FR3104641A1 - Circuit d’alimentation en carburant d’une turbomachine, turbomachine et aéronef ayant celui-ci - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un circuit (1) d’alimentation en carburant d’une turbomachine d’aéronef, comportant un dispositif (2) de refroidissement d’une machine électrique tournante (3) reliée mécaniquement à la turbomachine par circulation du carburant, le dispositif (2) de refroidissement comportant une troisième canalisation (20) de carburant, qui traverse la machine électrique tournante (3) pour être en échange thermique de refroidissement avec celle-ci et qui est reliée en aval de la pompe centrifuge (4) basse pression de carburant et en amont de la première canalisation (51) de carburant de l’échangeur thermique (5) huile-carburant. Figure pour l’abrégé : Figure 1
Description
L'invention concerne un circuit d’alimentation pour alimenter en carburant une turbomachine d’aéronef, une turbomachine d’aéronef munie de ce circuit et un aéronef comportant au moins une telle turbomachine.
Le domaine de l’invention concerne les turbomachines d’aéronefs, notamment les turboréacteurs ou les turbopropulseurs.
Les circuits d’alimentation concernés sont ceux comportant un dispositif de refroidissement d’une machine électrique tournante, pouvant être par exemple un ou plusieurs générateurs d’électricité et/ou un ou plusieurs moteurs électriques.
Etant donné que le besoin en énergie électrique des avions est de plus en plus important, une ou plusieurs machines électriques, telles que par exemple ou plusieurs générateurs électriques, sont embarquées sur l’avion pour pouvoir assurer l’alimentation en électricité de l’avion. L’intégration de ces générateurs sur la turbomachine devra se faire en minimisant les impacts sur ses performances et la consommation de carburant.
Cependant l’intégration d’un tel générateur électrique pose des problèmes de refroidissement. Les générateurs de nouvelle génération sont plus petits et génèrent plus de réjections thermiques, ce qui entraîne une augmentation du besoin en dissipation de puissance thermique. Il faut en plus combiner cela avec la tendance à l’augmentation de la puissance rejetée par la turbomachine.
Plusieurs solutions de refroidissement existent; on peut citer notamment le refroidissement à l’huile et le refroidissement à l’air qui sont les solutions les plus communément utilisées.
Le refroidissement à l’air n’est pas très efficace pour les parties chaudes qui se trouvent à l’intérieur du générateur, et le prélèvement qui est effectué réduit les performances du moteur, du fait qu’il engendre des pertes de charge dans le flux d’air et donc une augmentation de la consommation de carburant de la turbomachine.
Le refroidissement à l’huile est plus efficace et permet d’absorber une grande partie de l’énergie rejetée par le générateur. Les générateurs de nouvelle génération ont la particularité de fonctionner avec la technologie dite à cavité sèche (en anglais «dry cavity») qui permet d’avoir de l’huile pure en sortie du générateur, alors que la technologie actuelle dite à cavité humide (en anglais «wet cavity») entraîne l’apparition d’air dans l’huile.
Pour refroidir à l’huile, le générateur nécessite un système d’huile dédié, il faudra donc ajouter une pompe, un réservoir, et un échangeur.
Le type d’échangeur utilisé dans ce cas peut être soit un échangeur air/huile, soit un échangeur huile/carburant. Aux vues des besoins en puissance à dissiper, l’échangeur sera volumineux, et dans le cas d’un échangeur air/huile, son installation dans la veine secondaire entraînera une dégradation des performances du moteur.
L’ajout de ces équipements ainsi que l’impact sur la trainée de l’échangeur air/huile dégrade la performance du moteur.
Le document WO 2010/092267 décrit un moteur aéronautique comprenant un dispositif de pompage de carburant comportant une pompe centrifuge alimentant en carburant une conduite basse pression, laquelle alimente en carburant d’une part une pompe haute pression menant à un circuit principal d'alimentation en carburant sous pression et d’autre part un échangeur carburant-huile, cet échangeur carburant-huile comprenant un circuit interne d’huile recevant l’huile d’un dispositif électrique de démarrage pour la refroidir et un circuit interne de carburant, qui a une entrée reliée à la sortie de la pompe centrifuge entraînée par un moteur électrique indépendamment de la pompe haute pression et une sortie reliée à un réservoir de carburant. Cet échangeur carburant-huile présente les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Une variante dans ce document WO 2010/092267 envisage de réaliser directement le refroidissement du dispositif de démarrage par le carburant en faisant circuler le carburant dans le dispositif de démarrage. Mais cette variante implique qu’il peut rester peu de carburant disponible pour refroidir le dispositif de démarrage, lorsqu’une grande quantité de carburant est envoyée ou a déjà été envoyée par la pompe haute pression vers le circuit principal d'alimentation en carburant sous pression. Cela défavorise le refroidissement du dispositif de démarrage ou implique de surdimensionner le dispositif de refroidissement du dispositif de démarrage.
