EP1503041A1 - Dispositif de calage de redresseurs d'un compresseur de turboréacteur - Google Patents

Dispositif de calage de redresseurs d'un compresseur de turboréacteur Download PDF

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Publication number
EP1503041A1
EP1503041A1 EP04291889A EP04291889A EP1503041A1 EP 1503041 A1 EP1503041 A1 EP 1503041A1 EP 04291889 A EP04291889 A EP 04291889A EP 04291889 A EP04291889 A EP 04291889A EP 1503041 A1 EP1503041 A1 EP 1503041A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
illumination
light
optical signals
range
angular position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04291889A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gérard Jolibois
Daniel Georges Plona
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA Moteurs SA
SNECMA SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SNECMA Moteurs SA, SNECMA SAS filed Critical SNECMA Moteurs SA
Publication of EP1503041A1 publication Critical patent/EP1503041A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the invention relates to the field of turbojet compressors, and more particularly that of the calibration of the pivoting flow rectifiers of these compressors.
  • each floor is composed of a rotating rotor wheel intended to accelerate the axial flow and a ring of blades fixed to produce the elevation of pressure.
  • the blades fixed rectifiers
  • a limited orientation capability or 'wedging' of the profile aerodynamic whose management is ensured by the regulation of the engine.
  • Rectifiers are usually calibrated using a wedging device having a drive mechanism coupled to their axes of rotation (also called “dawn tail axes"). More specifically, the wedging device comprises control means for determining the angular positioning of one of the rectifiers and to issue to the training mechanism instructions, consisting of angular position data so that the relevant rectifiers are placed in selected angular positions.
  • the angular positioning measurement is carried out remote way, preferably near the control cylinder. This measure is disturbed by the existence of strong vibrations, thermal expansions and games of the mechanical connection.
  • the invention therefore aims to remedy all or part of the aforementioned drawbacks.
  • a device dedicated to the wedging of one or more rectifiers of pivoting flows comprising driving means intended to cause rotation their axes of rotation in order to wedge them angularly according to data from position issued by control means.
  • This device is characterized by the fact that its means of control include, first, means of illumination responsible for delivering light at the a zone of illumination, a second part, an encoder element secured to the axis of the rectifier in the illumination zone and arranged to interact with the illumination light for generating optical signals representative of the position angle of the rectifier, a third part, means responsible for collecting the optical signals, and fourthly, processing means responsible for determining angular position data from the collected optical signals.
  • the measurement of the positioning angular is done directly on the axis of the rectifier.
  • the measurement is no longer distorted by a kinematic game, thermal expansion and vibrations, its accuracy is therefore significantly improved.
  • the encoder element is in the form of a (portion of) wheel encoder provided with at least one configured range to enable the generation of variable optical signals according to its position within the illumination zone.
  • the illumination means preferably comprise at least one fiber provided with a shaped end (possibly combined with optical shaping), so as to illuminate the illumination area on a surface of selected dimensions.
  • the invention can be divided into two classes of embodiment depending on whether the signals Optics are obtained by transmission or reflection.
  • the first class (concerning the transmission) has at least two branches.
  • a first branch concerns coding elements comprising a range provided with at least one slot shaped to transmit the light differently depending on the angular position of the encoder element. For example, only one slot with progressive opening or a multiplicity of slots of different shapes and / or spaced apart from each other by a variable pitch.
  • a second branch concerns coding elements comprising a range transparent having at least one zone provided with markings.
  • coding elements comprising a range transparent having at least one zone provided with markings.
  • the collection means may comprise photodetectors located opposite the beach, on the opposite side to the zone lighting and responsible for delivering electrical signals, representative of the signals optical transmitted at the beach.
  • the means of collection may include one or more optical fibers with a shaped end (optionally combined with shaping means optical), so as to collect the optical signals transmitted at the level of the range.
  • the range of the encoder element comprises at least one element reflective shaped so as to reflect the light differently depending on the position angle of the encoder element.
  • a scanning reticle transparent interposed between the illuminating light and the encoder element and defining a transparent phase network, a second part, a reflective element with markings, and thirdly, means of collection comprising photodetectors implanted upstream of the scanning reticle and loaded to deliver electrical signals representative of the optical signals resulting from the interaction between the illuminating light, the scanning reticle and the markings.
  • the collection means may comprise at least one optical fiber equipped with a shaped end so as to collect reflected optical signals at the beach level.
  • At least part of the coder element, part of the illuminating means and at least part of the collection means are housed in a light-tight enclosure, so that the measurements are not disturbed by stray light.
  • processing means are preferentially housed in a housing remote from the rectifier, so as not to be exposed to high temperatures.
  • the invention relates to a device for setting a rectifier (s) of pivoting flows of a turbojet compressor.
  • a compressor for example a high compressor CHP pressure as shown in Figure 1, with several stages has for function of compressing the gases before combustion in the combustion chamber CC.
  • Each stage is composed of a rotating wheel designed to accelerate the flow axial, the wheel bearing vanes A, and a fixed blade crown called stator R flow intended to produce the pressure rise.
  • the blades A of the moving wheels and the vanes of the flow rectifiers R are housed in a chamber 1 delimited by a housing 2.
