FR2955897A1

FR2955897A1 - Procede et circuit simplifies de ventilation d'equipements d'un turboreacteur

Info

Publication number: FR2955897A1
Application number: FR1050643A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Alain Bader; Franck Serge Jacques Liotte
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-05
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: FR2955897B1

Abstract

L'invention concerne un procédé et un circuit de ventilation d'équipements d'un turboréacteur comprenant une zone froide ayant une soufflante en amont d'une zone chaude, les équipements (28) du turboréacteur étant disposés dans un espace (26) disponible au voisinage de la zone chaude. Le procédé consiste, pendant le fonctionnement du turboréacteur, à prélever de l'air en aval de la soufflante pour l'acheminer par un circuit de ventilation vers l'espace du turboréacteur où sont disposés les équipements pour y être déchargé, le débit d'air déchargé étant régulé par la vitesse de rotation de moyens de ventilation (36) équipant le circuit de ventilation, et après l'arrêt du turboréacteur, à entretenir une circulation forcée d'air dans le circuit de ventilation en activant le ventilateur jusqu'à ce que la température des équipements redescende à une valeur prédéterminée.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la ventilation d'équipements disposés au voisinage de la zone chaude d'un turboréacteur.

Un turboréacteur comprend un grand nombre d'équipements annexes. Il s'agit en particulier des différents accessoires du boîtier AGB (pour « Accessory GearBox »), tels que les pompes pour la production d'énergie hydraulique, l'alimentation en carburant, la lubrification, les générateurs électriques pour la production de puissance électrique, etc., ainsi que l'unité hydromécanique du turboréacteur (ou HMU pour « Hydromechanical Unit ») qui permet de commander les servovalves utilisées pour doser le débit de carburant envoyé vers les vérins hydrauliques d'actionnement de géométries variables du turboréacteur et les vannes à air du circuit d'air moteur.

De tels équipements sont sensibles à la chaleur et doivent donc être disposés de préférence au voisinage de la zone froide du turboréacteur, c'est-à-dire autour de la soufflante de celui-ci, afin d'éviter de voir leur fiabilité affectée par les fortes contraintes thermiques auxquelles ils sont soumis. Or, pour des turboréacteurs ayant un taux de dilution élevé, disposer des équipements autour de la soufflante contribuerait à augmenter la traînée des turboréacteurs. Aussi, il est devenu courant de positionner certains équipements au voisinage de la zone chaude. du turboréacteur. Cette zone chaude qui se situe typiquement en aval de la zone froide (notamment autour du compresseur haute pression du turboréacteur et de la chambre de combustion) offre de l'espace disponible pour loger les équipements du turboréacteur. Pour limiter la température des équipements pendant le fonctionnement du turboréacteur, il est connu de disposer des écrans thermiques autour du compresseur haute pression et de ventiler l'espace où sont disposés les équipements par prélèvement d'air frais issu de la soufflante. Cependant, après l'arrêt du moteur, il n'y a plus d'air frais qui est acheminé vers les équipements pour les ventiler et ces derniers montent en température avant de se refroidir progressivement. Pour tenter de remédier à cet inconvénient, certains types de turboréacteurs à grand diamètre disposent d'un dispositif de cheminée permettant l'évacuation d'une grande partie de la chaleur par le haut (par un phénomène de ventilation naturelle). Mais sur d'autres types de turboréacteurs, la mise en place d'un tel dispositif de cheminée n'est pas possible ou n'assure pas une convection naturelle suffisante.

Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un procédé et un dispositif de ventilation active des équipements d'un turboréacteur permettant de limiter efficacement la montée en température des équipements, notamment après l'arrêt du turboréacteur. Ce but est atteint grâce à un procédé de ventilation d'équipements d'un turboréacteur, le turboréacteur comprenant une zone froide ayant une soufflante en amont d'une zone chaude, les équipements du turboréacteur étant disposés dans un espace disponible au voisinage de la zone chaude, le procédé consistant : pendant le fonctionnement du turboréacteur, à prélever de l'air en aval de la soufflante pour l'acheminer par un circuit de ventilation vers l'espace du turboréacteur où sont disposés les équipements pour y être déchargé, le débit d'air déchargé étant régulé par la vitesse de rotation de moyens de ventilation équipant le circuit de ventilation ; et après l'arrêt du turboréacteur, à entretenir une circulation forcée d'air dans le circuit de ventilation en activant le ventilateur jusqu'à ce que la température des équipements redescende à une valeur prédéterminée.

