FR2458677A1

FR2458677A1 - Dispositif compensateur de jeu pour bandage de rotor

Info

Publication number: FR2458677A1
Application number: FR8012076A
Authority: FR
Inventors: Gordon Cyril May
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1981-01-02
Also published as: JPS6046241B2; JPS56503A; GB2050524B; DE3021258C2; US4343592A; GB2050524A; FR2458677B1; DE3021258A1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF COMPENSATEUR DU JEU EXISTANT ENTRE LA SURFACE INTERNE DU BANDAGE ANNULAIRE D'UN ROTOR DE MOTEUR A TURBINE A GAZ ET LES AUBES DE CE ROTOR, CONSISTANT EN UNE PLURALITE D'ORGANES ACTIONNEURS 32 REPARTIS CIRCONFERENTIELLEMENT ET QUI, SOUS L'ACTION DE DETECTEURS 33 MESURANT LES VARIATIONS DU JEU, DEPLACENT LE BANDAGE ANNULAIRE SUR L'AXE DU MOTEUR ET, EN CAS DE BESOIN, L'INCLINENT DANS UN PLAN NON PERPENDICULAIRE A CET AXE. LE DISPOSITIF CONVIENT PARTICULIEREMENT AUX BANDAGES DE ROTORS DE TURBINE HAUTE PRESSION D'UN MOTEUR A TURBINE A GAZ DONT IL PREVIENT LES BAISSES DE RENDEMENT CONSECUTIVES AUX VARIATIONS DE CE JEU.

Description

La présente invention concerne un bandage statique (ou anneau-enveloppe

d'étanchéité) pour rotor et, plus spécialement mais non exclusivement, un bandage pour rotor de moteur à turbine à gaz Dans les moteurs à turbine à gaz, à mesure que les températures et les pressions augmentaient et que les

ingénieurs d'études cherchaient à obtenir des carbu-

rants le plus grand rendement possible, il est apparu de plus en plus nettement que des pertes considérables pouvaient être occasionnées par une valeur inadéquate

du jeu entre les rotors du moteur et les bandages as-

sociés. Ceci se produit en particulier dans la zone de la turbine o les plus grandes vitesses et les plus hautes températures entraînent des charges thermiques et centrifuges considérables pour le rotor et exigent de ce fait une certaine harmonisation de la dilatation

du bandage statique permettant d'éviter des jeux anor-

malement grands.

Une solution possible à ces problèmes consiste à don-

ner au bandage statique une surface interne tronconi-

que coopérant avec la périphérie du rotor pour ne laisser subsister qu'un faible jeu et assurer de ce fait l'étanchéité. Le déplacement axial du bandage

permet donc de faire varier ce jeu d'une façon pré-

déterminée ou de le maintenir à une valeur fixée.

De tels dispositifs sont décrits dans les Demandes de brevets britannique N2 24.114/78 et française Ng

7905999, au même nom que la présente.

Ces dispositifs peuvent donner entière satisfaction

si le carter du moteur et le rotor restent concen-

triques de façon que toute variation de jeu soit iden-

tique sur toute la périphérie du bandage. Mais mal-

heureusement, dans certaines circonstances, les car- ters peuvent s'écarter d'une section parfaitement circulaire et, dans ce cas, les dispositifs anciens, bien que laissant un jeu suffisant sur une partie de la périphérie, laisseront subsister des zones dans lesquelles ce jeu sera ou trop grand ou trop petit La présente invention a pour objet de réaliser une construction permettant de compenser au moins les variations de granie ampleur dans le jeu entourant cette périphérie

Le bandage statique de rotor selon la présente inven-

tion comprend un anneau-enveloppe possédant une sur-

face interne tronconique appropriée à coopérer avec une partie périphérique dudit rotor pour définir un faible jeu entre ces deux éléments, et une pluralité d'organes actionneurs appropriés à déplacer cet anneau

axialement pour faire varier ce jeu de façon prédéter-

minée, lesdits organes actionneurs étant appropriés à incliner cet anneau en cas de besoin pour compenser l'excentricité existant entre le rotor et l'anneau Selon un mode préféré de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte une pluralité d'organes

actionneurs agissant chacun directement, indépendam-

ment des autres, sur une partie de l'anneau, et com-

mandés chacun en réponse à une valeur dudit jeu mesu-

rée à la partie de l'anneau, ou au voisinage de celle-ci, mise en mouvement par l'organe actionneur

respectif. C'est ainsi que le dispositif pourra com-

porter un détecteur mesurant ce jeu à chacun des

pointa- - de l'anneau actionnés par l'un desdits or-

ganes actionneurs, ou au voisinage de chacun, d'eux La disposition optimale sera celle dans laquelle les organes actionneurs seront au nombre de trois, le moyen préféré pour déplacer l'anneau consistant en

des excentriques actionnés par des pistons par l'in-

termédiaire d'un système de leviers.