  • These rectifiers R are rotatably mounted on the housing 2 of the CHP compressor in order to be wedged (or oriented) in positions optimizing flow guidance by wedging devices, partially represented. More precisely, although this does not appear in the figure, several R rectifiers are usually installed between two stages of A-blades, and their Angular positions are managed by the same wedging device.
  • each rectifier R has an axis of rotation 3 which is fixedly secured a rod 4 attached to a crown 5.
  • Each ring 5 is itself attached to a jack 6 running variable.
  • all the rectifiers R installed between two stages of blades A, are attached to the same crown 5. They thus constitute, so to speak, floors. The displacement of a ring 5, with the aid of the associated jack 6, therefore causes the angular displacement of all the rectifiers R of a stage.
  • the value of the stroke of a jack 6, and therefore the angular position of wedging R rectifiers of a stage, is determined at every moment by a processing module 7 depending on the required turbojet performance and position measurements made by a detection device on at least one of the R-rectifiers of a floor, as will be seen below.
  • the rods 4, secured to the rectifiers R of the same stage, the crown 5 and the cylinder 6 associated constitute the drive means of a wedging device, while that the detection device and the processing module 7 constitute the means of control of this rigging device.
  • the device for detecting the wedging device comprises, of a first part, a light source 8, a second part, means of light delivery 10 responsible for delivering light at a illumination zone 11, a third part, an encoder element 12 secured to the axis of rotation 3 of one of the rectifiers R in the illumination zone 11 and responsible for interacting with the illumination light to generate optical signals representative of the angular position of the rectifier 5, and a fourth part, means 13 loaded with collect the optical signals to deliver them to the processing module 7.
  • the light source 8 is located remotely in a housing 9 which also houses the treatment module 7.
  • the means light delivery 10 are preferably made in the form of one or several optical fibers.
  • At least a part of the encoder element 12, the downstream end of the optical fiber 10 and at least a part of the collection means 13 are housed in a chamber 14 sealed to light. So, optical measurements are not disturbed by stray light or any dust or any residues, particularly greasy, present in the turbojet.
  • the encoder element 12 presents itself preferably in the form of a coding wheel, and even more preferably an encoder wheel portion. This comprises at least one arranged range of to enable the generation of variable optical signals according to its position within the illumination zone 11, and therefore according to the position angular rectifier R to the axis 3 which it is secured.
  • the detection can take place either by reflection or by transmission.
  • the range 15 of the coding wheel portion 12 has several elements reflectors 16 whose dimensions and / or patterns differ so that the intensity of reflected light varies according to its angular position.
  • These reflective elements 16, of three-dimensional type, can be made by selective deposition or etching, or by photolithography or any other known technique.
  • the illumination light is delivered at the level of the illumination zone 11 by the downstream end of the optical fiber supply 10, and reflected by the elements reflective 16, and finally collected by the upstream end of one or more fibers collection optics 13a.
  • This (these) optical fiber (s) of collection routes (s) then the reflected and collected light (or collected optical signals) at the housing 9 where it makes (they are) the object of a measurement of intensity, for example using of a photoelectric converter of the treatment module 7.
  • the treatment module 7 is then arranged to convert the measured light intensity into a measurement angular position. It can for example include for this purpose, in a memory, a correspondence table between light intensities and positions angular. As a variant, it may comprise a circuit or a program loaded with calculate the position as a function of the intensity measured.
  • the processing module 7 can compare it to the optimum angular position that the rectifiers R of the floor must take control, so that the turbojet engine offer selected performance.
  • the position optimal angularity can be determined by the processing module 7, depending external instructions, is provided to the processing module 7 by a module of external control.
  • the module of processing 7 determines new angular position data, which it transmits to the cylinder 6 so that it changes its stroke accordingly.
  • the downstream end of the optical fiber 10 may be shaped to illuminate the illumination zone 11 on a surface of selected dimensions, and the upstream end of the optical fiber of collection 13a can be shaped to collect reflected light on a surface of selected dimensions.
  • the upstream end of the optical fiber of collection 13a can be shaped to collect reflected light on a surface of selected dimensions.
  • variable reflection coefficient for example progressive one of its ends to the other.
  • any means of reflection conferring on the range 15 a variable reflectivity can be envisaged.
  • photodetectors for example of the CCD type (for "Coupling Charge Device ").
  • the range 15 of the coding wheel portion 12 has at least one opening or slot 17 shaped so as to pass a quantity of light of variable illumination according to the angular position of the element encoder.
  • the slot 17 is for example progressive opening, as illustrated in Figure 7.
  • the range 15 could comprise several slots 18 of variable shapes and / or spaced from each other with a variable pitch. other achievements are also conceivable.
  • a first solution, illustrated in Figure 5, is to place under the portion of encoder wheel 12 a photoelectric conversion module 13b (or any other means to convert photons into a measurable physical quantity).
  • This module 13b which thus directly ensures the collection and conversion of photons, is secured to the enclosure 14, for example by means of fastening tabs 19.
  • the result of the conversion is transmitted by a cable 20 to the processing module 7, so that to be used in the development of new angular position data.
  • a second solution, illustrated in Figure 6, is to place under the wheel portion 12 one or more collection optical fibers 13a, of the type of presented previously with reference to FIG. 4.