Le problème est donc de trouver un moyen de refroidir les générateurs d’électricité et plus généralement la ou les machine(s) électrique(s) tournante(s), en minimisant les impacts sur la turbomachine (masses, performances, coût..).
L’invention vise à obtenir un circuit d’alimentation en carburant d’une turbomachine d’aéronef, une turbomachine d’aéronef munie de ce circuit et un aéronef, qui pallient les inconvénients mentionnés ci-dessus et résolvent le problème mentionné ci-dessus.
A cet effet, un premier objet de l’invention est un circuit d’alimentation pour alimenter en carburant une turbomachine d’aéronef, le circuit d’alimentation comportant un dispositif de refroidissement d’une machine électrique tournante reliée mécaniquement à la turbomachine par circulation du carburant, le circuit d’alimentation comportant en outre de l’amont vers l’aval dans le sens de passage du carburant: une pompe centrifuge basse pression de carburant, au moins un échangeur thermique huile-carburant comportant au moins une première canalisation de carburant reliée au circuit d’alimentation et au moins une deuxième canalisation d’huile, qui est reliée à un autre circuit de circulation d’huile de lubrification de la turbomachine et qui se trouve en échange thermique avec la première canalisation de carburant pour que l’huile de la deuxième canalisation puisse chauffer le carburant de la première canalisation, et une pompe haute pression de carburant pour l’envoi de carburant sous pression à au moins une partie d’alimentation en carburant de la turbomachine,
caractérisé en ce que
le dispositif de refroidissement comporte une troisième canalisation de carburant, qui traverse la machine électrique tournante pour être en échange thermique de refroidissement avec celle-ci et qui est reliée au circuit d’alimentation en aval de la pompe centrifuge basse pression de carburant et en amont de la première canalisation de carburant de l’échangeur thermique huile-carburant.
caractérisé en ce que
le dispositif de refroidissement comporte une troisième canalisation de carburant, qui traverse la machine électrique tournante pour être en échange thermique de refroidissement avec celle-ci et qui est reliée au circuit d’alimentation en aval de la pompe centrifuge basse pression de carburant et en amont de la première canalisation de carburant de l’échangeur thermique huile-carburant.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le circuit d’alimentation comporte en outre une quatrième canalisation de retour de carburant, laquelle part d’un doseur de carburant situé en aval de la pompe haute pression de carburant et en amont de la partie d’alimentation en carburant, la quatrième canalisation de retour de carburant étant reliée à un nœud situé entre l’aval de la pompe centrifuge basse pression de carburant et l’amont de la première canalisation de carburant de l’échangeur thermique huile-carburant.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la troisième canalisation de carburant est reliée au nœud en amont de celui-ci.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la troisième canalisation de carburant est reliée au nœud en aval de celui-ci. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le circuit d’alimentation comporte en outre une quatrième canalisation de retour de carburant, laquelle part d’un doseur de carburant situé en aval de la pompe haute pression de carburant et en amont de la partie d’alimentation en carburant, la quatrième canalisation de retour de carburant étant reliée à un nœud situé entre l’aval de la pompe centrifuge basse pression de carburant et l’amont de la première canalisation de carburant de l’échangeur thermique huile-carburant et, la troisième canalisation de carburant étant reliée d’une part en aval de la pompe centrifuge basse pression de carburant et d’autre part en amont du nœud.
Suivant un autre mode de réalisation de l’invention, le circuit d’alimentation comporte en outre une quatrième canalisation de retour de carburant, laquelle part d’un doseur de carburant situé en aval de la pompe haute pression de carburant et en amont de la partie d’alimentation en carburant, la troisième canalisation de carburant étant reliée en amont de la première canalisation de carburant de l’échangeur thermique huile-carburant et en aval d’un nœud, qui relie l’aval de la pompe centrifuge basse pression de carburant à la quatrième canalisation de retour de carburant et à la troisième canalisation de carburant.
Suivant un autre mode de réalisation de l’invention, le circuit d’alimentation comporte en outre une quatrième canalisation de retour de carburant, laquelle part d’un doseur de carburant situé en aval de la pompe haute pression de carburant et en amont de la partie d’alimentation en carburant et arrive dans au moins un réservoir de carburant situé en amont de la pompe centrifuge basse pressin de carburant.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la machine électrique tournante comporte un stator, un rotor mobile en rotation autour d’un arbre de rotation par rapport au stator, une entrée de carburant pour envoyer du carburant dans une partie intérieure de l’arbre de rotation et une sortie de carburant,
la troisième canalisation de carburant s’étendant de l’entrée de carburant à la sortie de carburant et comportant au moins une conduite de montée en pression du carburant par centrifugation, laquelle s’étend dans le rotor au moins dans une direction radiale par rapport à l’arbre de rotation entre une première extrémité intérieure de conduite communiquant avec l’entrée de carburant et une deuxième extrémité extérieure de conduite située à une distance radiale non nulle par rapport à la première extrémité intérieure de conduite, la deuxième extrémité extérieure de conduite communiquant avec la sortie de carburant.
