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SYSTEME DE LUBRIFICATION POUR TURBOPROPULSEUR
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
Le domaine technique de l'invention est celui des turbopropulseurs. Un
turbopropulseur
comporte une turbomachine et au moins une hélice, ladite turbomachine étant
apte à
entraîner ladite hélice en rotation. Un turbopropulseur comporte également un
système
de gestion de pas de ladite hélice, permettant de gérer le mouvement de calage
des pâles
de l'hélice.
La présente invention concerne un système de lubrification d'un
turbopropulseur
permettant de lubrifier des enceintes ainsi que le système d'actionnement de
pas.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Un turbopropulseur comporte classiquement :
- une turbomachine comportant une chambre de combustion, et des enceintes,
notamment des enceintes pour paliers à roulements,
- une enceinte propulseur comportant un réducteur de vitesse,
- au moins une hélice entrainée en rotation par la turbomachine,
- un système d'actionnement de pas pour gérer le calage des aubes de
l'hélice.
Les diverses enceintes et le système d'actionnement de pas sont lubrifiés via
un système
de lubrification comportant un dispositif d'alimentation en huile, ledit
dispositif
d'alimentation comprenant au moins une pompe d'alimentation. Le système de
lubrification comporte également un ensemble de pompes de récupération pour
récupérer l'huile en aval des enceintes et du système d'actionnement de pas,
ainsi que
des échangeurs pour refroidir l'huile par échange thermique avec du carburant
ou de
l'air.
Les termes amont et aval sont à prendre en considération par rapport à un sens
d'écoulement de l'huile depuis le dispositif d'alimentation vers les enceintes
et le système
d'actionnement de pas, l'huile circulant de l'amont vers l'aval.
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Un schéma représentatif d'un premier système de lubrification 10 d'un
turbopropulseur
selon l'art antérieur est illustré à la figure 1. Le système de lubrification
10 comporte un
dispositif d'alimentation 11 en huile comprenant une pompe d'alimentation 15.
Le
système de lubrification comporte également un ensemble de pompes de
récupération et
des échangeurs thermiques 12. Ledit système de lubrification 10 sert à
lubrifier au moins
une enceinte 13 et un système d'actionnement de pas 14. L'enceinte 13 et le
système
d'actionnement de pas 14 sont donc reliés à la pompe d'alimentation 15 du
dispositif
d'alimentation 11. Ladite pompe d'alimentation 15 est une pompe volumétrique
qui sera
dénommée pompe d'alimentation 15)> par la suite. Une partie dudit débit est
utilisée
pour lubrifier l'enceinte 13, une autre partie est utilisée pour lubrifier le
système
d'actionnement de pas 14 : on dit que l'enceinte 13 et le système
d'actionnement de pas
14 sont alimentés en parallèle. Dans le cas d'une pluralité d'enceintes à
lubrifier, les
enceintes sont alimentées en parallèle deux à deux, et le débit total de la
pompe
d'alimentation 15 se partage entre les multiples enceintes 13 et le système
d'actionnement de pas 14.
On note que le système d'actionnement de pas 14 est un équipement fonctionnant
sous
haute pression. La pression au niveau du système d'actionnement de pas 14 est
plus
élevée que la pression au niveau d'une enceinte 13. Ainsi, une pompe 16 située
en amont
du système d'actionnement de pas 14, dénommée pompe du système
d'actionnement
de pas 16 , est nécessaire pour amener l'huile au niveau du système
d'actionnement de
pas 14. Ladite pompe du système d'actionnement de pas 16 est une pompe
volumétrique
et est placée entre la pompe d'alimentation 15 et le système d'actionnement de
pas 14.
La pompe du système d'actionnement de pas 16 étant une pompe volumétrique, son
débit est dimensionné sur le débit maximal potentiellement demandé par le
système
d'actionnement de pas 14.
Un clapet 17 limiteur de pression placé en parallèle de la pompe du système
d'actionnement de pas 16 permet de rediriger le flux d'huile depuis l'aval de
la pompe du
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système d'actionnement de pas 16 vers l'amont de la pompe du système
d'actionnement
de pas 16. Ce clapet 17 est partiellement ou tout à fait fermé lorsque le
système
d'actionnement de pas 14 est actif, c'est-à-dire lorsqu'un changement de pas
est sollicité,
pour permettre la lubrification du système d'actionnement de pas 14. Au
contraire, le
clapet 17 est entièrement ouvert lorsque le système d'actionnement de pas 14
est inactif
pour permettre la redirection du flux d'huile.
Par ailleurs, le dimensionnement de la pompe d'alimentation 15, c'est-à-dire
le calibrage
du débit d'huile de la pompe d'alimentation 15, est réalisé sous l'hypothèse
de débits
maximaux simultanés dans l'enceinte 13 et dans le système d'actionnement de
pas 14.