  • Light (or optical signals collected) that crossed the beach 15, through its slot (s) 17 or 18 (illustrated on the FIGS. 7 and 8), is thus collected by the upstream end of the optical fiber of collection 13a which routes it to the level of the housing 9 where it is (they are) the subject of a intensity measurement, for example using a module photoelectric converter 7.
  • the processing module 7 is then arranged to convert the light intensity measured in a measurement of angular position. The result of the The conversion is then used to develop the new angular position data.
  • the slot or slits 17 or 18 formed in FIG. beach level 15 may come with any type of shape and any type of spacing as soon as it (s) allows (s) to vary the light intensity collected in function of the position of the coding wheel portion 12.
  • downstream and upstream ends of the fibers optical power supply 10 and collection 13a can be shaped in order to deliver or collect the illumination or reflected light on surfaces of selected dimensions. But, alternatively or in addition, one can also provide between an end of optical fiber 10, 13a and the range 15 of the means for setting optical form, such as a lens or a condenser.
  • variable reflectivity materials instead of transmitting the illumination light through slot (s) 17 or 18, one can transmit it via variable reflectivity materials, with or without markings (or marks).
  • the range 15 of the coding wheel portion 12 can be realized in a transparent material, variable coefficient of transmission.
  • the beach 15 can be treated in such a way as to have an increasing transmission coefficient of one of its ends to the other.
  • a material of type variable thickness glass can be tinted in the mass according to a certain gradient.
  • the collection may be carried out using one or more optical fibers of 13a, or using a photoelectric conversion module 13b, as previously discussed.
  • markings (or marks) 21 acting as local reflection means can be formed at the level of the mark. as local transmission means (in this case the material placed between adjacent markings is absorbent).
  • markings can be made by sandblasting, laser machining, etching or any other known marking technique.
  • the markings 21 may have variable shapes and / or be spaced apart from each other by a variable pitch.
  • the collection can be carried out using a photoelectric conversion module 13b (or any other means for converting photons into a measurable physical quantity), placed under the coding wheel portion 12.
  • 13b conversion which here ensures directly the collection and conversion of photons, is secured to the enclosure 14, for example by means of fastening tabs 19.
  • the result of the conversion is transmitted by a cable 20 to the module of processing 7, in order to be used for the development of the new angular position data.
  • a condenser 22 secured to the enclosure 14 by fixing lugs 23
  • a scanning reticle 24 also secured to the enclosure 14 by fixing lugs 25 and defining a graduated network 26 of steps narrow.
  • Any displacement of the coding wheel portion 12 relative to the scanning reticle 23 causes shadow / light modulations that can be detected by a module photoelectric conversion device 13b, of multi-element type, placed under said portion of 12.
  • This conversion module 13b which therefore ensures here directly the collection and conversion of photons, is secured to the enclosure 14, for example to The result of the conversion is transmitted by a cable 20 processing module 7, to be used for the development of the new data from angular position.
  • Detection of a neighboring type may also be considered in the case of reflection operation.
  • a scanning reticle is provided, defining a transparent phase grating interposed between the illumination light and the coding wheel portion 12, the range of which comprises a Diadur® phase grating , and a module of FIG. photoelectric conversion 13b, of multi-element type, implanted opposite the track 15, on the opposite side to the illumination zone 11 and responsible for delivering electrical signals representative of the optical signals resulting from the interaction between the illumination light , scan reticle and markings.
  • This type of detector called "diffraction and interference", is also marketed by the company Heidenhain.
  • the angular position measurement can be either of absolute type or of relative type. In the case of a relative measurement, it is possible to provide an absolute reference on the encoder wheel 12, as well as on any scanning reticles 24, and a measurement of zero is preferably carried out at each shutdown of the turbojet engine.

Landscapes

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Abstract

Un dispositif est dédié au calage d'un ou plusieurs redresseurs de flux pivotants (R) comprenant des moyens d'entraînement (4-6) destinés à entraîner en rotation leur axe de rotation (3) afin de les caler angulairement en fonction de données de position angulaires délivrées par des moyens de contrôle. Ces moyens de contrôle comprennent, d'une première part, des moyens d'éclairement (8,10) chargés de délivrer une lumière au niveau d'une zone d'éclairement (11), d'une deuxième part, un élément codeur (12) solidarisé à l'axe (3) du redresseur (R) dans la zone d'éclairement (11) et agencé de manière à interagir avec la lumière d'éclairement pour générer des signaux optiques représentatifs de la position angulaire du redresseur, d'une troisième part, des moyens (13a) chargés de collecter les signaux optiques, et d'une quatrième part, des moyens de traitement (7) chargés de déterminer des données de position angulaire à partir des signaux optiques collectés. <IMAGE>

Description

L'invention concerne le domaine des compresseurs de turboréacteur, et plus particulièrement celui du calage des redresseurs de flux pivotants de ces compresseurs.
Comme le sait l'homme de l'art, dans un turboréacteur axial, les gaz sont comprimés avant combustion par un compresseur comportant plusieurs étages. Chaque étage est composé d'une roue d'aubes mobile en rotation destinée à accélérer le flux axial et d'une couronne d'aubes fixes destinée à produire l'élévation de pression. Afin d'optimiser et d'adapter le fonctionnement du compresseur, il est prévu pour les aubes fixes (redresseurs) une capacité d'orientation ou 'calage' limité du profil aérodynamique dont la gestion est assurée par la régulation du moteur.
