est. La turbomachine 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 : la première borne est une borne négative, et la seconde borne est une borne positive ; l’électrofiltre est situé au niveau du compresseur ; le générateur de gaz comprend un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, l’électrofiltre étant situé entre les compresseurs basse pression et haute pression ; les fils sont disposés en amont ou au niveau d’un carter intermédiaire ; les fils sont disposés en amont ou au niveau d’un aubage de redresseur ; les parois sont fixées sur des pales d’un aubage de redresseur, ou sont intégrées à des pales d’un aubage de redresseur ; la turbomachine comprend en outre un collecteur de particules et/ou une vanne d’évacuation des particules, telle qu’une vanne de décharge d’une partie dudit flux de gaz ; les fils sont à une distance axiale des parois comprise entre 1 et 40cm, mesurée le long d’un axe longitudinal du générateur de gaz ; -- la source électrique est configurée pour générer un courant continu à haute tension, de préférence supérieure ou égale à 1000 volts ; -- l’électrofiltre est configuré pour générer une différence de potentiel entre les fils d’une part, et les parois d’autre part, comprise entre 1.000 et 150.000 volts ; -- les particules polluantes ont une taille moyenne comprise entre 10µm et 70µm. La présente invention concerne étalement un procédé de filtration d’un flux de gaz dans une turbomachine telle que décrite ci-dessus, dans lequel il comprend une étape a) d’alimentation des fils et des parois par la source électrique, de façon à ce que les fils ionisent les particules polluantes contenues dans le flux de gaz, et que les parois attirent ces particules ionisées qui viennent au contact des parois. La présente invention concerne encore un procédé de nettoyage d’une turbomachine telle que décrite ci-dessus, dans lequel les particules sont retirées par nettoyage au jet d’eau depuis l’amont de la turbomachine, par vibrations, ou par frappage, et sont récupérées dans un collecteur de particules. Le frappage s’entend comme le fait de faire au moins un impact sur une pièce, par exemple mécaniquement. 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 vue schématique en coupe partielle et en perspective d’une turbomachine pour un aéronef, La est une vue schématique partielle et en perspective d’un électrofiltre, La est une demi vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine pour aéronef équipée d’un électrofiltre, selon un premier mode de réalisation de l’invention, et La est une demi vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine pour aéronef équipée d’un électrofiltre, selon un second mode de réalisation de l’invention. Description détaillée de l'invention La a été décrite dans ce qui précède. La description associée à la peut être considérée comme concernant également l’invention. La turbomachine selon l’invention se distingue de l’art antérieur en ce qu’elle comprend en outre un électrofiltre 40, dont un mode de réalisation est illustré à la . L’électrofiltre 40 est un filtre configuré pour filtrer un flux de gaz dans la turbomachine 10 et en particulier pour retenir des particules solides contenues dans ce flux de gaz. L’électrofiltre 40 comprend : - des fils conducteurs 42 qui sont reliés à une première borne 44 d’une source électrique 46, et - des parois conductrices 48 qui sont reliées à une seconde borne 50 de la source électrique 46. L’électrofiltre 40 est monté dans la turbomachine 10 de sorte que les fils 42 traversent la veine V1 afin d’ioniser des particules polluantes 70 contenues dans le flux F1, et les parois 48 sont situées dans la veine V1, en aval des fils 42, afin d’attirer les particules ainsi ionisées. Les fils 42 ont par exemple une orientation radiale par rapport à l’axe longitudinal X de la turbomachine 10 et du générateur de gaz 12. Les fils sont de préférence régulièrement espacés les uns des autres et donc régulièrement répartis autour de l’axe X. Le nombre de fils 42 est de préférence compris entre 5 et 400, et par exemple entre 5 et 200. Le diamètre des fils 42 est par exemple compris entre 5mm et 50mm. Les fils 42 traversent la veine V1, de préférence sur toute sa hauteur ou dimension radiale, et ont par exemple une longueur comprise entre 200mm et 600mm. Les fils 42 sont par exemple réalisés en cuivre. Les parois 48 ont par exemple une orientation axiale et sont donc de préférence parallèles ou sensiblement parallèles à l’axe longitudinal X de la turbomachine 10 pour ne pas perturber l’écoulement du flux F1. Les parois 48 sont de préférence régulièrement espacées les unes des autres et donc régulièrement répartis autour de l’axe X. Le nombre de parois 48 est de préférence compris entre 5 et 400, et par exemple entre 