Ceci pose le problème suivant : lorsque le système d'actionnement de pas 14
est inactif,
la pompe du système d'actionnement de pas 16 fonctionne tout de même et le
débit
d'huile prévu pour le système d'actionnement de pas 14 est redirigé en amont
de la
pompe du système d'actionnement de pas 16. Le débit d'huile pompé par la pompe
d'alimentation 15 prévu pour le système d'actionnement de pas 14 est donc
redirigé vers
les enceintes 13, en plus du débit prévu pour les enceintes 13. Ce sur-débit
créé un
échauffement de l'huile dans les enceintes 13 par barattage, ce qui rend
nécessaire un
surdimensionnement de l'échangeur thermique 12.
Un deuxième système de lubrification 20 selon l'art antérieur est illustré à
la figure 2. Les
éléments identiques à ceux du premier système de lubrification 10 portent la
même
référence qu'en figure 1. Le deuxième système de lubrification 20 permet
d'éviter les
inconvénients de sur-débits du premier système de lubrification 10
précédemment décrit.
Le dispositif d'alimentation 21 du deuxième système de lubrification 20
comporte deux
pompes d'alimentation 22, 23. La première pompe d'alimentation 22 est une
pompe
volumétrique dimensionnée sur le débit maximal potentiellement demandé par
l'enceinte 13, tandis que la deuxième pompe d'alimentation 23 est une pompe
centrifuge
dédiée à l'alimentation du système d'actionnement de pas 14. Deux branches
d'alimentation distinctes 24, 25 sont donc utilisées pour lubrifier le système
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d'actionnement de pas 14 et l'enceinte 13, ce qui évite des problèmes de sur-
débit dans
l'enceinte 13 lorsque le système d'actionnement de pas 14 est inactif.
Cependant, le deuxième système de lubrification 20 comprend une pompe
d'alimentation
supplémentaire et des canalisations supplémentaires, ce qui a un impact
négatif sur la
masse et le volume du système.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION
L'invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en
proposant un
système de lubrification d'au moins une enceinte et d'un système
d'actionnement de pas,
utilisant une unique pompe d'alimentation en huile pour lubrifier les deux
éléments, et
permettant d'éviter un sur-débit d'huile dans l'enceinte lorsque le système
d'actionnement de pas est inactif.
L'invention concerne donc essentiellement un système de lubrification pour
turbopropulseur, comportant un dispositif d'alimentation en huile d'au moins
une
enceinte et d'un équipement, l'équipement étant lié au dispositif
d'alimentation via une
pompe volumétrique, caractérisé en ce que le système de lubrification comporte
un
clapet monté en aval de ladite pompe volumétrique et en parallèle de
l'équipement, de
sorte que l'huile circule en partie par l'équipement lorsque celui-ci est
actif, et
entièrement par le clapet lorsque l'équipement est inactif.
Grâce à l'invention, le clapet est utilisé pour rediriger le débit qui n'est
pas consommé par
l'équipement ¨ ledit équipement étant avantageusement un système
d'actionnement de
pas ¨ vers un circuit de récupération d'huile, au lieu de rediriger ce débit
vers l'enceinte.
Ainsi, un sur-débit dans l'enceinte est évité.
Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe
précédent, le
système de lubrification selon l'invention peut présenter une ou plusieurs
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caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées
individuellement ou
selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- Une partie de l'huile provenant du dispositif d'alimentation est
prélevée de sorte à
alimenter l'enceinte. Autrement dit, l'équipement et l'enceinte sont alimentés
en
5 parallèle : une partie de l'huile provenant du dispositif d'alimentation
est dirigée
vers l'enceinte, et une autre partie est dirigée vers l'équipement.
- Le système de lubrification comporte au moins un échangeur pour
refroidir l'huile.
- L'huile est refroidie dans l'échangeur par échange thermique avec de l'air
ou avec
du carburant utilisé par le turbopropulseur. L'air utilisé, extérieur ou
provenant de
certaines parties du moteur, ou le carburant ont en effet une température plus
faible que l'huile dans l'échangeur.
- L'huile en aval de l'échangeur est redirigée vers le dispositif
d'alimentation. Le
système de lubrification fonctionne ainsi en circuit fermé : l'huile non
consommée
par l'enceinte et l'équipement est réutilisée par le dispositif
d'alimentation.
- Le dispositif d'alimentation en huile comporte une pompe d'alimentation,
ladite
pompe d'alimentation étant une pompe volumétrique calibrée sur la somme des
débits maximaux potentiellement nécessaires pour lubrifier l'enceinte et
l'équipement. Une unique pompe d'alimentation est ainsi nécessaire pour
lubrifier
l'enceinte et l'équipement. Le calibrage décrit permet d'alimenter en même
temps l'enceinte et l'équipement, même lorsque ceux-ci ont besoin d'un débit
d'huile élevé simultanément.
