FR3104196A1 - Air sampling architecture on a high pressure compressor - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un système (1) de prélèvement d’air sur un compresseur (110) haute pression d’une turbomachine (100), ledit système (1) comprenant : - un dispositif (10) de prélèvement d’air sur un compresseur (110) haute pression, l’air prélevé circulant dans un conduit principal (20) selon un débit global ; - des moyens (30) de distribution d’une première partie de l’air prélevé vers au moins un système client (330, 340) utilisant l’air reçu ; - des moyens (40) de décharge d’une deuxième partie de l’air prélevé vers un milieu n’utilisant par l’air reçu (400) ; lesdits moyens (30) de distribution et lesdits moyens (40) de décharge étant en liaison fluidique avec le conduit principal (20). Figure pour l’abrégé : FIGURE 1 The invention relates to a system (1) for bleeding air from a high pressure compressor (110) of a turbomachine (100), said system (1) comprising: - a device (10) for taking air from a high-pressure compressor (110), the air taken circulating in a main duct (20) at an overall flow rate; - Means (30) for distributing a first part of the air taken to at least one client system (330, 340) using the air received; - means (40) for discharging a second part of the air taken into a medium not using the air received (400); said distribution means (30) and said discharge means (40) being in fluid connection with the main duct (20). Figure for abstract: FIGURE 1
Description
DOMAINE DE L'INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUEFIELD OF THE INVENTION AND STATE OF THE ART
La présente invention concerne les turbomachines d’aéronefs comprenant notamment un compresseur haute pression.The present invention relates to aircraft turbine engines comprising in particular a high-pressure compressor.
De telles turbomachines sont sensibles à des phénomènes de pompage, «compressor stall» ou «compressor surge» en anglais qui réduisent les performances de la turbomachine et peuvent endommager les aubes du compresseur. Ces phénomènes de pompage surviennent lors d’une différence de pression trop élevée entre l’entrée et la sortie du compresseur.Such turbomachines are sensitive to pumping phenomena, “compressor stall” or “compressor surge” in English which reduce the performance of the turbomachine and can damage the blades of the compressor. These pumping phenomena occur when the pressure difference between the compressor inlet and outlet is too high.
Pour prévenir les phénomènes de pompage et assurer l’intégrité des aubes du compresseur, les turbomachines sont équipées de dispositifs de décharge d’air.To prevent surge phenomena and ensure the integrity of the compressor blades, turbomachines are equipped with air relief devices.
Par ailleurs il existe des besoins de prélèvement d’air sur le compresseur haute pression pour pressuriser la cabine, ou les réservoirs ou encore dégivrer la nacelle de la turbomachine.In addition, there are needs to bleed air from the high-pressure compressor to pressurize the cabin, or the tanks, or even to defrost the turbomachine nacelle.
On connaît des turbomachines comprenant à la fois des dispositifs de décharge d’air et des dispositifs distincts de prélèvement d’air pour les autres besoins de l’avion.Turbomachines comprising both air discharge devices and separate air bleed devices for the other needs of the aircraft are known.
Le dispositif répondant aux besoins de décharge du compresseur est classiquement mis en place indépendamment du dispositif répondant au besoin de prélèvement d’air pour l’avion. De ce fait, bien que les deux prélèvements soient réalisés sur le compresseur haute pression, il subsiste une ségrégation importante entre ces deux types de dispositifs qui complexifie l’architecture qui en plus comprend deux prélèvements.The device meeting the compressor unloading needs is conventionally set up independently of the device meeting the air bleed needs for the aircraft. Therefore, although the two samples are taken from the high pressure compressor, there remains a significant segregation between these two types of devices which complicates the architecture which also includes two samples.
La décharge du compresseur haute pression est par exemple assurée via une ou plusieurs vannes de décharge dédiée tandis que le prélèvement d’air pour répondre aux besoins de l’aéronef est fait séparément et est routé dans la nacelle au moyen de tubes et de vannes dédiés.The discharge of the high pressure compressor is for example ensured via one or more dedicated discharge valves while the air bleed to meet the needs of the aircraft is done separately and is routed in the nacelle by means of dedicated tubes and valves. .
Un but de l’invention est de mutualiser les deux besoins en débit d’air, l’un en décharge du compresseur haute pression et l’autre comme ressource pour le reste de l’avion.An object of the invention is to pool the two air flow requirements, one as a discharge from the high pressure compressor and the other as a resource for the rest of the aircraft.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention un système de prélèvement d’air sur un compresseur haute pression d’une turbomachine, ledit système comprenant :For this purpose, according to a first aspect of the invention, a system for bleed air from a high pressure compressor of a turbomachine is proposed, said system comprising:
- un dispositif de prélèvement d’air sur un compresseur haute pression, l’air prélevé circulant dans un conduit principalselon un débit global;- an air bleed device on a high pressure compressor, the bleed air circulating in a main duct according to an overall flow;
- des moyens de distribution d’une première partie de l’air prélevé vers au moins un système client utilisant l’air reçu;- means for distributing a first part of the sampled air to at least one client system using the received air;
- des moyens de décharge d’une deuxième partie de l’air prélevé vers un milieu n’utilisant par l’ai reçu, par exemple le milieu ambiant du système;- Means for discharging a second part of the air sampled to an environment not using the received air, for example the ambient environment of the system;
lesdits moyens de distribution et lesdits moyens de décharge étant en liaison fluidique avec le conduit principal.said distribution means and said discharge means being in fluidic connection with the main conduit.
L’invention permet d’augmenter l’efficacité des turbomachines en réduisant leur taille et leur poids.The invention makes it possible to increase the efficiency of turbomachines by reducing their size and weight.
En outre, l’air déchargé du compresseur haute pression est réutilisé pour distribuer un débit d’air à d’autres systèmes de l’avion. Cela permet de réduire le débit total d’air prélevé dans le compresseur haute pression et d’augmenter les performances de la turbomachine lors de son fonctionnement.In addition, air discharged from the high pressure compressor is reused to distribute airflow to other aircraft systems. This makes it possible to reduce the total flow of air taken from the high-pressure compressor and to increase the performance of the turbomachine during its operation.
