FR3156168A1 - Turbomachine pour un aeronef et son procede de refroidissement - Google Patents
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Abstract
Turbomachine (2) pour un aéronef, cette turbomachine comportant :
- une veine annulaire (V) d’écoulement d’un flux de gaz (F3),
- un moteur (M),
- au moins un équipement (E),
- un premier échangeur de chaleur (210) du type ACOC, qui est apte à être balayé par ledit flux de gaz (F3) et qui comprend un premier circuit d’huile (C1) relié à un système (S1) de refroidissement du moteur,
- un second échangeur de chaleur (220) du type ACOC, qui est apte à être balayé par ledit flux de gaz (F3) et qui comprend un second circuit d’huile (C2) relié à un système (S2) de refroidissement dudit au moins un équipement (E), et
- un troisième échangeur de chaleur (230) du type OCOC, qui comprend des troisième et quatrième circuits d’huile (C3, C4) aptes à échanger des calories entre eux.
Figure pour l'abrégé : Figure 4
Description
La présente invention concerne une turbomachine pour un aéronef, et un procédé de refroidissement de cette turbomachine.
Une turbomachine pour un aéronef comprend divers organes et/ou équipements devant être lubrifiés et/ou refroidis, tels que des paliers à roulement, des engrenages, etc. De plus, les turbomachines de nouvelle génération comportent des machines électriques à bord pour l’hybridation, ces machines ayant besoin d’être lubrifiées et refroidies par de l’huile. La chaleur dégagée par ces composants est transportée par l’huile et évacuée vers des sources froides disponibles à bord.
Parmi les sources froides qui existent à bord, il y a l’air et le carburant. L’huile peut être refroidie tout d’abord par le carburant dans un échangeur carburant/huile (généralement connu sous l’acronyme FCOC, acronyme de l’expression anglo-saxonne «Fuel Cooled Oil Cooler»), qui a aussi la fonction de réchauffer le carburant avant son entrée dans la chambre de combustion. Les échangeurs FCOC ne suffisent pas à absorber toutes les dissipations thermiques car la température du carburant est limitée en vue des contraintes de sécurité. Le complément de refroidissement peut être assuré par un échangeur air/huile (généralement connu sous l’acronyme ACOC pour «Air Cooled Oil Cooler»).
L’air constitue une source froide de refroidissement de l’huile et peut provenir par exemple de la veine secondaire dans le cas d’une turbomachine à double flux, ou de la veine tertiaire dans le cas d’une turbomachine à triple flux comme illustré à laFIG. 1 et décrit dans le document WO-A1-2023/099533.
Les échangeurs ACOC sont de plus en plus sollicités dans la future génération des moteurs du fait de l’augmentation importante des dissipations thermiques, principalement due à :
- les moteurs du futur sont plus gros, ce qui augmente le besoin de lubrification et de refroidissement par de l’huile ;
- la présence d’un réducteur de vitesse dans les nouvelles architectures moteur, ce réducteur transmet une puissance mécanique très élevée et a besoin d’être lubrifié et refroidi par de l’huile,
- l’ajout de machines électriques à bord d’un moteur pour l’hybridation, ces machines ont besoin d’être lubrifiées et refroidies par de l’huile.
Un moteur peut comporter plusieurs circuit d’huile, chacun ayant une fonction définie, par exemple un premier circuit pour le refroidissement de l’huile dédiée à la lubrification et au refroidissement du moteur, un deuxième pour la lubrification et le refroidissement des machines électriques, etc.
La température et le débit d’huile doivent être pilotés en fonction du circuit correspondant. Par exemple, l’huile servant à lubrifier et refroidir les machines électriques a une plage de température différente de celle pour le refroidissement moteur. Ainsi, l’échangeur de chaleur ACOC est de préférence divisé en plusieurs échangeurs, chaque échangeur est dédié à un circuit d’huile donné. Ces différents échangeurs sont installés en parallèle dans l’une des veines de la turbomachine, et occupent une partie de cette veine.
Dans laFIG. 2 , l’échangeur de chaleur ACOC 1 peut servir à refroidir l’huile de refroidissement du moteur. L’échangeur de chaleur ACOC 2 peut servir à refroidir l’huile des machines électriques pour l’hybridation de la turbomachine.
Chacun des ACOC 1 et 2 occupe un secteur angulaire donné de la veine. La veine V est délimitée par des parois annulaires coaxiales 101, 102 qui sont reliées entre elles par des bras structuraux 100 pour assurer la tenue mécanique. Les secteurs angulaires dénotés par « A » sont des secteurs ou l’air circule sans aucun obstacle (pas d’échangeur ACOC).