Le calage des redresseurs s'effectue généralement à l'aide d'un dispositif de calage comportant un mécanisme d'entraínement couplé à leurs axes de rotation (également appelés "axes de queue d'aube"). Plus précisément, le dispositif de calage comporte des moyens de contrôle chargés de déterminer le positionnement angulaire de l'un des redresseurs et de délivrer au mécanisme d'entraínement des instructions, constituées de données de position angulaire, de sorte qu'il place les redresseurs concernés dans des positions angulaires choisies.
Afin que le guidage soit optimal, il est donc indispensable que la détermination du positionnement angulaire soit précise. Or, en raison de la présence de températures élevées à proximité du redresseur, la mesure de positionnement angulaire s'effectue de manière déportée, de préférence près du vérin de commande. Cette mesure est donc perturbée par l'existence de fortes vibrations, de dilatations thermiques et par les jeux de la liaison mécanique.
L'invention a donc pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients précités.
Elle propose à cet effet un dispositif dédié au calage d'un ou plusieurs redresseurs de flux pivotants comprenant des moyens d'entraínement destinés à entraíner en rotation leurs axes de rotation afin de les caler angulairement en fonction de données de position délivrées par des moyens de contrôle.
Ce dispositif se caractérise par le fait que ses moyens de contrôle comprennent, d'une première part, des moyens d'éclairement chargés de délivrer une lumière au niveau d'une zone d'éclairement, d'une deuxième part, un élément codeur solidarisé à l'axe du redresseur dans la zone d'éclairement et agencé de manière à interagir avec la lumière d'éclairement pour générer des signaux optiques représentatifs de la position angulaire du redresseur, d'une troisième part, des moyens chargés de collecter les signaux optiques, et d'une quatrième part, des moyens de traitement chargés de déterminer des données de position angulaire à partir des signaux optiques collectés.
Grâce à l'utilisation de moyens de détection optiques, la mesure du positionnement angulaire s'effectue directement sur l'axe du redresseur. La mesure n'étant plus faussée par un jeu cinématique, des dilatations thermiques et des vibrations, sa précision est donc notablement améliorée.
Préférentiellement, l'élément codeur se présente sous la forme d'une (portion de) roue codeuse munie d'au moins une plage configurée afin de permettre la génération de signaux optiques variables en fonction de sa position au sein de la zone d'éclairement.
Par ailleurs, les moyens d'éclairement comprennent de préférence au moins une fibre optique munie d'une extrémité conformée (éventuellement combinée à des moyens de mise en forme optique), de manière à illuminer la zone d'éclairement sur une surface de dimensions choisies.
L'invention peut se décliner selon deux classes de réalisation selon que les signaux optiques sont obtenus par transmission ou par réflexion.
La première classe (concernant la transmission) comporte au moins deux branches.
Une première branche concerne les éléments codeurs comprenant une plage munie d'au moins une fente conformée de manière à transmettre la lumière différemment selon la position angulaire de l'élément codeur. Par exemple, on ne prévoit qu'une fente à ouverture progressive ou bien une multiplicité de fentes de formes différentes et/ou espacées les unes des autres d'un pas variable.
Une seconde branche concerne les éléments codeurs comprenant une plage transparente comportant au moins une zone munie de marquages. Dans ce cas, on peut par exemple prévoir un réticule de balayage transparent interposé entre la lumière d'éclairement et l'élément codeur, et des moyens de collection comprenant des photodétecteurs implantés en regard de la plage, du côté opposé à la zone d'éclairement et chargés de délivrer des signaux électriques représentatifs des signaux optiques résultant de l'interaction entre la lumière d'éclairement, le réticule de balayage et les marquages.
En variante, dans ces deux branches, les moyens de collection peuvent comprendre des photodétecteurs implantés en regard de la plage, du côté opposé à la zone d'éclairement et chargés de délivrer des signaux électriques, représentatifs des signaux optiques transmis au niveau de la plage. Dans une autre variante, les moyens de collection peuvent comprendre une ou plusieurs fibres optiques munies d'une extrémité conformée (éventuellement combinée à des moyens de mise en forme optique), de manière à collecter les signaux optiques transmis au niveau de la plage.
Dans la seconde classe, la plage de l'élément codeur comporte au moins un élément réfléchissant conformé de manière à réfléchir la lumière différemment selon la position angulaire de l'élément codeur.
Dans ce cas, on peut par exemple prévoir, d'une première part, un réticule de balayage transparent interposé entre la lumière d'éclairement et l'élément codeur et définissant un réseau de phase transparent, d'une deuxième part, un élément réfléchissant comportant des marquages, et d'une troisième part, des moyens de collection comprenant des photodétecteurs implantés en amont du réticule de balayage et chargés de délivrer des signaux électriques représentatifs des signaux optiques résultant de l'interaction entre la lumière d'éclairement, le réticule de balayage et les marquages.
En variante, les moyens de collection peuvent comprendre au moins une fibre optique munie d'une extrémité conformée de manière à collecter les signaux optiques réfléchis au niveau de la plage.
Selon une autre caractéristique de l'invention, une partie au moins de l'élément codeur, une partie des moyens d'éclairement et une partie au moins des moyens de collection sont logés dans une enceinte étanche à la lumière, afin que les mesures ne soient pas perturbées par de la lumière parasite.