la troisième canalisation de carburant s’étendant de l’entrée de carburant à la sortie de carburant et comportant au moins une conduite de montée en pression du carburant par centrifugation, laquelle s’étend dans le rotor au moins dans une direction radiale par rapport à l’arbre de rotation entre une première extrémité intérieure de conduite communiquant avec l’entrée de carburant et une deuxième extrémité extérieure de conduite située à une distance radiale non nulle par rapport à la première extrémité intérieure de conduite, la deuxième extrémité extérieure de conduite communiquant avec la sortie de carburant.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la machine électrique tournante comporte un stator, un rotor mobile en rotation autour d’un arbre de rotation par rapport au stator, une entrée de carburant pour envoyer du carburant dans une partie intérieure de l’arbre de rotation et une sortie de carburant,
la troisième canalisation de carburant s’étendant de l’entrée de carburant à la sortie de carburant et comportant au moins une conduite de montée en pression du carburant par centrifugation, laquelle s’étend dans le rotor au moins dans une direction radiale par rapport à l’arbre de rotation entre une première extrémité intérieure de conduite communiquant avec la partie intérieure de l’arbre de rotation et une deuxième extrémité extérieure de conduite située à une distance radiale non nulle par rapport à la première extrémité intérieure de conduite, la deuxième extrémité extérieure de conduite communiquant avec la sortie de carburant.
la troisième canalisation de carburant s’étendant de l’entrée de carburant à la sortie de carburant et comportant au moins une conduite de montée en pression du carburant par centrifugation, laquelle s’étend dans le rotor au moins dans une direction radiale par rapport à l’arbre de rotation entre une première extrémité intérieure de conduite communiquant avec la partie intérieure de l’arbre de rotation et une deuxième extrémité extérieure de conduite située à une distance radiale non nulle par rapport à la première extrémité intérieure de conduite, la deuxième extrémité extérieure de conduite communiquant avec la sortie de carburant.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la machine électrique tournante est configurée pour provoquer une montée en pression de carburant sur la sortie de carburant par rapport à l’entrée de carburant, qui est comprise entre 20% et 40 % de la montée totale en pression de carburant provoquée conjointement par la machine électrique tournante et la pompe centrifuge basse pression de carburant.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la machine électrique tournante est un générateur électrique, comportant un rotor apte à être entraîné mécaniquement en rotation par la turbomachine pour produire du courant électrique.
Suivant un autre mode de réalisation de l’invention, la machine électrique tournante est un moteur électrique, comportant un rotor apte à être entraîné en rotation par un courant électrique.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la pompe haute pression de carburant est volumétrique.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le circuit d’alimentation comporte au moins une autre pompe centrifuge basse pression de carburant prévue en aval de la troisième canalisation de carburant et en amont de l’échangeur thermique huile-carburant.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le circuit d’alimentation comporte en outre au moins un autre échangeur thermique huile-carburant, comportant au moins une cinquième canalisation de carburant reliée d’une part en aval de la pompe haute pression de carburant et d’autre part à au moins un dispositif alimenté en carburant distinct de la partie d’alimentation, et au moins une sixième canalisation d’huile, qui est reliée à l’autre circuit de circulation d’huile de lubrification de la turbomachine et qui se trouve en échange thermique avec la cinquième canalisation de carburant pour que l’huile de la sixième canalisation d’huile puisse chauffer le carburant de la cinquième canalisation.
Un deuxième objet de l’invention est une turbomachine alimentée en carburant par un circuit d’alimentation tel que décrit ci-dessus.
Un troisième objet de l’invention est un aéronef comportant au moins une turbomachine alimentée en carburant par un circuit d’alimentation tel que décrit ci-dessus.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif en référence aux figures ci-dessous des dessins annexés.
Aux figures 1, 2 et 4 est représenté un circuit 1 d’alimentation pour alimenter en carburant une turbomachine d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention. La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur. L’aéronef, non représenté, peut être un avion ou un hélicoptère et peut comporter une ou plusieurs turbomachines.
