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La présente inventlon concerne un système de
réglage des conditions d'alimention en air d'une tur-
b. ~-hine.
L'invention conc~rne notamment un systeme de
réglage pour un système de prise d'air d'un compresseur
centrifuge, et plu8 particulièrement du compresseur
centrlfuge externe d'un groupe auxiliaire de puissance
à une turbine à gaz.
L'invention trouve plu8 partlculièrement à s'ap-
pliquer dans le cas d'une conduite annulaire généralementutilisée dans les turbomachines, et notamment dans la
partie d'aspiration des compresseurs, et qui permet à ces
mach~n~s d'aspirer dlrectement, ou à travers un plénum,
l'air ambiant pour allmenter convenablement leur partie
axiale d'entrée.
Dans la partie radiale de la conduite d'entrée des
gaz, des moyens de réglage des conditions d'allmentation
de la turbomachine, tels que des aubes directrices, sont
disposés autour de l'axe de la machine et à intervalles
réguliers sur un diamètre donné.
Ces aubes, agencées en couronne, sont généralement
à calage angulalre variable et elles sont orlentables de
manière simultanée entre deux positions extrêmes~
Dans l'une de ces positions extrêmes de calage,
appelée position d'ouverture complète, toutes les aubes
sont orientées sensiblement radialement~
Dans l'autre position de calage extrême, appelée
position de fermeture complète, toutes les aubes sont
orient~es tangentlellement par rapport à l'entrée
annulaire des gaz.
En modlflant à la demande le calage angulaire des
aubes, il est possible de régler avec précision les
conditions d'alimentation du compresseur et donc d'a-
dapter le débit et le niveau de pression fournls aux
differents circuits alimentés par ce compresseur.
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En particulier, et dans le cas de la fermeture
complète, le système de réglage permet de réduire de
manière importante le débit qui traverse le compresseur
et de ce fait, la puissance n~c~saire pour l'entrainer.
5Une telle adaptation est ~c~sæa~re lors des phases
de démarrage de certaines machines tournantes à compres-
seur externe ou al~Y~ re.
Dans les dispositifs d'adaptation classique du type
décrit précédemment, et pour une plage déterminée de
10calage angulaire des aubes, celles-ci imposent au flux
gazeux un écoulement giratoire en direction de l'entrée
du compresseur. Ce fonctionnement est recherch~ pour
satisfaire une certaine incidence sur les aubes mobiles
du compresseur.
15Pour certains régimes de fonctionnement, et dans le
cas de la position de fermeture complète, il peut se pro-
duire un échauffement excessif à l'intérieur du com-
presseur qui résulte du débit gazeux insuffisant qui
traverse alors la turbomachine. Cet échauffement peut
20être pré~udiciable à la tenue mécanique de l'ensemble.
Afin de remédier à cet inconvénlent, il a dé~à été
proposé de réaliser des moyens de commande du système de
réglage dans lesquels un vérin d'actionnement des aubes
assure un Jeu très faible entre les aubes, en position
25de fermeture, afin de maintenir un débit gazeux minimal
à travers le compresseur et afin d'éviter que ce dernier
ne s'échauffe excessivement~
Toutefois, les moyens de commande et le vérin
d'actionnement sont alors d'une structure complexe et
30coûteuse.
De plus, à l'arrêt de la turbomachine, les aubes
directrices sont en position de fermeture complète, ou
quasi complète, et il est nécessaire de démonter en
partie le dispositif de prise d'air pour effectuer une
35inspection endoscopique de certains organes du groupe de
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puissance auxiliaire, et par exemple des aubages du
compresseur. Cette inspection nécessite également de pouvoir
commander, à l'arrêt de la turbomachine, le système de
réglage, afin d'amener les aubes dans leur position dite
d'ouverture complète.