Chacun des deux échangeurs doit être dimensionné pour le cas le plus dimensionnant afin de dissiper la puissance thermique sur toutes les autres phases de vol.
L’échangeur de chaleur ACOC 1 est divisé à laFIG. 3 en deux parties :
- 1a : partie de l’échangeur ACOC 1 servant à assurer le refroidissement de l’huile moteur sur toutes les phases de vol sauf les phases de vol les plus dimensionnantes
- 1b : partie de l’échangeur ACOC 1 qui s’ajoute à la partie 1a afin d’assurer le complément de refroidissement sur les phases de vol les plus dimensionnantes (cas avion au sol dans un jour extrême chaud à titre d’exemple).
L’échangeur de chaleur ACOC 2 est divisé à laFIG. 3 en deux parties :
- 2a : partie de l’échangeur ACOC 2 servant à refroidir l’huile des machines électriques sur toutes les phases de vol sauf les phases de vol les plus dimensionnantes, et
- 2b : partie de l’échangeur ACOC 2 qui s’ajoute à la partie 1a afin d’assurer le complément de refroidissement dans les phases de vol les plus dimensionnantes
Les deux échangeurs ACOC (ACOC 1 et ACOC 2) assurent des fonctions de refroidissement différentes. Cela entraine des phases dimensionnantes différentes pour chacun des deux échangeurs et conduit à des échangeurs surdimensionnés sur les autres phases et conditions de vol, ce qui a un impact direct sur la perte de charge côté air (performances aérothermiques) et sur la masse des échangeurs. Ceci a pour effet d’augmenter la consommation spécifique (SFC) de la turbomachine et par conséquent la consommation en carburant (FB pourFuel Burn).
Il existe donc un besoin pour optimiser la performance aérothermique de ces échangeurs.
La solution présentée dans le EP-A1-2 472 067 propose un échangeur ACOC enterré dans un compartiment de la turbomachine. L’échangeur de chaleur est intégré dans une cavité débouchant dans une paroi radialement interne de la veine secondaire. Une partie du flux d’air secondaire, prélevé dans la veine secondaire, traverse l’échangeur de chaleur enterré ou celle-ci est réchauffée et est réinjectée dans la veine secondaire. Une écope pilotée, formée par exemple par un volet mobile pivotant et/ou déplaçable en translation, est disposée au niveau de l’entrée de la cavité de manière à s’étendre dans la veine secondaire et de réaliser un débit d’air ajustable vers l’échangeur de chaleur enterré. Le volet mobile de l’écope peut générer des pertes de charges dans la veine secondaire lorsque celui-ci est ouvert. Le volet mobile est piloté de façon à se refermer lorsque le besoin d’échange thermique dans l’échangeur de chaleur enterré devient nul.
Le brevet WO-A1-2022/123168A1 propose une solution afin d’optimiser les performances aérothermiques de l’échangeur dans une cavité et de réduire les pertes de charge grâce à un couplage entre un volet mobile et un organe mobile qui permet une adaptation aux différentes phases de vol de la turbomachine et de l’aéronef. Elle concerne un système d'échange de chaleur pour turbomachine, comprenant une cavité comprenant une entrée d'air, un échangeur de chaleur disposé dans la cavité et comprenant un premier circuit dans laquelle peut circuler un premier fluide, un volet mobile monté à l'entrée d'air et se déplaçant entre deux positions autorisant ou interdisant, respectivement, la circulation d'un flux d'air dans la cavité, ,un dispositif de commande comprenant un organe mobile destiné à entraîner le mouvement du volet mobile. Le dispositif de commande est agencé dans le circuit d'alimentation de l'échangeur et est configuré pour autoriser ou interdire la circulation du premier fluide vers l'échangeur et agir simultanément sur l'une des deux positions du volet mobile.
La présente invention propose une solution aux problèmes et aux besoins de la technique antérieure, qui est simple, efficace et économique.
