Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02547026 2006-05-16
1
Système de commande d'étages d'aubes de stator à angle de
calage variable de turbomachine.
Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général de la
commande d'étages d'aubes à angle de calage variable d'une
turbomachine.
Dans une turbomachine, il est connu d'utiliser un ou plusieurs
étages d'aubes de stator pour ajuster le flux et la direction d'écoulement
des gaz traversant la section de compression en fonction du régime de
fonctionnement de la turbomachine. Ces étages d'aubes de stator
comportent chacun une pluralité d'aubes (appelées aubes à calage
variable) qui peuvent pivoter autour de leur axe de liaison au stator de
manière à ce que leur angle de calage puisse être modifié en fonction du
régime de fonctionnement de la turbomachine.
Les dispositifs connus pour la commande d'un étage d'aubes à
calage variable comportent habituellement un organe de commande sous
forme d'un anneau entourant le carter de la turbomachine et une pluralité
de biellettes ou leviers, chaque biellette ayant une première extrémité
reliée à l'anneau de commande par une articulation et une deuxième
extrémité montée sur le pivot d'une aube respective. Un vérin de
manoeuvre est relié à l'anneau de commande afin d'entraîner en rotation
ce dernier autour de l'axe de la turbomachine. La rotation de l'anneau
autour de l'axe de la turbomachine entraîne une modification synchronisée
de la position angulaire des aubes de l'étage.
Lorsqu'il s'agit de commander de façon synchronisée deux
étages d'aubes à calage variable qui sont décalés axialement, il est
également connu d'utiliser une barre de synchronisation pour transmettre
le mouvement de rotation de l'anneau entraîné par le vérin de manoeuvre
à l'anneau de commande de l'autre étage. Cette transmission de
mouvement s'effectue par l'intermédiaire d'organes montés de façon
pivotante sur le carter de la turbomachine et reliés d'une part à la barre
de synchronisation et d'autre part aux anneaux de commande.
Ce système de commande génère des mouvements sur les
différents étages commandés représentables sous la forme de courbes qui
montrent l'angle de calage des aubes de l'étage suiveur en fonction de
CA 02547026 2006-05-16
2
l'angle de calage des aubes de l'étage pilote. Avec le type de système de
commande précédemment décrit, ces courbes, appelées courbes de
corrélation, présentent une évolution à pente progressive. Aussi, ce type
de système de commande n'autorise que des commandes simples des
étages d'aubes.
Or, il est devenu de plus en plus fréquent que les exigences
aérodynamiques pour la commande des calages d'aubes nécessitent des
lois de commande se traduisant par des courbes de corrélation qui
comportent, notamment en partie terminale, des portions de courbes
présentant une accélération ou une décélération brusque de la pente.
Le document EP 0 909 880 décrit un dispositif de calage variable
permettant d'obtenir des lois de commande non linéaires. Dans ce
dispositif, chaque biellette de l'étage pilote est reliée à l'anneau de
commande correspondant par une liaison à rainure et ergot coulissant
dans la rainure. Ce système de commande n'est cependant pas
pleinement satisfaisant car il ne permet notamment pas de reproduire une
courbe de corrélation ayant une accélération ou une décélération brusque
de la pente.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels
inconvénients en proposant un système de commande qui permet de
réaliser une loi de calage des aubes ayant une accélération (ou
décélération) sur une zone localisée de la trajectoire de commande.
A cet effet, il est prévu un système de commande de deux
étages d'aubes de stator à angle de calage variable de turbomachine,
chaque étage étant formé d'une pluralité d'aubes qui sont montées
chacune de façon pivotante sur un carter de la turbomachine et d'un
anneau de commande entourant le carter et relié à chacune des aubes de
l'étage par l'intermédiaire de leviers, le système de commande comportant
un élément de manoeuvre pour entraîner en rotation l'anneau de
commande de l'un des étages par l'intermédiaire d'un organe pilote monté
de façon pivotante sur le carter, et une barre de synchronisation pour
transmettre le mouvement de rotation de l'anneau entraîné par l'élément
de manoeuvre à l'anneau de commande de l'autre étage par
l'intermédiaire d'un organe suiveur monté de façon pivotante sur le carter,
CA 02547026 2006-05-16
3
caractérisé en ce qu'il comporte en outre un organe pivotant
supplémentaire intercalé entre l'organe suiveur et l'anneau suiveur, ledit
organe pivotant supplémentaire étant monté de façon pivotante à la fois
sur le carter et sur l'organe suiveur.