L'invention a pour but de proposer un système de
réglage du type mentionné précédemment qui permet de remédier
simultanément aux inconvénients qui viennent d'être
mentionnés.
lo La présente invention vise un système pour régler
des conditions d'alimentation en air d'une turbomachine d'un
type comportant une série d'aubes directrices montées mobiles
entre une position d'ouverture et une position de fermeture
d'une conduite d'entrée d'air de la turbomachine, les aubes
directrices étant commandé par un système de commande,
caractérisé en ce que l'une au moins des aubes directrices
comporte un corps profilé traversé par un orifice débouchant
de fa,con à mettre en communication un intrados et un extrados
de l'aube en question, et à créer un flux d'air secondaire
apte à éviter une échauffement excessif des aubes de la
turbomachine et à permettre une inspection endoscopique
d'aubages sans démontage du système de commande des aubes
directrices.
De préférence, selon d'autres caractéristiques de
l'invention:
- 1'orifice met en communication 1'intrados et
l'extrados de l'aube;
- l'orifice est agencé dans la partie centrale de
l'aube;
- l'orifice se présente sous la forme d'une fente
qui s'étend sensiblement selon la direction de l'écoulement
gazeux le long de l'aube;
- les aubes sont agencées en couronne et chaque aube
est montée pivotante autour d'un axe parallèle à l'axe de la
couronne;
- en position de fermeture, le bord de fuite et le
~ . -,
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3a
bord d'attaque de deux aubes consécutives sont sensiblement
adjacents, les aubes étant jointives.
De préférence, l'invention propose un compresseur
centrifuge caractérisé en ce qu'il comporte un système de
prise d'air réalisé conformément aux enseignements de
l'invention.
B
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De préférence, l'invention propose un groupe atlxili~ire dR
pulssance à turbine à gaz, caractérlsé en ce qu'il
comporte un compresseur centrifuge externe de charge dont
le système de prise d'air est équipé d'un système de
r~églage réalisé conformément aux enseignements de
l'lnvention.
D'autres caractérlstiques et avantage~ de l'inven-
tion apparaîtront à la lecture de la description détail-
lée qul va suivre pour la compréhension de laquelle on
se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- La flgure 1 représente un schéma d'un groupe
auxillaire de puissance à turbine à gaz comportant un
compresseur externe de charge pouvant être équipé d'un
système de réglage selon l'invention ;
- la figure 2 est une demi-vue en coupe d'un
compresseur de charge d'un groupe auxiliaire de puissance
équivalent à celul représenté sur la figure 1 et équipé
d'un système selon l'lnventlon ;
- la figure 3 est une demi-vue en coupe d'une
conduite d'entrée d'air du compresseur de charge lllustré
à la figure 2 ;
- la figure 4 est une demi-vue en coupe transver-
sale de la conduite annulaire du compresseur de charge,
selon la ligne 4-4 de la figure 3, et dans laquelle les
aubes directrices sont représentées en position d'ouver-
ture complète ;
- la figure 5 est une vue similaire à celle de la
figure 4, mals dans laquelle les aubes directrices sont
représentées en position de fermeture compl~te ;
- la figure 6 est une vue analogue à celles des
figures 4 et 5, mais dans laquelle les aubes directrices
sont représentées en position intermédiaire correspondant
à un écoulement giratoire en aval de celles-ci ; et
- la figure 7 est une vue en perspective d'une aube
directrice comportant un orifice de mise en communication
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de son extrados avec son lntrados, correspondant à un
mode de réalisation de l'invention.
Le ~yS~' de réglage selon l'invention trouve
notamment à s'appliquer dans le cas des groupes auxi-
liaire~ de puissance à turbine à gaz, comme cela sera
décrit plus en détail par la suite, mais bien entendu,
ils peuvent être utlllsé~ dans d'autres turbomachines ou
appareils industriels possédant par exemple un compres-
seur à un ou plusieurs étages, muni d'aubes directrices
à calage variable, tels que des turbomoteurs, des turbo-
propulseurs, des turbocompresseurs, de~ groupes auxi-
liaires de puissance à prélèvement, etc.
