BE1029455B1 - Ensemble de turbomachine d’aéronef, compresseur, turbomachine et procédé de détermination du calage angulaire d’aubes - Google Patents
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Abstract
L’invention se rapport à un ensemble (10) de turbomachine d’aéronef comprenant des paliers (12), des aubes (121, 131) à calage variable, guidées en rotation par les paliers (12) autour d’un axe de rotation (11) selon un calage angulaire, des potentiomètres (20) dont une borne de sortie est reliée à une aube respective guidée en rotation par le palier, le calage angulaire des aubes étant fonction du rapport entre les tensions en sortie et en entrée des potentiomètres respectifs. L’invention se rapporte aussi à un compresseur de turbomachine d’aéronef avec un tel ensemble, une turbomachine avec un tel compresseur et un procédé de détermination du calage angulaire d’aubes dans une telle turbomachine.
Description
- 1 - Ensemble de turbomachine d’aéronef, compresseur, turbomachine et procédé de détermination du calage angulaire d’aubes Domaine technique La présente invention concerne un ensemble de turbomachine d’aéronef , un compresseur de turbomachine d’aéronef avec un tel ensemble, une turbomachine avec une tel compresseur et un procédé de détermination du calage angulaire d’aubes dans une telle turbomachine.
Art antérieur Les compresseurs de turbomachines d’aéronef peuvent comporter des aubes orientables au sein d’aubages fixes.
Par exemple, les documents EP3382210 et EP3282096 décrivent des aubes à calage variable de turbomachine.
Les aubes comprennent un axe de pivotement selon lequel le calage de l’aube varie et des moyens magnétiques pour guider l’aube en rotation selon son axe de pivotement.
Pour mesurer la position angulaire des aubes, différentes solutions ont été décrites dans l’état de la technique.
La position des systèmes d’actuation des aubes peut être mesurée pour en déduire la position angulaire des aubes ou bien une mesure déportée d’un élément de l’aube tel que la position d’un levier lié à l’aube ou d’un système à axes et engrenage d'entraînement des aubes.
La mesure du calage angulaire des aubages demande d'installer des capteurs dont l'encombrement peut être trop important par rapport à l’espace disponible dans le carter des compresseurs, ainsi que dans l’espace disponible entre les carters, externe de la veine primaire et interne de la veine secondaire, dans le cas où il est nécessaire de réaliser des mesures de grande précision.
Egalement, il doit être rajouté des éléments de mesure du calage des aubes qui sont complexes à régler et qui peuvent présenter des jeux de fonctionnement.
Chacune de ces contraintes, principalement la complexité et les jeux de fonctionnement, sont antagonistes de la précision de mesure recherchée.
Il y a un besoin pour un dispositif qui soit simple et qui permette d'obtenir des mesures précises du calage angulaire des aubes sans être encombrant.
- 2 - Exposé de l’invention À cet effet, l'invention propose un ensemble de turbomachine d'aéronef comprenant - des paliers, - des aubes à calage variable, guidées en rotation par les paliers autour d'un axe de rotation selon un calage angulaire, - des potentiomètres dont une borne de sortie est reliée à une aube respective guidée en rotation par le palier, le calage angulaire des aubes étant fonction du rapport entre les tensions en sortie et en entrée des potentiomètres respectifs.
Selon une variante, le potentiomètre est centré sur l’axe de rotation de l’aube.
Selon une variante, les aubes s'étendent au travers du potentiomètre.
Selon une variante, l'ensemble de turbomachine d’aéronef comprend en outre un support maintenant le potentiomètre à une extrémité du palier d’où émerge Taube.
Selon une variante, le support entoure la circonférence du palier.
L'invention se rapporte aussi à un compresseur de turbomachine d’aéronef comprenant - un stator, - l’ensemble de turbomachine d’aéronef tel que décrit précédemment, les paliers étant supportés par le stator, - un système de calage variable commandant le calage angulaire des aubes, l’ensemble de turbomachine d’aéronef déterminant le calage angulaire effectif des aubes en fonction du rapport entre les tensions en sortie et en entrée des potentiomètres respectifs, le compresseur étant de type haute pression ou basse pression.
