FR2999653A1

FR2999653A1 - Circuit de carburant d'une turbomachine

Info

Publication number: FR2999653A1
Application number: FR1262240A
Authority: FR
Inventors: Philippe Vertenoeuil; Nicolas Potel
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-06-20
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: FR2999653B1

Abstract

Circuit de carburant d'une turbomachine, comprenant une vanne de retour carburant (FRV) reliée au circuit principal (102) de carburant et à un réservoir (110), la vanne (FRV) permettant de retourner au réservoir (110) une quantité de carburant excédentaire provenant du circuit principal (102); et au moins un raccord (151, 152) reliant la vanne (FRV) au circuit principal (102). Le raccord (151, 152) comprend un filtre autonettoyant (170) et présente une entrée de liquide (154) et deux sorties de liquide, dont une sortie de liquide filtré (155) et une sortie de liquide non-filtré (153). La sortie de liquide filtré (155) est reliée à la vanne (FRV). L'entrée de liquide (124) et la sortie de liquide non-filtré (153) sont reliées au circuit principal (102), de sorte que la circulation de carburant dans le circuit principal (102) contribue au nettoyage du filtre (170). Le filtre (170) débarrasse le carburant délivré à la vanne (FRV) de ses impuretés.

Description

CIRCUIT DE CARBURANT D'UNE TURBOMACHINE DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne un circuit de carburant d'une turbomachine, et une turbomachine comprenant un tel circuit. Il peut s'agir, par exemple, d'un circuit de carburant d'une turbomachine terrestre ou aéronautique (turboréacteur ou turbopropulseur) et, plus particulièrement, d'un circuit de carburant de turboréacteur d'avion. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE io Un exemple connu de circuit de carburant de turboréacteur d'avion est représenté sur la FIG 1 annexée. Ce circuit 1 comprend un circuit principal 2 avec une pompe basse pression 16 reliée au réservoir de carburant 10 de l'avion, une pompe haute pression 18, un échangeur de chaleur 12, et un doseur 13 pour alimenter en carburant la chambre de combustion 11. Le 15 circuit 1 intègre également une vanne de retour carburant ou FRV (pour "Fuel Return Valve"). La FRV a pour but de retourner au réservoir 10 une certaine quantité de carburant excédentaire chaud 22 (dit "carburant chaud") ayant transité par l'échangeur de chaleur 12, afin de faciliter la gestion de l'équilibre 20 thermique du système. Les FRVs sont appréciées pour leur efficacité et leur faible encombrement. La température du carburant retourné au réservoir 10, via la FRV, est diminuée en mélangeant le carburant chaud 22, prélevé entre l'échangeur 12 et la pompe haute pression 18 (ou pompe HP), avec du carburant plus froid 21 (dit "carburant froid") prélevé au niveau de la pompe 25 basse pression 16 (ou pompe BP). La technologie des FRVs met en oeuvre des jeux de fonctionnement faibles, que cela soit au niveau des clapets mobiles ou des sièges d'étanchéité généralement présents dans ces vannes. Les clapets sont utilisés pour ouvrir, fermer et réguler le débit du carburant retourné au 30 réservoir. Les jeux de fonctionnement d'une FRV étant faibles, ils sont particulièrement sensibles au colmatage ainsi qu'à l'usure et doivent donc être protégés contre les impuretés présentes dans le carburant. Pour cette raison, le carburant alimentant la FRV est préalablement filtré. Ainsi, dans l'exemple de la FIG 1, le carburant chaud 22 est préalablement filtré par un filtre 14 (le filtre principal du circuit carburant) situé au niveau de l'échangeur 12 et le carburant froid 21 est préalablement filtré par un filtre 19 associé à la pompe basse pression 16. Or, les dernières générations de turboréacteurs d'avion présentent de nouvelles architectures dans lesquelles on ne retrouve plus les filtres 14 et 19. 10 Il existe donc un besoin pour une nouvelle solution permettant de filtrer le carburant alimentant la FRV afin de protéger celle-ci de toute pollution ou contamination, et de préserver son bon fonctionnement sur toute la durée de vie requise. PRESENTATION DE L'INVENTION 15 Le présent exposé concerne un circuit de carburant d'une turbomachine, ce circuit comprenant : - une vanne de retour carburant, ou FRV, configurée pour être reliée, d'une part, au circuit principal de carburant de la turbomachine et, d'autre part, à un réservoir de carburant, la FRV permettant de retourner au réservoir une 20 quantité de carburant excédentaire provenant du circuit principal, et - au moins un raccord reliant la FRV au circuit principal. Ce circuit est tel que le raccord comprend un filtre autonettoyant et présente une entrée de liquide et deux sorties de liquide, dont une sortie de liquide filtré et une sortie de