Corrélativement, l'invention vise un circuit de ventilation d'équipements d'un turboréacteur, le turboréacteur comprenant une zone froide ayant une soufflante en amont d'une zone chaude, les équipements du turboréacteur étant disposés dans un espace disponible au voisinage de la zone chaude, le circuit de ventilation comprenant un conduit d'air s'ouvrant en aval de la soufflante pour prélever de l'air et débouchant dans l'espace du turboréacteur où sont disposés les équipements pour y décharger l'air prélevé, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ventilateur disposé en amont de l'espace du turboréacteur où sont disposés les équipements pour réguler le débit déchargé et des moyens de commande de la vitesse de rotation du ventilateur.

Selon le procédé selon l'invention, de l'air frais est acheminé vers les équipements pendant le fonctionnement du turboréacteur, mais également après son arrêt. Ainsi, il est possible de limiter efficacement la montée en température des équipements à l'arrêt du turboréacteur, et ce quelles que soient les dimensions du turboréacteur. Ce procédé est en effet simple de mise en oeuvre puisqu'il utilise le même circuit de ventilation des équipements pour les phases de fonctionnement et d'arrêt du turboréacteur. Par ailleurs, l'utilisation de moyens de ventilation (ventilateur) pour réguler en fonctionnement du turboréacteur le débit d'air déchargé vers les équipements permet d'éviter d'avoir recours à une vanne spécifiquement dédiée à cette fonction (en effet, le conduit d'air est avantageusement dépourvu de vanne de régulation du débit d'air). Il en résulte un circuit de ventilation simplifié et d'encombrement plus faible.

Le ventilateur et sa vitesse de rotation sont dimensionnés de sorte à créer un débit d'air en assurant en sortie du ventilateur une pression supérieure à la pression en sortie du circuit de ventilation (c'est-à-dire la pression ambiante) à laquelle s'ajoutent les pertes de charge du circuit pour le débit d'air demandé. Par ailleurs, après l'arrêt du turboréacteur, le ventilateur est activé sur une durée prédéterminée à l'avance pour permettre que la température des équipements redescende à une valeur également prédéterminée. Le ventilateur peut être du type à moteur électrique asynchrone ou synchrone, ce dernier étant avec ou sans balais, les moyens de commande de la vitesse de rotation du ventilateur comprenant alors des moyens électroniques d'asservissement du moteur électrique du ventilateur. Alternativement, le ventilateur peut être du type à moteurs électriques asynchrones ayant au moins deux bobinages, les moyens de commande de la vitesse de rotation du ventilateur comprenant alors un contacteur pour commuter sur les différents bobinages des moteurs électriques du ventilateur. Le ventilateur peut être disposé dans un conduit d'air auxiliaire parallèle au conduit d'air et reliant la zone de prélèvement d'air en aval de la soufflante à l'espace où sont disposés les équipements.

Le circuit de ventilation peut comprendre en outre un conduit de dérivation s'ouvrant dans le conduit d'air en amont du ventilateur et débouchant dans le conduit d'air en aval de celui-ci. L'invention a également pour objet un turboréacteur comprenant un circuit de ventilation tel que défini ci-dessus.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en coupe d'un turboréacteur équipé d'un circuit de ventilation selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue fonctionnelle du circuit de ventilation de la figure 1 ; et - les figures 3 et 4 sont des vues fonctionnelles de circuits de ventilation selon d'autres modes de réalisation.

Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un turboréacteur 10 d'aéronef du type à double corps et double flux. Le turboréacteur est entouré d'une nacelle 12. De façon connue en soi, le turboréacteur comprend, d'amont en aval, une soufflante 14, un compresseur basse pression 16, un compresseur haute pression 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute pression 22 et une turbine basse pression 24. Le turboréacteur 10 tel que décrit brièvement ci-dessus comprend une zone froide ZF (incluant notamment la soufflante 14 et le compresseur basse pression 16) en amont d'une zone chaude Zc (incluant notamment le compresseur haute pression 18 et la chambre de combustion 20). Au sein de la zone chaude Zc, est délimité un espace 26 où sont disposés différents équipements 28 du turboréacteur (tels que des accessoires de I'AGB, le HMU, etc.). Sur l'exemple de la figure 1, cet espace est situé au voisinage du compresseur haute pression 18. Cet espace 26 communique avec l'extérieur du turboréacteur (c'est-à-dire qu'il est soumis à la pression ambiante). Pour ventiler ces équipements 28 afin de limiter leur montée en température, il est prévu, conformément à l'invention, de réaliser un prélèvement d'air en aval de la soufflante 14 pour l'acheminer par un circuit de ventilation vers l'espace 26 où sont disposés les équipements. A cet effet, le circuit de ventilation des figures 1 et 2 comprend une écope 32 s'ouvrant dans la veine 30 d'écoulement du flux froid du turboréacteur (située en aval de la soufflante 14) et débouchant dans au moins un conduit d'air 34, ce dernier débouchant à son tour dans l'espace 26 où sont disposés les équipements pour y être déchargé (par exemple par l'intermédiaire d'une pluralité de tubes percés non représentés sur la figure 1). L'écope peut être remplacée par une connexion à une sortie de vanne de décharge à air.

