EP0539285A1

EP0539285A1 - Dispositif de commande de l'ouverture et de la fermeture des vannes de décharge d'un turboréacteur

Info

Publication number: EP0539285A1
Application number: EP92402869A
Authority: EP
Inventors: Guy Etienne Olivier Leclercq; Christian André Fernand Parisel
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1991-10-23
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 1993-04-28
Anticipated expiration: 2012-10-21
Also published as: DE69206239T2; DE69206239D1; FR2682995A1; EP0539285B1; FR2682995B1

Abstract

Le dispositif de commande selon l'invention permet de positionner rapidement les vannes de décharge (1) d'un turboréacteur d'avion dans une position de grande ouverture lorsqu'il est à bas régime pour éviter l'extinction.

Le principe consiste à interrompre momentanément l'action d'un câble de retour (10) d'asservissement, lorsque les vannes sont ouvertes à partir d'une certaine valeur déterminée. Le dispositif est constitué d'une patte d'entraînement (22) solidaire d'une manivelle existant déjà, pour entraîner la translation du câble de retour (10) lorsque celui-ci n'est pas bloqué par une butée de translation (23).

Application à l'ouverture des vannes de décharge des turboréacteurs à double flux.

Description

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne les turbomachines et plus particulièrement les turboréacteurs d'avion à double flux qui sont équipés de vannes de décharge.

ART ANTERIEUR ET PROBLEMES POSES

En référence à la figure 1, de façon classique, de tels turboréacteurs comportent en amont dans le flux primaire, c'est-à-dire dans le canal interne 2, un compresseur axial basse pression 3 amenant de l'air comprimé à une chambre de combustion 8 dans laquelle l'air est mélangé à du carburant sous pression. Ce mélange est brûlé pour donner en aval de la chambre 8 de l'énergie à une turbine axiale qui entraîne le compresseur haute pression 4 et dont les gaz en sortie fournissent la poussée utile à la propulsion de l'avion. De tels turboréacteurs ont une configuration totalement axiale. Ils absorbent par leur entrée frontale non seulement l'air nécessaire à leur fonctionnement, mais également, selon les conditions climatologiques, du sable, de l'eau, ces éléments constituant plutôt une gêne pour le fonctionnement du turboréacteur.
C'est notamment le cas lorsque l'avion affronte un orage ou traverse un nuage dense et de gros volume tel qu'un cumulus ou un cumulo-numbus. Des quantités importantes d'eau sous forme de pluie ou de grêle pénètrent alors dans le compresseur. Si le moteur est en régime de plein gaz, l'eau se trouve vaporisée immédiatement. Si elle pénètre jusqu'à la chambre de combustion elle s'y trouve à l'état de vapeur suffisamment chaude et est pulvérisée. Elle ne cause pas l'extinction de la chambre de combustion qui est alors alimentée par un débit important de carburant. Par contre, ce n'est pas le cas lorsque l'avion est en descente, par exemple lors d'une phase d'approche avant atterrissage. En effet, dans ce cas le turboréacteur est au régime du ralenti, ce qui entraîne un taux de compression et un débit de carburant faible. Si un débit d'eau important ou des morceaux de glace atteignent alors la chambre de combustion, ils peuvent provoquer l'extinction des brûleurs. On ajoute que les bougies d'allumage, lorsqu'elles sont mouillées sont inopérantes lorsque l'extinction du moteur se produit. Si le pilote n'est pas à même de quitter la zone de pluie critique, le ou les moteurs peuvent alors être totalement arrêtés, avec les risques que cela comporte. Il s'agit du mode commun d'extinction de tous les moteurs.
Afin d'éviter de tels ennuis, qui peuvent s'avérer catastrophiques, on sait éliminer l'eau qui est entrée dans la chambre de combustion afin d'en éviter l'extinction. On utilise à cet effet des vannes de décharge 1 qui ouvrent le canal interne 2 sur le canal externe 6. Ces vannes sont placées entre le compresseur amont 3 et le compresseur arrière 4. Comme le montre la flèche référencée 5, une partie du flux rentré dans le compresseur amont 3 est dévié vers le canal externe 6. En conséquence, la masse d'eau ou de glace susceptible de venir perturber sérieusement le fonctionnement du turboréacteur est déviée.
Ces vannes de décharge 1 sont prévues à l'origine pour éviter le phénomène de "pompage" du compresseur basse pression 3, lorsqu'on est obligé d'y faire passer un débit supérieur à celui que pourra accepter le compresseur haute pression 4, situé en aval.
En référence à la figure 2, le fonctionnement habituel des vannes de décharge suit la courbe représentée en traits forts sur cette figure. En abscisse est porté le régime du moteur, en ordonnée est portée l'ouverture des vannes. Comme on le constate par la courbe en trait fort, au démarrage du moteur, les vannes sont en position quasiment ouverte. La loi de fermeture des vannes suit la courbe qui décroît d'une manière relativement régulière, tout en faisant un palier juste avant le point repéré C. La courbe tangente la ligne de fermeture des vannes au point D qui correspond à un régime de plein gaz.
Ce fonctionnement est mis en oeuvre sur les vannes de décharge par des moyens de commande et des moyens de régulation hydromécaniques préprogrammés pour commander l'ouverture et la fermeture des vannes selon cette courbe déterminée.
Le but de l'invention est de modifier la loi de fonctionnement de l'ouverture et de la fermeture des vannes sans changer les équipements existant déjà sur les turboréacteurs, notamment en ce qui concerne la commande de ces vannes de décharge. Cette modification de la loi permettra une ouverture prolongée et plus conséquente des vannes de décharge tant que le moteur n'a pas atteint un régime suffisant prédéterminé. Cette modification théorique est représentée sur la figure 2 par la courbe en trait mixte allant du point A au point D en passant par B et C lors d'un fonctionnement à régime croissant. Réciproquement, l'objet même du brevet est de faire que sur réduction de régime dans des conditions de forte humidité, les vannes de décharge passent très rapidement du point C au point B pour éviter tout risque d'extinction du réacteur.