L’invention concerne une turbomachine pour un aéronef, cette turbomachine comportant :
- une veine annulaire d’écoulement d’un flux de gaz,
- un moteur,
- au moins un équipement,
- un premier échangeur de chaleur du type ACOC, qui est apte à être balayé par ledit flux de gaz et qui comprend un premier circuit d’huile relié à un système de refroidissement du moteur,
- un second échangeur de chaleur du type ACOC, qui est apte à être balayé par ledit flux de gaz et qui comprend un second circuit d’huile relié à un système de refroidissement dudit au moins un équipement,
caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
- un troisième échangeur de chaleur du type OCOC, qui comprend des troisième et quatrième circuits d’huile aptes à échanger des calories entre eux, et
- des vannes de liaison du premier circuit au troisième circuit, et du second circuit au quatrième circuit, les vannes de liaison étant aptes à adopter deux configurations :
- une première configuration dans laquelle le troisième circuit est isolé du premier circuit, et le quatrième circuit est isolé du second circuit, et
- une deuxième configuration dans laquelle le troisième circuit est relié en série au premier circuit, et le quatrième circuit est relié en série au second circuit.
Dans la présente demande, on entend par échangeur ACOC, un échangeur air/huile, ACOC étant l’acronyme de «Air Cooled Oil Cooler», et on entend par OCOC, un échangeur huile/huile, OCOC étant l’acronyme de «Oil Cooled Oil Cooler».
L’invention propose d’utiliser un échangeur huile/huile (OCOC) qui assure l’échange thermique entre l’huile du premier circuit du premier échangeur et l’huile du second circuit du second échangeur.
Cette solution est applicable même dans le cas où le type d’huile de refroidissement n’est pas le même pour les premier et second échangeurs. En effet, comme les huiles des premier et second échangeurs circulent dans des circuits indépendants du troisième échangeur, il n’y pas de risque de mélange de ces huiles dans le troisième échangeur.
L’invention permet de dimensionner le premier échangeur pour assurer le refroidissement de l’huile sur toutes les phases de vol sauf pour les phases les plus dimensionnantes, et d’ajouter le troisième échangeur pour assurer le refroidissement complémentaire de l’huile sur les phases dimensionnantes du premier échangeur. Ce troisième échangeur est commun aux premier et second échangeurs. Le second échangeur est quant à lui dimensionné pour passer tous les cas de vol correspondants, y inclus le cas le plus dimensionnant pour le refroidissement du ou des équipements.
Étant donné que les phases dimensionnantes pour les premier et second échangeurs ne sont pas identiques, le troisième échangeur peut être utilisé pour assurer le complément de refroidissement les phases les plus dimensionnantes pour le premier échangeur en assurant un échange entre l’huile du premier échangeur avec l’huile du second échangeur, ce qui permet de transférer une partie de la puissance thermique de l’huile du premier échangeur vers l’huile du second échangeur via le troisième échangeur. La partie de la puissance thermique cédée par l’huile de du premier échangeur sera dissipée dans le second échangeur. Cela est tout à fait faisable vu que le second échangeur ne fonctionne pas à son maximum de dissipation car les phases les plus dimensionnantes du premier échangeur ne correspond en général pas à celles du second échangeur.
L’invention permet de réduire la taille du premier échangeur et ainsi de réduire les pertes de charge par rapport au cas de référence. La taille du second échangeur peut rester inchangée par rapport au cas de référence.
Le transfert de puissance thermique se fait en général de la haute température à la basse température, c’est-à-dire du premier échangeur vers le second échangeur.
La turbomachine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres ; ces caractéristiques ayant notamment pour avantages d’optimiser la compacité du motoréducteur :
- dans la deuxième configuration, une sortie du troisième circuit est reliée à une entrée du premier circuit, et une sortie du quatrième circuit est relié à une entrée du second circuit ;
- le premier circuit comprend une première vanne d’entrée reliée à une entrée du premier circuit, et le second circuit comprend une seconde vanne d’entrée reliée à une entrée du second circuit ;
- les vannes de liaison comprennent :
- une première vanne de liaison montée entre un point de liaison de l’entrée du premier circuit, situé en amont de la première vanne d’entrée, et une entrée du troisième circuit, et
- une seconde vanne de liaison montée entre un point de liaison de l’entrée du second circuit, situé en amont de la seconde vanne d’entrée, et une entrée du quatrième circuit ;
- le troisième circuit comprend une sortie reliée à un autre point de liaison de l’entrée du premier circuit, situé en aval de la première vanne d’entrée, et le quatrième circuit comprend une sortie reliée à un autre point de liaison de l’entrée du second circuit, situé en aval de la seconde vanne d’entrée ;
- le troisième échangeur de chaleur est situé en dehors de ladite veine ;
- ladite veine est une veine secondaire d’écoulement d’un flux de gaz secondaire, la turbomachine comprenant en outre une veine primaire d’écoulement d’un flux de gaz primaire à l’intérieur dudit moteur ;
- ladite veine est une veine tertiaire d’écoulement d’un flux de gaz tertiaire, la turbomachine comprenant en outre deux veines annulaires, respectivement primaire et secondaire, d’écoulement de flux de gaz primaire et secondaire ;
- la veine tertiaire est intercalée radialement entre les veines primaire et secondaire ;
- le troisième échangeur de chaleur a une capacité de refroidissement inférieure à celle du premier échangeur de chaleur, et inférieure à celle du second échangeur de chaleur ;
- ledit au moins un équipement comprend des machines électriques ;
-- ledit moteur est un générateur de gaz.