Le circuit de ventilation du mode de réalisation des figures 1 et 2 comprend également. un ventilateur 36 disposé dans le conduit d'air 34 en aval de l'écope 32 et en amont de l'espace 26 du turboréacteur où sont disposés les équipements. Par ailleurs, des moyens de commande 38 du ventilateur 36 permettent de piloter la vitesse de rotation de celui-ci. Pour cela, le ventilateur 36 peut être du type à moteur asynchrone ou synchrone, ce dernier étant avec ou sans balais, les moyens de commande de la vitesse de rotation du ventilateur comprenant alors des moyens électroniques d'asservissement du moteur électrique du ventilateur. Dans ce cas, différentes vitesses de rotation du ventilateur peuvent être commandées. Ces vitesses sont choisies notamment en fonction d'une mesure de la pression effectuée en sortie du ventilateur (au moyen d'un capteur de pression 40). Par ailleurs, les moyens de commande 38 comprennent un capteur de vitesse de rotation du ventilateur. Cette solution présente l'avantage d'offrir une régulation complète et précise du débit d'air venant ventiler les équipements du turboréacteur. Toutefois, cette solution nécessite d'ajouter une électronique de commande.

Alternativement, le ventilateur 36 peut être du type à moteurs électriques asynchrones ayant au moins deux bobinages, les moyens de commande 38 comprenant alors un contacteur pour commuter sur les différents bobinages des moteurs électriques du ventilateur. Dans ce cas, deux (ou plus) vitesses caractéristiques de rotation du ventilateur peuvent être commandées. Ces vitesses caractéristiques peuvent être choisies de façon à proposer différentes pertes de charge dans le circuit de ventilation (le ventilateur peut travailler alors en refoulement) ou de façon à proposer différentes pressurisations du circuit de ventilation (le ventilateur travaille alors en support de pressurisation à la pression de l'air issu de la veine 30 d'écoulement du flux froid).

Cette solution présente l'avantage d'offrir une régulation fiable du débit d'air venant ventiler les équipements du turboréacteur (la commande électrique est très simple et fiable). En revanche, aucune régulation précise n'est possible. Lors de l'arrêt du turboréacteur, le ventilateur 36 est alimenté en puissance électrique, soit par l'intermédiaire des groupes auxiliaires de puissance (ou APU pour « Auxiliary Power Unit »), soit par le groupe d'alimentation au sol fournie par l'aéroport où est stationné l'avion, soit par les batteries de l'avion. De manière générale, le ventilateur 36 est alimenté en puissance électrique par le réseau électrique de l'avion lorsque le turboréacteur fonctionne. Le fonctionnement de ce circuit de ventilation est le suivant. Lors des phases de fonctionnement du turboréacteur, le ventilateur 36 est mis sous tension électrique. L'air pressurisé par la soufflante 14 du turboréacteur pénètre dans le conduit d'air 34 par l'écope et vient ventiler les équipements 28 présents dans l'espace 26 pour les refroidir. Le débit d'air nécessaire à cette ventilation est régulé par la vitesse de rotation du ventilateur, celle-ci étant pilotée par les moyens de commande 38 comme décrit précédemment. Une fois l'avion au sol, et après l'arrêt du turboréacteur, la pression dans la veine 30 d'écoulement du flux froid est égale à la pression à l'intérieur de l'espace 26 (elle-même égale à la pression ambiante) de sorte que. l'air prélevé dans cette veine ne s'écoule plus naturellement au travers du conduit d'air 34. Le pilote ou le calculateur du turboréacteur ou de l'avion active donc le ventilateur 36 pour entretenir une circulation forcée d'air dans le conduit d'air 34. Le ventilateur est maintenu activé jusqu'à ce que la température des équipements 28 redescende à une valeur prédéterminée. L'arrêt du ventilateur peut donc être automatique (le fonctionnement du ventilateur est à durée limitée et prédéterminée) ou commandé par le pilote. Typiquement, l'alimentation du ventilateur peut être coupée lorsque les équipements atteignent une température de l'ordre de 130°C environ. Différentes variantes du circuit de ventilation peuvent être envisagées. Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 3, le circuit de ventilation se distingue de celui illustré par les figures 1 et 2 notamment en ce que le ventilateur 38 est disposé dans un conduit d'air auxiliaire 42 qui est parallèle au conduit d'air 34 et qui relie également la veine 30 d'écoulement du flux froid à l'espace 26 où sont disposés les équipements à ventiler. Plus précisément, le conduit d'air auxiliaire 42 débouche dans le conduit d'air 34 en amont de l'espace 26.