liquide non-filtré. La sortie de liquide filtré est 25 reliée à la FRV. L'entrée de liquide et la sortie de liquide non-filtré sont reliées au circuit principal, de sorte que la circulation de carburant dans le circuit principal réalise un nettoyage du filtre. Le circuit principal correspond à la partie du circuit de carburant dédiée à l'alimentation de la chambre de combustion de la turbomachine. Le 30 carburant qui y circule est prélevé, en amont, dans un réservoir de carburant et est injecté, en aval, dans la chambre de combustion. Typiquement, le circuit principal comprend une pompe BP, mettant en pression un débit imposé, et une pompe HP imposant le débit. Le raccord est un élément de canalisation servant au raccordement de plusieurs conduits (e.g. des tuyaux, des flexibles, etc.) entre eux. Ainsi, chaque raccord sert à raccorder un conduit de carburant alimentant la FRV avec deux conduits de carburant du circuit principal. Typiquement, le raccord est un raccord en T. Selon la présente solution, un filtre autonettoyant est donc intégré à un raccord situé entre le circuit principal de carburant et la ligne hydraulique 10 alimentant la FRV. Comparée à d'autres solutions, cette solution présente l'avantage d'être simple, peu encombrante (aspect important dans les turboréacteurs de dernière génération) et de masse limitée. En particulier, elle permet de simplifier la conception et la fabrication des éléments du circuit autres que le raccord. Par exemple, comparativement 15 à l'exemple connu de la FIG 1, la présente solution simplifie la conception et la fabrication de la pompe BP puisqu'il n'est plus nécessaire d'associer un filtre, ni à cette pompe, ni à aucun autre équipement du circuit carburant (ce qui économise une interface et une canalisation). En outre, le carburant alimentant la FRV peut être prélevé sur le circuit principal de carburant 20 indépendamment de la présence éventuelle et/ou de la position des filtres (notamment du filtre principal) dans ce circuit principal. Enfin, le filtre autonettoyant du raccord n'étant dédié qu'à la filtration du carburant alimentant la FRV, son degré de filtration peut être déterminé selon les besoins spécifiques de la FRV et ce degré de filtration n'affecte pas la 25 cascade de filtration dans le circuit principal. Le fait que le carburant soit filtré selon les besoins spécifiques de la FRV peut également permettre de simplifier la conception de la FRV, avec comme conséquence un gain de masse et de durée de vie. La présente solution évite également d'avoir à intégrer un filtre 30 autonettoyant dans la FRV. Un filtre intégré à la FRV présenterait des inconvénients car la FRV est montée sur la turbomachine, à une distance relativement importante du circuit principal de carburant. Par conséquent, si un filtre autonettoyant était intégré à la FRV, il faudrait prévoir une longue boucle de circuit branchée sur le circuit principal et allant jusqu'au filtre autonettoyant pour le nettoyer. Or, cette longue boucle additionnelle poserait des problèmes de masse et d'encombrement. On notera que l'autonettoyage du filtre est important car, comme le degré de filtration du filtre doit être suffisamment faible pour protéger efficacement la FRV, le filtre se colmate très rapidement. Le degré de filtration du filtre est typiquement inférieur ou égal à 50 microns et, de 10 préférence, de l'ordre de 45 microns. Or, plus le degré de filtration est faible, plus le filtre se colmate rapidement et plus le nettoyage des premier et deuxième filtres est important. Le fait que le filtre soit autonettoyant diminue significativement et, généralement, élimine le risque de colmatage de ce filtre. Il n'est donc pas 15 nécessaire de prévoir un système de dérivation pour contourner le filtre en cas de colmatage. De plus, lorsque la FRV n'est utilisée que dans des conditions où le carburant est chaud, le risque de givrage du filtre est nul et il est également inutile de prévoir un système de dérivation pour contourner le filtre en cas de givrage. Aussi, avantageusement, le circuit est dépourvu 20 de système de dérivation pour contourner le filtre autonettoyant. Ceci permet de simplifier la conception du circuit et d'en diminuer la masse et l'encombrement. Dans certains modes de réalisation, le filtre comprend une surface filtrante, cette surface filtrante étant disposée à l'intérieur du raccord de telle 25 sorte que le liquide sortant par la sortie de liquide filtré traverse préalablement la surface filtrante, tandis que le liquide sortant par la sortie de liquide non-filtré circule préalablement le long de la surface filtrante, sans la traverser. En particulier, au moins une partie de la surface filtrante est sensiblement perpendiculaire à la sortie de liquide filtré.