Plus généralement, le compresseur est de tout type, y compris intermédiaire.
L'invention se rapporte aussi à une turbomachine d’aéronef comprenant un compresseur basse pression et un compresseur haute pression situé en aval du compresseur basse pression le long d’un axe moteur, au moins Vun des
- 3 - compresseurs étant tel que décrit précédemment. Plus généralement, la turbomachine comprend plusieurs compresseurs avec des niveaux différents de pressions. Selon une variante, la turbomachine d’aéronef comprend en outre - une soufflante en amont des compresseurs le long de l'axe moteur, - une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression en aval des compresseurs le long de l’axe moteur, - des arbres de transmission de la puissance mécanique des turbines haute et basse pression aux compresseurs et à la soufflante via un réducteur.
L'invention se rapporte aussi à un procédé de détermination du calage angulaire d’aubes dans la turbomachine d’aéronef telle que décrite précédemment, comprenant les étapes de - mesure des tensions en entrée et en sortie du potentiomètre de chaque aube, - détermination du calage angulaire effectif des aubes en fonction du rapport entre les tensions en sortie et en entrée du potentiomètre.
Selon une variante, le procédé comprend en outre une étape de comparaison du calage angulaire effectif des aubes avec le calage angulaire commandé par un système de calage variable des aubes.
L'usage, dans ce document, du verbe « comprendre », de ses variantes, ainsi que ses conjugaisons, ne peut en aucune façon exclure la présence d’éléments autres que ceux mentionnés. L'usage, dans ce document, de l’article indéfini « un », « une », ou de l’article défini «le», «la» ou « l’», pour introduire un élément n’exclut pas la présence d’une pluralité de ces éléments.
Les termes « premier », « deuxième », etc. sont, quant à eux, utilisés dans le cadre de ce document exclusivement pour différencier différents éléments, et ce sans impliquer d'ordre entre ces éléments. Les termes « haute pression » et « basse pression » sont utilisés dans le cadre de ce document exclusivement pour différencier différents compresseurs, et ce sans impliquer une architecture moteur particulière.
- 4 - Les modes de réalisation préférés ainsi que les avantages de l’ensemble de turbomachine d’aéronef selon l’invention se transposent mutatis mutandis aux compresseurs, turbomachine, turbines et procédé de détermination du calage angulaire des aubes décrits.
Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées qui montrent : - la figure 1 illustre une vue schématique d’une coupe bidimensionnelle d’une turbomachine d’aéronef sur laquelle il est prévu d’intégrer l'invention ; - la figure 2, une vue schématique d’un exemple d’ensemble de turbomachine d’aéronef selon l'invention ; - la figure 3, une vue d’un exemple de réalisation de l'invention. Les dessins des figures ne sont pas à l’échelle. Des éléments semblables sont en général dénotés par des références semblables dans les figures. Dans le cadre du présent document, les éléments identiques ou analogues peuvent porter les mêmes références. En outre, la présence de numéros ou lettres de référence aux dessins ne peut être considérée comme limitative, y compris lorsque ces numéros ou lettres sont indiqués dans les revendications. Description détaillée de modes de réalisation de l’invention L'invention se rapporte à un ensemble de turbomachine d'aéronef comprenant des paliers, des aubes à calage variable, guidées en rotation par les paliers autour d’un axe de rotation selon un calage angulaire et des potentiomètres dont une borne de sortie est reliée à une aube respective guidée en rotation par le palier. Le calage angulaire des aubes est fonction du rapport entre les tensions en sortie et en entrée des potentiomètres respectifs. Ceci permet de prendre des mesures directement au niveau de l’aube à surveiller, ce qui rend les mesures précises et rend les éléments de détection de la position angulaire effective des aubes simples et moins encombrants. La simplicité des éléments de mesure assure une durée de vie importante et une insensibilité à la température.