L'anneau pourra être flottant sous l'action des or-

ganes actionneurs ou monté sur un système de suspen-

sion en cardan de façon à être contraint de pivoter

autour d'un point central fixe.

L'invention est décrite ci-après en détail en se ré-

férant à deux exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté, en partie écorchée,

d'un turboréacteur équipé d'un bandage statique se-

lon l'invention - la figure 2 est une coupe à plus grande échelle, dans le sens de l'axe longitudinal du moteur, du bandage statique de la figure 1; - la figure 3 est une coupe radiale selon la ligne 3-3 de la figure 2 mais à plus petite échelle; - la figure 4 est une vue de détail selon la flèche 4 de la figure 2; - la figure 5 est une vue, semblable à celle de la figure 3, montrant un autre mode de réalisation de l'invention; et la figure 6 est une coupe selon la ligne 6-6 de la figure 5

La figure 1 montre un moteur à turbine à gaz compre-

nant un carter 10 à l'intérieur duquel est montée, dans l'ordre de l'écoulement des gaz, la combinaison

habituelle d'un compresseur 11, d'une chambre de com-

bustion 12, et d'une turbine 13, et qui forme, à sa

périphérie aval, une tuyère propulsive 14. Le fonc-

tionnement de ce moteur est classique dans ses grandes

lignes et ne sera donc pas décrit ici. On devra né-

anmoins souligner que, bien qu'il soit décrit exclusi-

vement sous la forme représentée, il pourrait fort bien constituer l'élément central d'un moteur de plus

grandes dimensions tel qu'un turboréacteur à souf-

flante.

Dans la région de la turbine, le carter 10 est êpor-

ché pour laisser apparaître la chambre de combustion , l'aubage distributeur 16, et le premier étage d'aubes mobiles de turbine 17 portées par un flasque de rotor 18. Les aubes 17 travaillent à l'intérieur d'un conduit annulaire dont la périphérie interne est définie par des plateaux 19 portés par les aubes elles

-mêmes. La périphérie externe de ce conduit est cons-

tituée par une surface interne tronconique 20 d'un bandage annulaire 21

Le jeu entre la surface 20 et les extrémités exté-

rieures ou pointes 22 des aubes 17 doit conserver une valeur faible si l'on veut que la turbine fonctionne efficacement. On voit donc que toute fuite de gaz par ce jeu représente une perte d'énergie pour la turbine, donc une baisse de rendement. Du fait que la température des aubes mobiles 17 est très élevée et que leur vitesse de rotation, dans les conditions de fonctionnement, est également très grande, les pointes 22 des aubes sont sujettes à des dilatations et à des contractions considérables. En fait, dans certains cas, ces écarts de dimensions peuvent Otre de l'ordre de 2 à 3 mm. Il serait évidemment possible de faire en sorte que la surface interne 20 du bandage annulaire 21 soit montée assez loin des pointes des

aubes pour que ces pointes puissent croître au maxi-

mum sans toucher la surface 20. Mais ceci nécessi-

terait un jeu si important, dans des conditions de fonctionnement à plus basse température ou à plus

faible vitesse, qu'il entraînerait un handicap inac-

ceptable pour le rendement du moteur Pour cette raison, dans le dispositif représenté, le bandage annulaire 21 est susceptible d'un déplacement axial permettant de régler le jeu entre la surface tronconique 20 et les extrémités (ou pointes) obliques 22 des aubes. A cette fin, le bandage 21 comporte,

dans sa surface externe 23 (voir figure 2) un évide-

ment allongé 24 dans lequel un coulisseau 25 main-

tient en place un excentrique 26. Ce dernier est porté par un axe 27 traversant le carter 10 du moteur et porte, à son extrémité extérieure, un joint cannelé 28 s'engageant dans un levier 29. Comme on le voit parfaitement bien sur la figure 4, ce levier 29 est actionné, par l'intermédiaire d'un joint à rotule 30,

par le piston 31 d'un cylindre 32.

