INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
En référence à la , un moteur à turbine à gaz est généralement référencé 10, ayant un axe de rotation principal 9. Le moteur 10 comprend, en série de flux axial, une admission d'air 12, une soufflante de propulsion 13, un compresseur à pression intermédiaire 14, un compresseur haute pression 15, un équipement de combustion 16, une turbine haute pression 17, une turbine à pression intermédiaire 18, une turbine basse pression 19 et une tuyère d'échappement 20. Une nacelle 21 entoure le moteur 10 et définit à la fois l'admission 12 et la tuyère d'échappement 20.
En cours d'utilisation, de l'air entrant dans l'admission 12 est accéléré par la soufflante 13 pour produire deux flux d'air : un flux d'air de cœur A et un flux d'air de contournement B. Le moteur à turbine à gaz comprend un cœur 11 qui reçoit le flux d'air de cœur A. Le flux d'air de cœur A s'écoule dans le compresseur à pression intermédiaire 14, et le flux d'air de contournement B passe à travers un conduit de contournement 22 pour fournir une poussée de propulsion. Le compresseur à pression intermédiaire 14 comprime le flux d'air A avant de libérer cet air au compresseur haute pression 15 où une compression supplémentaire se déroule. Le moteur à turbine à gaz comprend un carter de soufflante 13a dans lequel la soufflante 13 est montée, dont une surface interne définit une partie du conduit de contournement 22.
L'air comprimé évacué du compresseur haute pression 15 est dirigé dans l'équipement de combustion 16 où il est mélangé à du carburant F et le mélange est brûlé. L'équipement de combustion 16 peut être dénommé chambre de combustion 16, les termes « équipement de combustion 16 » et « chambre de combustion 16 » étant utilisés de manière interchangeable ici. Les produits de combustion chauds résultants se dilatent alors, et entraînent, de ce fait, les turbines à haute pression, pression intermédiaire et basse pression 17, 18, 19 avant d'être évacués à travers la tuyère 20 pour fournir une poussée de propulsion supplémentaire. Les turbines à haute pression 17, pression intermédiaire 18 et basse pression 19 entraînent respectivement le compresseur haute pression 15, le compresseur à pression intermédiaire 14 et la soufflante 13, chacun par un arbre d'interconnexion approprié.
D'autres moteurs à turbine à gaz auxquels la présente description peut être appliquée peuvent avoir des configurations alternatives. À titre d'exemple de tels moteurs peuvent avoir un autre nombre d'arbres d'interconnexion (par exemple deux) et/ou un autre nombre de compresseurs et/ou de turbines.
Il convient de noter que les termes « turbine basse pression » et « compresseur basse pression » tel qu'ils sont utilisés ici peuvent être considérés comme désignant les étages de turbine de plus basse pression et les étages de compresseur de plus basse pression (c'est-à-dire ne comportant pas la soufflante 13) respectivement et/ou les étages de turbine et de compresseur qui sont reliés ensemble par l'arbre d'interconnexion avec la vitesse de rotation la plus basse dans le moteur. Dans une certaine littérature, la « turbine basse pression » et le « compresseur basse pression » auxquelles il est fait référence ici peuvent en variante être connues sous le nom de « turbine à pression intermédiaire » et « compresseur à pression intermédiaire ». Lorsqu'une telle nomenclature alternative est utilisée, la soufflante 13 peut être désignée premier étage de compression ou étage de compression de plus basse pression.
En outre le moteur peut comprendre un réducteur fourni dans la chaîne cinématique allant d'une turbine à un compresseur et/ou une soufflante. Ainsi, la présente description s'étend à un moteur à turbine à gaz ayant n'importe quel agencement de styles de réducteur (par exemple en étoile ou planétaire), de structures de support, d'agencement d'arbres d'entrée et de sortie, et d'emplacements de palier.
Le système d’huile à boucle fermée secondaire 2000 de cet exemple d’agencement est agencé comme illustré sur la , mais avec un échangeur de chaleur huile-huile 2030 en parallèle avec l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1004, et une soupape supplémentaire 2016. Le système d’huile à boucle fermée primaire 2000’ de cet exemple d’agencement est agencé comme illustré sur la . Le système de carburant 1000 de cet exemple d’agencement est agencé comme illustré sur la , mais sans la boucle de remise en circulation 6010, 6011. L’écoulement d’huile est illustré avec des lignes noires minces.