L’invention concerne en outre un procédé de refroidissement dans une turbomachine telle que décrite ci-dessus, dans lequel il comprend deux étapes correspondant aux deux configurations précitées :
- une première étape correspondant à la première configuration, dans laquelle le système de refroidissement du moteur est alimenté par de l’huile sortant du premier échangeur, et le système de refroidissement dudit au moins un équipement est alimenté par de l’huile sortant du second échangeur, et
- une seconde étape correspondant à la seconde configuration, dans laquelle le système de refroidissement du moteur est alimenté par de l’huile passant par le troisième échangeur puis par le premier échangeur, et le système de refroidissement dudit au moins un équipement est alimenté par de l’huile passant par le troisième échangeur puis par le second échangeur.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres :
- la seconde étape intervient lorsque l’aéronef est au sol et que la température extérieure ambiante est supérieure à un seuil prédéterminé,
- la première étape intervient par défaut dans les autres cas de figure ;
- le premier échangeur de chaleur est alimenté en huile à une température maximale de 180°C, et le second échangeur de chaleur est alimenté en huile à une température maximale de 100°C.
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :
LaFIG. 1 montre une turbomachine 2 pour un aéronef. Cette turbomachine 2 illustre la technique antérieure telle que décrite dans le document WO-A1-2023/099533, mais peut être utilisée pour décrire une environnement d’installation de l’invention.
La turbomachine 2 évolue dans un flux d’air F dont le mouvement relatif à la turbomachine 2 est généré par la rotation de l’hélice 4 et l’avancement de l’aéronef sur laquelle la turbomachine 2 est montée.
Le flux d’air F est séparé par un premier bec de séparation 10 en un flux d’air radialement interne F’ et un flux d’air radialement externe F2, dit flux secondaire F2. L’hélice 4 peut être disposée en amont du premier bec de séparation 10 ou en aval.
Le flux d’air radialement interne F’ traverse une roue mobile 12 qui dirige ce dernier vers un deuxième bec de séparation 14 apte à séparer le flux d’air radialement interne F’ en un flux primaire F1 et un flux tertiaire F3, ce dernier est distinct du flux secondaire F2.
Le premier bec de séparation 10 comprend une paroi interne formant une première paroi de guidage externe 11 du flux d’air radialement interne F’, ladite première paroi de guidage externe 11 formant un profil convexe vu depuis ledit flux d’air radialement interne F’.
Le deuxième bec de séparation 14 comprend une paroi externe formant une deuxième paroi de guidage externe 13 du flux d’air radialement interne F’ ayant traversé la roue mobile 12, ladite deuxième paroi de guidage externe 13 formant un profil convexe vu depuis le flux tertiaire F3.
Le flux tertiaire F3 pénètre dans une veine de flux tertiaire 16 radialement externe audit flux primaire F1. Le flux tertiaire F3 traverse un échangeur de chaleur 18 disposé dans la veine de flux tertiaire 16.
La turbomachine 2 est illustrée de manière symétrique par rapport à l’axe longitudinal 8. En effet, la veine de flux tertiaire 16 est annulaire et circonférentiellement continue sur 360° autour de l’axe longitudinal 8. A cet effet, le flux tertiaire F3 est un flux qui traverse annulairement la veine de flux tertiaire 16.
Dans cette configuration, le flux tertiaire F3 s’étend essentiellement suivant la direction axiale et dans une position radialement comprise entre le flux primaire F1 et le flux secondaire F2.
Le flux tertiaire F3 s’étend dans la veine de flux tertiaire 16 depuis le flux d’air radialement interne F’ en aval de la roue mobile 12 et jusqu’au flux secondaire F2 après avoir traversé l’échangeur de chaleur 18.
La turbomachine 2 comprend en outre un stator (non illustré) agencé en amont de l’échangeur de chaleur 18 au niveau de la veine de flux tertiaire 16. Avantageusement, le stator permet de redresser le flux tertiaire F3 avant que ce dernier traverse l’échangeur de chaleur 18 afin de minimiser les perturbations aérodynamiques du flux tertiaire F3 qui peuvent être causées par la roue mobile 12, cela permet d’optimiser l’échange thermique entre l’air et l’huile.