Bien entendu, ce compresseur peut être de type
axial, radial ou mixte. De même l'entrée d'air peut être
radiale, axiale ou mixte.
Sur la figure 1, on a représenté à titre d'exemple
un schéma d'un groupe auxiliaire de puissance à turbine
à gaz, comportant un compresseur de charge équipé d'un
~ a de réglage selon l'invention.
Dans le mode de réalisation représenté sur cette
figure, cet ensemble désigné par la référence générale
1 comporte un turbomoteur 2 représenté sc~ 7tiquement
dans la zone délimitée par un contour en trait mixte.
Ce turbomoteur 2 est utilisé pour entrainer un
compresseur de charge 3 fournissant de l'air comprimé à
un ensemble pneumatique accessoire, tel que par exemple
un ~yst~me de conditionnement d'air 4 d'un avion ou à
d'autres dispositis actionn~s par de l'air comprimé tels
que des moteurs à turbine pneumatique ou analogue.
Le turbomoteur 2 est également adapté pour en-
traîner une génératrice électrique 5.
Ces différents organes 2, 3 et 5 sont accouplés au
moyen d'un arbre d'entra~nement 6 qul comporte par
exemple un réducteur de type classique (non représenté).
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-
Lorsque le turbomoteur 2 fonctionne, de l'air
ambiant est aspiré en 7 à une entrée d'un compresseur 8
du turbomoteur. L'air comprimé de Yortie du compresseur
est mélangé a un carburant g avant d'être ln~ecté dans
une chambre de combu~tion 10 pour y brûler de manière
continue.
Les gaz brûlés 11 sont détendus dans une turbine
axiale à deux étages 12 pour fournir la puissance
souhaitée à l'arbre d'entraînement 6, avant d'être
é~ectés dans l'atmosphère à travers une tuyère d'é-
chappement 13 disposée en aval de la turbine.
La rotation de l'arbre 6 assure l'entr~n~ ent du
compresseur de puissance 8, du compresseur de charge 3,
de la génératrice électrique 5 et éventuellement d'autres
accessoires.
Comme on peut le constater sur la figure 2, le
compresseur comporte une conduite annulaire d'entrée
d'air 14 permettant d'aspirer de l'air dans un plénum 15
et d'alimenter un mobile centrifuge 16.
Le mobile centrifuge 16 comporte une série d'au-
bages 17 permettant de transformer en énergie pneumatique
l'énergie mécanique transmise par l'arbre d'entraînement
6.
Les fuites d'air au sommet des aubages mobiles 17
sont limitées par un couvercle statique 18.
Le compresseur de charge comporte également un
ensemble de diffusion constitué d'un diffuseur 19, d'un
diffuseur radial à aubes 20 et d'une volute 21 qui est
destinée à alimenter en air comprimé l'ensemble pneumatl-
que 4 mentionné précédemment.
Lorsque le compresseur de charge 3 fonctionne,
l'air ambiant, dé~igné par la référence générale 22 sur
la figure 2 est aspiré dans le plénum d'alimentation 15
sur l'ensemble de la périphérie de l'entrée d'air.
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L'écoulement radial de l'air est alors transformé
en écoulement axial pour alimenter convenablement le
mobile centrifuge 16. L'air 22 est comprimé par les
aubages 17 en rotation et est refoulé tangentiellement
dans l'en~emble de diffusion.
L'énergie cinétique de l'air en sortie du mobile 16
est alor~ transformée en pression dans le diffuseur lisse
19 et dans le diffuseur radial à aubes 20.
A la sortie de l'ensemble de diffusion, l'air est
collecté dans la volute 21 pour ~tre envoyé à l'ensemble
pneumatique 4.
Des moyens de réglage des conditions d'alimentation
du compresseur sont également prévus pour régler le débit
d'air et le niveau de pression fournis à l'ensemble
pneumatique 4.
Ces moyens sont constitués par un système de
réglage designé par la référence générale 23 à la figure
2, qui comprend une série d'aubes directrices 24 dispo-
sées dans la partie radiale de la conduite annulaire
d'entrée d'air 14.