Le circuit 1 d’alimentation comporte un dispositif 2 de refroidissement d’une machine électrique tournante 3. Le refroidissement de la machine électrique tournante 3 est effectué par circulation du carburant dans le circuit 1 d’alimentation. La machine électrique tournante 3 est reliée mécaniquement à la turbomachine. La machine électrique tournante 3 peut être un générateur électrique 3 ou un moteur électrique 3. Dans le cas du générateur électrique 3, le rotor du générateur électrique 3 est apte à être entraîné mécaniquement en rotation par le rotor de la turbomachine pour que le générateur électrique 3 produise du courant électrique. Le générateur électrique 3 peut être un générateur électrique de démarrage de la turbomachine à fréquence variable (en anglais «Variable Frequence Starter Generator»). Dans le cas du moteur électrique 3, le rotor du moteur électrique 3 est apte à être entraîné en rotation par un courant électrique et est relié mécaniquement par au moins un organe intermédiaire au rotor de la turbomachine pour entraîner ce dernier en rotation.
Aux figures 1, 2 et 4, le circuit 1 d’alimentation en carburant comporte un (ou plusieurs) réservoir 15 de carburant de l’aéronef (pouvant par exemple être dans l’aile de l’avion). Le réservoir 15 de carburant est relié à une pompe centrifuge 4 basse pression de carburant. Dans ce qui suit, le sens allant de l’amont vers l’aval est le sens d’envoi du carburant dans le circuit d’alimentation 1. Le carburant venant du réservoir 15 est envoyé dans la pompe centrifuge 4 afin d’assurer le gavage de la pompe haute pression 7, et éviter d’avoir des phénomènes de cavitation.
Cela permet avantageusement d’alimenter la machine électrique tournante 3 en carburant plus froid qu’en aval de l’échangeur thermique huile-carburant 5.
Dans certains cas, le générateur 3 est accompagné d’une électronique de puissance, il sera aussi envisageable de refroidir cette électronique de puissance par la troisième canalisation 20 de carburant, en les mettant soit en série, soit en parallèle suivant le comportement en termes de pertes de charges.
Le générateur 3 d’électricité et plus généralement la machine électrique tournante 3 étant une source de chaleur, son ajout est favorable sur la thermique à froid. Cela s’explique par le fait qu’il est tiré profit des calories rejetées par la machine électrique tournante 3 pour réchauffer le carburant en conditions givrantes. Cela permet potentiellement de réduire les dimensions de l’échangeur thermique huile-carburant 5 (ainsi que de l’autre échangeur thermique huile-carburant 13 décrit ci-dessous).
L’invention permet avantageusement de se dispenser d’un autre échangeur air/huile dédié au circuit d’huile de la machine électrique tournante 3 ou de diminuer le nombre et/ou la taille de cet autre échangeur air/huile. L’invention permet ainsi avantageusement de prévoir une machine électrique tournante 3 intégrée au circuit 1 d’alimentation en carburant et d’avoir un seul échangeur thermique huile-carburant 5 qui prend en compte directement la machine électrique tournante 3.
Les réjections du générateur étant quasi-constantes suivant la phase de vol, l’autre échangeur air/huile du moteur pouvant être prévu en plus de la machine électrique tournante 3 intégré au circuit 1 de carburant suivant l’invention sera aussi dimensionné sur un point de fonctionnement en vol en phase de croisière haute altitude, et il sera possible d’utiliser la marge disponible sur le point de ralenti
L’invention permet donc une optimisation de la taille de l’autre échangeur air-huile, le gain estimé sur une application en vol étant d’environ 50% de surface de l’autre échangeur air-huile dans la veine secondaire (20% de surface d’échange utile + 30% de surface inutile comme les interfaces en plus).
Dans le mode de réalisation de l’invention représenté à la figure 1, une canalisation 16 d’entrée relie l’aval de la pompe centrifuge 4 basse pression de carburant à l’entrée 34 de carburant d’une troisième canalisation 20 de carburant traversant la machine électrique tournante 3 pour la refroidir. La troisième canalisation 20 de carburant possède sur la machine électrique tournante 3 une sortie 35 de carburant reliée à un nœud 10 de carburant (embranchement) situé entre les canalisations 51 et 9.
Le nœud 10 relie la troisième canalisation 20 de carburant d’une part à l’amont d’une (ou plusieurs) première canalisation 51 de carburant d’au moins un premier échangeur thermique 5 huile-carburant (ou échangeur thermique 5 huile-carburant principal) et d’autre part à une quatrième canalisation 9 de retour de carburant vers la troisième canalisation 20 de carburant. L’échangeur thermique 5 huile-carburant comporte une (ou plusieurs) deuxième canalisation 52 d’huile, qui est reliée à un autre circuit 6 de circulation d’huile de lubrification de la turbomachine. La deuxième canalisation 52 d’huile et la première canalisation 51 de carburant sont configurées pour être en échange thermique l’une avec l’autre pour que l’huile de la deuxième canalisation 52 puisse chauffer le carburant de la première canalisation 51.