Dans l’exemple illustré sur la , le système d’huile à boucle fermée secondaire 2000 est conçu de telle sorte que l’écoulement de remise en circulation d’huile est pompé par la pompe d’alimentation 2004 à travers une soupape 2016. La soupape 2016 est exploitable pour diviser l’écoulement d’huile entre l’échangeur de chaleur carburant-huile d’IDG 1004 et l’échangeur de chaleur huile-huile 2030, l’échangeur de chaleur huile-huile 2030 étant agencé en parallèle de l’échangeur de chaleur carburant-huile d’IDG 1004. Dans d’autres exemples, l’échangeur de chaleur huile-huile 2030 peut plutôt être en série avec l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1004, et l’écoulement d’huile secondaire peut ne pas se ramifier, et donc aucune telle soupape 2016 ne peut être fournie.
Dans des exemples, toute partie appropriée de l’écoulement d’huile peut être déviée entre l’échangeur de chaleur carburant-huile d’IDG 1004 et l’échangeur de chaleur huile-huile 2030. Dans des exemples, la soupape 2016 est exploitable pour dévier une partie fixe de l’écoulement dʼhuile vers chacun de lʼéchangeur de chaleur carburant-huile d’IDG 1004 et lʼéchangeur de chaleur huile-huile 2030. Dans d’autres exemples, la soupape 2016 est exploitable pour dévier une partie variable de l’écoulement dʼhuile vers chacun de lʼéchangeur de chaleur carburant-huile d’IDG 1004 et lʼéchangeur de chaleur huile-huile 2030. La division d’huile peut être variée en fonction de la sortie d’un ou plusieurs capteurs – e.g., des capteurs de viscosité ou de température de carburant et/ou des capteurs de température d’huile.
L’écoulement d’huile au sein du système d’huile à boucle fermée secondaire 2000 est agencé pour être amené en une relation d’échange de chaleur avec l’écoulement séparé d’huile au sein du système d’huile à boucle fermée primaire 2000’ à travers l’échangeur de chaleur huile-huile 2030. Dans l’échangeur de chaleur huile-huile 2030 l’écoulement d’huile au sein du système d’huile à boucle fermée secondaire 2000 ne se mélange pas avec l’écoulement d’huile au sein du système d’huile à boucle fermée primaire 2000’. L’échangeur de chaleur huile-huile 2030 est conçu de telle sorte qu’un transfert de chaleur peut avoir lieu entre les deux écoulements d’huile séparés. De cette manière, de la chaleur d’un écoulement plus chaud d’huile peut être transférée à l’écoulement plus froid d’huile au sein de l’échangeur de chaleur huile-huile 2030.
Le système d’huile à boucle fermée primaire 2000’ est conçu de telle sorte que l’écoulement de remise en circulation d’huile est pompé par la seconde pompe d’alimentation 2004’ par l’intermédiaire d’une soupape 2016’. La soupape 2016’ est exploitable pour dévier au moins une partie de l’écoulement d’huile à la fois de l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006 et d’un premier échangeur de chaleur air-huile 2020, où le premier échangeur de chaleur air-huile 2020 est en série avec l’échangeur de chaleur huile-huile 2030, et l’agencement d’échangeur de chaleur air-huile 2020 et huile-huile 2030 est agencé en parallèle avec l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006.
Dans des exemples, toute partie appropriée de l’écoulement d’huile peut être divisée entre l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006 et le premier échangeur de chaleur air-huile 2020. Dans des exemples, la soupape 2016’ est exploitable pour dévier une partie fixe de l’écoulement dʼhuile vers chacun de lʼéchangeur de chaleur carburant-huile principal 1006 et du premier échangeur de chaleur air-huile 2020. Dans d’autres exemples, la soupape 2016’ est exploitable pour dévier une partie variable de l’écoulement d’huile vers chacun de l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006 et du premier échangeur de chaleur air-huile 2020. La division d’huile (c’est-à-dire la proportion qui descend de chaque branche de l’agencement parallèle) peut à nouveau être variée en fonction de la sortie d’un ou plusieurs capteurs – e.g., des capteurs de viscosité ou de température de carburant et/ou des capteurs de température d’huile.