Par ailleurs, les moyens de traitement sont préférentiellement logés dans un boítier distant du redresseur, afin de ne pas être exposés aux fortes températures.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue en coupe transversale médiane, schématique, d'un compresseur haute pression d'un turboréacteur,
  • la figure 2 illustre de façon schématique, dans une vue de côté, un exemple de réalisation d'un dispositif de calage selon l'invention,
  • la figure 3 est une vue du dessus illustrant schématiquement l'implantation de la roue codeuse du dispositif de calage de la figure 2,
  • la figure 4 illustre schématiquement un premier exemple de réalisation des moyens de détection du dispositif de calage, dans une vue en coupe transversale selon l'axe IV-IV de la figure 2,
  • la figure 5 illustre schématiquement un deuxième exemple de réalisation des moyens de détection du dispositif de calage, dans une vue en coupe transversale,
  • la figure 6 illustre schématiquement un troisième exemple de réalisation des moyens de détection du dispositif de calage, dans une vue en coupe transversale,
  • la figure 7 est une vue du dessus illustrant schématiquement une roue codeuse pouvant être employée dans les moyens de détection des figures 5 et 6,
  • la figure 8 est une vue du dessus illustrant schématiquement une autre roue codeuse pouvant être employée dans les moyens de détection des figures 5 et 6,
  • la figure 9 illustre schématiquement un quatrième exemple de réalisation des moyens de détection du dispositif de calage, dans une vue en coupe transversale, et
  • la figure 10 illustre schématiquement un cinquième exemple de réalisation des moyens de détection du dispositif de calage, dans une vue en coupe transversale.
Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
L'invention porte sur un dispositif de calage de redresseur(s) de flux pivotants d'un compresseur de turboréacteur.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour préciser le lieu d'implantation d'un dispositif de calage selon l'invention.
Dans un turboréacteur axial, un compresseur, par exemple un compresseur haute pression CHP comme représenté sur la figure 1, comportant plusieurs étages a pour fonction de comprimer les gaz avant combustion dans la chambre de combustion CC. Chaque étage est composé d'une roue mobile en rotation destinée à accélérer le flux axial, la roue portant des aubes A, et d'une couronne d'aubes fixes appelée redresseur de flux R destiné à produire l'élévation de pression.
Les aubes A des roues mobiles et les aubes fixes des redresseurs de flux R sont logées dans une chambre 1 délimitée par un carter 2. Ces redresseurs R sont montés à rotation sur le carter 2 du compresseur CHP afin de pouvoir être calés (ou orientés) dans des positions optimisant le guidage du flux par des dispositifs de calage, partiellement représentés. Plus précisément, bien que cela n'apparaisse pas sur la figure, plusieurs redresseurs R sont généralement installés entre deux étages d'aubes A, et leurs positions angulaires sont gérées par un même dispositif de calage.
Comme cela est mieux illustré sur la figure 2, chaque redresseur R comporte un axe de rotation 3 auquel est solidarisée fixement une biellette 4 rattachée à une couronne d'entraínement 5. Chaque couronne 5 est elle-même rattachée à un vérin 6 à course variable. Par ailleurs, tous les redresseurs R, installés entre deux étages d'aubes A, sont rattachés à une même couronne 5. Ils constituent ainsi, en quelque sorte, des étages. Le déplacement d'une couronne 5, à l'aide du vérin 6 associé, provoque donc le déplacement angulaire de l'ensemble des redresseurs R d'un étage.
La valeur de la course d'un vérin 6, et donc la position angulaire de calage des redresseurs R d'un étage, est déterminée à chaque instant par un module de traitement 7 en fonction des performances requises du turboréacteur et de mesures de position angulaire effectuées par un dispositif de détection sur l'un au moins des redresseurs R d'un étage, comme on le verra ci-après.
Les biellettes 4, solidarisées aux redresseurs R d'un même étage, la couronne 5 et le vérin 6 associés constituent les moyens d'entraínement d'un dispositif de calage, tandis que le dispositif de détection et le module de traitement 7 constituent les moyens de contrôle de ce dispositif de calage.
Selon l'invention, le dispositif de détection du dispositif de calage comprend, d'une première part, une source de lumière 8, d'une deuxième part, des moyens d'acheminement de la lumière 10 chargés de délivrer de la lumière au niveau d'une zone d'éclairement 11, d'une troisième part, un élément codeur 12 solidarisé à l'axe de rotation 3 de l'un des redresseurs R dans la zone d'éclairement 11 et chargé d'interagir avec la lumière d'éclairement pour générer des signaux optiques représentatifs de la position angulaire du redresseur 5, et d'une quatrième part, des moyens 13 chargés de collecter les signaux optiques pour les délivrer au module de traitement 7.
Préférentiellement, la source de lumière 8 est implantée à distance dans un boítier 9 qui loge également le module de traitement 7. Par ailleurs, les moyens d'acheminement de la lumière 10 sont, de préférence, réalisés sous la forme d'une ou plusieurs fibres optiques.