Par anneau suiveur, on entend l'anneau de commande qui est
entraîné en rotation par l'intermédiaire de l'organe suiveur.
Par l'intermédiaire d'un tel organe pivotant supplémentaire, il
est possible de provoquer une accélération ou une décélération des
mouvements sur les étages commandés sur une zone localisée de la
trajectoire de commande. De la disposition du point de pivotement sur le
carter de l'organe pivotant supplémentaire dépend la localisation de cette
accélération (ou décélération) sur la trajectoire de commande.
Selon une disposition avantageuse de l'invention, l'organe
pivotant supplémentaire comporte un bras monté de façon pivotante sur
une bielle de commande reliée à l'anneau suiveur et une tige de guidage
coulissant dans une bague montée de façon pivotante sur le carter.
Selon une autre disposition avantageuse de l'invention, l'organe
suiveur comporte un premier bras relié de façon pivotante à l'organe
pivotant supplémentaire et un second bras relié à une extrémité de la
barre de synchronisation.
Le point de pivotement sur le carter de l'organe pivotant
supplémentaire peut être disposé à l'intérieur d'un cercle ayant pour
centre le point de pivotement sur le carter de l'organe suiveur et pour
rayon le premier bras de l'organe suiveur. Dans ce cas, il s'agit alors d'une
accélération de la trajectoire de commande.
Alternativement, le point de pivotement sur le carter de l'organe
pivotant supplémentaire peut être disposé à l'extérieur d'un cercle ayant
pour centre le point de pivotement sur le carter de l'organe suiveur et
pour rayon le premier bras de l'organe suiveur. Dans ce cas, il s'agit alors
d'une décélération de la trajectoire de commande.
Selon encore une autre disposition avantageuse de l'invention,
l'organe pilote comporte un premier bras relié à l'anneau de l'étage pilote
par l'intermédiaire d'une seconde bielle de commande, un deuxième bras
relié à l'extrémité de la barre de synchronisation opposée à celle reliée à
l'organe suiveur et un troisième bras relié à l'élément de manoeuvre.
CA 02547026 2012-10-05
3a
La présente invention concerne, selon un aspect, un système
de commande de deux étages d'aubes de stator à angle de calage
variable de turbomachine, chaque étage étant formé d'une pluralité
d'aubes qui sont montées chacune de façon pivotante sur un carter de la
turbomachine et d'un anneau de commande entourant le carter et relié à
chacune des aubes de l'étage par l'intermédiaire de leviers, le système de
commande comportant un élément de manoeuvre pour entraîner en
rotation l'anneau de commande de l'un des étages par l'intermédiaire d'un
organe pilote monté de façon pivotante sur le carter, et une barre de
synchronisation pour transmettre le mouvement de rotation de l'anneau
entraîné par l'élément de manoeuvre à l'anneau de commande de l'autre
étage par l'intermédiaire d'un organe suiveur monté de façon pivotante
sur le carter, le système comportant en outre un organe pivotant
supplémentaire intercalé entre l'organe suiveur et l'anneau suiveur, ledit
organe pivotant supplémentaire étant monté de façon pivotante sur
l'organe suiveur et comportant un bras monté de façon pivotante sur une
bielle de commande reliée à l'anneau suiveur et une tige de guidage
coulissant dans une bague montée de façon pivotante sur le carter.
CA 02547026 2006-05-16
4
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins
annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout
caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 est une vue partielle et en perspective du système
de commande selon un mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 2A, 26 et 2C montrent le système de commande de
la figure 1 dans des positions différentes ; et
- la figure 3 est une courbe de corrélation montrant une loi de
calage possible obtenue par le système de commande de l'invention.
Description détaillée d'un mode de réalisation
Sur la figure 1 sont représentés partiellement deux étages 10,
10' d'aubes à calage variable appartenant, par exemple, à un compresseur
de turbomachine. Le compresseur comporte une enveloppe annulaire de
stator 12 (ou carter) qui est centrée sur l'axe X-X de la turbomachine. Les
étages 10, 10' d'aubes sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre.
Chaque étage se compose d'une pluralité d'aubes 14, 14'
disposées radialement autour de l'axe X-X de la turbomachine. Les aubes
14, 14' sont pivotantes autour d'un axe 16, 16' (ou pivot) qui traverse le
carter 12.
Chaque pivot 16, 16' des aubes à calage variable 14, 14' est
relié à une extrémité d'une biellette ou levier de commande 18, 18' dont
l'autre extrémité est articulée autour de tourillons 20, 20' disposés
radialement sur un anneau de commande 22, 22'.