Le système selon le premier aspect de l’invention a une architecture unique mutualisant deux besoins en débit d’air dans un aéronef.The system according to the first aspect of the invention has a unique architecture pooling two air flow requirements in an aircraft.
En effet les systèmes dits clients, pouvant comprendre les systèmes de pressurisation de la cabine, du réservoir ou encore le dégivrage des ailes ou d’une partie de la turbomachine par exemple, sont satisfaits en débit d’air par les moyens de distribution.Indeed, the so-called customer systems, which may include the pressurization systems of the cabin, the tank or even the de-icing of the wings or part of the turbine engine for example, are satisfied in terms of air flow by the distribution means.
Dans le même temps le besoin de décharge en débit d’air du compresseur haute pression est satisfait par le dispositif de prélèvement d’air, et redirigé aux moyens de distribution et, selon l’importance relative des deux besoins, aux moyens de décharge.At the same time, the air flow discharge requirement of the high pressure compressor is satisfied by the air bleed device, and redirected to the distribution means and, depending on the relative importance of the two requirements, to the discharge means.
Ainsi le débit d’air prélevé pour répondre au besoin de décharge du compresseur haute pression est dirigé en priorité vers des systèmes clients plutôt que d’être déchargé dans le milieu n’utilisant pas l’air reçu et donc non valorisé. De préférence, le système de prélèvement d’air comprend:Thus, the flow of air sampled to meet the discharge needs of the high-pressure compressor is directed in priority to customer systems rather than being discharged into the environment that does not use the air received and therefore not recovered. Preferably, the air sampling system comprises:
- une trompe à jet comprenant deux orifices d’alimentation en air et un orifice de sortie en liaison fluidique avec le conduit principal,- a jet pump comprising two air supply orifices and an outlet orifice in fluidic connection with the main duct,
- un premier module de prélèvement en liaison fluidique avec un premier orifice d’alimentation de la trompe à jet, ledit premier module étant destiné à prélever de l’air sur le compresseur haute pression selon une première pression,- a first sampling module in fluidic connection with a first supply orifice of the jet pump, said first module being intended to sample air from the high pressure compressor according to a first pressure,
- un deuxième module de prélèvement en liaison fluidique avec un deuxième orifice de la trompe à jet, ledit deuxième module étant destiné à prélever de l’air sur le compresseur haute pression selon une deuxième pression supérieure à la première pression.- a second sampling module in fluidic connection with a second orifice of the jet pump, said second module being intended to take air from the high pressure compressor according to a second pressure higher than the first pressure.
Ainsi, il est possible de prélever l’air à deux points différents du compresseur haute pression. Le débit d’air prélevé par le premier module de prélèvement sera moins coûteux en rendement de la turbomachine que le débit d’air prélevé par le deuxième module de prélèvement car l’air y est prélevé sous plus haute pression. En effet, la pressurisation de l’air est coûteuse, et le rendement du moteur diminue d’autant plus qu’on prélève l’air sous une plus haute pression.Thus, it is possible to take air from two different points of the high-pressure compressor. The flow of air sampled by the first sampling module will be less costly in terms of performance of the turbomachine than the flow of air sampled by the second sampling module because the air is sampled there under higher pressure. Indeed, the pressurization of the air is expensive, and the efficiency of the engine decreases all the more as the air is taken under a higher pressure.
Aussi, la décharge du compresseur haute pression s’effectue nécessairement en prélevant de l’air sous haute pression dans la partie aval du compresseur haute pression, le deuxième module de prélèvement d’air pourra donc répondre à ce besoin en même temps que le premier module prélève un débit d’air à partir de l’air sous plus basse pression.Also, the discharge of the high pressure compressor is necessarily carried out by sampling air under high pressure in the downstream part of the high pressure compressor, the second air sampling module will therefore be able to meet this need at the same time as the first. module takes an airflow from the lower pressure air.
Le débit d’air prélevé par le premier module présente enfin l’avantage d’être à une température plus basse que le débit d’air prélevé sous la deuxième pression. Certains systèmes clients, comme le système de pressurisation de la cabine par exemple, requièrent un air à une température peu élevée. Le débit d’air prélevé par le premier module de prélèvement sera donc moins coûteux en refroidissement que le débit d’air prélevé par le premier module de prélèvement.Finally, the flow of air sampled by the first module has the advantage of being at a lower temperature than the flow of air sampled under the second pressure. Some customer systems, such as the cabin pressurization system for example, require air at a low temperature. The flow of air sampled by the first sampling module will therefore be less costly in terms of cooling than the flow of air sampled by the first sampling module.
L’homme du métier comprendra qu’en considérant le sens des débits d’air dans le système, les deux modules de prélèvement sont situés en amont du module central et ledit module central est lui-même situé en amont des moyens de décharge et des moyens de distribution.Those skilled in the art will understand that by considering the direction of the airflows in the system, the two sampling modules are located upstream of the central module and said central module is itself located upstream of the discharge means and the means of distribution.
De préférence, le deuxième module de prélèvement comprend une vanne de prélèvement configurée pour réguler le débit d’air prélevé par le deuxième module de prélèvement. Cet élément permet de manière simple de faire varier le débit d’air prélevé par le deuxième module de prélèvement entre zéro et une valeur maximum. Tout autre élément capable d’assurer la même fonction conviendrait, de même, plusieurs types de vannes conviendraient.Preferably, the second sampling module comprises a sampling valve configured to regulate the flow of air sampled by the second sampling module. This element makes it easy to vary the air flow sampled by the second sampling module between zero and a maximum value. Any other element capable of providing the same function would be suitable, similarly, several types of valves would be suitable.