En raison du mode de détection utilisé, il est préférable qu'une partie au moins de l'élément codeur 12, l'extrémité aval de la fibre optique 10 et une partie au moins des moyens de collection 13 soient logés dans une enceinte 14 étanche à la lumière. Ainsi, les mesures optiques ne sont ni perturbées par la lumière parasite, ni par d'éventuelles poussières ou d'éventuels résidus, notamment graisseux, présents dans le turboréacteur.
Comme cela est mieux illustré sur la figure 3, l'élément codeur 12 se présente préférentiellement sous la forme d'une roue codeuse, et plus préférentiellement encore une portion de roue codeuse. Celle-ci comporte au moins une plage 15 agencée de manière à permettre la génération de signaux optiques variables en fonction de sa position au sein de la zone d'éclairement 11, et donc en fonction de la position angulaire du redresseur R à l'axe 3 duquel elle est solidarisée.
La détection peut s'opérer soit par réflexion, soit par transmission.
Un exemple de réalisation adapté à la détection par réflexion est illustré sur la figure 4. Ici, la plage 15 de la portion de roue codeuse 12 comporte plusieurs éléments réfléchissants 16 dont les dimensions et/ou motifs diffèrent afin que l'intensité de lumière réfléchie varie selon sa position angulaire. Ces éléments réfléchissants 16, de type tridimensionnel, peuvent être réalisés par dépôt sélectif ou par gravure, ou encore par photolithographie ou toute autre technique connue.
La lumière d'éclairement est délivrée au niveau de la zone d'éclairement 11 par l'extrémité aval de la fibre optique d'alimentation 10, puis réfléchie par les éléments réfléchissants 16, et enfin collectée par l'extrémité amont d'une ou plusieurs fibres optiques de collection 13a. Cette (ces) fibre(s) optique(s) de collection achemine(nt) alors la lumière réfléchie et collectée (ou signaux optiques collectés) au niveau du boítier 9 où elle fait (ils font) l'objet d'une mesure d'intensité, par exemple à l'aide d'un convertisseur photoélectrique du module de traitement 7. Le module de traitement 7 est alors agencé de manière à convertir l'intensité lumineuse mesurée en une mesure de position angulaire. Il peut par exemple comporter à cet effet, dans une mémoire, une table de correspondance entre des intensités lumineuses et des positions angulaires. En variante, il peut comporter un circuit ou un programme chargé de calculer la position en fonction de l'intensité mesurée.
Une fois la position angulaire mesurée, le module de traitement 7 peut la comparer à la position angulaire optimale que doivent prendre les redresseurs R de l'étage qu'il contrôle, afin que le turboréacteur offrent des performances choisies. La position angulaire optimale peut être soit déterminée par le module de traitement 7, en fonction d'instructions externes, soit fournie au module de traitement 7 par un module de contrôle externe.
Si la comparaison indique que les redresseurs doivent être recalés, alors le module de traitement 7 détermine de nouvelles données de position angulaire, qu'il transmet au vérin 6 afin qu'il modifie sa course en conséquence.
Comme cela est schématiquement illustré, l'extrémité aval de la fibre optique d'alimentation 10 peut être conformée afin d'illuminer la zone d'éclairement 11 sur une surface de dimensions choisies, et l'extrémité amont de la fibre optique de collection 13a peut être conformée afin de collecter la lumière réfléchie sur une surface de dimensions choisies. Mais, en variante ou en complément, on peut également prévoir entre une extrémité de fibre optique 10, 13a et la plage 15 des moyens de mise en forme optique, comme par exemple une lentille ou un condenseur.
Au lieu d'utiliser des éléments réfléchissants dans la plage 15, celle-ci peut être traitée de manière à présenter un coefficient de réflexion variable, par exemple progressif de l'une de ses extrémités à l'autre. D'une manière générale, tout moyen de réflexion conférant à la plage 15 une réflectivité variable peut être envisagé.
Par ailleurs, au lieu d'utiliser une ou plusieurs fibres optiques de collection 13a, on pourrait utiliser des photodétecteurs, par exemple de type CCD (pour "Coupling Charge Device").
Des exemples de réalisation adaptés à la détection par transmission sont illustrés sur les figures 5 à 10.
Dans l'exemple illustré sur la figure 5, la plage 15 de la portion de roue codeuse 12 comporte au moins une ouverture ou fente 17 conformée de manière à laisser passer une quantité de lumière d'éclairement variable selon la position angulaire de l'élément codeur. A cet effet, la fente 17 est par exemple à ouverture progressive, comme illustré sur la figure 7.
Mais, comme illustré sur la figure 8, la plage 15 pourrait comporter plusieurs fentes 18 de formes variables et/ou espacées les unes des autres d'un pas variable. D'autres réalisations sont également envisageables.
Pour collecter la lumière ayant traversé la plage 15 par sa ou ses fentes 17 ou 18, deux solutions peuvent être envisagées.
Une première solution, illustrée sur la figure 5, consiste à placer sous la portion de roue codeuse 12 un module de conversion photoélectrique 13b (ou tout autre moyen permettant de convertir des photons en une grandeur physique mesurable). Ce module de conversion 13b, qui assure donc ici directement la collection et la conversion des photons, est solidarisé à l'enceinte 14, par exemple à l'aide de pattes de fixation 19. Le résultat de la conversion est transmis par un câble 20 au module de traitement 7, afin de servir à l'élaboration des nouvelles données de position angulaire.