- 5 -
La figure 1 illustre, à titre d'exemple, une coupe d’une turbomachine d’aéronef 100 sur laquelle il est prévu d'intégrer l'ensemble de turbomachine d'aéronef selon l'invention.
Il peut s'agir plus précisément d’une turbomachine axiale à double flux comprenant de façon successive, le long de l’axe moteur X, une soufflante 110, un compresseur basse pression 120, un compresseur haute pression 130, une chambre de combustion 160, une turbine haute pression 140 et une turbine basse pression 150. Ces éléments sont connus d’un homme du métier.
II s'agit d’un exemple d’architecture car l'invention s'applique à d’autres architectures de turbomachines.
En fonctionnement, la puissance mécanique des turbines basse 150 et haute 140 pression est transmise via des arbres 101 et 102 aux compresseurs basse 120 et haute 130 pression respectivement, ainsi qu’à la soufflante 110 via l’arbre 101. Un réducteur 111 peut être interposé sur l’arbre 101, de sorte que les vitesses de rotation de la soufflante 110 et du compresseur basse pression 120 soient proportionnelles.
Les rotors de ces compresseurs tournent autour de l'axe moteur X leur permettant d’aspirer et de comprimer de l'air pour l’amener à des vitesses, pressions et températures adaptées, jusqu’à l’entrée de la chambre de combustion 160. La soufflante 110 permet de générer des flux d'air primaire 106 et secondaire 107 en amont du compresseur basse pression 120. Le flux d'air primaire 106 est principalement destiné à traverser axialement la tubomachine d’aéronef 100, alimentant par cette occasion la chambre de combustion 160, alors que le flux d’air secondaire 107 est principalement destiné à générer une réaction de poussée nécessaire au vol de l’aéronef.
Bien que non référencés de façon systématique sur la figure 1, chaque compresseur et chaque turbine comprend un ou plusieurs étages axiaux disposés en série.
Chaque étage comprend un stator ou redresseur à aubages fixes et un rotor à aubages mobiles apte à être mis en rotation autour de l’axe moteur.
Pour les compresseurs basse pression 120 et haute pression 130, ces aubages fixes et mobiles sont respectivement référencés par 121, 122 et 131, 132. Au sein d’un étage, le rotor aspire et accélère le flux d'air primaire 106 en le déviant par rapport à l'axe du moteur X et le stator ou redresseur qui suit redresse le flux dans l'axe moteur X et le ralentit en transformant une partie de sa vitesse en pression.
Les
- 6 - aubages fixes comprennent des aubes qui peuvent être à orientation fixe et/ou à orientation variable.
Ces aubes orientables sont également connues comme aubes à calage variable, ou selon l’acronyme anglo-saxon « VSV » pour « Variable Stator Vane ». Leur particularité est que l’inclinaison de leurs cordes peut varier par rapport à l’axe du moteur X, et de l’axe des compresseurs 120, 130 en particulier.
Les faces intrados et extrados des aubes peuvent être plus ou moins exposées au flux d'air primaire 106. Les surfaces intrados s'étendent plus ou moins face au flux d'air primaire 106 afin de moduler la déviation, et donc le redressement qui est imposé au flux d'air primaire 106. Les compresseurs peuvent comporter un ou plusieurs étages d’aubes orientables.
Le calage (ou orientation ou position) angulaire des aubes au sein du stator à aubages fixes est commandée par un système de calage variable.
Sur la figure 1, un système de calage variable 123 peut être monté sur le carter du compresseur basse pression 120 ; un système de calage variable 133 peut aussi être monté sur le carter du compresseur haute pression 130. Il est à noter que cette représentation n’est aucunement limitative du nombre ou de la position des systèmes de calage variable que sont susceptibles de comprendre les compresseurs 120, 130. Ce type d'architecture est donné à titre d'exemple, un compresseur intermédiaire pourrait être présent et équipé de la même manière.