Le stator correspond à une rangée d’aubes statoriques disposée dans la veine de flux tertiaire en aval du bec de séparation 14. Alternativement, le stator peut être disposé en amont du bec de séparation 14 et en aval de la roue mobile 12.
L’échangeur de chaleur 18 s’étend radialement et axialement dans un tronçon amont 20 de la veine de flux tertiaire 16, présentant une section longitudinale divergente dans le sens de l’écoulement du flux tertiaire F3.
L’échangeur de chaleur 18 est agencé axialement entre le compresseur basse pression 17 et le compresseur haute pression 15 dans l’exemple représenté.
Un canal de décharge du type « VBV » 19 (Variabe Bleed Valve) ayant une sortie traversant une paroi interne de la veine de flux tertiaire 16 et disposée axialement en aval de l’échangeur de chaleur 18, le canal « VBV » permet d’assurer une fonction de décharge en renvoyant une partie du flux primaire F1 vers le flux tertiaire F3, cela permet d’évacuer par exemple d’éventuels particules de glaces du flux primaire F1 pour éviter le bourrage du compresseur haute pression 15, notamment lorsque le débit du flux primaire F1 devient trop faible.
Un canal de décharge du type « VBV » 19 (Variabe Bleed Valve) ayant une sortie traversant une paroi interne de la veine de flux tertiaire 16 et disposée axialement en aval de l’échangeur de chaleur 18, le canal « VBV » permet d’assurer une fonction de décharge en renvoyant une partie du flux primaire F1 vers le flux tertiaire F3, cela permet d’évacuer par exemple d’éventuels particules de glaces du flux primaire F1 pour éviter le bourrage du compresseur haute pression 15, notamment lorsque le débit du flux primaire F1 devient trop faible.
Avantageusement, l’agencement de la sortie du canal « VBV » 19 en aval de l’échangeur de chaleur de chaleur 18 permet de préserver ce dernier d’un éventuel risque de bourrage.
L’échangeur de chaleur 18 peut s’étendre de manière continue sur 360° dans le tronçon amont 20 de la veine 16 autour de l’axe longitudinal 8 de la turbomachine 2. Préférentiellement, l’échangeur de chaleur 18 s’étend de manière discontinue sur 360° autour de l’axe longitudinal 8 en se subdivisant en plusieurs segments angulaires et chacun peut assurer une fonction d’échange thermique entre l’air et l’huile qui peut être différente d’un segment à un autre.
L’échangeur de chaleur 18 est de type « ACOC », acronyme de l’expression anglaise «Air Cooled Oil Cooler», comprenant des passages d’huile qui s’étendent dans la veine de flux tertiaire, lesdits passages d’huiles s’étendent particulièrement dans une direction radiale et axiale entre une paroi supérieure et une paroi inférieure dudit échangeur de chaleur 18.
Avantageusement, l’échangeur de chaleur « ACOC » 18, permet un échange de chaleur entre l’air et l’huile, préférablement un refroidissement de l’huile par l’air. En effet, la température de l’huile peut atteindre une température de fonctionnement allant jusqu’à 180°C et un débit atteignant les 30000 l/h.
À cet égard, l’échangeur 18 peut assurer le refroidissement de l’huile utilisée dans plusieurs composant de l’aéronef, notamment, un moteur, une boîte de vitesse, une génératrice moteur et tout composant électronique nécessitant un refroidissement.
Avantageusement, l’échangeur de chaleur « ACOC » 18, permet un échange de chaleur entre l’air et l’huile, préférablement un refroidissement de l’huile par l’air. En effet, la température de l’huile peut atteindre une température de fonctionnement allant jusqu’à 180°C et un débit atteignant les 30000 l/h.
À cet égard, l’échangeur 18 peut assurer le refroidissement de l’huile utilisée dans plusieurs composant de l’aéronef, notamment, un moteur, une boîte de vitesse, une génératrice moteur et tout composant électronique nécessitant un refroidissement.
Un seul échangeur de chaleur 18 peut combiner le refroidissement de plusieurs fonctions ou circuits d’huile de la turbomachine, et cela en fonction de différents paramètres liées au besoin de refroidissement de l’huile, i.e. températures d’entrée, débits, température de sortie demandée ou les conditions de l’air, les différents circuits peuvent être mis en contact thermique ou bien isolés. L’échangeur 18 et en particulier ses passages d’huile peuvent supporter une température basse de l’huile pouvant atteindre -54°C.