Une seconde solution, illustrée sur la figure 6, consiste à placer sous la portion de roue codeuse 12 une ou plusieurs fibres optiques de collection 13a, du type de celle présentée précédemment en référence à la figure 4. La lumière (ou signaux optiques collectés) qui a traversé la plage 15, par sa ou ses fentes 17 ou 18 (illustrée(s) sur les figures 7 et 8), est donc collectée par l'extrémité amont de la fibre optique de collection 13a qui l'achemine au niveau du boítier 9 où elle fait (ils font) l'objet d'une mesure d'intensité, par exemple à l'aide d'un convertisseur photoélectrique du module de traitement 7. Le module de traitement 7 est alors agencé de manière à convertir l'intensité lumineuse mesurée en une mesure de position angulaire. Le résultat de la conversion sert alors à l'élaboration des nouvelles données de position angulaire.
Comme dans l'exemple illustré sur la figure 5, la ou les fentes 17 ou 18 formées au niveau de la plage 15 peu(ven)t présenter tout type de forme et tout type d'espacement dès lors qu'elle(s) permet(tent) de faire varier l'intensité lumineuse collectée en fonction de la position de la portion de roue codeuse 12.
Par ailleurs, comme indiqué précédemment, les extrémités aval et amont des fibres optiques d'alimentation 10 et de collection 13a peuvent être conformées afin de délivrer ou collecter la lumière d'éclairement ou réfléchie sur des surfaces de dimensions choisies. Mais, en variante ou en complément, on peut également prévoir entre une extrémité de fibre optique 10, 13a et la plage 15 des moyens de mise en forme optique, comme par exemple une lentille ou un condenseur.
Au lieu de transmettre la lumière d'éclairement au travers de fente(s) 17 ou 18, on peut la transmettre via des matériaux à réflectivité variable, pourvus ou non de marquages (ou marques).
Par exemple, la plage 15 de la portion de roue codeuse 12 peut être réalisée dans un matériau transparent, à coefficient de transmission variable. A cet effet, la plage 15 peut être traitée de manière à présenter un coefficient de transmission croissant de l'une de ses extrémités à l'autre. A titre d'exemple uniquement, un matériau de type verre à épaisseur variable peut être teinté dans la masse selon un certain gradient. Dans ce cas, la collection peut s'effectuer soit à l'aide d'une ou plusieurs fibres optiques de collection 13a, soit à l'aide d'un module de conversion photoélectrique 13b, comme exposé précédemment.
Dans une variante, illustrée sur la figure 9, on peut former au niveau de la plage 15 des marquages (ou marques) 21 agissant soit comme des moyens de réflection locaux (dans ce cas le matériau placé entre des marquages adjacents est transparent), soit comme des moyens de transmission locaux (dans ce cas le matériau placé entre des marquages adjacents est absorbant). Ces marquages peuvent être réalisés par sablage, par usinage laser, par attaque chimique ou par toute autre technique connue de marquage. Les marquages 21 peuvent présenter des formes variables et/ou être espacés les uns des autres d'un pas variable.
Comme illustré, la collection peut s'effectuer à l'aide d'un module de conversion photoélectrique 13b (ou tout autre moyen permettant de convertir des photons en une grandeur physique mesurable), placé sous la portion de roue codeuse 12. Ce module de conversion 13b, qui assure donc ici directement la collection et la conversion des photons, est solidarisé à l'enceinte 14, par exemple à l'aide de pattes de fixation 19. Le résultat de la conversion est transmis par un câble 20 au module de traitement 7, afin de servir à l'élaboration des nouvelles données de position angulaire.
Mais, comme dans les modes de réalisation précédents, on pourrait collecter la lumière transmise avec une ou plusieurs fibres optiques 13a, éventuellement combinées à des moyens de mise en forme optique.
Dans une autre variante, illustrée sur la figure 10, on forme au niveau de la plage 15 des marquages (ou marques) 21 constituant un réseau gradué de pas large (c'est-à-dire nettement supérieur à la longueur d'onde de la lumière), et l'on prévoit en amont de la portion de roue codeuse 12 un condenseur 22, solidarisé à l'enceinte 14 par des pattes de fixation 23, suivi d'un réticule de balayage 24, également solidarisé à l'enceinte 14 par des pattes de fixation 25 et définissant un réseau gradué 26 de pas étroit. Lorsque la lumière d'éclairement diffractée par le réticule de balayage 24 rencontre le réseau de pas large 21, les composantes diffractées coïncident pratiquement, de sorte que l'on obtient en aval de la portion de roue codeuse 12 une espèce de "projection de lumière" de la structure graduée 21.
Tout déplacement de la portion de roue codeuse 12 par rapport au réticule de balayage 23 provoque des modulations ombre/lumière qui peuvent être détectées par un module de conversion photoélectrique 13b, de type multi-éléments, placé sous ladite portion de roue codeuse 12. Ce module de conversion 13b, qui assure donc ici directement la collection et la conversion des photons, est solidarisé à l'enceinte 14, par exemple à l'aide de pattes de fixation 19. Le résultat de la conversion est transmis par un câble 20 au module de traitement 7, afin de servir à l'élaboration des nouvelles données de position angulaire.