Le circuit de ventilation du mode de réalisation de la figure 4 se rapproche de celui décrit en liaison avec les figures 1 et 2. Il s'en distingue toutefois en ce qu'il est également prévu un conduit de dérivation 44 s'ouvrant dans le conduit d'air 34 en amont du ventilateur 36 et débouchant dans le conduit d'air en aval de celui-ci. Ce conduit de dérivation 44 est équipé d'un dispositif de contournement 46 (bypass) permettant, quand la perte de charge liée à la présence du ventilateur dans le conduit d'air 34 dépasse un seuil prédéterminé, que le débit d'air prélevé dans la veine 30 contourne le ventilateur en empruntant le conduit de dérivation 44 pour atteindre l'espace 26 où sont disposés les équipements 28 à ventiler.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de ventilation d'équipements d'un turboréacteur, le turboréacteur comprenant une zone froide (ZF) ayant une soufflante (14) en amont d'une zone chaude (Zc), les équipements (28) du turboréacteur étant disposés dans un espace (26) disponible au voisinage de la zone chaude, le procédé consistant : pendant le fonctionnement du turboréacteur, à prélever de l'air en aval de la soufflante pour l'acheminer par un circuit de ventilation vers l'espace du turboréacteur où sont disposés les équipements pour y être déchargé, le débit d'air déchargé étant régulé par la vitesse de rotation de moyens de ventilation (36) équipant le circuit de ventilation ; et après l'arrêt du turboréacteur, à entretenir une circulation forcée d'air dans le circuit de ventilation en activant le ventilateur jusqu'à ce que la température des équipements redescende à une valeur prédéterminée.
2. Circuit de ventilation d'équipements d'un turboréacteur, le turboréacteur comprenant une zone froide (ZF) ayant une soufflante (14) en amont d'une zone chaude (Zc), les équipements (28) du turboréacteur étant disposés dans un espace (26) disponible au voisinage de la zone chaude, le circuit de ventilation comprenant un conduit d'air (34) s'ouvrant en aval de la soufflante pour prélever de l'air et débouchant dans l'espace du turboréacteur où sont disposés les équipements pour y décharger l'air prélevé, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ventilateur (36) disposé en amont de l'espace du turboréacteur où sont disposés les équipements pour réguler le débit déchargé et des moyens de commande de la vitesse de rotation du ventilateur.
3. Circuit selon la revendication 2, dans lequel le conduit d'air 30 (34) est dépourvu de vanne de régulation du débit d'air.
4. Circuit selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel le ventilateur (36) est du type à moteur électrique asynchrone ou synchrone, ce dernier étant avec ou sans balais, les moyens de commande de la 35 vitesse de rotation du ventilateur comprenant des moyens électroniques d'asservissement du moteur électrique du ventilateur.
5. Circuit selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel le ventilateur (36) est du type à moteurs électriques asynchrones ayant au moins deux bobinages, les moyens de commande (38) de la vitesse de rotation du ventilateur comprenant un contacteur pour commuter sur les différents bobinages des moteurs électriques du ventilateur.
6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le ventilateur (36) est disposé dans un conduit d'air auxiliaire (42) parallèle au conduit d'air et reliant la zone de prélèvement d'air en aval de la soufflante à l'espace où sont disposés les équipements.
7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, comprenant en outre un conduit de dérivation (44) s'ouvrant dans le conduit d'air (34) en amont du ventilateur (36) et débouchant dans le conduit d'air en aval de celui-ci.
8. Turboréacteur comprenant un circuit de ventilation selon l'une quelconque des revendications 2 à 7.