Les figures 2 et 3 ont été décrites dans ce qui précède.
LaFIG. 4 illustre un mode de réalisation de l’invention et montre de manière très schématique une veine annulaire V d’écoulement d’un flux de gaz dans une turbomachine.
Cette turbomachine peut être du type à triple flux comme décrit dans ce qui précède et illustrée à laFIG. 1 . On comprend alors que la veine V est une veine tertiaire 16 d’écoulement d’un flux tertiaire F3.
En variante, la turbomachine pourrait être du type à double flux, et la veine V pourrait être une veine secondaire d’écoulement d’un flux secondaire.
On comprend donc que le type de turbomachine n’est pas limitatif dans le cadre de la présente invention.
La turbomachine selon l’invention comprend, en plus de la veine V, un moteur M et au moins un équipement E.
Le moteur M est de préférence le générateur de gaz de la turbomachine et comprend donc au moins un compresseur, une chambre annulaire de combustion, et au moins une turbine.
Ledit au moins un équipement E est par exemple une machine électrique ou plusieurs machines électriques.
La veine V a une forme annulaire autour d’un axe 8 qui est en général l’axe longitudinal de la turbomachine. La veine comprend deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne 101 et externe 102, qui sont reliées l’une à l’autre par des bras radiaux 100 au nombre de quatre dans l’exemple représenté.
Les bras 100 divisent la veine V en secteurs angulaires dont certains sont vides pour laisser passer le flux de gaz sans obstacle, et d’autres sont occupés par des échangeurs 210, 220, 230.
Selon l’invention, la turbomachine est équipée de deux échangeurs 210, 220 du type ACOC et d’un échangeur du type OCOC.
Le premier échangeur 210 est apte à être balayé par le flux de gaz s’écoulant dans la veine V et comprend un premier circuit d’huile C1 relié à un système S1 de refroidissement du moteur M.
Le second échangeur 220 est apte à être balayé par le flux de gaz et comprend un second circuit d’huile C2 relié à un système S2 de refroidissement du ou des équipements E.
Le troisième échangeur 230 n’est pas forcément situé dans la veine car il n’est pas destiné à être balayé par le flux de gaz. Ce troisième échangeur 230 comprend deux circuits indépendants, appelés troisième et quatrième circuits d’huile C3, C4.
Dans l’exemple représenté, chaque échangeur 210, 220 est situé dans la veine V et occupe une partie de la section de passage de cette veine V. Par exemple, le premier échangeur 210 peut occuper toute l’étendue ou dimension radiale de la veine, ou une partie seulement de cette étendue radiale, et s’étendre en direction circonférentielle sur une partie, et par exemple 2/3, d’un secteur angulaire de la veine V entre deux bras 100. Le second échangeur 220 peut occuper toute l’étendue ou dimension radiale de la veine, ou une partie seulement de cette étendue radiale, et s’étendre en direction circonférentielle sur une partie ou la totalité d’un autre secteur angulaire de la veine V entre deux bras 100.
De préférence, le troisième échangeur 230 a une capacité de refroidissement inférieure à celle du premier échangeur de chaleur 210, et inférieure à celle du second échangeur de chaleur 220.
Les figures 5 et 6 montrent les liaisons fluidiques entre les échangeurs 210, 220, 230 et en particulier entre les circuits C1, C2, C3, C4 de ces échangeurs.
La turbomachine selon l’invention comprend des vannes 310, 320 de liaison des premier, second et troisième circuits C1, C2, C3, qui sont aptes à adopter deux configurations distinctes illustrées aux figures 5 et 6 respectivement.
Selon une première configuration illustrée à laFIG. 5 , le troisième circuit C3 est isolé du premier circuit C1, et le quatrième circuit C4 est isolé du second circuit C2.
Selon une deuxième configuration illustrée à laFIG. 6 , le troisième circuit C3 est relié en série au premier circuit C1, et le quatrième circuit C4 est relié en série au second circuit C2.
Avantageusement, dans la deuxième configuration, une sortie C3s du troisième circuit C3 est reliée à une entrée C1e du premier circuit C1, et une sortie C4s du quatrième circuit C4 est reliée à une entrée C2e du second circuit C2. Autrement dit, de l’huile circule dans le troisième échangeur 230 avant d’alimenter le premier échangeur 210, et de l’huile circule dans le troisième échangeur 230 avant d’alimenter le second échangeur 220.