Une détection d'un type voisin peut également être envisagée dans le cas d'un fonctionnement en réflexion. Dans ce cas, on prévoit un réticule de balayage, définissant un réseau de phases transparent, interposé entre la lumière d'éclairement et la portion de roue codeuse 12 dont la plage 15 comporte un réseau de phases de type Diadur®, et un module de conversion photoélectrique 13b, de type multi-éléments, implanté en regard de la plage 15, du côté opposé à la zone d'éclairement 11 et chargé de délivrer des signaux électriques représentatifs des signaux optiques résultant de l'interaction entre la lumière d'éclairement, le réticule de balayage et les marquages. Ce type de détecteur, dit "à diffraction et interférence", est également commercialisé par la société Heidenhain.
Dans les modes de réalisation précédemment décrits, la mesure de position angulaire peut être soit de type absolue, soit de type relatif. Dans le cas d'une mesure relative, on peut prévoir une référence absolue sur la roue codeuse 12, ainsi que sur les éventuels réticules de balayage 24, et une mesure de zéro est préférentiellement effectuée lors de chaque arrêt du turboréacteur.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif de calage décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Claims (16)

  1. Dispositif de calage de redresseur(s) de flux pivotant(s) (R) pour un compresseur (CHP) de turboréacteur, comprenant des moyens d'entraínement (4-6) propres à entraíner en rotation au moins un axe (3) de redresseur (R) de manière à le caler angulairement en fonction de données de position délivrées par des moyens de contrôle (7-26), caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle comprennent des moyens d'éclairement (8,10) propres à délivrer une lumière au niveau d'une zone d'éclairement (11), un élément codeur (12) solidarisé audit axe (3) de redresseur dans ladite zone d'éclairement et agencé de manière à interagir avec ladite lumière pour générer des signaux optiques représentatifs de la position angulaire dudit redresseur (R), des moyens (13) de collection desdits signaux optiques, et des moyens de traitement (7) agencés pour déterminer des données de position angulaire à partir desdits signaux optiques collectés.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément codeur (12) est agencé sous la forme d'au moins une portion de roue codeuse munie d'au moins une plage (15) configurée de manière à permettre la génération de signaux optiques variables en fonction de sa position dans ladite zone d'éclairement (11).
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'éclairement (8,10) comprennent au moins une fibre optique (10) munie d'une extrémité conformée de manière à illuminer ladite zone d'éclairement (11) sur une surface de dimensions choisies.
  4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite plage (15) comporte au moins une fente (17,18) conformée de manière à transmettre ladite lumière différemment selon la position angulaire dudit élément codeur (12).
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite fente (17) est à ouverture progressive.
  6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite plage (15) comprend une multiplicité de fentes (18) de formes différentes et/ou espacées les unes des autres d'un pas variable.
  7. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite plage (15) est transparente et comporte au moins une zone munie de marquages (21).
  8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un réticule de balayage transparent (25) interposé entre ladite lumière d'éclairement et ledit élément codeur (12) et en ce que lesdits moyens de collection (13) comprennent des photodétecteurs (13b) implantés en regard de ladite plage (15), du côté opposé à ladite zone d'éclairement (11) et propres à délivrer des signaux électriques, représentatifs des signaux optiques résultant de l'interaction entre la lumière d'éclairement, ledit réticule de balayage (25) et lesdits marquages (21).
  9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de collection (13) comprennent des photodétecteurs (13b) implantés en regard de ladite plage (15), du côté opposé à ladite zone d'éclairement (11) et propres à délivrer des signaux électriques, représentatifs des signaux optiques transmis au niveau de ladite plage.
  10. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de collection (13) comprennent au moins une fibre optique (13a) munie d'une extrémité conformée de manière à collecter lesdits signaux optiques transmis au niveau de ladite plage (15).
  11. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite plage (15) comporte au moins un élément réfléchissant (16) conformé de manière à réfléchir ladite lumière différemment selon la position angulaire dudit élément codeur (12).
  12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un réticule de balayage transparent interposé entre ladite lumière d'éclairement et ledit élément codeur (12) et définissant un réseau de phase transparent, en ce que ledit élément réfléchissant comporte des marquages, et en ce que lesdits moyens de collection (13) comprennent des photodétecteurs implantés en amont dudit réticule de balayage et propres à délivrer des signaux électriques, représentatifs des signaux optiques résultant de l'interaction entre la lumière d'éclairement, ledit réticule de balayage et lesdits marquages.
  13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de collection (13) comprennent au moins une fibre optique (13a) munie d'une extrémité conformée de manière à collecter lesdits signaux optiques réfléchis au niveau de ladite plage (15).
  14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'une partie au moins dudit élément codeur (12), une partie desdits moyens d'éclairement (10) et une partie au moins desdits moyens de collection (13a, 13b) sont logés dans une enceinte (14) étanche à la lumière.
  15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (7) sont logés dans un boítier (9) distant dudit redresseur (R).
  16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraínement (4-6) comprennent une couronne (5) rattachée par une multiplicité de biellettes (4) à une multiplicité de redresseurs (R), et un vérin (6) propre à actionner ladite couronne (5) de manière à caler ladite multiplicité de redresseurs (R) dans des positions angulaires choisies en fonction desdites données de position angulaire déterminées par lesdits moyens de traitement (7).
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