Les anneaux de commande entourent le carter 12 et sont
centrés sur l'axe X-X de la turbomachine. La modification synchronisée de
la position angulaire des aubes 14, 14' est ainsi réalisée par rotation des
anneaux de commande respectifs 22, 22' autour de l'axe X-X de la
turbomachine.
Le système selon l'invention permet de commander de façon
synchronisée la rotation des anneaux de commande 22, 22' autour de
l'axe X-X de la turbomachine. Il comporte un élément de manoeuvre 24 de
type vérin fixé au carter 12 pour entraîner en rotation l'anneau de
commande 22 de l'un des étages 10 par l'intermédiaire d'un organe pilote
CA 02547026 2006-05-16
26 de type renvoi qui est monté de façon pivotante sur un boîtier 28 du
carter 12 de la turbomachine.
Une barre de synchronisation 30 permet de transmettre le
mouvement de rotation de l'anneau 22 entraîné par le vérin 24 (appelé
5 anneau
pilote) à l'anneau 22' de l'autre étage 10' (appelé anneau suiveur)
par l'intermédiaire d'un organe suiveur 26' de type renvoi qui est monté
également de façon pivotante sur le boîtier 28 du carter 12.
Des bielles de commande 32, 32' de type ridoirs à vis assurent
la transmission du mouvement des renvois pilote 26 et suiveur 26' aux
anneaux 22, 22'. Ces bielles s'étendent tangentiellement aux anneaux sur
lesquels elles sont fixées par l'intermédiaire de chapes de liaison 27, 27'. A
leur extrémité opposée, les bielles 32, 32' sont fixées à des bras (ou
branches) respectifs 34, 36 des renvois pilote 26 et suiveur 26' en leur
étant articulées.
La barre de synchronisation 30 du système de commande unit
deux autres bras respectifs 38, 40 des renvois pilote 26 et suiveur 26' en
leur étant articulée. Quant au vérin 24, il est articulé à un troisième bras
42 du renvoi pilote 26 opposé au bras 34 sur lequel est fixée la bielle 32.
Le système de commande selon l'invention comporte en outre
un organe pivotant supplémentaire 44 (ou renvoi supplémentaire) qui est
intercalé entre l'organe suiveur 26' et l'anneau suiveur 22'. Ce renvoi
supplémentaire est monté de façon pivotante à la fois sur le carter 12 et
sur l'organe suiveur 26'.
Plus précisément, le renvoi supplémentaire 44 comporte un
premier bras 46 dont une extrémité est reliée à la bielle de commande 32'
de l'anneau suiveur 22' en lui étant articulée et l'autre extrémité est
montée de façon pivotante sur le renvoi suiveur 26'. Le renvoi
supplémentaire comporte également un second bras 48 s'étendant
perpendiculairement au premier bras 46 selon l'axe de pivotement du
renvoi supplémentaire sur le renvoi suiveur. Une tige de guidage 50 est
fixée à une extrémité du second bras 48.
La tige de guidage 50 du renvoi supplémentaire 44 est apte à
coulisser dans une bague 52 montée de façon pivotante sur le carter 12.
La bague de coulissement 52 est par exemple une bague à re-circulation
d'éléments de roulement. Elle est fixée de façon pivotante sur le carter 12,
par exemple à l'aide d'un support pivotant 54 brasé sur le carter.
CA 02547026 2006-05-16
6
Comme illustré sur les figures 2A et 2B, le mouvement du
système de commande est le suivant : l'actionnement du vérin 24
provoque une rotation du renvoi pilote 26, et une autre du renvoi suiveur
26' par l'intermédiaire de la barre de synchronisation 30. La rotation des
renvois 26, 26' autour de leur point de pivotement sur le carter 12
entraîne à leur tour les bielles 32, 32' respectives qui font alors tourner
dans un sens ou dans l'autre les anneaux 22, 22' autour de l'axe X-X de la
turbomachine. Comme indiqué précédemment, la rotation des anneaux
provoque une modification synchronisée de la position angulaire des
aubes 14, 14' de chaque étage 10, 10' par l'intermédiaire des leviers de
commande 18, 18'.
La figure 2C représente plus précisément le mouvement du
renvoi supplémentaire 44. Pour des raisons de clarté, sont illustrés sur
cette figure uniquement le renvoi suiveur 26' et le renvoi supplémentaire
44 dans deux positions extrêmes du système de commande de la figure
1: en traits pointillés, le système dans la position en ouverture de calage
et en traits pleins, le système dans la position en fermeture de calage.