RESUME DE L'INVENTION

L'objet principal de l'invention est, à cet effet, un dispositif de commande de l'ouverture et de la fermeture des vannes de décharge dans un turboréacteur à double flux, par des moyens moteur, des moyens de commande et un système de régulation pour actionner les vannes selon une courbe de fonctionnement déterminée, et comprenant un renvoi à leviers relié d'une part à une vanne et d'autre part à un câble de retour relié lui-même au système de régulation des moyens de commande.
Selon l'invention, on prévoit des moyens pour supprimer l'action du câble de retour, tant que les vannes ont une ouverture supérieure à une valeur déterminée, pour que les moyens de commande n'actionnent pas ces vannes selon ladite courbe, tant qu'elles sont ouvertes au-dessus de la valeur déterminée.
Dans une réalisation principale de l'invention, le câble de retour est solidaire d'un levier pour commander ce câble de retour et sur lequel est en appui temporaire une patte d'entraînement dont le déplacement vis-à-vis du levier est proportionnel aux mouvements d'ouverture et de fermeture des vannes.
Dans ce cas, le renvoi à leviers comprend au préalable une tringle fixée d'une part à la vanne et d'autre part à l'extrémité d'une manivelle montée tournante autour d'un axe de rotation, cette manivelle est solidaire en rotation de la patte d'entraînement qui pivote autour de l'axe pour décrire un arc de cercle et entraîner le câble de retour en s'appuyant sur le levier.
De préférence, le levier est monté libre en rotation autour de l'axe et la tête est montée libre en rotation dans une articulation de l'extrémité du câble de retour.
Pour compléter ce dispositif, puisque le câble de retour est constamment soumis à une force de rappel, la levier peut être équipé d'un crochet dont l'extrémité vient en appui sur une butée de câble, réglable en translation et dont la position détermine ladite valeur déterminée d'ouverture des vannes, ce qui permet un réglage de l'ouverture des vannes à faible régime.

LISTE DES FIGURES

L'invention et ses caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit, accompagnée de plusieurs figures représentant respectivement :

figure 1, déjà décrite, la localisation des vannes de décharge dans un turboréacteur à double flux ;
figure 2, les deux lois de fonctionnement des vannes de décharge selon l'art antérieur et selon l'invention ;
figure 3, le dispositif selon l'invention par rapport à l'ouverture d'une vanne de décharge ;
figure 4, le dispositif selon l'invention en détail ;
figures 5A, 5B et 5C, trois positions de fonctionnement du dispositif selon l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UNE REALISATION DE L'INVENTION