Le calage angulaire des aubes à orientation variable au sein des aubages fixes est commandé par les systèmes de calage variable 123, 133. Un ensemble 10 de turbomachine d’aéronef illustré schématiquement sur les figures 2 et 3 permet de déterminer la position angulaire effective des aubes à orientation variable.
L'ensemble 10 permet de savoir si les aubes ont effectivement atteint le calage commandé.
La figure 2 montre l’ensemble 10 avec une aube 121, 131, à calage variable, à titre d’exemple, des aubages fixes du compresseur basse pression 120 et/ou haute pression 130. Un avantage de l’ensemble 10 est qu’il permet de déterminer par des mesures simples et précises la position angulaire effective des aubes en étant peu encombrant dans le carter des compresseurs.
Ceci est particulièrement avantageux pour le compresseur basse pression 120 qui se trouve en amont du
- 7 - moteur, dans le sens d’écoulement des flux d'air primaire et secondaire. En effet, le carter du compresseur basse pression 120 ne peut pas être volumineux car situé en un emplacement où l’espace est très réduit ; l’espace est limité par la proximité des autres éléments du moteur, par exemple la présence d’un flux d'air ou la proximité du carter externe dans la direction radiale du moteur. L'espace peut aussi être réduit en raison de contrainte d’aérodynamisme de l’aéronef, ou encore, de contrainte d’intégration du moteur dans l’aéronef. Les aubes 121, 131 à calage variable, sont montées mobiles en rotation autour d’un axe de rotation 11 selon un calage angulaire. Les aubes 121, 131 sont chacune montées mobiles en rotation sur un palier 12 de l’ensemble 10. Les paliers 12 sont supportés par un stator 14 intégré au carter 170 des compresseurs 120,
130. L'ensemble 10 comprend en outre des potentiomètres 20 permettant de déterminer le calage angulaire effectif des aubes respectives. Une borne (visible sur la figure 3) de sortie du potentiomètre 20 est reliée à l’aube 121, 131. Ceci permet de lier le potentiomètre aux mouvements de rotation de l’aube 121, 131 et le calage angulaire de l’aube est alors fonction du rapport entre les tensions en sortie et en entrée du potentiomètre 20. En d’autres termes, on peut mesurer avec le potentiomètre le déplacement angulaire de l'aube 121, 131 en établissant le rapport entre d’une part la tension comprise entre une borne négative du potentiomètre et la borne de sortie du potentiomètre relié à l’aube et d’autre part la tension comprise entre la borne négative du potentiomètre et une borne positive du potentiomètre. La figure 3 montre une vue d’un exemple de réalisation de l'invention. La figure 3 montre le potentiomètre 20, qui est par exemple un capteur de type variohm. Le potentiomètre 20 comprend une borne 22 (négative), une borne 24 (positive) et une borne 26 de sortie. La borne 26 de sortie est reliée à un curseur 28 du potentiomètre qui se déplace sur une piste résistante 29 terminée par les deux bornes 22 et 24. La variation du curseur 28 le long de la piste résistante 29 fait varier la résistance entre les bornes 22 et 24. La borne 26 de sortie est aussi reliée à l’aube 121, 131 dont on veut déterminer le calage angulaire. Les
- 8 - mouvements de rotation de l’aube 121, 131 impliquent le déplacement du curseur 28 sur la piste résistante 29. Une tension VT est appliquée entre la borne 22 et la borne 24 du potentiomètre 20. La tension de sortie VB entre la borne 22 et la borne 26 de sortie dépend de la position du curseur 28 sur la piste résistante 29, la position du curseur 28 sur la piste résistante 29 dépendant elle-même du calage angulaire de l’aube 121, 131. La tension de sortie VB dépend donc de la résistance variable entre les bornes 22 et 24 selon la position du curseur 28. Le calage angulaire de l'aube 121, 131 est alors fonction du rapport (ou ratio) entre les tensions VB en sortie et VT en entrée du potentiomètre 20. En d’autres termes, le calage angulaire aesttel que a= f (VB/VT).