Après l’écoulement à travers les échangeurs de chaleur, l’écoulement d’huile est ensuite acheminé vers le réducteur de puissance 30 et/ou d’autres composants de moteur 33 puis vers le second carter 2008’. La seconde pompe de récupération 2010’ pompe alors l’huile du second carter 2008’ au second réservoir d’huile 2002’, pour réutilisation.
La illustre un exemple de procédé 11000 d’un moteur à turbine à gaz 10. Le procédé 11000 comprend les étapes consistant à :
Étape 11100 : Acheminement du carburant du réservoir de carburant 50 vers la chambre de combustion 16 par l’intermédiaire du système d’échange de chaleur.
Le moteur à turbine à gaz 10 comprend un système à boucle d’huile primaire 2000’ agencé pour fournir de l’huile pour lubrifier et/ou refroidir le réducteur 30 et facultativement également d’autres composants de moteur 33, l’huile ayant une température moyenne d’au moins 180 °C à l’entrée du système d’échange de chaleur dans des conditions de croisière (après avoir obtenu de la chaleur provenant du réducteur principal 30 et facultativement également des autres composants de moteur 33), et le système d’échange de chaleur est agencé pour transférer de la chaleur de l’huile (et facultativement également d’une ou plusieurs sources supplémentaires) au carburant.
Étape 11200 : Contrôle du système dʼéchange de chaleur de manière à transférer la chaleur de lʼhuile au carburant, de manière à élever la température de carburant à une moyenne dʼau moins 135 °C à l’entrée de la chambre de combustion dans des conditions de croisière.
L’étape 11200 peut également être décrite comme le transfert 11200 de chaleur de l’huile au carburant, à l’aide du système d’échange de chaleur 1004, 1006, de façon à élever la température de carburant jusqu’à une moyenne d’au moins 135 °C à l’entrée de la chambre de combustion 16 aux conditions de croisière.
Dans divers mises en œuvre telles qu’abordées précédemment, le contrôle 11200 du système d’échange de chaleur peut comprendre le contrôle de l’écoulement de carburant à travers les échangeurs de chaleur carburant-huile primaire et secondaire 1006, 1004.
L’écoulement du carburant peut être contrôlé à l’aide d’une soupape de remise en circulation 6010 lorsqu’elle est présente. Une quantité de carburant activement contrôlée sortant de l’échangeur de chaleur primaire 1006 peut être remise en circulation vers l’échangeur de chaleur primaire 1006 plutôt que de s’écouler directement vers la chambre de combustion 16 . Cette remise en circulation peut également amener du carburant qui a déjà traversé la pompe à carburant moteur 1003 en retour vers une position en amont de la pompe à carburant moteur 1003.
Dans certains exemples, un système de distribution de carburant 102 peut être conçu pour fournir un carburant à la pluralité de buses de pulvérisation de carburant, dans lequel le carburant exemple, un pouvoir calorifique dʼau moins 43,5 MJ/kg. Dans certains exemples, le carburant peut avoir un pouvoir calorifique d’au moins 43,8 MJ/kg. Le pouvoir calorifique peut être entre 43,5 MJ/kg et 44 MJ/kg. Le pouvoir calorifique peut être de 43,5, 43,6, 43,7, 43,8 43,9 ou 44,0 MJ/kg, ou dans une quelconque plage définie entre deux quelconques de ces valeurs.
Dans un quelconque exemple ici, le système de distribution de carburant peut être conçu pour fournir du carburant aux buses de pulvérisation de carburant ayant une masse volumique dans la plage de 760 à 840 kg/m 3 à 15 °C. Cela peut en particulier être en combinaison avec les pouvoirs calorifiques définis au paragraphe précédent.
Afin de fournir du carburant ayant l’une quelconque des propriétés définies ici le système de distribution de carburant peut être fourni par une alimentation en carburant stockée dans un ou plusieurs réservoirs de carburant de l’aéronef ayant de telles propriétés.