De préférence, les moyens de décharge comprennent une vanne de décharge configurée pour réguler le débit d’air circulant dans le conduit de décharge afin d’être déchargé dans le milieu ambiant du système de prélèvement ou bien ailleurs dans la turbomachine par exemple dans la veine secondaire ou de manière plus générale dans tout milieu n’utilisant pas l’air reçu. Pour cette vanne de décharge comme pour la vanne de prélèvement, différents types de vannes de même que d’autres éléments qui peuvent assurer la même fonction sont utilisables.Preferably, the discharge means comprise a discharge valve configured to regulate the flow of air circulating in the discharge duct in order to be discharged into the ambient environment of the sampling system or else elsewhere in the turbine engine, for example in the vein secondary or more generally in any environment that does not use incoming air. For this discharge valve as for the sampling valve, different types of valves as well as other elements that can perform the same function can be used.
De préférence le système comprend des moyens de refroidissement de l’air distribué à au moins un client. Ces moyens de refroidissement peuvent être avantageusement et de préférence intégrés aux moyens de distribution pour ne refroidir que le débit d’air nécessairement plus froid. Toutefois, si quelques avantages apparaissent à l’intégration des moyens de refroidissement plus en amont du système, il n’est pas exclu de retrouver les moyens de refroidissement dans d’autres parties du système, par exemple intégrés au module central ou à un des deux modules de prélèvement.Preferably, the system comprises means for cooling the air distributed to at least one customer. These cooling means can be advantageously and preferably integrated into the distribution means to cool only the necessarily colder air flow. However, if some advantages appear from the integration of the cooling means further upstream of the system, it is not excluded to find the cooling means in other parts of the system, for example integrated into the central module or into one of the two sampling modules.
De préférence les moyens de refroidissement permettent de refroidir un débit d’air circulant dans les moyens de distributions par convection et sans échange d’air ni modification du débit.Preferably, the cooling means make it possible to cool a flow of air circulating in the distribution means by convection and without air exchange or modification of the flow.
Avantageusement, le système de prélèvement d’air comprend un dispositif de récupération de l’air déchargé en liaison fluidique avec le conduit de décharge de manière à transformer l’air déchargé en énergie. Un tel dispositif est par exemple un accumulateur de pression, une récupération mécanique ou encore une turbine couplée à un générateur qui alimente une batterie. L’énergie récupérée au niveau des moyens de décharge peut ensuite être utilisé par la turbomachine elle-même ou par d’autres systèmes divers d’un l’aéronef embarquant l’invention ou encore être stockée pour une utilisation ultérieure.Advantageously, the air sampling system comprises a discharged air recovery device in fluidic connection with the discharge duct so as to transform the discharged air into energy. Such a device is for example a pressure accumulator, a mechanical recovery or even a turbine coupled to a generator which supplies a battery. The energy recovered at the level of the discharge means can then be used by the turbomachine itself or by other various systems of an aircraft carrying the invention or even be stored for later use.
De préférence l’un au moins des systèmes client est un système externe à la turbomachine, par exemple le système déjà cité de de pressurisation de la cabine d’un aéronef.Preferably at least one of the client systems is a system external to the turbomachine, for example the already mentioned system for pressurizing the cabin of an aircraft.
Avantageusement l’un au moins des systèmes client est un système interne de la turbomachine, par exemple un système de dégivrage de la nacelle de la turbomachine.Advantageously, at least one of the client systems is an internal system of the turbomachine, for example a system for de-icing the nacelle of the turbomachine.
L’invention concerne, selon un deuxième aspect, un procédé de commande d’un système de prélèvement d’air, selon le premier aspect de l’invention, dans une turbomachine comprenant à partir des besoins en débit d’air des systèmes clients et des besoins de décharge en débit d’air, l’une ou l’autre des étapes suivantes mises en œuvre par une unité de commande dudit système de prélèvement:The invention relates, according to a second aspect, to a method for controlling an air bleed system, according to the first aspect of the invention, in a turbomachine comprising, based on the air flow requirements of the customer systems and airflow discharge needs, one or other of the following steps implemented by a control unit of said sampling system:
- au moins une étape d’optimisation au cours de laquelle le dispositif de prélèvement d’air est commandé pour prélever un débit d’air global et les moyens de décharge sont commandés pour ne pas décharger d’air dans le milieu n’utilisant pas l’air reçu;- at least one optimization step during which the air sampling device is controlled to sample an overall air flow and the discharge means are controlled not to discharge air into the medium not using air received;
- au moins une étape de décharge au cours de laquelle le dispositif de prélèvement d’air est commandé pour prélever un débit d’air global et les moyens de décharge sont commandés pour décharger un certain débit d’air.- at least one discharge step during which the air sampling device is controlled to sample an overall air flow and the discharge means are controlled to discharge a certain air flow.
Les commandes du dispositif de prélèvement d’air et des moyens de décharge s’effectuent respectivement par les commandes en fermeture ou en ouverture de la vanne de prélèvement et de la vanne de décharge.The controls of the air bleed device and of the relief means are carried out respectively by the closing or opening controls of the bleed valve and of the relief valve.
De préférence, l’étape d’optimisation correspond à un état de fonctionnement de la turbomachine dans lequel les besoins de décharge en débit d’air, sont inférieurs ou égaux aux besoins en débit d’air des systèmes clients, par exemple lors de régimes moyens à élevés de fonctionnement. Ces régimes sont, par exemple, rencontrés au cours des phases de montée ou de croisière de l’aéronef.Preferably, the optimization step corresponds to an operating state of the turbine engine in which the airflow discharge requirements are less than or equal to the airflow requirements of the customer systems, for example during engine speeds. medium to high functioning. These speeds are, for example, encountered during the climb or cruise phases of the aircraft.