La figure 2 montre un exemple de position du potentiomètre 20 pour la détermination du calage angulaire d’une aube 121, 131. Le potentiomètre 20 est de préférence centré sur l’axe de rotation 11 de l'aube 121, 131 dont le calage angulaire est déterminé. Ceci permet de mesurer de manière précise le mouvement del’aube 121, 131. Selon l’exemple de la figure 2, Paube 121, 131 s'étend à travers le potentiomètre 20. Cette position permet une liaison simple de la borne de sortie 26 à l’aube 121, 131 sans recours à des pièces intermédiaires. En outre, cette position est d’un encombrement limité. A titre d'exemple, et selon l’axe 11, la hauteur du potentiomètre 20 est inférieure à 15 mm.
Le potentiomètre 20 est par exemple maintenu en position par un support 30. Le support 30 peut entourer la circonférence du palier 12 et reposer sur le stator
14. L'avantage d’un tel support 30 est qu'il n'implique pas ou peu de modifications du palier 12 existant. Le support 30 peut ainsi maintenir le potentiomètre 20 de manière centrée sur l’axe de rotation 11 de l’aube 121, 131. Le potentiomètre 20 est par exemple maintenu en position à une extrémité du palier 12 d’où émerge l’aube 121, 131 par le support 30. Ceci permet d’avoir un accès facile à l’aube 121, 131 pour y relier la borne 26 de sortie du potentiomètre 20. Ainsi, un tel support 30 permet d’équiper directement le palier avec le potentiomètre 20 et de relever les mouvements de l’aube de manière simple et précise. Des organes de fixation 32, tels que des vis, maintiennent le potentiomètre 20 en position sur le support 30.
- 9 - Ainsi, la détection de la position angulaire effective de chaque aube est réalisée par des moyens qui ne nécessitent pas d’éléments supplémentaires.
L'ensemble 10 comporte en outre des douilles (non visibles sur les figures) en matériau diamagnétique assurant la rotation des aubes dans les paliers en évitant le contact métal/métal des aubes et des paliers.
L'invention se rapporte aussi à un procédé de détermination du calage angulaire des aubes 121, 131 dans la turbomachine 100 d’aéronef. Le système de calage variable 123, 133 commande le calage angulaire des aubes et le procédé permet de savoir si les aubes ont effectivement atteint ce calage angulaire. Le procédé comprend une étape de mesure des tensions en entrée VT et en sortie VB du potentiomètre 20 de chaque aube 121, 131 dont le calage angulaire est à déterminer ; puis le procédé comprend une étape de détermination du calage angulaire effectif des aubes 121, 131 en fonction du rapport entre les tensions en sortie et en entrée des potentiomètres 20 respectifs. Ceci permet de connaître la position réelle des aubes 121, 131. Puis le procédé comprend une étape de comparaison du calage angulaire effectif des aubes avec le calage angulaire commandé par le système de calage variable 123, 133 des aubes. Une action peut être entreprise selon le résultat de cette comparaison pour modifier le calage angulaire des aubes — voire assurer une étape de maintenance. Une unité de contrôle met en œuvre le procédé ; elle reçoit les tensions VT et VB et détermine le calage angulaire effectif des aubes afin de le comparer au calage angulaire commandé.
L'invention présente un intérêt particulier dans le compresseur basse pression de la turbomachine comprenant le réducteur 111 sur l’arbre 101 de transmission de puissance mécaniques des turbines 150, 140. Le réducteur permettant d'augmenter la vitesse de rotation du compresseur basse pression 120 par rapport à celle de la soufflante 110, la détermination du calage angulaire effectif des aubes 121 du compresseur basse pression est d’autant plus critique. L’ensemble 10 étant précis et peu encombrant et le carter du compresseur basse pression ayant peu d'espace disponible, l’utilisation de l'ensemble 10 dans le compresseur basse pression est avantageuse.
