FR2611230A1 - Turbomachine comportant un dispositif de commande du debit d'air de refroidissement de la turbine - Google Patents

Turbomachine comportant un dispositif de commande du debit d'air de refroidissement de la turbine Download PDF

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Abstract

UN ORGANE DE VARIATION DU DEBIT D'AIR PRELEVE DANS LE COMPRESSEUR HAUTE-PRESSION, TEL QU'UNE VANNE A PAPILLON 10 ET DESTINE AU REFROIDISSEMENT ET A LA VENTILATION DE LA TURBINE EST LIE MECANIQUEMENT A UN DISPOSITIF DE COMMANDE DU CALAGE VARIABLE DES AUBES D'UN ETAGE REDRESSEUR DU STATOR DE COMPRESSEUR, PAR EXEMPLE AU MOYEN D'UN LEVIER DE COMMANDE 13 ET D'UNE BIELLETTE DE LIAISON 14 A UN ANNEAU DE COMMANDE 15.

Description

DESCRIPTION
La présente invention concerne une turbomachine dans laquelle un dispositif commande le débit d'air prélevé en vue du refroidissement et de la ventilation de la turbine.
La recherche de hautes performances et de l'amélioration du rendement conduit dans les turbomachines modernes, et notamment pour les applications aeronautiques, à augmenter les températures d'entrée-de turbine en fonctionnement, ce qui impose, outre le développement de matériaux adaptés présentant des caractéristiques suffisantes de résistance aux diverses sollicitations mécaniques aux hautes températures d'utilisation, de prévoir également des dispositions pour la ventilation et le refroidissement des éléments de turbine. Dans une machine du genre comportant une turbine haute-pression et une turbine basse-pression, il peut devenir nécessaire d'appliquer de telles dispositions à l'une et à l'autre.
De manière courante, les prélèvements d'air en vue du refroidissement de la turbine basse-pression sont effectués sur le compresseur haute-pression de la turbomachine, au niveau d'un étage de redresseur à la hauteur duquel un niveau de compression suffisant est assuré. Ces prélèvements d'air ont une influence directe sur la consommation spécifique qui augmente, ce qui représente un paramètre important des performances recherchées dans les applications aéronautiques. Or, il a été constaté dans ce cas que ces répercussions défavorables pourraient être réduites en adaptant le débit d'air prélevé pour la ventilation et le refroidissement de la turbine basse-pression aux besoins en temps réel qui varient selon les conditions de fonctionnement de la turbomachine liées aux phases de vol de la mission.
Un fonctionnement à régime partiel a ainsi pu être observé pendant environ 80% du temps d'utilisation pendant lequel le débit d'air prélevé pourrait être réduit par rapport aux besoins de refroidissement maximal.
US-A-4 019 320 et US-A-4 069 662 décrivent des dispositions permettant une modulation de débit d'air prélevé par l'asservissement d'une vanne de réglage dont le moyen de commande est piloté à partir d'un parametre de fonctionnement de la turbomachine (vitesse de rotation, commande de carburant) et d'un paramètre extérieur (pression barométrique). FR-A-2 464 371 prévoit des réglages complémentaires du débit d'air au moyen d'une dérivation dans laquelle le débit est contrôlé.
FR-A-2 567 960 prévoit la modulation du débit d'air de refroidissement de la turbine au moyen d'une vanne commandée par un dispositif de manoeuvre placé à l'extérieur.
Par rapport aux solutions connues, l'invention vise à allier les avantages de sécurité et de simplicité de moyens mécaniques de commande à ceux d'une régulation obtenue sans faire appel à des systèmes complexes de régulation et en évitant d'utiliser des paramètres de fonctionnement de la turbomachine qui imposent des systèmes intermédiaires d'élaboration, de transmission et d'application de signaux. Ces avantages sont notamment obtenus dans une turbomachine comportant un dispositif de commande d'un débit d'air prélevé du genre précité et qui est caractérisé, selon l'invention, en ce que l'organe de variation dudit débit est lié mécaniquement à un dispositif de commande du calage variable des aubes d'un étage de redresseur du stator de compresseur.
Avantageusement, une vanne à papillon est placée sur le tube de prélèvement d'air au compresseur et le levier de commande dudit papillon est relié par une biellette de liaison à un anneau de commande appartenant audit dispositif de commande du calage variable des aubes de redresseur.
D'autres caractéristiques tt avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique en élévation d'une turbomachine comportant un dispositif de commande du débit d'air prélevé en vue du refroidissement de la turbine, réalisé conformément à l'invention - la figure 2 représente une vue agrandie du détail II de la figure 1 - la figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne
III-III du dispositif représenté à la figure 2 - la figure 4 représente une vue en section selon la ligne
IV-IV de la vanne du dispositif représenté à la figure 3 - la figure 5 représente une vue du côté avant du dispositif représenté à la figure 2
Une turbomachine 1, schématiquement représentée à la figure 1, comprend un module de compression 2 comportant notamment un compresseur axial multiétagé 2a à haute pression, suivi d'une chambre de combustion 3 et d'un module de turbine 4 comportant notamment une turbine haute pression 4a et une turbine basse pression 4b. La turbine basse pression 4b est composée notamment d'au moins un distributeur 4c et d'une roue mobile 4d auxquels est adjoint un circuit de refroidissement et de ventilation par de l'air qui est prélevé au compresseur haute pression 2a, au niveau d'un dispositif de prélèvement figuré en Il, qui sera décrit ci-après plus en détails, en référence aux figures 2 à 5.
Le prélèvement d'air de refroidissement au compresseur est effectué au niveau d'un étage d'aubes de redresseur, qui est, par exemple, dans le mode de réalisation de l'invention représenté aux dessins, le quatrième étage de redresseur comportant des aubes 5 fixes de stator. La virole interne 6.de carter de compresseur sur laquelle sont montées les aubes 5 de stator comporte un passage formant collecteur 7 en extrémité externe des aubes 5, qui est raccordé sur un tube 8 de prélèvement d'air qui traverse l'enveloppe externe 9 du compresseur et achemine l'air vers la turbine basse pression 4b, en vue de son refroidissement et sa ventilation . Sur ledit tube de prélèvement 8 est montée une vanne 10 de réglage du débit d'air. Cette vanne 10 comporte, par exemple, un papillon 11, entrainé en pivotement par un axe 12.Cet axe 12 est solidaire, à l'extérieur du tube 8, d'un levier de commande 13, susceptible d'un débattement, par exemple de 90 degrés, comme représenté à la figure 5. La seconde extrémité 13a du levier 13 est solidaire d'une première extrémité 14a d'une biellette 14 de liaison dont la seconde extrémité 14b est articulée sur un anneau de commande 15. Cet anneau 15 fait partie d'un dispositif de commande de calage variable des aubes d'un étage de redresseur, qui est, par exemple dans le mode de réalisation représenté, le deuxième étage de redresseur, comportant des aubes 16 de stator.
Les dispositions qui viennent d'être décrites permettent d'obtenir une adaptation du débit d'air de refroidissement de la turbine basse pression 4b, qui est prélevé par le tube 8 au niveau du compresseur haute pression 2a, aux besoins qui régulent les conditions de fonctionnement de la turbomachine 1. En particulier dans les applications aéronautiques, selon les besoins de la mission, lors de phases de fonctionnement en régime partiel de la turbomachine, une variation correspondante du calage des aubes de stator entraine, selon l'invention, par action du déplacement de l'anneau de commande 15, par l'intermédiaire de la biellette de liaison 14, un déplacement du levier de commande 13 qui actionne le papillon 11 de la vanne 10 dans le sens d'une diminution du débit d'air prélevé, d'où il résulte notamment une réduction de la consommation spécifique de la turbomachine. Par contre, aux positions de calage des aubes correspondant à un régime maximal de la turbomachine, où les besoins en refroidissement de la turbine basse pression 4b sont maximaux, le papillon 11 et ouvert au débit maximal d'air prélevé par le tube 8, sous l'action du dispositif de commande.

Claims (2)

REVENDICATIONS
1. - Turbomachine comportant un circuit de refroidissement et de ventilation d'une turbine basse-pression par de l'air prélevé dans le compresseur haute-pression associé à un dispositif de commande du débit d'air prélevé caractérisé en ce que l'organe (10) de variation dudit débit est lié mécaniquement à un dispositif (15) de commande du calage variable des aubes (16) d'un étage de redresseur du stator de compresseur.
2. - Turbomachine selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une vanne (10) du type à papillon (11) est placée sur le tube (8) de prélèvement d'air au compresseur et le levier de commande (13) dudit papillon (11) est relié par une biellette de liaison (14) à un anneau de commande (15) appartenant audit dispositif de commande du calage variable des aubes (16) de redresseur.
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