De préférence, ladite étape de décharge correspond à un état de fonctionnement de la turbomachine dans lequel les besoins de décharge du compresseur haute pression sont supérieurs aux besoins en débit d’air des systèmes clients, par exemple lorsque les régimes sont bas ou transitoires. Ces régimes sont rencontrés, par exemple, au cours des phases de ralenti de l’aéronefPreferably, said unloading step corresponds to an operating state of the turbomachine in which the unloading requirements of the high-pressure compressor are greater than the air flow requirements of the customer systems, for example when the speeds are low or transient. These speeds are encountered, for example, during aircraft idling phases
Par exemple la phase d’optimisation peut correspondre au vol de croisière d’un aéronef et la phase de décharge peut correspondre au roulage précédent le décollage d’un aéronef.For example, the optimization phase may correspond to the cruising flight of an aircraft and the unloading phase may correspond to taxiing preceding takeoff of an aircraft.
Le procédé de commande comprend au moins les étapes d’optimisation et de décharge qui se succèdent alternativement au cours d’un vol d’un aéronef, mais le même procédé de commande peut être élargi pour comprendre de manière avantageuse d’autres étapes spécifiques à des situation particulières, par exemple les situations à risque telles que les pannes, ou les périodes précédant le décollage et suivant l’atterrissage d’un aéronef.The control method comprises at least the optimization and unloading steps which follow one another alternately during a flight of an aircraft, but the same control method can be extended to advantageously include other steps specific to particular situations, for example risk situations such as breakdowns, or the periods preceding take-off and following the landing of an aircraft.
De préférence, la mise en œuvre de l’une ou l’autre des étapes d’optimisation ou de décharge dépend de la mesure d’au moins deux débits d’air dans le système de prélèvement d’air.Preferably, the implementation of either of the optimization or relief steps depends on the measurement of at least two airflows in the air sampling system.
L’invention concerne, selon un troisième aspect, une turbomachine comprenant un système de prélèvement d’air selon le premier aspect de l’invention destiné à répondre simultanément aux besoins de décharge de ladite turbomachine et aux besoins de distribution d’air d’au moins un système client.The invention relates, according to a third aspect, to a turbomachine comprising an air bleed system according to the first aspect of the invention intended to simultaneously meet the discharge needs of said turbomachine and the air distribution needs of at least least one client system.
Et selon un quatrième aspect, l’invention concerne un aéronef comprenant une turbomachine selon le troisième aspect de l’invention.And according to a fourth aspect, the invention relates to an aircraft comprising a turbomachine according to the third aspect of the invention.
DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and which must be read in conjunction with the appended drawings in which:
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.In all the figures, similar elements bear identical references.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
En référence à lafigure 1, une turbomachine 100 comprendun compresseur haute pression 110 sur lequel est agencé un système de prélèvement d’air 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention.Referring to Figure 1 , a turbomachine 100 comprises a high pressure compressor 110 on which is arranged an air bleed system 1 according to a first embodiment of the invention.
Ce système de prélèvement d’air est constitué du dispositif de prélèvement d’air 10, des moyens de distributions 30 et des moyens de décharge 40.This air sampling system consists of the air sampling device 10, distribution means 30 and discharge means 40.
De manière avantageuse, le dispositif de prélèvement 10 est lui-même constitué d’un premier module de prélèvement 11, d’un deuxième module de prélèvement 14, d’une trompe à jet 19 et d’un conduit principal 20.Advantageously, the sampling device 10 itself consists of a first sampling module 11, a second sampling module 14, a jet horn 19 and a main duct 20.
La trompe à jet 19 comprend deux orifices d’alimentation 191, 192 et un orifice de sortie 195. Ce dernier orifice de sortie 195 est en liaison fluidique avec le conduit principal 20.The jet horn 19 comprises two supply orifices 191, 192 and an outlet orifice 195. This last outlet orifice 195 is in fluidic connection with the main duct 20.
Le premier module de prélèvement 11 est relié au compresseur haute pression 110 par un premier piquage 12 menant à un premier conduit de prélèvement 13 qui raccorde le piquage 12 à un premier orifice d’alimentation 191 de la trompe à jet 19 formant une liaison fluidique.The first sampling module 11 is connected to the high pressure compressor 110 by a first tapping 12 leading to a first sampling conduit 13 which connects the tapping 12 to a first supply orifice 191 of the jet pump 19 forming a fluid connection.
Ledeuxièmemodule de prélèvement 14 est relié au compresseur haute pression 110 par un deuxième piquage 15 menant à un deuxième conduit de prélèvement 16 qui raccorde le piquage 15 à un premier orifice d’alimentation 192 de la trompe à jet 19 formant une liaison fluidique.The second sampling module 14 is connected to the high pressure compressor 110 by a second tapping 15 leading to a second tapping conduit 16 which connects the tapping 15 to a first supply orifice 192 of the jet pump 19 forming a fluid connection.
Le deuxième module de prélèvement 14 comprend en outre une vanne de prélèvement 17 placée sur le conduit de prélèvement 16. Cette vanne de prélèvement 17 est destinée à réguler le débit d’air prélevé par le deuxième module de prélèvement 14 et circulant à travers le deuxième conduit de prélèvement 16.The second sampling module 14 further comprises a sampling valve 17 placed on the sampling conduit 16. This sampling valve 17 is intended to regulate the flow of air sampled by the second sampling module 14 and circulating through the second sampling pipe 16.
Le premier piquage 12 est situé plus en amont du compresseur que le deuxième piquage 15 de sorte que la pression de l’air dans le compresseur haute pression est plus basse au niveau du piquage 12 qu’au niveau du piquage 15, et l’air prélevé y est également plus froid.The first tapping 12 is located further upstream from the compressor than the second tapping 15 so that the air pressure in the high pressure compressor is lower at the level of the tapping 12 than at the level of the tapping 15, and the air sampled there is also colder.
Le conduit central 20 donne naissance en son extrémité 21 à un conduit mixte 31 et un conduit de décharge 41 respectivement associés aux moyens de distribution 30 et aux moyens de décharge 40.The central duct 20 gives rise at its end 21 to a mixed duct 31 and a discharge duct 41 respectively associated with the distribution means 30 and the discharge means 40.
Cette extrémité 21 constitue la frontière en liaison fluidique entre le dispositif de prélèvement 10, les moyens de distribution 30 et les moyens de décharge 40.This end 21 constitutes the border in fluidic connection between the sampling device 10, the distribution means 30 and the discharge means 40.