Dans certains exemples, le dispositif de commande 106 est en complément ou alternativement conçu pour commander le fonctionnement de l’échangeur de chaleur carburant-huile 114 pour élever une température du carburant à une moyenne d’au moins 135 °C à lʼinjection du carburant dans la chambre de combustion à des conditions de croisière.
Dans certains exemples, le dispositif de commande 106 est en complément ou alternativement conçu pour commander le fonctionnement de l’échangeur de chaleur carburant-huile 114 pour transférer de 200 à 600 kW/m 3 de chaleur d’huile au carburant à des conditions de croisière avant de fournir le carburant à la pluralité de buses de pulvérisation de carburant.
Dans d’autres exemples, le dispositif de commande 106 peut être conçu pour commander le fonctionnement de l’échangeur de chaleur carburant-huile 114 pour transférer de 250 à 550 kW/m 3 ou plus préférablement de 300 à 500 kW/m 3 ou encore plus préférablement de 350 à 450 kW/m 3 de chaleur d’huile au carburant à des conditions de croisière avant de fournir le carburant à la pluralité de buses de pulvérisation de carburant.
Dans encore d’autres exemples le dispositif de commande peut être conçu pour commander le fonctionnement de l’échangeur de chaleur carburant-huile 114 pour transférer 200 kW/m 3 , 225 kW/m 3 , 250 kW/m 3 , 275 kW/m 3 , 300 kW/m 3 , 325 kW/m 3 , 350 kW/m 3 , 375 kW/m 3 , 400 kW/m 3 , 425 kW/m 3 , 450 kW/m 3 , 475 kW/m 3 , 500 kW/m 3 , 525 kW/m 3 , 550 kW/m 3 , 575 kW/m 3 , 600 kW/m 3 de chaleur, ou une quelconque plage définie entre deux quelconques de ces valeurs, d’huile au carburant à des conditions de croisière avant de fournir le carburant à la pluralité de buses de pulvérisation de carburant.
Dans certains exemples, le dispositif de commande 106 est en complément ou alternativement conçu pour commander le fonctionnement du moteur à turbine à gaz de telle sorte qu’une réduction de 20 à 80 % d’une moyenne de particules/kg de nvPM dans l’échappement du moteur à turbine à gaz 10 lorsque le moteur 10 fonctionne à 85 % de poussée disponible pour des conditions de fonctionnement données et de particules/kg de nvPM dans l’échappement du moteur à turbine à gaz 10 lorsque le moteur 10 fonctionne à 30 % de poussée disponible pour les conditions de fonctionnement données est obtenue lorsqu’un carburant fourni à la pluralité de buses de pulvérisation de carburant 124 est un carburant aviation durable au lieu d’un carburant hydrocarboné d’origine fossile. Dans d’autres exemples, la réduction de nvPM peut être telle que définie autrement ici.
Le boîtier d’entraînement des accessoires 110 est entraîné par le moteur par l’intermédiaire d’un arbre accessoire (non montré). Le boîtier d’entraînement des accessoires 110 est conçu pour actionner ou entraîner divers composants accessoires de moteur ou d’aéronef. Dans l’exemple montré, le boîtier d’entraînement des accessoires 110 est conçu pour entraîner la pompe à carburant 108, et une pompe à huile 130 faisant partie du système d’huile à boucle fermée 128 décrit plus haut. Le boîtier d’entraînement des accessoires 110 est également conçu pour entraîner un générateur 132 pour fournir une puissance pour des composants électroniques de moteur et/ou des systèmes électriques et/ou des composants électroniques d’aéronef et/ou des systèmes électriques. Dans l’exemple montré, le boîtier d’entraînement des accessoires 110 est monté sur le cœur 11 du moteur 10, bien que le boîtier d’entraînement des accessoires 110 puisse alternativement être monté sur le carter de soufflante 13a du moteur 10.