5 et 200. Le nombre de parois 48 peut être égal au nombre de fils 42. Les parois 48 peuvent être alignées axialement avec les fils 42 ou au contraire être disposées en quinconce par rapport aux fils 42. La longueur ou dimension axiale des parois 48 est par exemple comprise entre 50mm et 150mm. Les parois 48 traversent la veine V1, de préférence sur toute sa hauteur ou dimension radiale, et ont par exemple une largeur comprise entre 200mm et 600mm. Les parois 48 sont par exemple réalisées en cuivre. Les fils 42 sont de préférence à une distance axiale des parois 48 comprise entre 1 et 40cm, mesurée le long de l’axe X. Dans l’exemple représenté, les fils 42 sont reliés à la borne négative 44 et sont donc destinés à être chargés négativement. Les particules 70 sont ionisées et se chargent négativement en passant à travers les fils 42. Les parois 48 sont reliées à la borne positive 50 et sont chargées positivement. Les parois 48 attirent les particules 70 de charges opposées. Ces particules 70 viennent au contact des parois 48 et leur course à l’intérieur de la veine V1 est ainsi arrêtée. La source électrique 46 est de préférence configurée pour générer un courant continu à haute tension (de préférence supérieure ou égale à 1000 volts), de façon à ce que l’électrofiltre 40 génère une différence de potentiel entre les fils 42 d’une part, et les parois 48 d’autre part, comprise entre 1.000 et 150.000 volts selon les applications. Dans un cas particulier de réalisation de l’invention, le flux d’air F1 est débarrassé de plus de 90 à 98% des particules solides 70 qu’il contient. Typiquement, ces particules 70 ont une taille moyenne comprise entre 10µm et 70µm. Les figures 3 et 4 illustrent deux modes de réalisation d’une turbomachine selon l’invention et en particulier deux intégrations différentes d’un électrofiltre 40 dans une turbomachine 10. Dans ces figures, les éléments déjà décrits en référence à la sont désignés par les mêmes références. L’électrofiltre 40 est situé au niveau du ou des compresseurs 14, 16 dans ces turbomachines. Plus précisément, l’électrofiltre 40 est situé entre les compresseurs basse pression 14 et haute pression 16. Entre ces compresseurs 14, 16, est situé un carter intermédiaire 60. Ce carter intermédiaire comprend des premiers bras radiaux 62 qui traversent la veine V1 et des seconds bras radiaux 64 qui traversent la veine V2, les bras radiaux 64 reliant le générateur de gaz 12 à la nacelle 28. Dans la , l’électrofiltre 40 est situé au niveau de carter intermédiaire 60. Le nombre de fils 42 et de parois 48 peut être nettement supérieur au nombre de bras 62, les fils et les parois étant disposés entre les bras 62 et autour de l’axe X. Dans la , un électrofiltre 40 est situé en amont du carter intermédiaire 60 et est par exemple associé à un aubage de stator du compresseur basse pression 14. Le dernier étage (c’est-à-dire l’étage le plus aval) de ce compresseur 14 comprend par exemple un aubage de stator ou de redresseur 66 dont les pales sont recouvertes par les parois 48 de l’électrofiltre 40 ou forment directement ces parois 48. Les fils 42 sont alors disposés en amont de cet aubage de stator ou de redresseur 66. Dans la toujours, un autre électrofiltre 40’ peut être situé en aval du carter intermédiaire 60 et être par exemple associé à un aubage de stator du compresseur haute pression 16. Le premier étage (c’est-à-dire l’étage le plus amont) de ce compresseur 16 comprend par exemple un aubage de stator ou de redresseur 68 dont les pales sont recouvertes par les parois 48 de l’électrofiltre 40 ou forment directement ces parois 48. Les fils 42 sont alors disposés en amont de cet aubage de stator ou de redresseur 68. La turbomachine 10 comprend de préférence un collecteur de particules 70. Une fois les particules détachées des parois 48, ces particules 70 tombent dans la veine par gravité et sont récupérées dans un collecteur 72 qui est de préférence situé dans une partie basse ou descendante de la veine V1 comme par exemple juste en amont du compresseur haute pression 16. La turbomachine 10 comprend de préférence une vanne ou porte d’évacuation des particules, telle qu’une vanne de décharge 74 d’une partie du flux de gaz F1. La vanne de décharge 74 est une vanne qui permet de décharger une partie du flux de gaz F1, c’est-à-dire de l’évacuer vers la veine V2, afin d’éviter un phénomène de pompage de la turbomachine 10. Cette vanne 74 est située au niveau du ou des compresseurs, et ici juste à l’aval du compresseur basse pression 14. Cette vanne 74 peut être utilisée pour évacuer les particules collectées dans la variante de réalisation de la par exemple. La présente invention concerne également un procédé de filtration d’un flux de gaz dans une turbomachine 10 telle que décrite