Les moyens de distribution 30 comprennent le conduit mixte 31 qui relie l’extrémité 21 du conduit central 20 à une autre extrémité 32 où il donne naissance au conduit de dégivrage 33 et au conduit de pressurisation 34.The distribution means 30 comprise the mixed duct 31 which connects the end 21 of the central duct 20 to another end 32 where it gives rise to the de-icing duct 33 and to the pressurization duct 34.
Le conduit de dégivrage 33 (régulée par une valve 36) débouche vers un premier système client 330. Un système client est un système recevant un fluide répondant à un besoin de ce système en énergie calorifique, pression, etc. Il peut s’agir d’un système de dégivrage de la nacelle de la turbomachine, d’un système de dégivrage des ailes, d’un système d’air conditionné de l’air de la cabine, etc.The de-icing duct 33 (regulated by a valve 36) leads to a first customer system 330. A customer system is a system receiving a fluid that meets a need of this system for calorific energy, pressure, etc. It can be a turbomachine nacelle de-icing system, a wing de-icing system, a cabin air conditioning system, etc.
Le conduit de pressurisation 34 traverse les moyens de refroidissement 35 et s’étend au-delà desdits moyens de refroidissement 35.The pressurization conduit 34 passes through the cooling means 35 and extends beyond said cooling means 35.
Les moyens de refroidissement 35 comprennent un jeu de conduits de refroidissement (dont le détail n’est pas représenté), entrelacés avec le conduit de pressurisation 34.The cooling means 35 comprise a set of cooling ducts (whose detail is not shown), intertwined with the pressurization duct 34.
Les moyens de refroidissement 35, par le jeu de conduits de refroidissement, sont destinés à refroidir par convection un débit d’air circulant à travers le conduit de pressurisation 34. Un débit d’air froid (c’est-à-dire présentant une température inférieure de l’air prélevé au niveau du premier piquage 12) est à cet effet prélevé via une conduite 38 (régulée par une valve 37) en amont des moyens de refroidissement 35 au niveau du ventilateur 130 de la turbomachine, puis déchargé dans le milieu n’utilisant pas l’air reçu, par exemple le milieu ambiant 400 en aval des moyens de refroidissement via une conduite 39.The cooling means 35, via the set of cooling ducts, are intended to cool by convection a flow of air circulating through the pressurization duct 34. A flow of cold air (that is to say having a lower temperature of the air sampled at the level of the first tapping 12) is for this purpose sampled via a pipe 38 (regulated by a valve 37) upstream of the cooling means 35 at the level of the fan 130 of the turbomachine, then discharged into the environment not using the air received, for example the ambient environment 400 downstream of the cooling means via a pipe 39.
Le conduit de pressurisation 34 débouche vers un système client 340 de pressurisation de la cabine, du réservoir de carburant ou de dégivrage 340’. Le système de dégivrage est surveillé par l’intermédiaire de capteurs de température 5 et de pression 6 disposé le long du circuit de dégivrage 50.The pressurization conduit 34 leads to a customer system 340 for pressurizing the cabin, the fuel tank or de-icing 340'. The defrosting system is monitored by means of temperature 5 and pressure 6 sensors arranged along the defrosting circuit 50.
De préférence, les moyens de décharge 40 comprennent un conduit de décharge 41 qui relie l’extrémité 21 du conduit central à une extrémité 42 d’échappement de débit d’air.Preferably, the discharge means 40 comprise a discharge duct 41 which connects the end 21 of the central duct to an air flow exhaust end 42.
Les moyens de décharge 40 comprennent en outre une vanne de décharge 47 placée sur le conduit de décharge 41. Cette vanne de décharge est destinée à réguler le débit d’air circulant à travers le conduit de décharge 41 afin d’être déchargé dans le milieu ambiant 400 du système de prélèvement 1.The discharge means 40 further comprise a discharge valve 47 placed on the discharge duct 41. This discharge valve is intended to regulate the flow of air circulating through the discharge duct 41 in order to be discharged into the medium. ambient 400 from sampling system 1.
Les différents débits d’air circulent toujours d’amont en aval du système, l’extrémité amont étant définie par la turbomachine et les extrémités aval étant définies par les systèmes clients et l’extrémité 42 du conduit de décharge 41.The different airflows always circulate from upstream to downstream of the system, the upstream end being defined by the turbine engine and the downstream ends being defined by the customer systems and the end 42 of the discharge duct 41.
Le système de prélèvement d’air 1 est commandé par un dispositif de commande 70 en liaison filaire ou sans fil avec le système de prélèvement d’air 1.The air bleed system 1 is controlled by a control device 70 in wired or wireless connection with the air bleed system 1.
De préférence, le dispositif de commande 70 comporte une unité de calcul 75 et des capteurs de débit d’air 71 et 73 respectivement agencés sur le conduit mixte 31 et le conduit de dégivrage 33, de manière à mesurer le débit d’air circulant dans ces conduits.Preferably, the control device 70 comprises a calculation unit 75 and air flow sensors 71 and 73 respectively arranged on the mixed duct 31 and the defrost duct 33, so as to measure the air flow circulating in these ducts.
L’unité de calcul reçoit les informations des capteurs de débit d’air 71, 73 par des moyens classiques utilisés en avionique, par exemple une liaison conforme à la norme ARINC 429 de la société Aeronautical Radio Incorporated, (non représentée pour améliorer la clarté) et commande en conséquence l’actionnement de la vanne de prélèvement 17 et de la vanne de décharge 47 de manière à réguler les débits d’air prélevé sur le compresseur haute pression 110 et déchargé dans le milieu ambiant 400 du système de prélèvement 1.The calculation unit receives the information from the air flow sensors 71, 73 by conventional means used in avionics, for example a link conforming to the ARINC 429 standard from Aeronautical Radio Incorporated, (not shown to improve clarity ) and consequently controls the actuation of the bleed valve 17 and of the discharge valve 47 so as to regulate the flow rates of air taken from the high pressure compressor 110 and discharged into the ambient medium 400 of the sampling system 1.