En aval de la première canalisation 51 de carburant du premier échangeur thermique 5 huile-carburant est reliée, éventuellement par l’intermédiaire d’un filtre 17 de carburant, une pompe haute pression 7 de carburant pour l’envoi de carburant sous pression (la pompe 7 augmentant la pression sur sa sortie 72 de carburant par rapport à son entrée 71 de carburant) à au moins une partie 8 d’alimentation en carburant de la turbomachine reliée en aval de la pompe haute pression 7. Cette partie 8 d’alimentation en carburant peut être ou comprendre un ou plusieurs injecteurs 80 de carburant présents dans une chambre de combustion du carburant dans la turbomachine. La sortie 72 de carburant de la pompe haute pression 7 est reliée à l’entrée 123 d’un doseur 12 de carburant permettant de répartir le carburant entre la partie 8 d’alimentation en carburant relié à une première sortie 121 de carburant du doseur 12 et la quatrième canalisation 9 de retour de carburant reliée à une deuxième sortie 122 de carburant du doseur 12. Suivant un mode de réalisation de l’invention, la première sortie 121 de carburant du doseur 12 de carburant est reliée à un clapet 18 de coupure de carburant, normalement ouvert pour permettre le passage de carburant et en aval à un débitmètre 19 de carburant puis à la partie 8 d’alimentation en carburant. La pompe haute pression 7 de carburant peut être par exemple une pompe volumétrique (dont le débit de sortie de carburant est proportionnel à sa vitesse de rotation et est donc imposé par la vitesse de rotation de la turbomachine) ou une autre pompe centrifuge.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, la machine électrique tournante 3 se trouve en amont de la recirculation de carburant (i.e. du nœud 10 de retour du carburant recirculé par le bloc doseur 12, ce nœud étant situé ici en amont de l’échangeur thermique 5 huile-carburant, ce qui est avantageux la spécification de température de refroidissement, étant donné que le carburant circulant dans machine électrique tournante 3 est plus froid que dans la première canalisation 51 de carburant du premier échangeur thermique 5 huile-carburant.
Dans les modes de réalisation des figures 1, 2 et 4, la troisième canalisation 20 de carburant de refroidissement de la machine électrique tournante 3 est reliée en aval de la pompe centrifuge 4 basse pression de carburant et en amont de la première canalisation 51 de carburant du premier échangeur thermique 5 huile-carburant.
Dans le mode de réalisation de l’invention représenté à la figure 2, un nœud 11 relie l’aval de la pompe centrifuge 4 basse pression de carburant d’une part à l’entrée 34 de carburant d’une troisième canalisation 20 de carburant de refroidissement de la machine électrique tournante 3 et d’autre part à la quatrième canalisation 9 de retour de carburant. Une canalisation 16 d’entrée relie l’aval de la pompe centrifuge 4 basse pression de carburant au nœud 11 de carburant (embranchement) situé entre la quatrième canalisation 9 de retour de carburant et l’amont d’une première canalisation intermédiaire 21 de carburant. La première canalisation intermédiaire 21 de carburant est reliée en aval à l’entrée 34 de carburant de la troisième canalisation 20 de carburant traversant la machine électrique tournante 3 pour la refroidir. La troisième canalisation 20 de carburant possède sur la machine électrique tournante 3 une sortie 35 de carburant reliée par une deuxième canalisation intermédiaire 22 à une (ou plusieurs) première canalisation 51 de carburant d’au moins un premier échangeur thermique 5 huile-carburant. L’échangeur thermique 5 huile-carburant comporte une (ou plusieurs) deuxième canalisation 52 d’huile, qui est reliée à un autre circuit 6 de circulation d’huile de lubrification de la turbomachine. La deuxième canalisation 52 d’huile et la première canalisation 51 de carburant sont configurées pour être en échange thermique l’une avec l’autre pour que l’huile de la deuxième canalisation 52 puisse chauffer le carburant de la première canalisation 51. Les éléments 17, 7, 12, 18 et 19 menant de la première canalisation 51 de carburant du premier échangeur thermique 5 huile-carburant à la partie 8 d’alimentation en carburant de la turbomachine sont analogues à ceux décrits ci-dessus pour le premier mode de réalisation de la figure 1. Le mode de réalisation de la figure 2 présente l’avantage d’un relativement grand débit de carburant traversant la machine électrique tournante 3 par la troisième canalisation 20.