Le système d’huile à boucle fermée 128 est conçu pour fournir de l’huile lubrifiante au boîtier d’entraînement des accessoires 110. La température moyenne d’huile lubrifiante fournie au boîtier d’entraînement des accessoires 110 peut être entre 75 °C et 120 °C à des conditions de croisière, tandis que la température moyenne d’huile lubrifiante sortant du boîtier d’entraînement des accessoires 110 est entre 180 °C et 230 °C à des conditions de croisière. L’huile lubrifiante chauffée sortant du boîtier d’entraînement des accessoires 110 s’écoule vers l’échangeur de chaleur carburant-huile 114 afin de transférer de la chaleur de l’huile lubrifiante chauffée vers le carburant avant que le carburant ne soit injecté dans la chambre de combustion 120, tel que décrit précédemment. Le dispositif de commande électronique de moteur 106 est conçu pour commander le fonctionnement de l’échangeur de chaleur carburant-huile 114 de telle sorte qu’un transfert de chaleur suffisant a lieu pour ajuster au moins l’une parmi une température du carburant à l’injection du carburant dans la chambre de combustion 120 à des conditions de croisière et une viscosité du carburant à l’injection du carburant dans la chambre de combustion 120 à des conditions de croisière tel que décrit précédemment.
La illustre un procédé 200 de fonctionnement d’un moteur à turbine à gaz. Le procédé 200 comprend la fourniture 201 d’un carburant à une pluralité de buses de pulvérisation de carburant du moteur à turbine à gaz, le carburant ayant un pouvoir calorifique d’au moins 43,5 MJ/kg. Le pouvoir calorifique peut être entre 43,5 MJ/kg et 44 MJ/kg. Le pouvoir calorifique peut être d’au moins 43,8 MJ/kg. Le pouvoir calorifique peut être entre 43,8 MJ/kg et 44 MJ/kg. Le pouvoir calorifique peut être de 43,5, 43,6, 43,7, 43,8 43,9 ou 44,0 MJ/kg, ou dans une quelconque plage définie entre deux quelconques de ces valeurs. Dans d’autres exemples, le pouvoir calorifique peut être l’un quelconque des pouvoirs calorifiques définis ici. Le carburant peut en outre avoir une masse volumique dans la plage de 760 à 840 kg/m 3 à 15 °C. Ceci peut s’appliquer à l’un quelconque autre des autres procédés décrits ici.
La illustre un procédé 300 de fonctionnement d’un moteur à turbine à gaz. Le procédé 300 comprend : la fourniture 301 d’un carburant au ou aux échangeurs de chaleur carburant-huile du moteur à turbine à gaz ; le transfert 302 de chaleur d’huile au carburant dans le ou les échangeurs de chaleur carburant-huile ; et la fourniture 303 du carburant à partir du ou des échangeurs de chaleur carburant-huile à une pluralité de buses de pulvérisation de carburant d’un dispositif combustor du moteur à turbine à gaz. Lors de l’étape de transfert 302, de la chaleur est transférée de lʼhuile au carburant dans le ou les échangeurs de chaleur carburant-huile pour élever une température du carburant à une moyenne dʼau moins 135 °C à lʼinjection du carburant dans une chambre de combustion du dispositif combustor à des conditions de croisière.
Le procédé 300 peut comprendre le transfert 302 de chaleur d’huile au carburant dans le ou les échangeurs de chaleur carburant-huile pour élever une température du carburant à une moyenne entre 135 °C et 200 °C à l’injection du carburant dans la chambre de combustion à des conditions de croisière.
Le procédé 300 peut comprendre le transfert 302 de chaleur d’huile au carburant dans le ou les échangeurs de chaleur carburant-huile pour élever une température du carburant à une moyenne entre 145 °C et 180 °C à l’injection du carburant dans la chambre de combustion à des conditions de croisière.
Le procédé 300 peut comprendre le transfert 302 de chaleur d’huile au carburant dans le ou les échangeurs de chaleur carburant-huile pour élever une température du carburant à une moyenne entre 155 °C et 170 °C à l’injection du carburant dans la chambre de combustion à des conditions de croisière.
Le procédé 300 peut comprendre le transfert 302 de chaleur d’huile au carburant dans le ou les échangeurs de chaleur carburant-huile, pour élever une température du carburant à une moyenne entre 135 °C, 140 °C, 145 °C, 150 °C, 155 °C, 160 °C, 165 °C, 170 °C, 175 °C, 180 °C, 185 °C, 190 °C, 195 °C, 200 °C, ou une quelconque plage définie entre deux de ces valeurs, à l’injection du carburant dans la chambre de combustion à des conditions de croisière. Dans d’autres exemples, la chaleur transférée peut être telle que définie autrement ici.