En référence à lafigure 2, une turbomachine 100 similaire à celle de la figure 1 comprend un compresseur haute pression 110 sur lequel est agencé système de prélèvement d’air 1 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.Referring to Figure 2 , a turbomachine 100 similar to that of Figure 1 comprises a high pressure compressor 110 on which is arranged air bleed system 1 according to a second embodiment of the invention.
Le système de prélèvement d’air 1 selon le deuxième mode de réalisation comprend un dispositif de prélèvement d’air 10 et des moyens de distribution 30 en tout point identiques à ceux du premier mode de réalisation de l’invention.The air bleed system 1 according to the second embodiment comprises an air bleed device 10 and distribution means 30 identical in all respects to those of the first embodiment of the invention.
Le système de prélèvement d’air 1 comprend par ailleurs des moyens de décharge 40 eux même comprenant les mêmes éléments que dans le premier mode de réalisation de l’invention auxquels s’ajoute un dispositif de récupération de l’air déchargé 43.The air sampling system 1 also comprises discharge means 40 themselves comprising the same elements as in the first embodiment of the invention to which is added a discharged air recovery device 43.
Le dispositif de récupération de l’air déchargé 43 est agencé sur le conduit de décharge 41 de manière à transformer l’air déchargé en énergie.The discharged air recovery device 43 is arranged on the discharge duct 41 so as to transform the discharged air into energy.
Ce dispositif de récupération de l’air déchargé 43 est constitué d’une turbine couplée à un générateur qui alimente une batterie (non représentés pour des raisons de clarté). Cet exemple de dispositif de récupération d’énergie est donné à titre purement illustratif et n’est en aucun cas limitatif, l’essentiel du dispositif de récupération d’énergie 43 étant qu’il récupère l’énergie cinétique d’un débit d’air déchargé par les moyens de décharge 40.This discharged air recovery device 43 consists of a turbine coupled to a generator which supplies a battery (not shown for reasons of clarity). This example of an energy recovery device is given purely by way of illustration and is in no way limiting, the essence of the energy recovery device 43 being that it recovers the kinetic energy of a flow rate of air discharged by the discharge means 40.
En référence à lafigure 3, une turbomachine de l’art antérieur possède des besoins d’opérabilité en décharge définissant un débit d’air minimum en décharge D.With reference to FIG. 3 , a turbine engine of the prior art has discharge operability requirements defining a minimum discharge air flow D.
Durant un vol d’un aéronef des systèmes clients, dont par exemple le dégivrage des ailes ou la pressurisation de la cabine, ont une pluralité de besoins en débit d’air, définissant un débit d’air client requis C.During a flight of an aircraft, customer systems, including for example wing de-icing or cabin pressurization, have a plurality of air flow needs, defining a required customer air flow C.
On considère ici une turbomachine connue n’embarquant pas de système de prélèvement d’air selon l’invention et qui possède donc deux systèmes de prélèvement d’air distinct pour les approvisionnements d’air sous pression aux systèmes clients et pour la décharge du compresseur. De ce fait, à tout moment du vol d’un aéronef embarquant une telle turbomachine le débit d’air total S prélevé sur un compresseur haute pression est égal à la somme du débit d’air minimum en décharge D et du débit d’air client requis C (S = D + C).We consider here a known turbomachine that does not embed an air bleed system according to the invention and which therefore has two distinct air bleed systems for the supply of pressurized air to the customer systems and for the discharge of the compressor. . Therefore, at any time during the flight of an aircraft carrying such a turbine engine, the total airflow S taken from a high-pressure compressor is equal to the sum of the minimum airflow in discharge D and the airflow client required C (S = D + C).
En référence à lafigure 4, une turbomachine 100 embarquant un système de prélèvement d’air 1 selon l’invention permet de mutualiser les deux besoins de prélèvement d’air sur le compresseur haute pression.With reference to FIG. 4 , a turbomachine 100 carrying an air bleed system 1 according to the invention makes it possible to pool the two air bleed needs on the high pressure compressor.
Ce faisant, le débit d’air total prélevé sur le compresseur haute pression est défini selon deux phases possibles.In doing so, the total air flow taken from the high-pressure compressor is defined in two possible phases.
Une phase d’optimisation 1000 correspond à une période durant laquelle le débit d’air minimum en décharge D est inférieur au débit d’air client requis C.An optimization phase 1000 corresponds to a period during which the minimum air flow in discharge D is lower than the required customer air flow C.
Durant cette phase d’optimisation, la valve de décharge 47 est commandée en fermeture, et la valve de prélèvement haute pression 17 est commandée en ouverture à une ampleur adaptée pour ajuster le débit d’air distribué par les moyens de distribution.During this optimization phase, the relief valve 47 is controlled to close, and the high pressure bleed valve 17 is controlled to open to an extent suitable for adjusting the flow of air distributed by the distribution means.
Un débit d’air est prélevé sur le compresseur haute pression par le dispositif de prélèvement 10. Ce débit d’air est régulé par le dispositif de commande 70 par l’intermédiaire de la vanne de prélèvement 17 dont l’ampleur de l’ouverture est commandée de sorte que sa valeur soit égale au débit d’air client requis C. Ce débit d’air est ensuite intégralement transmis aux moyens de distribution 30 car la vanne de décharge 47 est commandée en fermeture.A flow of air is taken from the high pressure compressor by the bleed device 10. This air flow is regulated by the control device 70 via the bleed valve 17 whose magnitude of opening is controlled so that its value is equal to the required customer air flow C. This air flow is then entirely transmitted to the distribution means 30 because the relief valve 47 is controlled to close.