- 10 -
La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs.
D’une manière générale, il apparaîtra évident pour un homme du métier que la présente invention n’est pas limitée aux exemples illustrés et/ou décrits ci-dessus.
Par exemple, l’ensemble décrit peut être monté sur une turbine et les mêmes avantages que décrit précédemment s'appliquent.
Claims (10)
1. Ensemble (10) de turbomachine d’aéronef comprenant - des paliers (12), - des aubes (121, 131) à calage variable, guidées en rotation par les paliers (12) autour d’un axe de rotation (11) selon un calage angulaire, - des potentiomètres (20) dont une borne de sortie est reliée à une aube respective guidée en rotation par le palier, le calage angulaire des aubes étant fonction du rapport entre les tensions en sortie et en entrée des potentiomètres respectifs.
2. Ensemble (10) de turbomachine d’aéronef selon la revendication 1, dans lequel le potentiomètre (20) est centré sur l’axe de rotation (11) de l'aube (121, 131).
3. Ensemble (10) de turbomachine d’aéronef selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les aubes (121, 131) s'étendent au travers du potentiomètre (20).
4. Ensemble (10) de turbomachine d’aéronef selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant en outre un support (30) maintenant le potentiomètre (20) à une extrémité du palier (12) d’où émerge l’aube (121, 131).
5. Ensemble (10) de turbomachine d’aéronef selon la revendication 4, dans lequel le support (30) entoure la circonférence du palier (12).
6. Compresseur (120, 130) de turbomachine d’aéronef comprenant - un stator (14), - l’ensemble (10) de turbomachine d’aéronef selon l’une des revendications 1 à 5, les paliers (12) étant supportés par le stator (14),
- 12 - - un système de calage variable (123, 133) commandant le calage angulaire des aubes (121, 131), l’ensemble (10) de turbomachine d’aéronef déterminant le calage angulaire effectif des aubes (121, 131) en fonction du rapport entre les tensions en sortie et en entrée des potentiomètres respectifs, le compresseur étant de type haute pression ou basse pression.
7. Turbomachine d’aéronef (100) comprenant un compresseur basse pression (120) et un compresseur haute pression (130) situé en aval du compresseur basse pression (120) le long d’un axe moteur, au moins l’un des compresseurs (120, 130) étant selon la revendication 6.
8. Turbomachine (100) d’aéronef selon la revendication 7, comprenant en outre - une soufflante (110) en amont des compresseurs (120, 130) le long de l'axe moteur, - une chambre de combustion (160), une turbine haute pression (140) et une turbine basse pression (150) en aval des compresseurs (120, 130) le long de l’axe moteur, - des arbres (101, 102) de transmission de la puissance mécanique des turbines haute et basse pression (140, 150) aux compresseurs (120, 130) et à la soufflante (110) via un réducteur (111).
9. Procédé de détermination du calage angulaire d’aubes dans la turbomachine (100) d’aéronef selon la revendication 7 ou 8, comprenant les étapes de - mesure des tensions en entrée et en sortie du potentiomètre (20) de chaque aube, - détermination du calage angulaire effectif des aubes (121, 131) en fonction du rapport entre les tensions en sortie et en entrée du potentiomètre (20).
- 13 -
10. Procédé selon la revendication 9, comprenant en outre une étape de comparaison du calage angulaire effectif des aubes avec le calage angulaire commandé par un système de calage variable (123, 133) des aubes.
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| DE2643607B1 (de) * | 1976-09-28 | 1977-09-29 | Motoren Turbinen Union | Vorrichtung zur uebertragung und ermittlung des wahren schaufelanstellwinkels verstellbarer leitschaufeln einer turbomaschine, insbesondere eines gasturbinentriebwerks |
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-
2021
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Patent Citations (5)
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