ci-dessus. Ce procédé de filtration comprend une étape a) d’alimentation des fils 42 et des parois 48 par la source électrique 46 de façon à ce que les fils 42 ionisent les particules polluantes 70 contenues dans le flux de gaz F1, et que les parois 48 attirent ces particules ionisées 70 qui viennent au contact des parois 48. L’invention concerne également un procédé de nettoyage de la turbomachine 10 dans lequel les particules 70 sont retirées par nettoyage au jet d’eau depuis l’amont de la turbomachine 10, par vibrations, ou par frappage, et sont récupérées dans le collecteur de particules 72. En variante, elles sont évacuées directement à travers la veine V2, à travers la vanne de décharge 74 comme évoqué dans ce qui précède. L’invention permet de limiter la pollution extérieure vu par les moteurs en flotte pour limiter les problématiques complexes comme la corrosion, l’érosion ou vitrification via obstruction, phénomènes aujourd’hui subit et non attendu jusqu’à présent. Elle permet également : - d’économiser les coûts de maintenance car cela permet de limiter les catalyseurs de phénomènes en amont et donc une diminution des déposes moteurs et remplacement de pièces sous contrat à l’heure de vol, - d’anticiper l’établissement des critères d’inspection, - de diminuer l’effet de l’environnement moteur sur le potentiel (durée de vie) des pièces, - de faciliter le nettoyage des pièces lors d’une maintenance avec un nettoyage mon agressif, - d’éviter un taux élevé de réparation ou de rechange des pièces avec impacts lors d’une maintenance, - de s’affranchir d’une problématique, jusqu’à présent subie par les aubages, - etc. Turbomachine (10) pour un aéronef, comportant un générateur de gaz (12) comprenant une veine annulaire (V1) de passage d’un flux de gaz (F1) qui traverse successivement au moins un compresseur (14, 16), une chambre annulaire de combustion (18) et au moins une turbine (20, 22), caractérisée en ce qu’il comprend au moins un électrofiltre (40) qui est situé dans la veine (V1) et qui est relié à une source électrique (46), l’électrofiltre (40) comprenant : - des fils conducteurs (42) qui sont reliés à une première borne (44) de la source électrique (46) et qui traversent la veine (V1) afin d’ioniser des particules polluantes (70) contenues dans ledit flux (F1), et - des parois conductrices (48) qui sont reliées à une seconde borne (50) de la source électrique (46) et qui sont situées dans la veine (V1), en aval des fils (42), afin d’attirer les particules ionisées (70). Turbomachine (10) selon la revendication 1, dans laquelle la première borne (44) est une borne négative, et la seconde borne (50) est une borne positive. Turbomachine (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’électrofiltre (40) est situé au niveau du compresseur (14, 16). Turbomachine (10) selon la revendication 3, dans laquelle le générateur de gaz (12) comprend un compresseur basse pression (14) et un compresseur haute pression (16), l’électrofiltre (40) étant situé entre les compresseurs basse pression et haute pression (14, 16). Turbomachine (10) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle les fils (42) sont disposés en amont ou au niveau d’un carter intermédiaire (60). Turbomachine (10) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle les fils sont disposés en amont ou au niveau d’un aubage de redresseur (66, 68). Turbomachine (10) selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle les parois (48) sont fixées sur des pales d’un aubage de redresseur (66, 68), ou sont intégrées à des pales d’un aubage de redresseur (66, 68). Turbomachine (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle elle comprend en outre un collecteur de particules (72) et/ou une vanne d’évacuation des particules, telle qu’une vanne de décharge (74) d’une partie dudit flux de gaz (F1). Turbomachine (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les fils (42) sont à une distance axiale des parois (48) comprise entre 1 et 40cm, mesurée le long d’un axe longitudinal (X) du générateur de gaz (12). Procédé de filtration d’un flux de gaz dans une turbomachine (10) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel il comprend une étape a) d’alimentation des fils (42) et des parois (48) par la source électrique (46), de façon à ce que les fils (42) ionisent les particules polluantes (70) contenues dans le flux de gaz (F1), et que les parois (48) attirent ces particules ionisées (70) qui viennent au contact des parois (48). Procédé de nettoyage d’une turbomachine (10) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel les particules (70) sont retirées par nettoyage au jet d’eau depuis l’amont de la turbomachine (10), par vibrations, ou par frappage, et sont récupérées dans un collecteur de particules (72).