Les besoins en décharge du compresseur haute pression sont ainsi satisfaits par le dispositif de prélèvement 10 car le débit d’air prélevé est supérieur au débit d’air minimum en décharge D. De même les besoins des systèmes clients en débits d’air sont satisfaits par le système de distribution 30.The discharge requirements of the high-pressure compressor are thus satisfied by the sampling device 10 because the flow rate of air sampled is greater than the minimum discharge air flow rate D. Similarly, the air flow requirements of the customer systems are satisfied. by the distribution system 30.
Le débit d’air total T prélevé par le système de prélèvement d’air 1 vaut dans cette phase d’optimisation le débit d’air client requis C.The total airflow T sampled by the air sampling system 1 is worth in this optimization phase the required customer airflow C.
Ceci présente une nette amélioration par rapport au débit d’air prélevé sur une turbomachine non équipée d’un système de prélèvement d’air selon l’invention (comme représenté enfigure 3) qui prélevait un débit d’air total S valant la somme du débit d’air client requis C et du débit d’air minimum en décharge D.This presents a clear improvement compared to the flow of air taken from a turbomachine not equipped with an air bleed system according to the invention (as shown infigure 3) which took a total air flow S equal to the sum of the required customer air flow C and the minimum air flow in discharge D.
Le gain apporté par l’invention en débit d’air non prélevé vaut donc, pour la phase d’optimisation, le débit d’air minimum en décharge D (S – T = (D + C) – (C) = D).The gain provided by the invention in non-absorbed air flow is therefore worth, for the optimization phase, the minimum air flow in discharge D (S – T = (D + C) – (C) = D) .
Une phase de décharge 2000 correspond à une période durant laquelle le débit d’air minimum en décharge D est strictement supérieur au débit d’air client requis C requis par les systèmes client.A 2000 discharge phase corresponds to a period during which the minimum discharge air flow D is strictly greater than the required customer air flow C required by the customer systems.
Durant cette phase de décharge, la valve de décharge 47 est commandée en ouverture, et la valve de prélèvement haute pression 17 est commandée en ouverture. Les ampleurs respectives des ouvertures de deux vannes 47, 17 sont adaptées adaptée pour ajuster le débit d’air distribué pas les moyens de distribution et le débit d’air déchargé par les moyens de décharge.During this discharge phase, the discharge valve 47 is controlled to open, and the high pressure sampling valve 17 is controlled to open. The respective magnitudes of the openings of two valves 47, 17 are adapted to adjust the flow of air distributed by the distribution means and the flow of air discharged by the discharge means.
Un premier débit d’air est prélevé sur le compresseur haute pression par le dispositif de prélèvement 10. Ce premier débit d’air est régulé par le dispositif de commande 70 par l’intermédiaire de la vanne de prélèvement 17 dont l’ampleur de l’ouverture est commandée de sorte que sa valeur soit égale au débit d’air minimum en décharge D. Ce débit d’air est ensuite transmis en partie aux moyens de distribution 30 et pour le reste aux moyens de décharge 40.A first flow of air is taken from the high pressure compressor by the bleed device 10. This first air flow is regulated by the control device 70 via the bleed valve 17, the magnitude of the opening is controlled so that its value is equal to the minimum air flow in discharge D. This air flow is then transmitted in part to the distribution means 30 and for the rest to the discharge means 40.
La part du débit d’air transmise aux moyens de décharge est régulée par le dispositif de commande 70 par l’intermédiaire de la vanne de décharge 47 dont l’ampleur de l’ouverture est commandée de sorte que sa valeur soit égale à la différence entre le débit d’air minimum en décharge D et le débit d’air client requis C (zone hachurée de la figure 3).The part of the air flow transmitted to the relief means is regulated by the control device 70 via the relief valve 47, the magnitude of the opening of which is controlled so that its value is equal to the difference between the minimum discharge air flow D and the required customer air flow C (shaded area in Figure 3).
De ce fait le reste du premier débit non transmis aux moyens de décharge mais transmis aux moyens de distribution vaut le débit d’air client requis C.As a result, the remainder of the first flow not transmitted to the discharge means but transmitted to the distribution means is equal to the required customer air flow C.
Les besoins en décharge du compresseur haute pression sont ainsi satisfaits par le dispositif de prélèvement 10 car le débit d’air prélevé vaut le débit d’air minimum en décharge D. De même les besoins des systèmes clients en débits d’air sont satisfaits par le système de distribution 30.The discharge requirements of the high-pressure compressor are thus satisfied by the sampling device 10 because the flow rate of air sampled is equal to the minimum discharge air flow rate D. Similarly, the needs of the customer systems in terms of air flow rates are satisfied by the delivery system 30.
Le débit d’air total T prélevé par le système de prélèvement d’air 1 vaut dans cette phase de décharge le débit d’air de décharge D.The total airflow T sampled by the air sampling system 1 is equal in this discharge phase to the discharge airflow D.
Ceci présente une nette amélioration par rapport au débit d’air prélevé sur une turbomachine non équipée d’un système de prélèvement d’air selon l’invention (comme représenté en figure 3) qui prélevait un débit d’air total S valant la somme du débit d’air client requis C et du débit d’air minimum en décharge D.This presents a clear improvement compared to the flow of air taken from a turbomachine not equipped with an air bleed system according to the invention (as represented in FIG. 3) which took a total air flow S equal to the sum the required customer air flow C and the minimum discharge air flow D.
Le gain apporté par l’invention en débit d’air non prélevé vaut donc, pour la phase de décharge, le débit d’air client requis (S – T = (D + C) – (D) = C).The gain provided by the invention in non-bleed air flow is therefore worth, for the discharge phase, the required customer air flow (S – T = (D + C) – (D) = C).
Le système de prélèvement d’air selon l’invention permet ainsi, durant une phase d’optimisation aussi bien que durant une phase de décharge, de réduire le débit total prélevé sur le compresseur haute pression au maximum,The air bleed system according to the invention thus makes it possible, during an optimization phase as well as during a discharge phase, to reduce the total flow taken from the high pressure compressor to the maximum,
- du débit d’air minimum de décharge D et- the minimum discharge air flow D and
- du débit d’air client requis.- the required customer airflow.