Le système comporte les mêmes avantages que le procédé brièvement exposé ci-dessus et ils ne sont donc pas répétés. Le système est conçu de manière à comporter le nombre de dispositifs de contournement qui est approprié afin de pouvoir, lors de la mise en œuvre ultérieure du circuit de liquéfaction, obtenir les différentes configurations de contournement souhaitées pour aboutir à un taux déterminé de para-H2 qui est inférieur au taux final de para-H2.
Selon d’autres caractéristiques possibles : -le système comporte un module de contrôle configuré pour contrôler la circulation de l’hydrogène dans le circuit de liquéfaction d’hydrogène de manière à faire circuler l’hydrogène, soit dans ledit au moins un dispositif de contournement d’au moins un dispositif de la pluralité de n dispositifs successifs de conversion catalytique ortho-->para, soit dans le dispositif ou dans les dispositifs concernés; -le circuit de liquéfaction d’hydrogène comporte, par rapport au sens de circulation de l’hydrogène dans le circuit, en amont et/ou en aval de chaque dispositif de la pluralité de n dispositifs successifs de conversion catalytique ortho-->para auquel est associé ledit au moins un dispositif de contournement du dispositif concerné, une ou plusieurs vannes qui sont commandées de manière à permettre le contournement du dispositif concerné; -le système comporte un module de détermination d’un taux de para-H2 ; -le module de détermination d’un taux de para-H2 est configuré pour déterminer un taux de conversion catalytique en fonction d’un ou de plusieurs critères choisis parmi les suivants : minimalisation de la dépense énergétique pour liquéfier l’hydrogène, mise en froid du circuit de liquéfaction d’hydrogène, besoins de stockage à durée plus ou moins longue de l’hydrogène liquéfié, utilisation de l’hydrogène liquéfié à un taux para-H2 souhaité, fluctuations de la demande d’hydrogène liquéfié ; -le module de détermination d’un taux de para-H2 est configuré pour déterminer un taux minimum de para-H2 en cas de mise en froid du circuit de liquéfaction d’hydrogène ; - le circuit de liquéfaction d’hydrogène comprend au moins un dispositif de conversion catalytique isotherme et/ou au moins un dispositif de conversion catalytique adiabatique et un dispositif de contournement d’au moins un dispositif de conversion catalytique parmi ledit au moins un dispositif de conversion catalytique isotherme et/ou ledit au moins un dispositif de conversion catalytique adiabatique ; -ledit au moins un dispositif de conversion catalytique isotherme est intégré à un échangeur thermique multivoies qui comporte une voie dans laquelle l’hydrogène circule en étant refroidi et en subissant une catalyse et une voie dans laquelle l’hydrogène circule en étant refroidi sans catalyse ; -le taux final de para-H2 de l’hydrogène liquéfié issu du dernier dispositif de conversion catalytique (n) est proche du contenu isomérique de l’hydrogène liquéfié à l’équilibre à une température donnée, savoir à 5% environ de ce contenu ; -le taux final de para-H2 de l’hydrogène liquéfié issu du dernier dispositif de conversion catalytique (n) est supérieur ou égal à 95%.
Un autre mode de réalisation concerne une installation de liquéfaction comprenant un système de contrôle de la liquéfaction d’hydrogène tel que brièvement exposé ci-dessus.
La représente une installation de liquéfaction d’hydrogène selon un mode de réalisation de l’invention;
La représente un circuit de liquéfaction d’hydrogène CLH selon un exemple de réalisation de l’invention;
La représente un premier mode de fonctionnement du circuit de la ;
La représente un deuxième mode de fonctionnement du circuit de la ;
La représente un troisième mode de fonctionnement du circuit de la ;
La représente un circuit de liquéfaction d’hydrogène CLH selon un autre exemple de réalisation de l’invention;
La représente une vue agrandie d’un échangeur multivoies du circuit de la dans un premier mode de fonctionnement;