Dans l’exemple représenté, le premier circuit C1 comprend une première vanne d’entrée 410 reliée à une entrée C1e du premier circuit C1. Le premier circuit C1 pourrait également comprendre une première vanne de sortie (non représentée) reliée à la sortie C1s du premier circuit C1.
Le second circuit C2 comprend une seconde vanne d’entrée 420 reliée à une entrée C2e du second circuit C2. Le second circuit C2 pourrait également comprendre une seconde vanne de sortie reliée à la sortie C2s du second circuit C2.
Les vannes de liaison 310, 320 sont respectivement montées en amont des entrées C3e, C4e des troisième et quatrième circuits E3, C4.
La vanne de liaison 310 peut être montée entre un point P1 de liaison de l’entrée C1e du premier circuit C1, situé en amont de la première vanne d’entrée 410, et l’entrée C3e du circuit C3. La sortie C3s du circuit peut être reliée à un autre point P2 de liaison de l’entrée C1e du premier circuit C1, situé en aval de la première vanne d’entrée 410.
La vanne de liaison 320 peut être montée entre un point P3 de liaison de l’entrée C2e du second circuit C2, situé en amont de la seconde vanne d’entrée 420, et l’entrée C4e du circuit C4. La sortie C4s du circuit C4 peut être reliée à un autre point P4 de liaison de l’entrée C2e du second circuit C2, situé en aval de la seconde vanne d’entrée 420.
La présente invention concerne également un procédé de refroidissement dans la turbomachine selon l’invention, ce procédé comprenant deux étapes correspondant aux deux configurations précitées.
Selon une première étape correspondant à la première configuration, le système S1 de refroidissement du moteur M est alimenté par de l’huile sortant du premier échangeur 210 après avoir traversée uniquement ce premier échangeur 210, et le système S2 de refroidissement du ou des équipements E est alimenté par de l’huile sortant du second échangeur 220 après avoir traversée uniquement ce second échangeur 220. Cette étape et cette configuration sont illustrées à laFIG. 5 dans laquelle on voit les flèches en traits continus qui montrent la circulation de l’huile dans chacun des échangeurs 210, 220. L’échangeur 230 est isolé et n’est pas utilisé dans cette étape/configuration.
Cette première étape/configuration peut être adoptée par défaut dans la plupart des phases de fonctionnement de la turbomachine et de vol de l’aéronef.
Selon une seconde étape correspondant à la seconde configuration, le système S1 de refroidissement du moteur M est alimenté par de l’huile qui a traversé le troisième échangeur 230, puis le premier échangeur 210, et qui sort du premier échangeur 210, et le système S2 de refroidissement du ou des équipements E est alimenté par de l’huile qui a traversé le troisième échangeur 230, puis le second échangeur 220, et qui sort du second échangeur 220. Cette étape et cette configuration sont illustrées à laFIG. 6 dans laquelle on voit les flèches en traits continus qui montrent la circulation de l’huile dans chacun des échangeurs 210, 220, 230. L’entrée C1e du premier échangeur 210 est reliée à la sortie C3s du troisième circuit C3 du troisième échangeur 230 donc l’huile qui sort de ce circuit C3 alimente le premier échangeur 210 en vue d’être davantage refroidie. L’entrée C2e du second échangeur 220 est reliée à la sortie C4s du quatrième circuit C4 du troisième échangeur 230 donc l’huile qui sort de ce circuit C4 alimente le second échangeur 220.
Cette seconde étape/configuration peut être adoptée lorsque l’aéronef est au sol et que la température extérieure ambiante est supérieure à un seuil prédéterminé.
Le premier échangeur 210 peut être alimenté en huile à une température maximale de 180°C.
Le second échangeur 220 peut être alimenté en huile à une température maximale de 100°C.