Comme il a été décrit jusqu'ici, ce dispositif est

semblable à celui de nos précédents brevets dans les-

quels le bandage réfrigéré peut se déplacer dans l'axe longitudinal du moteur. Mais dans le présent brevet, les organes actionneurs constitués par les unités à cylindre et piston 31-32 et par les excentriques 26

sont au nombre de trois, et un détecteur 33 est dis-

posé sur le même rayon que chaque point d'engagement entre l'excentrique 26 et l'évidement correspondant 24. Comme il apparalt sur la figure 3, le détecteur 33 est connecté à un groupe de commande 34 réglant, à partir d'une source 35, l'alimentation en fluide pressurisé du cylindre 32. Le système de commande de chaque unité cylindre-piston est donc complètement indépendant de celui des deux autres unités. On voit donc que si chaque groupe de commande 34 est disposé de façon à obliger son piston respectif 31 à déplacer

l'excentrique 26 pour produire un faible jeu prédéter-

miné à l'endroit de son détecteur 33, le bandage sera

déplacé de façon à corriger une excentricité éventuel-

le entre le rotor et le bandage. En se basant, par exemple, sur la représentation de la figure 3, si le rotor 18 venait à s'affaisser par rapport au carter du moteur, le jeu augmenterait à la partie supérieure

et diminuerait à la partie inférieure.

Le détecteur 33, placé à la partie supérieure, détec-

tera une augmentation du jeu et incitera son unité cylindre-piston 31-32 à déplacer le bandage 21 vers l'aval pour réduire ce jeu. Simultanément, les deux autres détecteurs constateront une diminution du jeu et inciteront leurs unités cylindre-piston à déplacer

vers l'amont les parties de bandage leur faisant face.

L'effet global sera donc de déplacer la partie supé-

rieure du bandage vers l'aval et sa partie inférieure

vers l'amont, donc d'incliner le bandage.

On notera que l'emploi de trois unités cylindre-piston séparées permet à chacune d'elles d'agir tout à fait

indépendamment des deux autres sans qu'il y ait con-

tradiction entre les trois organes actionneurs.

On pourrait évidemment utiliser un plus grand nombre

d'unités cylindre-piston mais, dans ce cas, il fau-.

drait prévoir une coordination de leur fonctionnement

pour éviter qu'ils ne se contredisent.

On comprendra également que, bien que ce dispositif

permette de remédier parfaitement aux écarts impor-

tants de jeu, tels que ceux provoqués par une excen-

tricité, il ne peut pas remédier aux écarts plus fai-

bles tels que ceux produits par une ou plusieurs pointes d'aubes 22 qui dépasseraient les autres Outre les caractéristiques fonctionnelles précitées, fondamentales pour le fonctionnement du dispositif,

celui-ci possède plusieurs caractéristiques secon-

daires dignes d'être notées. Il est clairement sou-

haitable de pouvoir empêcher les gaz chauds de fuir entre le plateau des aubes distributrices 16 et le bandage annulaire 21 car une telle fuite pourrait court-circuiter les aubes de turbine 17 et handicaper le rendement du moteur, tout comme un jeu excessif entre les aubes 17 et la surface 20. Pour éviter cet incident, le bandage 21 possède, à sa partie amont, une partie saillante 34 ayant la forme d'un flasque

annulaire dont la surface externe est jointe étanché-

ment, par un segment de piston 35, à une partie sail-

lante 36 faisant partie de la structure fixe du mo-

teur. De plus, le bandage 21 possède, sur sa face aval, une surface cylindrique 37 formée sur une por-

tion dudit bandage et jointe étanchément, par un seg-

ment de piston 38, à un flasque 39 joint au carter 10.

Les segments 35 et 38 empêchent donc toute fuite de

gaz chauds par l'arrière du bandage 21.

Bien que la surface 20 ait été décrite comme faisant partie du bandage annulaire 21, elle est constituée, dans ce mode de réalisation, par un organe annulaire

séparé accroché en 40 et 41 à la surface interne pro-

prement dite du bandage. Une plaque annulaire 42, attenante au bandage et possédant une partie saillante annulaire 43 appuyant sur l!organe annulaire 20 pour maintenir accrochés les crochets 40 et 41, empêche cet organe annulaire de se détacher. Des lumières 44 et 45, percées dans le bandage 21, laissent parvenir de l'air réfrigérant à cet organe amovible 20 On notera que les excentriques 26, du fait qu'ils fonctionnent indépendamment les uns des autres, se déplaceront les uns par rapport aux autres dans le sens de la circonférence du bandage. Il est évident que ce déplacement doit pouvoir se faire, sans quoi les excentriques s'enrayeraient s'ils essayaient de se déplacer indépendamment les uns des autres Pour permettre ce mouvement, chaque excentrique agit

sur son coulisseau 25 qui peut se déplacer circonfé-

rentiellement dans son évidement allongé 24, mais qui

est immobilisé axialement.

Le déplacement axial des excentriques se transmet donc au bandage, tandis que le glissement des coulisseaux dans leurs évidements respectifs 24 suffit à permettre

aux excentriques de se déplacer circonférentiellement.

Pour empêcher un mouvement circonférentiel total du bandage, un ergot 47, saillant de la surface externe du bandage, s'engage dans une rainure 48 ménagée dans

la partie fixe du moteur.