Pendant le démarrage du turboréacteur, jusqu'à un point de fonctionnement de ce dernier qui peut être réglable, l'ouverture des vannes est maximale. Ceci correspond au segment horizontal A-B de la courbe de la figure 2. Les points B et C ont une abscisse correspondant au point de fonctionnement du turboréacteur à partir duquel l'ouverture des vannes peut être décidée. Ce point de fonctionnement réglable peut être par exemple de 40 % du régime de rotation maximal du corps basse pression du turboréacteur. Bien entendu d'autres valeurs pourraient être choisies.
Le deuxième segment B-C vertical de cette courbe symbolise donc le début de la fermeture des vannes pendant que le moteur tourne à un régime constant. Le point C symbolise une ouverture des vannes qui est la même que pour la loi de fermeture traditionnelle et pour le même point de fonctionnement déterminé. A partir de ce point C, les vannes peuvent reprendre le cycle de fermeture de l'ancienne loi. Cette dernière partie est symbolisée par la partie C-D de la courbe mixte commune avec la courbe représentant la loi traditionnelle de fermeture selon l'art antérieur.
On comprend que, lors de la traversée de nuages denses ou de grêle par l'avion, une quantité supplémentaire d'eau sera dégagée vers le flux secondaire, si le régime du turboréacteur est inférieur au régime symbolisé par les points B et C. Cette quantité supplémentaire d'eau évacuée correspond à la superficie de la surface comprise entre la courbe de l'art antérieur et les trois points A, B, et C. La marge d'extinction de la chambre de combustion est donc augmentée.
La figure 3 représente d'une part en bas de la figure une vanne de décharge 1, telle qu'elle a été décrite sur la figure 1 et, en haut de la figure le dispositif de commande selon l'invention.
La vanne de décharge 1 a été représentée ouverte, de manière à laisser passer une certaine partie 5 du flux du canal primaire 2 vers le canal secondaire 3. Les moyens de commande 30 sont reliés au dispositif de commande par un tracé en trait fort et mixte symbolisant une tringle 14 dont les deux extrémités sont représentées. Ces moyens de commande 30 pilotent un dispositif d'actionnement 7 de la vanne de décharge 1 par l'intermédiaire de moyens moteur 40. Les mouvements du dispositif d'actionnement 7 de la vanne provoquent simultanément le déplacement en translation horizontale de la tringle 14. Celle-ci entraîne de manière connue une manivelle 15, 18 en rotation autour d'un axe 20. La deuxième partie 18 de la manivelle est reliée par une articulation à l'extrémité d'un câble de retour 10. Ce dernier est relié au moyen de régulation du système de commande des vannes de décharge 1. Son rôle est de signaler la position d'ouverture réelle des vannes de décharge 1. En effet, il est commandé par une partie d'une vanne de décharge 1 par l'intermédiaire de la tringle 14. Il constitue donc un élément de la boucle d'asservissement de la commande des vannes de décharge 1.
Le dispositif de commande selon l'invention est principalement constitué d'un renvoi de leviers comprenant des pièces intervenant au niveau de la transmission de ce mouvement de retour entre la tringle 14 et le câble de retour 10. Le principe consiste à interrompre le mouvement de translation du câble de retour 10 tant que les vannes sont ouvertes, c'est-à-dire dans la zone correspondant au trajet A à C de la courbe de la figure 2. Il s'agit donc d'immobiliser le câble de retour 10. A cet effet, des éléments principaux de la réalisation décrite sont constitués par une patte d'entraînement 22 solidaire de la manivelle 15, 18, d'un levier 19 solidaire de la tête du câble de retour 10 et d'une butée de câble 17 immobilisant le câble de retour 10 pendant la période de grande ouverture des vannes de décharge 1. Le fonctionnement du dispositif sera décrit en détail en regard de la figure 4. Néanmoins, on peut résumer ce dernier en signalant que le câble de retour 10 est immobilisé en translation par !a butée de câble 17 quelle que soit la position de la manivelle 15, 18 au début de l'ouverture, tant que la patte d'entraînement 22 n'est pas en contact avec le levier 19 solidaire du câble de retour 10. Par la suite, la rotation de la manivelle 15, 18 entraîne le câble en translation.
En référence à la figure 4, la position d'ouverture complète des vannes correspondant aux points A et B de la courbe de la figure 2 est repérée par les mêmes lettres A et B. La tringle 14 est rentrée sur la droite. La manivelle constituée d'un premier levier 15 et d'un deuxième levier de commande 18, solidaires entre eux autour d'un axe de rotation 20, est orientée vers le bas, l'extrémité du levier 15 étant tirée par la tringle 14. Dans cette position, on constate que le deuxième levier 18 n'est pas en contact en rotation avec le levier 19 solidaire du câble de retour 10. Ce levier 19 est en fait, dans la réalisation décrite ici, monté libre en rotation autour de l'axe horizontal 20 et autour de la tête d'articulation 26 du câble de retour 10. En effet, celui-ci est maintenu à une hauteur suffisante par une butée de câble réglable 23 qui est fixe par rapport à tout le dispositif et qui maintient ce levier 19 à une hauteur déterminée au moyen d'un crochet 21 solidaire de ce levier 19. Le crochet 21 vient en effet par son extrémité prendre appui sur la butée 23. Le câble de retour 10 est ainsi maintenu à une hauteur désirée. Ceci signifie que tant que la manivelle 15, 18 n'a pas pris une orientation angulaire vers la gauche suffisante pour entraîner en rotation le levier 19 par son appui d'entraînement 22, le câble de retour est immobilisé dans la position définie par la butée de câble 23.
Comme le montrent les figures 5A et 5B, lorsqu'il s'agit de commencer la fermeture des vannes de décharge, c'est-à-dire de procéder à une phase correspondant aux segments B, C de la figure 2, la tringle 14 pousse le levier 15 de la manivelle. L'orientation de celle-ci change jusqu'au moment où la patte d'entraînement 22 solidaire du deuxième levier 18 vient au contact du levier 19. On se trouve alors au point C de la figure 2. La figure 5A correspond à la position de vanne ouverte et la figure 5B correspond audit point C de commutation.
A partir de cet instant, et en référence aux figures 5B et 5C, la fermeture des vannes conduit la tringle 14 à continuer sa translation vers la gauche comme l'indique la flèche et à entraîner en rotation le levier 19 autour de l'axe 20. Le crochet 21 qui lui est solidaire se décolle de la butée 23 et le câble de retour est entraîné vers le haut. Cette opération correspond au dernier segment C, D de la figure 2 et le câble de retour 10 a le même rôle que dans le cas de l'art antérieur. La figure 5C correspond à la position de vanne fermée ou point D de la figure 2.
On constate ainsi qu'il est possible de modifier le système d'asservissement existant déjà dans l'art antérieur (la tringle 14, la manivelle 15, 18 et le câble de retour 10) en ajoutant simplement quelques modifications. Elles sont constituées par l'ajout de l'appui d'entraînement 22 du levier 19 et de son crochet 21 et de la butée de câble 23.
Il est également avantageux de pouvoir régler le point C de la figure 2 à partir duquel, lors d'une fermeture des vannes de décharge, le câble de retour 10 reprend son rôle initial. Ce réglage peut être obtenu en rendant réglable la position de la butée de câble 23. Dans ce but, elle est fixée à un support 17 qui est monté coulissant le long d'un bâti du turboréacteur 27 et dont la position est réglable grâce à une vis de réglage 25.
Bien entendu, la forme et l'agencement des différents éléments décrits sur cette figure et collaborant au fait que l'action du câble retour 10 est interrompue lorsque les vannes sont en position ouverte, ne sont qu'un exemple de réalisation. Le concept inventif de l'invention réside dans le fait d'immobiliser le câble de retour 10 dans une position déterminée, lorsque les vannes de décharge sont en position ouverte. La réalisation décrite par cette figure 4 n'est qu'un exemple de réalisation adapté à certains turboréacteurs existant déjà et utilisant une boucle d'asservissement mise en oeuvre par une tringle 14 et un câble de retour 10.
L'avantage principal recherché et obtenu avec le dispositif de commande selon l'invention est d'améliorer les conditions de fonctionnement du moteur en atmosphère humide (traversée de gros orages, grêle, neige) et surtout d'éviter les extinctions de la chambre de combustion qui entraînent l'arrêt du moteur.