Dans le mode de réalisation de l’invention représenté à la figure 4, une canalisation 16 d’entrée relie l’aval de la pompe centrifuge 4 basse pression de carburant à l’entrée 34 de carburant d’une troisième canalisation 20 de carburant traversant la machine électrique tournante 3 pour la refroidir. La troisième canalisation 20 de carburant possède sur la machine électrique tournante 3 une sortie 35 de carburant reliée à une (ou plusieurs) première canalisation 51 de carburant d’au moins un premier échangeur thermique 5 huile-carburant. L’échangeur thermique 5 huile-carburant comporte une (ou plusieurs) deuxième canalisation 52 d’huile, qui est reliée à un autre circuit 6 de circulation d’huile de lubrification de la turbomachine. La deuxième canalisation 52 d’huile et la première canalisation 51 de carburant sont configurées pour être en échange thermique l’une avec l’autre pour que l’huile de la deuxième canalisation 52 puisse chauffer le carburant de la première canalisation 51. Les éléments 17, 7, 12, 18 et 19 menant de la première canalisation 51 de carburant du premier échangeur thermique 5 huile-carburant à la partie 8 d’alimentation en carburant de la turbomachine sont analogues à ceux décrits ci-dessus pour le premier mode de réalisation de la figure 1. La quatrième canalisation 9 de retour de carburant part de la deuxième sortie 122 de carburant du doseur 12 de carburant situé en aval de la pompe haute pression 7 de carburant et en amont de la partie 8 d’alimentation en carburant et arrive dans le réservoir 15 de carburant et peut comporter une vanne 26 de retour de carburant, normalement ouverte pour permettre le passage de carburant dans la quatrième canalisation 9 de retour de carburant. Ce mode de réalisation est avantageusement efficace, car il permet d’augmenter le débit qui traverse la pompe centrifuge basse pression 4, et donc la capacité de refroidissement du carburant. Ce mode de réalisation est avantageux également en ce qu’il permet de renvoyer directement vers le réservoir 15 le carburant recirculé qui par ailleurs est relativement chaud.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3 concernant la partie du circuit 1 d’alimentation traversant la machine électrique tournante 3, pouvant être présent dans le mode de réalisation de la figure 1, dans le mode de réalisation de la figure 2 et dans le mode de réalisation de la figure 4, la machine électrique tournante 3 (générateur 3 d’électricité par exemple ou moteur électrique) est du type à cavité sèche (en anglais «dry cavity»), décrit ci-dessous. La machine électrique tournante 3 comporte un rotor 32 mobile en rotation autour d’un arbre 33 de rotation par rapport à son stator 31, une entrée 34 de carburant pour envoyer du carburant dans une partie intérieure de l’arbre 33 de rotation et une sortie 35 de carburant. La troisième canalisation 20 de carburant s’étend dans la machine électrique tournante 3, et ce de l’entrée 34 de carburant à la sortie 35 de carburant. Dans le rotor 31 de la machine électrique tournante 3 se trouve une (ou plusieurs) conduite 36 de passage de carburant permettant, par centrifugation du carburant, la montée en pression du carburant sur la sortie 35 par rapport à l’entrée 34. A cet effet, la conduite 36 de passage de carburant s’étend dans le rotor 31 au moins dans une direction radiale par rapport à l’arbre 33 de rotation. Une première extrémité intérieure 361 de la conduite 36 de passage de carburant du rotor 31 communique avec la partie intérieure de l’arbre 33 de rotation pour le passage de carburant. Une deuxième extrémité extérieure 362 de la conduite 36 de passage de carburant du rotor 31 est située à une distance radiale Dh non nulle par rapport à la première extrémité intérieure 361. La deuxième extrémité extérieure 362 de la conduite 36 de passage de carburant du rotor 31 communique avec la sortie 35 de carburant pour le passage de carburant. Cette machine électrique tournante 3 du type à cavité sèche permet d’avoir sur la sortie 35 du carburant pur, qui n’a pas été en contact avec les parties de la machine 3 générant des bulles d’air. La canalisation 20 de carburant permet par conduction thermique de refroidir les parties chaudes de la machine électrique tournante 3, telles que par exemple les enroulements de conducteurs électriques et est séparée par au moins une paroi par rapport à ces parties chaudes à refroidir. Le choix de la distance Dh plus ou moins grande ou petite permet respectivement d’augmenter ou de réduire l’effet de centrifugation du carburant dans le rotor 31 et donc la montée en pression de carburant sur la sortie 35 par rapport à l’entrée 34. Il est aussi possible de jouer sur cette augmentation de pression en optimisant les pertes de charges dans la canalisation 20. Pour assurer la non-dégradation du générateur 3, il est demandé de ne pas dépasser une température de 90°C du carburant à l’entrée 34 en conditions stabilisées.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la machine électrique tournante 3 est configurée (par exemple par la valeur de la distance Dh) pour provoquer une montée en pression de carburant sur la sortie 35 de carburant par rapport à l’entrée 34 de carburant, qui est comprise entre 1% et 40 %, notamment entre 10 % et 40 %, ou entre 20 % et 40 %, ou entre 20 % et 30 %, de la montée totale en pression de carburant provoquée par la machine électrique tournante 3 et par la pompe centrifuge 4 basse pression de carburant. L’effet de centrifugation du carburant de la machine électrique tournante 3 peut permettre avantageusement d’engendrer une montée en pression de carburant sur la sortie 35 par rapport à l’entrée 34, qui correspond à près de 30% du besoin de différence de pression de la pompe centrifuge basse pression 4 de carburant. On obtient donc un gain non négligeable sur la différence de pression de carburant, qui permet de réduire la pression de carburant devant être engendrée sur la canalisation 16 d’entrée par la pompe centrifuge basse pression 4 de carburant et donc de réduire la taille de la pompe centrifuge basse pression 4 de carburant.