Claims (14)
- Turbomachine (2) pour un aéronef, cette turbomachine comportant :
- une veine annulaire (V) d’écoulement d’un flux de gaz (F3),
- un moteur (M),
- au moins un équipement (E),
- un premier échangeur de chaleur (210) du type ACOC, qui est apte à être balayé par ledit flux de gaz (F3) et qui comprend un premier circuit d’huile (C1) relié à un système (S1) de refroidissement du moteur,
- un second échangeur de chaleur (220) du type ACOC, qui est apte à être balayé par ledit flux de gaz (F3) et qui comprend un second circuit d’huile (C2) relié à un système (S2) de refroidissement dudit au moins un équipement (E),
caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
- un troisième échangeur de chaleur (230) du type OCOC, qui comprend des troisième et quatrième circuits d’huile (C3, C4) aptes à échanger des calories entre eux, et
- des vannes (310, 320) de liaison du premier circuit (C1) au troisième circuit (C3), et du second circuit (C2) au quatrième circuit (C4), les vannes de liaison (310, 320) étant aptes à adopter deux configurations :
- une première configuration dans laquelle le troisième circuit (C3) est isolé du premier circuit (C1), et le quatrième circuit (C4) est isolé du second circuit (C2), et
- une deuxième configuration dans laquelle le troisième circuit (C3) est relié en série au premier circuit (C1), et le quatrième circuit (C4) est relié en série au second circuit (C2). - Turbomachine (2) selon la revendication 1, dans laquelle, dans la deuxième configuration, une sortie (C3s) du troisième circuit (C3) est reliée à une entrée (C1e) du premier circuit (C1), et une sortie (C4s) du quatrième circuit (C4) est relié à une entrée (C2e) du second circuit (C2).
- Turbomachine (2) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le premier circuit (C1) comprend une première vanne d’entrée (410) reliée à une entrée (C1e) du premier circuit (C1), et le second circuit (C2) comprend une seconde vanne d’entrée (420) reliée à une entrée (C2e) du second circuit (C2).
- Turbomachine (2) selon la revendication précédente, dans laquelle les vannes de liaison (310, 320) comprennent :
- une première vanne de liaison (310) montée entre un point (P1) de liaison de l’entrée (C1e) du premier circuit (C1), situé en amont de la première vanne d’entrée (410), et une entrée (C3e) du troisième circuit (C3), et
- une seconde vanne de liaison (320) montée entre un point (P3) de liaison de l’entrée (C2e) du second circuit (C2), situé en amont de la seconde vanne d’entrée (420), et une entrée (D4e) du quatrième circuit (C4). - Turbomachine (2) selon la revendication précédente, dans laquelle le troisième circuit (C3) comprend une sortie (C3s) reliée à un autre point (P2) de liaison de l’entrée (C1e) du premier circuit (C1), situé en aval de la première vanne d’entrée (410), et le quatrième circuit (C4) comprend une sortie (C4s) reliée à un autre point (P4) de liaison de l’entrée (C2e) du second circuit (C2), situé en aval de la seconde vanne d’entrée (420).
- Turbomachine (2) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le troisième échangeur de chaleur (330) est situé en dehors de ladite veine (V).
- Turbomachine (2) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite veine (V) est une veine secondaire d’écoulement d’un flux de gaz secondaire, la turbomachine comprenant en outre une veine primaire d’écoulement d’un flux de gaz primaire à l’intérieur dudit moteur (M).
- Turbomachine (2) selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle ladite veine (V) est une veine tertiaire d’écoulement d’un flux de gaz tertiaire (F3), la turbomachine comprenant en outre deux veines annulaires, respectivement primaire et secondaire, d’écoulement de flux de gaz primaire et secondaire (F1, F2).
- Turbomachine (2) selon la revendication précédente, dans laquelle la veine tertiaire est intercalée radialement entre les veines primaire et secondaire.
- Turbomachine (2) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le troisième échangeur de chaleur (230) a une capacité de refroidissement inférieure à celle du premier échangeur de chaleur (210), et inférieure à celle du second échangeur de chaleur (220).
- Turbomachine (2) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit au moins un équipement (E) comprend des machines électriques.
- Procédé de refroidissement dans une turbomachine (2) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend deux étapes correspondant aux deux configurations précitées :
- une première étape correspondant à la première configuration, dans laquelle le système (C1) de refroidissement du moteur (M) est alimenté par de l’huile sortant du premier échangeur (210), et le système (S2) de refroidissement dudit au moins un équipement (E) est alimenté par de l’huile sortant du second échangeur (220), et
- une seconde étape correspondant à la seconde configuration, dans laquelle le système (S2) de refroidissement du moteur (M) est alimenté par de l’huile passant par le troisième échangeur (230) puis par le premier échangeur (210), et le système (S2) de refroidissement dudit au moins un équipement (E) est alimenté par de l’huile passant par le troisième échangeur (230) puis par le second échangeur (220). - Procédé selon la revendication 12, dans lequel :
- la seconde étape intervient lorsque l’aéronef est au sol et que la température extérieure ambiante est supérieure à un seuil prédéterminé,
- la première étape intervient par défaut dans les autre cas de figure. - Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le premier échangeur de chaleur (210) est alimenté en huile à une température maximale de 180°C, et le second échangeur de chaleur (220) est alimenté en huile à une température maximale de 100°C.
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2024
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