- La pompe volumétrique en amont de l'équipement est calibrée sur le débit
maximal potentiellement nécessaire pour lubrifier l'équipement. Ce calibrage
permet de fournir un débit d'huile suffisant au système d'actionnement de pas,
même lorsque celui-ci a besoin d'un débit d'huile élevé.
- Le clapet, passif, est avantageusement taré de façon limiter la
pression en amont
de l'équipement tout en garantissant une pression minimale pour le bon
fonctionnement de celui-ci.
- L'équipement est un système d'actionnement de pas.
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L'invention concerne également un turbopropulseur comportant un système de
lubrification selon l'invention.
L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la
lecture de la
description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de
l'invention. Les
figures montrent :
- A la figure 1, déjà décrite, une représentation schématique d'un système de
lubrification selon un premier mode de réalisation de l'art antérieur ;
- A la figure 2, déjà décrite, une représentation schématique d'un système de
lubrification selon un deuxième mode de réalisation de l'art antérieur ;
- A la figure 3, une représentation schématique d'un système de lubrification
selon
un mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
Un mode de réalisation d'un système de lubrification 30 pour turbopropulseur
est illustré
à la figure 3. Le système de lubrification 30 vise à lubrifier un système
d'actionnement de
pas 31 et au moins une enceinte 32.
Le système de lubrification 30 comporte :
- Un dispositif d'alimentation en huile 33, comportant une pompe
d'alimentation 34
=
- Une pompe volumétrique 35 permettant de relier le système d'actionnement de
pas 31 au dispositif d'alimentation en huile 33. Cette pompe 35, dite pompe
du
système d'actionnement de pas 35 , est une pompe volumétrique, ce qui
signifie
que son débit est proportionnel à sa vitesse de rotation.
- Un clapet 36 monté en aval de ladite pompe du système d'actionnement de pas
35, en parallèle du système d'actionnement de pas 31. Ce clapet 36 s'ouvre en
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fonction d'une différence de pression, par exemple amont/aval, mais qui
pourrait
être amont/extérieur, aval/extérieur, etc. Ledit clapet 36 est passif.
- Au moins un échangeur 37 qui est, dans le mode de réalisation non
limitatif décrit,
en aval du système d'actionnement de pas 31 et de l'enceinte 32 ;
- Une pluralité de canalisations liant les divers éléments entre eux.
Dans cette disposition, l'enceinte 32 et le système d'actionnement de pas 31
sont
alimentés par une pompe d'alimentation 34 unique, et s'en partagent le débit.
L'enceinte
32 et le système d'actionnement de pas 31 sont donc alimentés en parallèle. On
note que
dans d'autres modes de réalisation, le système de lubrification 30 est adapté
pour
lubrifier des enceintes supplémentaires, qui sont montées en parallèles les
unes aux
autres, et avec l'enceinte 32 et le système d'actionnement de pas 31. Dans ce
cas, le débit
de la pompe d'alimentation 34 est partagé entre les multiples enceintes et le
système
d'actionnement de pas 31.
Ladite pompe d'alimentation 34 est une pompe volumétrique calibrée sur la
somme des
débits maximaux potentiellement nécessaires pour lubrifier l'enceinte 32 et le
système
d'actionnement de pas 31. Ceci permet d'alimenter simultanément l'enceinte 32
et le
système d'actionnement de pas 31 quels que soient leurs besoins en huile,
c'est-à-dire
même lorsque les débits maximaux nécessaires à ces éléments indépendants sont
requis
simultanément.
Lorsque le système d'actionnement de pas 31 est actif, c'est-à-dire lorsqu'un
calage des
pales d'une hélice du turbopropulseur est requis, l'huile pompée par la pompe
du
système d'actionnement de pas 35 traverse le système d'actionnement de pas 31,
le
lubrifiant. Dans ce cas, le clapet 36 est tout à fait ou partiellement fermé.
Au contraire,
lorsque le système d'actionnement de pas 31 est inactif, l'huile pompée par la
pompe du
système d'actionnement de pas 35 est dirigée vers le clapet 36, ledit clapet
36 étant
ouvert.
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Grâce à cette disposition, l'enceinte consomme un débit constant d'huile en
tout point de
régime. Ainsi, une bonne lubrification de l'enceinte est assurée en évitant
des réjections
thermiques supplémentaires liées à un barattage dans l'enceinte.
En outre, la pression en aval du clapet 36, c'est-à-dire en amont de
l'échangeur 37, est
inférieure à la pression d'alimentation en amont de la pompe du système
d'actionnement
de pas 35. Le clapet 36 est donc avantageusement taré de sorte à rediriger le
surplus de
débit non consommé par le système d'actionnement de pas 31 vers l'échangeur
37.