Suivant un mode de réalisation, représenté aux figures 1, 2 et 4, le circuit 1 d’alimentation comporte un (ou plusieurs) autre échangeur thermique 13 huile-carburant, comportant une (ou plusieurs) cinquième canalisation 131 de carburant reliée à un nœud 23 de carburant situé en aval de la pompe haute pression 7 de carburant et en amont du doseur 12 de carburant. La cinquième canalisation 131 de carburant de l’autre échangeur thermique 13 huile-carburant est reliée en aval à un (ou plusieurs) dispositif 14 alimenté en carburant distinct de la partie 8 d’alimentation. L’autre échangeur thermique 13 huile-carburant comportant une (ou plusieurs) une sixième canalisation 132 d’huile, qui est reliée à l’autre circuit 6 de circulation d’huile de lubrification de la turbomachine. La sixième canalisation 132 d’huile et la cinquième canalisation 131 de carburant sont configurées pour être en échange thermique l’une avec l’autre pour que l’huile de la sixième canalisation 132 puisse chauffer le carburant de la cinquième canalisation 131. Le (ou les) dispositif 14 alimenté en carburant est un (ou plusieurs) équipements de la turbomachine, également appelés équipements de géométries variables, qui nécessite de prélever une puissance de flux de carburant pour fonctionner et qui peuvent être ou comprendre par exemple un (ou plusieurs) vérin, et/ou une (ou plusieurs) servovalve, et/ou une (ou plusieurs) servovalve de vérin(s), et/ou une (ou plusieurs) vanne de décharge ajustable de compresseur, et/ou une (ou plusieurs) vanne de décharge transitoire de compresseur, et/ou une (ou plusieurs) vanne de réglage de débit d'air pour un système de réglage de jeu au sommet d'aubes de rotor pour turbine basse pression ou turbine haute pression, et/ou autre. Le dispositif 14 alimenté en carburant est relié en aval à une deuxième canalisation 24 de retour de carburant reliée à un nœud 25 situé entre le filtre 17 et la pompe 7 haute pression. L’huile est envoyée dans le circuit 6 d’huile dans le sens allant de la sixième canalisation 132 d’huile de l’autre échangeur thermique 13 huile-carburant vers la deuxième canalisation 52 d’huile de l’échangeur thermique 5 huile-carburant, puis de cette deuxième canalisation 52 d’huile vers une entrée d’huile de la turbomachine.
Suivant un mode de réalisation, pouvant être prévu avec les modes de réalisation des figures 1, 2 et 4, une (ou plusieurs) autre pompe centrifuge basse pression de carburant est prévue en aval de la troisième canalisation 20 de carburant et en amont de l’échangeur thermique 5 huile-carburant, à savoir entre la sortie 35 de carburant et le nœud 10 à la figure 1, ou sur la canalisation intermédiaire 22 entre la sortie 35 de carburant et la première canalisation 51 à la figure 2, ou entre la sortie 35 de carburant et la première canalisation 51 à la figure 4.
Bien entendu, les modes de réalisation, caractéristiques, possibilités et exemples décrits ci-dessus peuvent être combinés l’un avec l’autre ou être sélectionnés indépendamment l’un de l’autre.
Claims (11)
- Circuit (1) d’alimentation pour alimenter en carburant une turbomachine d’aéronef, le circuit (1) d’alimentation comportant un dispositif (2) de refroidissement d’une machine électrique tournante (3) reliée mécaniquement à la turbomachine par circulation du carburant, le circuit (1) d’alimentation comportant en outre de l’amont vers l’aval dans le sens de passage du carburant: une pompe centrifuge (4) basse pression de carburant, au moins un échangeur thermique (5) huile-carburant comportant au moins une première canalisation (51) de carburant reliée au circuit (1) d’alimentation et au moins une deuxième canalisation (52) d’huile, qui est reliée à un autre circuit (6) de circulation d’huile de lubrification de la turbomachine et qui se trouve en échange thermique avec la première canalisation (51) de carburant pour que l’huile de la deuxième canalisation (52) puisse chauffer le carburant de la première canalisation (51), et une pompe haute pression (7) de carburant pour l’envoi de carburant sous pression à au moins une partie (8) d’alimentation en carburant de la turbomachine,
caractérisé en ce que
le dispositif (2) de refroidissement comporte une troisième canalisation (20) de carburant, qui traverse la machine électrique tournante (3) pour être en échange thermique de refroidissement avec celle-ci et qui est reliée au circuit (1) d’alimentation en aval de la pompe centrifuge (4) basse pression de carburant et en amont de la première canalisation (51) de carburant de l’échangeur thermique (5) huile-carburant. - Circuit (1) d’alimentation suivant la revendication 1, comportant en outre une quatrième canalisation (9) de retour de carburant, laquelle part d’un doseur (12) de carburant situé en aval de la pompe haute pression (7) de carburant et en amont de la partie (8) d’alimentation en carburant, la quatrième canalisation (9) de retour de carburant étant reliée à un nœud (10, 11) situé entre l’aval de la pompe centrifuge (4) basse pression de carburant et l’amont de la première canalisation (51) de carburant de l’échangeur thermique (5) huile-carburant.