Claims

Dispositif de commande de l'ouverture et de la fermeture de vannes de décharge (1) dans un turboréacteur à double flux par des moyens moteur (40) et des moyens de commande et de régulation (30) pour actionner les vannes (1) selon une courbe déterminée, comprenant un renvoi à leviers relié d'une part à une vanne (1) et d'autre part à un câble de retour (10) relié lui-même aux moyens de commande et de régulation (30), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour supprimer l'action du câble de retour (10), tant que les vannes (1) ont une ouverture supérieure à une valeur déterminée, pour que les moyens de commande et de régulation (30) n'actionnent pas les vannes (1) selon ladite courbe déterminée tant que les vannes (1) sont ouvertes au-dessus de ladite valeur.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le renvoi à leviers, le câble de retour (10) est solidaire d'un levier (19) pour commander le câble de retour (10) et sur lequel est en appui temporaire une patte d'entraînement (22) dont le déplacement vis-à-vis du levier (19) est proportionnel aux mouvements d'ouverture et de fermeture des vannes (1), une butée de câble (23) étant prévue pour empêcher le câble de retour (10) d'être constamment en appui sur la patte d'entraînement (22).
Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le renvoi à leviers comprend en outre une tringle (14) fixée d'une part à la vanne (1) et d'autre part à l'extrémité d'une manivelle (15, 18), montée tournante autour d'un axe (20), caractérisé en ce que la patte d'entraînement (22) est solidaire en rotation de la manivelle (15, 18) qui pivote autour de l'axe (20) décrit un arc de cercle et entraîne le câble de retour (10) en s'appuyant sur le levier (19).
Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le levier (19) est monté libre en rotation autour de l'axe (20) et dont la tête est montée libre en rotation dans une articulation (26) de l'extrémité du câble de retour (10).
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, le câble de retour (10) étant constamment soumis à une force de rappel, caractérisé en ce que le levier est équipé d'un crochet dont l'extrémité vient en appui sur une butée de câble (23) réglable en translation pour que sa position détermine ladite valeur déterminée.