La rotation du renvoi suiveur 26' autour de son point de
pivotement 26'a sur le boîtier du carter a pour effet que la tige de guidage
50 du renvoi supplémentaire 44 coulisse dans la bague 52. Le fait que la
bague 52 soit montée de façon pivotante sur le carter permet à la tige de
guidage 50 de rester en permanence alignée avec l'axe de coulissement
de la bague. Au fur et à mesure que la tige de guidage coulisse dans la
bague, le point de pivotement 44a du renvoi supplémentaire 44 sur le
renvoi suiveur 26' se rapproche du support 54 de la bague. Dans un
premier temps, il s'ensuit que le premier bras 46 du renvoi supplémentaire
44 reste aligné avec le bras 36 du renvoi suiveur 26' sur lequel est monté
le renvoi supplémentaire.
A partir d'une certaine position du point de pivotement 44a du
renvoi supplémentaire 44, appelée ci-après position de basculement, la
tige de guidage 50 va provoquer, par effet de levier, une rotation
accélérée du premier bras 46 du renvoi supplémentaire 44 autour de son
point de pivotement 44a dans le sens de rotation du renvoi suiveur 26'.
Cette rotation accélérée du premier bras du renvoi supplémentaire
entraîne ainsi, par l'intermédiaire de la bielle, une accélération de la
rotation de l'anneau suiveur en fermeture de calage. L'angle e schématisé
CA 02547026 2006-05-16
7
sur la figure 2C représente l'accélération angulaire subie par le renvoi
supplémentaire 44 par rapport à un système de commande dépourvu d'un
tel dispositif.
A titre d'exemple, la position de basculement du point de
pivotement 44a du renvoi supplémentaire 44 peut être définie comme
étant la position à partir de laquelle plus de la moitié de la longueur de la
tige de guidage 50 a coulissé dans la bague 52. Aussi, cette position de
basculement peut être réglée en modifiant la position du support pivotant
54 de la bague 52 et/ou la longueur de la tige de guidage afin de choisir la
zone de la trajectoire de commande qui doit être accélérée. Cette zone
peut être aussi bien en début, milieu ou en fin de trajectoire.
La figure 3 illustre l'effet sur la loi de calage des aubes d'une
telle accélération. En pointillée est représentée une courbe de corrélation
100 (c'est-à-dire la courbe donnant l'angle de calage des aubes de l'étage
suiveur en fonction de l'angle de calage des aubes de l'étage pilote) pour
un système de commande dépourvu de renvoi supplémentaire et en traits
pleins est schématisée la courbe de corrélation 102 établie pour le
système de commande selon l'invention.
La courbe de corrélation 100 établie pour un système de
commande dépourvu de renvoi supplémentaire est à pente progressive.
Par rapport à cette courbe, la courbe de corrélation 102 présente une
nette accélération de l'angle de calage des aubes de l'étage suiveur dans
une zone angulaire 104. Sur cet exemple, la zone d'accélération 104 est
en fin de trajectoire, c'est-à-dire en fermeture de calage. Comme expliqué
précédemment, elle pourrait être localisée différemment.
On notera que sur l'exemple de réalisation de la figure 2C, le
support pivotant 54 de la bague 52 (qui correspond au point de
pivotement sur le carter du renvoi supplémentaire 44) est disposé à
l'intérieur d'un cercle C ayant pour centre le point de pivotement 26'a sur
le boîtier du carter de l'organe suiveur 26' et pour rayon le bras 36 de
l'organe suiveur sur lequel est monté le renvoi supplémentaire 44. Une
telle configuration a pour conséquence d'accélérer la trajectoire de
commande.
Selon une autre configuration non représentée sur les figures, il
est également possible de provoquer une décélération de la trajectoire de
commande. Une décélération est en effet obtenue en disposant le support
CA 02547026 2006-05-16
8
pivotant 54 de la bague 52 à l'extérieur du cercle C tel que défini
précédemment. Bien entendu, en modifiant la position du support pivotant
54 de la bague 52 à l'extérieur du cercle C et/ou la longueur de la tige de
guidage 50, il est aussi possible de choisir la zone de la trajectoire de
commande qui doit être décélérée (début, milieu ou fin).
On notera enfin que l'invention pourrait également être mise en
oeuvre pour la commande d'un plus grand nombre d'étages d'aubes grâce
à autant de barres de synchronisation. Suivant les dispositifs choisis, ces
barres seraient soit successives, c'est-à-dire relier des renvois adjacents,
soit parallèles entre elles pour s'étendre jusqu'à un renvoi commun.