- Circuit (1) d’alimentation suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la troisième canalisation (20) de carburant est reliée au nœud (10) en amont de celui-ci.
- Circuit (1) d’alimentation suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la troisième canalisation (20) de carburant est reliée au nœud (11) en aval de celui-ci.
- Circuit (1) d’alimentation suivant la revendication 1, comportant en outre une quatrième canalisation (9) de retour de carburant, laquelle part d’un doseur (12) de carburant situé en aval de la pompe haute pression (7) de carburant et en amont de la partie (8) d’alimentation en carburant et arrive dans au moins un réservoir (15) de carburant situé en amont de la pompe centrifuge (4) basse pression de carburant.
- Circuit (1) d’alimentation suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (3) comporte un stator (31), un rotor (32) mobile en rotation autour d’un arbre (33) de rotation par rapport au stator (31), une entrée (34) de carburant pour envoyer du carburant dans une partie intérieure de l’arbre (33) de rotation et une sortie (35) de carburant,
la troisième canalisation (20) de carburant s’étendant de l’entrée (34) de carburant à la sortie (35) de carburant et comportant au moins une conduite (36) de montée en pression du carburant par centrifugation, laquelle s’étend dans le rotor (31) au moins dans une direction radiale par rapport à l’arbre (33) de rotation entre une première extrémité intérieure (361) de conduite communiquant avec l’entrée (34) de carburant et une deuxième extrémité extérieure (362) de conduite située à une distance radiale (Dh) non nulle par rapport à la première extrémité intérieure (361) de conduite, la deuxième extrémité extérieure (362) de conduite communiquant avec la sortie (35) de carburant. - Circuit (1) d’alimentation suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (3) est configurée pour provoquer une montée en pression de carburant sur la sortie (35) de carburant par rapport à l’entrée (34) de carburant, qui est comprise entre 20% et 40 % de la montée totale en pression de carburant provoquée conjointement par la machine électrique tournante (3) et la pompe centrifuge (4) basse pression de carburant.
- Circuit (1) d’alimentation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (3) est un générateur électrique, comportant un rotor apte à être entraîné mécaniquement en rotation par la turbomachine pour produire du courant électrique.
- Circuit (1) d’alimentation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (3) est un moteur électrique, comportant un rotor apte à être entraîné en rotation par un courant électrique.
- Circuit (1) d’alimentation suivant l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre au moins un autre échangeur thermique (13) huile-carburant, comportant au moins une cinquième canalisation (131) de carburant reliée d’une part en aval de la pompe haute pression (7) de carburant et d’autre part à au moins un dispositif (14) alimenté en carburant distinct de la partie (8) d’alimentation, et au moins une sixième canalisation (132) d’huile, qui est reliée à l’autre circuit (6) de circulation d’huile de lubrification de la turbomachine et qui se trouve en échange thermique avec la cinquième canalisation (131) de carburant pour que l’huile de la sixième canalisation (132) d’huile (52) puisse chauffer le carburant de la cinquième canalisation (131).
- Turbomachine (1) alimentée en carburant par un circuit (1) d’alimentation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 10.
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|---|---|---|---|
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| FR1914562A FR3104641B1 (fr) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | Circuit d’alimentation en carburant d’une turbomachine, turbomachine et aéronef ayant celui-ci |
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4223999A1 (fr) * | 2022-02-02 | 2023-08-09 | Rolls-Royce plc | Combinaison d'un moteur à turbine à gaz et d'une électronique de puissance |
| EP4390095A1 (fr) * | 2022-12-21 | 2024-06-26 | Rolls-Royce plc | Échange de chaleur huile-carburant |
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-
2019
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| US11946417B2 (en) | 2022-02-02 | 2024-04-02 | Rolls-Royce Plc | Combination of a gas turbine engine and a power electronics |
| EP4390095A1 (fr) * | 2022-12-21 | 2024-06-26 | Rolls-Royce plc | Échange de chaleur huile-carburant |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3104641B1 (fr) | 2021-12-31 |
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