Dans certains modes de réalisation, ladite surface filtrante est tubulaire d'axe A, le liquide sortant par ladite sortie de liquide non-filtré passant préalablement à l'intérieur de ladite surface, suivant l'axe A. Par exemple, l'entrée de liquide est située du côté d'une extrémité axiale de la surface filtrante, la sortie de liquide non-filtré est située du côté de l'extrémité axiale opposée de la surface filtrante, et la sortie de liquide filtré est située latéralement par rapport à la surface filtrante. Dans certains modes de réalisation, le circuit principal comprend une pompe basse pression, un pompe haute pression et, entre les deux, un 10 échangeur de chaleur. Un raccord tel que précédemment décrit peut être disposé en amont de l'échangeur et, de préférence, entre la pompe basse pression et l'échangeur, afin de filtrer un débit de carburant froid vers la FRV. Un raccord tel que précédemment décrit peut également être disposé en aval de l'échangeur et, de préférence, entre l'échangeur et la pompe 15 haute pression, afin de filtrer un débit de carburant chaud vers la FRV. Dans le présent exposé, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du carburant dans le circuit. Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant un circuit de carburant tel que précédemment décrit. 20 Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un exemple de réalisation du circuit de carburant proposé. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 25 Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas à l'échelle, ils visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. La FIG 1 représente un exemple connu de circuit de carburant de 30 turbomachine.