Comme on peut le voir sur les figures 2 à 6, les
aubes 24 sont disposées en couronne sur la partie radiale
de l'entrée des gaz, à intervalles réguliers, sur un
diamètre de commande centré sur l'axe 25 de la machine.
Les aubes 24 sont à calage variable et sont
orientables de maniere simultanée par l'intermédiaire
d'arbres de commande 26 et d'un ensemble mécanique
auxiliaire de commande 28.
En modifiant à la demande le calage des aubes 24,
on peut régler avec précision les conditions d'alimen-
tation du compresseur, et donc adapter le débit et le
niveau de pression fournis aux diff~rents composants
alimentés par ce compresseur.
En particulier, et dans la positlon de fermeture
complète illustrée à la figure 5, le système de réglage
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permet de réduire de manière importante le débit d'air
traversant le compresseur et de ce fait la puissance né-
cessaire pour l'entralner par l'intermédiaire de l'arbre
6 du turbomoteur 2.
Dans le cas de la position de fermeture complète
illustrée à la figure 5, il peut se produire un échauffement
excessif en aval des aubes directrices 24 qui est préjudi-
ciable à la tenue mécanique de l'ensemble du compresseur,
et notamment à la tenue du mobile centrifuge 16, du dif-
fuseur radial 20 et/ou de la volute 21.
Enfin, à l'arrêt de la turbomachine 1, les aubes
directrices 24 sont en position de fermeture complète et
il est alors nécessaire de démonter le système de commande
28 pour ramener les aubes directrices en position d'ouver-
ture complète, illustrée à la figure 4, afin de permettre
un contrôle endoscopique des aubages 17 et 20 du compres-
seur de charge 3.
Conformément à l'invention, au moins une aube 24
comporte un orifice 27 de mise en communication de son
extrados avec son intrados.
Comme cela est illustré à la figure 7, l'orifice
27 peut être réalisé sous la forme d'une fente débouchante
longitudinale, c'est-à-dire qui s'étend dans la partie
médiane de l'aube directrice 24 sensiblement selon la
direction longitudinale de l'écoulement gazeux le long de
l'aube.
Des orifices 27 de mise en communication peuvent
être ménagés dans l'ensemble des aubes directricesj dans
une seule aube, dans deux aubes diamétralement opposées,
dans trois aubes disposées à 120 les unes par rapport aux
autres, ou dans toute autre configuration d'aubes.
Bien entendu, le choix de cette configuration, la
forme, la taille et la position des orifices dans les
aubes permettent d'optimiser les différents paramètres de
fonctionnement du système de réglage selon l'invention.
Par ailleurs, pour des positions de calage
angulaire voisines de la position d'ouverture complète du
système de réglage, les orifices sont inopérants du fait
de la faible différence de pression existant entre les
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intrados et les extrados des aubes directrices.
Le système de réglage selon l'invention est
particulièrement simple à réaliser dans la mesure où il
ne nécessite aucun organe mécanique supplémentaire et il
permet de plus une légère réduction de la masse du système.
L'inspection endoscopique s'effectue très simple-
ment, en position de fermeture complète, en indroduisant
l'endoscope par un orifice 27.
Enfin, pour certains régimes de fonctionnement de
la turbomachine correspondant à des plages déterminées de
débit et d'angle de l'écoulement du flux gazeux, le mouve-
ment giratoire imposé au flux gazeux en aval des aubes
directrices 24 peut provoquer un bruit aérodynamique indési-
rable du fait de la gene sonore causée à l'environnement
immédiat, du fait de la déperdition d'énergie correspondante
à l'intérieur de la conduite annulaire et du fait des
risques d'excitation vibratoire des pièces mécaniques
disposées à proximité de cette conduite.
La présence d'orifices dans les aubes permet,
conformément aux enseignements du document DE-A-2.227.460
d'obtenir une atténuation ou une suppression de ce bruit
indésirable.