On notera que, dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, le bandage annulaire oscille autour

d'un centre dont la position varie selon les mouve-

ments individuels des organes actionneurs. Cette par-

ticularité peut être fâcheuse et c'est pourquoi les figures 5 et 6 représentent un mode de réalisation dans lequel le centre d'oscillation se trouve sur ' l'axe longidudinal du moteur. Dans ce second mode de réalisation, un bandage annulaire 51, semblable au bandage 21, est monté sur les deux pivots horizontaux 52 d'un anneau de joint de cardan 53. Cet anneau 53 lui-même est monté entre les pivots verticaux 54 d'un

anneau coulissant 55. Ce dernier comporte des lan-

guettes 56 s'engageant dans des rainures 57 d'une

enveloppe 58.

Dans ce mode de réalisation également, le dispositif

comporte trois organes actionneurs 59 possédant cha-

cun son propre détecteur 60 et son groupe de commande 61. Dans l'exemple représenté, les organes actions

neurs 59 ne sont représentés que par les pistons a-

gissant dans leur sens axial direct sur le bandage 51.

Le fonctionnement des détecteurs et des organes ac-

tionneurs est semblable à celui de l'exemple précédent

mais on remarquera que la translation axiale du ban-

dage 51 est assurée par le glissement de l'anneau cou-

lissant 55 par rapport à l'enveloppe 58. L'oscilla-

tion du bandage est assurée séparément par la suspen-

sion en cardan. Par conséquent, dans ce mode de réa-

lisation, le mouvement du bandage est mieux dirigé

du fait qu'il doit toujours osciller sur l'axe du mo-

teur en-raison de la contrainte produite par la sus-

pension en cardan, mais il est évident que ce dispo-

sitif est plus compliqué que celui du premier mode de réalisation. Dans les deux exemples décrits, les détecteurs 33 et sont constitués par l'un quelconque des nombreux

appareils connus des spécialistes, tels que les appa-

reils pneumatiques, magnétiques, optiques ou mécani-

ques * De même les groupes de commande 34 et 61 pour-

ront être pneumatiques, hydrauliques, hydroxiécaniques

ou électroniques.

Il est, de plus, évident qu'il sera possible de s'é-

carter de diverses façons des modes de réalisation décrits et en particulier que le dispositif selon l'invention sera applicable à d'autres cas que celui

du réglage d'un bandage tel qu'il a été décrit.

Les mécanismes d'actionnement également seront sus-

ceptibles de modifications appropriées.

Claims

REVENDICATIONS

1. Bandage statique pour rotor, comprenant un anneau-

enveloppe possédant uns surface interne tronconique appropriée à coopérer avec une partie périphérique dudit rotor pour définir un faible jeu entre ces deux éléments, et une pluralité d'organes action- neurs appropriés à déplacer cet anneau axialement pour faire varier ce jeu de façon prédéterminée, caractérisé en-ce que lesdits organes actionneure sont appropriés à incliner cet anneau en cas de besoin pour compenser l'excentricité existant entre le rotor et l'anneau

2. Bandage statique pour rotor selon la Revendication

1, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'organes actionneurs agissant chacun directement,

indépendamment des autres, sur une partie de l'an-

neau, et commandés chacun en réponse à une valeur

dudit jeu mesurée à, ou près de, la partie de l'an-

neau sur laquelle agit l'organe actionneur respec-

tif.

3. Bandage statique pour rotor selon la Revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur correspondant à chacun desdits organes actionneurs et approprié à mesurer ledit jeu à, ou près de, chacun des points de l'anneau sur lequel agit l'un desdits organes actionneurs o

4. Bandage statique pour rotor selon la Revendication

2, caractérisé en ce que lesdits organes action-

neurs sont au nombre de trois.

5. Bandage statique pour rotor selon la Revendication 1, caractérisé en ce que lesdits organes action- neurs comportent des excentriques tournant sur des

axes radiaux pour déplacer ledit bandage annulaire.

6. Bandage statique pour rotor selon la Revendication , caractérisé en ce que chacun desdits excentri-

ques s'engage dans un coulisseau immobilisé axia-

lement mais coulissant circonférentiellement par

rapport au bandage annulaire.

7. Bandage statique pour rotor selon la Revendication 6, caractérisé par une emprise entre ledit bandage annulaire et la structure fixe voisine aux fins d'empocher ledit bandage de tourner d'un bloc dans

un sens circonférentiel.

8. Bandage statique pour rotor selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit bandage annulaire

est monté sur deux anneaux constituant une suspen-

sion en cardan, l'anneau externe de ladite suspen-

sion en cardan pouvant coulisser axialement par

rapport au rotor.