La FIG 2 représente un exemple de circuit de carburant de turbomachine selon le présent exposé. La FIG 3 une vue en coupe d'un raccord du circuit de la FIG 2. DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLE(S) DE REALISATION Des exemples de réalisation sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Ces exemples illustrent les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples. La FIG 1 représente un exemple connu de circuit de carburant de 10 turboréacteur d'avion. Ce circuit a déjà été décrit plus haut. La FIG 2 représente un circuit 101 de carburant de turbomachine, plus particulièrement de turboréacteur d'avion. Ce circuit 101 comprend un circuit principal 102 s'étendant entre le réservoir de carburant 110 de l'avion et la chambre de combustion 111 du turboréacteur. 15 Le circuit principal 102 comprend de l'amont vers l'aval: une pompe basse pression (ou pompe BP) 116 reliée au réservoir 110, un échangeur de chaleur 112, une pompe haute pression (ou pompe HP) 118, et un doseur 113 pour alimenter en carburant la chambre de combustion 111. Un filtre (non représenté) peut être prévu entre la pompe HP 118 et le doseur 113. 20 Le circuit 101 comprend également une FRV qui permet de retourner au réservoir 110 une certaine quantité de carburant excédentaire chaud 122 ayant transité par l'échangeur de chaleur 112. La température du carburant retourné au réservoir 110, via la FRV, est diminuée en mélangeant le carburant chaud 122 prélevé en aval de l'échangeur 112 (plus 25 particulièrement entre l'échangeur 112 et la pompe HP 118) avec du carburant froid 121 prélevé en amont de l'échangeur 112 (plus particulièrement entre la pompe BP 116 et l'échangeur 112). Contrairement au circuit de la FIG 1, le circuit 101 ne comprend pas de filtre associé à l'échangeur 112, ni de filtre associé à la pompe BP 116. En 30 revanche, le circuit 101 comprend deux raccords 151, 152. Chacun de ces raccords 151 152 sert à raccorder une ligne hydraulique de carburant alimentant la FRV sur le circuit principal 102. Plus précisément, le raccord 151 raccorde un conduit 160 à l'intérieur duquel circule le carburant chaud 122, avec deux conduits 161, 162 qui appartiennent au circuit principal 102 et qui sont reliés respectivement à l'échangeur 112 et à la pompe HP 118. Le raccord 152 raccorde le conduit 140 à l'intérieur duquel circule le carburant froid 121, avec deux conduits 141, 142 qui appartiennent au circuit principal 102 et qui sont reliés respectivement à la pompe BP 116 et à l'échangeur 112. Dans l'exemple, les raccords 151, 152 sont identiques et sont des raccords en "T". Ils pourraient toutefois être différents l'un de l'autre et io présenter une autre forme. Les raccords 151, 152 peuvent être, par exemple, réalisés en un alliage léger comme un alliage d'aluminium (e.g. l'alliage 6061). La FIG 3 représente, en coupe, le raccord 151 de la FIG 2. Ce raccord 151 comprend un filtre autonettoyant 170 disposé à l'intérieur du carter 180 15 du raccord 151. Ce filtre 170 comprend une surface filtrante 171, qui peut être une crépine. La surface filtrante 171 est tubulaire d'axe A. La surface filtrante 171 est fixée à des flasques 172, 173 rigides, également tubulaires, disposés de part et d'autre de la surface filtrante 171 suivant l'axe A. La surface filtrante 171 et les flasques 172, 173 forment un ensemble 20 monobloc. Le filtre 170 est monté (par la gauche sur la FIG 2) dans un carter 180 du raccord 151, et maintenu en place par un couvercle 181 vissé sur le carter. Les interfaces sont réalisées par trois mamelons standards. Deux joints statiques 182, 183 (e.g. deux joints toriques) assurent l'étanchéité entre le filtre 170 et le carter 180. Un autre joint statique 184 (e.g. un joint 25 torique) assure l'étanchéité entre le couvercle 181 et le carter 180. Le raccord 151 présente une entrée de liquide 154 et deux sorties de liquide, dont une sortie de liquide filtré 155 et une sortie de liquide non-filtré 153. L'entrée de liquide 154 est raccordée au conduit 161 et, ainsi, reliée au circuit principal 102 et, plus particulièrement, à l'échangeur 112. La sortie de 30 liquide filtré 155 est raccordée au conduit 160 et, ainsi, reliée à la FRV. La sortie de liquide non-filtré 153 est raccordée au conduit 162 et, ainsi, reliée au circuit principal 102 et, plus particulièrement, à la pompe HP 118. L'entrée de liquide 154 se situe au voisinage d'une extrémité axiale du joint 170, tandis que la sortie de liquide non-filtré 153 se situe au voisinage de l'extrémité axiale opposée. La sortie de liquide filtré 155 est disposée latéralement par rapport à la surface filtrante 171. Dans l'exemple, la sortie de liquide filtré 155 s'étend sensiblement radialement par rapport à la surface filtrante 171 (i.e. perpendiculairement à l'axe A), de sorte que le raccord 151 a la forme générale d'un 'T' dont la barre horizontale s'étend 10 suivant l'axe A. Sur les FIGS 2 et 3, ce 'T' est à l'envers, la barre verticale du '7" formée par la sortie de liquide filtré 155 pointant vers le haut. En fonctionnement, le carburant arrive dans le raccord 151 par l'entrée de liquide 154. En fonction du régime de fonctionnement du circuit carburant et du réglage de la FRV, une quantité plus ou moins importante du carburant 15 traverse la surface filtrante 171, qui filtre les impuretés contenues dans le carburant, et sort par la sortie 155 pour alimenter la FRV via le conduit 160. Cette quantité de carburant étant filtrée, le risque de contamination ou d'usure de la FRV est diminué. La quantité de carburant qui ne traverse pas la surface filtrante 171, circule le long de celle-ci, sensiblement parallèlement 20 à l'axe A. Cette circulation de carburant le long de la surface filtrante 171 permet de nettoyer celle-ci. Ainsi, le filtre 170 s'auto-nettoie et l'encrassement ou le colmatage du filtre est évité. La structure et le fonctionnement du raccord 152 étant analogues à ceux du raccord 151, ils ne sont pas décrits par souci de concision. 25 Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention. 30 De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemples de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles.

Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation. 10

Claims

REVENDICATIONS1. Circuit de carburant d'une turbomachine, ce circuit comprenant : - une vanne de retour carburant (FRV) configurée pour être reliée, d'une part, au circuit principal (102) de carburant d'une turbomachine et, d'autre part, à un réservoir (110) de carburant, la vanne (FRV) permettant de retourner au réservoir (110) une quantité de carburant excédentaire provenant du circuit principal (102), et - au moins un raccord (151 152) reliant la vanne (FRV) au circuit principal 10 (102), dans lequel: - le raccord (151, 152) comprend un filtre autonettoyant (170) et présente une entrée de liquide (154) et deux sorties de liquide, dont une sortie de liquide filtré (155) et une sortie de liquide non-filtré (153), 15 - la sortie de liquide filtré (155) est reliée à la vanne (FRV), - l'entrée de liquide (124) et la sortie de liquide non-filtré (153) sont reliées au circuit principal (102), de sorte que la circulation de carburant dans le circuit principal (102) contribue au nettoyage du filtre (170). 20
2. Circuit de carburant selon la revendication 1, dépourvu de système de dérivation pour contourner le filtre (170).
3. Circuit de carburant selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le raccord (151 152) est un raccord en T. 25
4. Circuit de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le degré de filtration du filtre (170) est inférieur ou égal à 50 microns et, de préférence, de l'ordre de 45 microns. 30
5. Circuit de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le filtre (170) comprend une surface filtrante (171), cette surfacefiltrante (171) étant disposée à l'intérieur du raccord (151, 152) de telle sorte que le liquide sortant par la sortie de liquide filtré (155) traverse préalablement la surface filtrante (171), tandis que le liquide sortant par la sortie de liquide non-filtré (153) circule préalablement le long de la surface filtrante, sans la traverser.
6. Circuit de carburant selon la revendication 5, dans lequel au moins une partie de la surface filtrante est sensiblement perpendiculaire à la sortie de liquide filtré. 10
7. Circuit de carburant selon la revendication 5 ou 6, dans lequel ladite surface filtrante est tubulaire d'axe A, le liquide sortant par ladite sortie de liquide non-filtré (2c) passant préalablement à l'intérieur de ladite surface (30), suivant l'axe A. 15
8. Circuit de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le circuit principal (102) comprend une pompe basse pression (116), un pompe haute pression (118) et, entre les deux, un échangeur de chaleur (112), et dans lequel un raccord (151) tel que défini précédemment est 20 disposé en aval de l'échangeur (112) et, en particulier, entre l'échangeur (112) et la pompe haute pression (118).
9. Circuit de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le circuit principal (102) comprend une pompe basse pression (116), 25 un pompe haute pression (118) et, entre les deux, un échangeur de chaleur (112), et dans lequel un raccord (152) tel que précédemment défini est disposé en amont de l'échangeur (112) et, en particulier, entre la pompe basse pression (116) et l'échangeur (112). 30
10. Turbomachine comprenant un circuit de carburant (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.