L’homme du métier comprendra que les phases d’optimisation correspondent aux moments d’un vol de l’aéronef durant lesquels le débit D n’est pas plus élevé que le débit D, par exemple pendant la phase de croisière (régimes moyens à élevés) et que la phase de décharge (bas régime ou ralenti).Those skilled in the art will understand that the optimization phases correspond to the moments of a flight of the aircraft during which the flow rate D is not higher than the flow rate D, for example during the cruising phase (average speeds at high) and the unloading phase (low speed or idle).
Durant l’ensemble du vol d’un aéronef, des phases d’optimisation et des phases de décharge se succèdent alternativement, et la mutualisation des prélèvements d’air sur le compresseur haute pression permet donc de limiter significativement le débit d’air prélevé total sur l’ensemble du vol. L’invention permet donc une meilleure efficacité des turbomachines.During the entire flight of an aircraft, optimization phases and discharge phases follow one another alternately, and pooling the air bleeds from the high-pressure compressor therefore makes it possible to significantly limit the total bleed air flow throughout the flight. The invention therefore allows improved efficiency of turbomachines.
L’homme du métier comprendra que d’autres avantages découlent de ce gain d’efficacité, comme l’augmentation de la durée de vie potentielle des turbomachines embarquant l’invention.Those skilled in the art will understand that other advantages result from this gain in efficiency, such as the increase in the potential life of the turbomachines embedding the invention.
Claims (13)
- un dispositif (10) de prélèvement d’air sur un compresseur (110) haute pression, l’air prélevé circulant dans un conduit principal(20) selon un débit global,
- des moyens (30) de distribution d’une première partie de l’air prélevé vers au moins un système client (330, 340) utilisant l’air reçu,
- des moyens (40) de décharge d’une deuxième partie de l’air prélevé vers un milieu n’utilisant par l’air reçu (400),
lesdits moyens (30) de distribution et lesdits moyens (40) de décharge étant en liaison fluidique avec le conduit principal (20).System (1) for bleed air from a high pressure compressor (110) of a turbomachine (100), said system (1) comprising:
- a device (10) for taking air from a high pressure compressor (110), the taken air flowing in a main duct (20) according to an overall flow rate,
- means (30) for distributing a first part of the sampled air to at least one client system (330, 340) using the received air,
- means (40) for discharging a second part of the sampled air to a medium not using the received air (400),
said distribution means (30) and said discharge means (40) being in fluidic connection with the main conduit (20).
- une trompe à jet (19) comprenant deux orifices (191, 192) d’alimentation en air et un orifice (195) de sortie, l’orifice de sortie étanten liaison fluidique avec le conduit principal (20),
- un premier module (11) de prélèvement en liaison fluidique avec un premier orifice (191) d’alimentation de la trompe à jet, ledit premier module étant destiné à prélever de l’air sur le compresseur (110) haute pression selon une première pression,
- un deuxième module (14) de prélèvement en liaison fluidique avec un deuxième orifice (192) de la trompe à jet, ledit deuxième module étant destiné à prélever de l’air sur le compresseur (110) haute pression selon une deuxième pression supérieure à la première pression.System (1) according to Claim 1, characterized in that the air sampling device comprises:
- a jet pump (19) comprising two air supply orifices (191, 192) and an outlet orifice (195), the outlet orifice being in fluidic connection with the main duct (20),
- a first sampling module (11) in fluidic connection with a first supply orifice (191) of the jet pump, said first module being intended to sample air from the high-pressure compressor (110) according to a first pressure,
- a second sampling module (14) in fluidic connection with a second orifice (192) of the jet pump, said second module being intended to take air from the high-pressure compressor (110) according to a second pressure greater than the first press.
- au moins une étape (1000) d’optimisation au cours de laquelle le dispositif (10) de prélèvement d’air est commandé pour prélever un débit d’air global et les moyens de décharge (40) sont commandés pour ne pas décharger d’air dans le milieu n’utilisant pas l’air reçu (400);
- au moins une étape (2000) de décharge au cours de laquelle le dispositif (10) de prélèvement d’air est commandé pour prélever un débit d’air global et les moyens de décharge (40) sont commandés pour décharger un certain débit d’air.Method for controlling an air bleed system in a turbomachine according to one of Claims 1 to 8, characterized in that it comprises, on the basis of the air flow requirements (C) of the customer systems and of the airflow discharge requirements (D), either of the following steps implemented by a control unit (75) of said sampling system:
- at least one optimization step (1000) during which the air sampling device (10) is controlled to sample an overall air flow and the discharge means (40) are controlled not to discharge air air in the medium not using received air (400);
- at least one discharge step (2000) during which the air sampling device (10) is controlled to sample an overall air flow and the discharge means (40) are controlled to discharge a certain air flow 'air.
- l’étape (1000) d’optimisation correspond à un état de fonctionnement de la turbomachine dans lequel les besoins (D) de décharge en débit d’air, sont inférieurs ou égaux aux besoins (C) en débit d’air des systèmes clients, par exemple lors de régimes moyens à élevés de fonctionnement qui sont par exemple rencontrés au cours des phases ou de montée,
- l’étape (2000) de décharge correspond à un état de fonctionnement de la turbomachine dans lequel les besoins (D) de décharge du compresseur (110) haute pression sont supérieurs aux besoins (C) en débit d’air des systèmes clients, par exemple lorsque les régimes sont bas ou transitoires qui sont, par exemple, rencontrés au cours des phases de ralenti de l’aéronef.Process according to the preceding claim, characterized in that:
- the optimization step (1000) corresponds to an operating state of the turbine engine in which the airflow discharge requirements (D) are less than or equal to the airflow requirements (C) of the systems customers, for example during medium to high operating speeds which are encountered for example during the phases or ascent,
- the discharge step (2000) corresponds to an operating state of the turbine engine in which the discharge requirements (D) of the high pressure compressor (110) are greater than the air flow requirements (C) of the customer systems, for example when the speeds are low or transient which are, for example, encountered during the idling phases of the aircraft.
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