FR3110203A1 - Dispositif de commande de portes de décharge pour une turbomachine d’aéronef et turbomachine le comportant - Google Patents

Dispositif de commande de portes de décharge pour une turbomachine d’aéronef et turbomachine le comportant Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un dispositif de commande (10) de portes de décharge pour une turbomachine d’aéronef, ce dispositif de commande (10) étant destiné à s’étendre autour d’un carter (12) et d’un axe (X) de la turbomachine et comportant des moyens de liaison auxdites portes, caractérisé en ce qu’il comprend une chaîne de transmission (16) composée de plusieurs maillons reliés les uns aux autres et formant une boucle fermée destinée à s’étendre autour du carter (12), et en ce que lesdits moyens de liaison comprennent des arbres de liaison (20) engrenés avec la chaine de transmission (16) et configurés pour coopérer avec une des portes de façon à la déplacer lors d’un déplacement de la chaine de transmission (16). L’invention concerne aussi une turbomachine d’aéronef, comportant un tel dispositif de commande (10) et des moyens de déplacement du dispositif de commande (10) autour du carter (12) en vue du déplacement des portes. Figure pour l'abrégé : Figure 3

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE DE PORTES DE DÉCHARGE POUR UNE TURBOMACHINE D’AÉRONEF ET TURBOMACHINE LE COMPORTANT
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte aux turbomachines d’aéronefs. Elle concerne plus particulièrement le mécanisme des portes de décharge.
Arrière-plan technique
Dans une turbomachine, des portes de décharges sont généralement installées en une rangée annulaire sur la paroi extérieure de la veine du compresseur. Leur ouverture et leur fermeture servent alors à régler un débit de fuite d’air en fonction des conditions d’utilisation de la turbomachine, par exemple pour éviter le pompage.
Une solution connue consiste à utiliser un anneau de commande souvent désigné par l’acronyme VBV provenant du terme anglo-saxonVariable Bleed Valve. Un tel anneau est positionné à l’extérieur de la veine entre le carter du compresseur et un capot externe, dont la rotation actionne des dispositifs d’actionnement par leviers entraînant les portes de décharge.
L’anneau de commande est une pièce critique sur ce système de décharge d’air, notamment pour la précision d’ouverture et fermeture des portes de décharges. Tout défaut de précision provoque une hystérésis du système de décharge et donc un retard à la consigne. Pour assurer cette précision, l’anneau de commande doit donc être rigide et peu sensible aux hautes températures de son environnement. Il est ainsi connu d’utiliser un anneau monobloc en titane, c’est-à-dire lourd et coûteux.
En outre, pour chaque porte de décharge, un dispositif d’actionnement par leviers est fixé par une attache à l’anneau de commande, de manière à transformer le mouvement de rotation de l’anneau autour de l’axe du carter en un mouvement d’ouverture ou de fermeture de la porte. L’attache est agencée pour former une liaison adaptée entre l’anneau de commande et les éléments du dispositif de leviers.
Or, une telle pluralité de dispositifs d’actionnement par leviers capable d’assurer la précision nécessaire pour l’ouverture et la fermeture des portes est également couteuse, complexe et lourd.
La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités.
L’invention propose à cet effet un dispositif de commande de portes de décharge pour une turbomachine d’aéronef, ce dispositif de commande étant destiné à s’étendre autour d’un carter et d’un axe de la turbomachine et comportant des moyens de liaison auxdites portes.
Selon l’invention, ce dispositif de commande comprend une chaîne de transmission composée de plusieurs maillons reliés les uns aux autres et formant une boucle fermée destinée à s’étendre autour du carter, et en ce que lesdits moyens de liaison comprennent des arbres de liaison parallèles entre eux et audit axe, chacun de ces arbres de liaison portant un pignon engrené́ avec la chaine de transmission de façon à ce que l’arbre de liaison puisse tourner autour de son axe lors d’un déplacement de la chaîne de transmission autour du carter, et chacun de ces arbres de liaison étant configuré pour coopérer avec une des portes de façon à la déplacer lorsque l’arbre de liaison tourne autour de son axe.
L’invention prévoit ainsi de remplacer l’anneau de commande massif de l’art antérieur par une chaine de transmission moins encombrante, moins lourde mais garantissant la même tenue mécanique.
La transmission par chaîne de l’invention permet ainsi d’obtenir un dispositif de commande des portes de décharges ayant une masse et un volume plus avantageux tout en répondant aux contraintes de fonctionnement et d’installation.
Le dispositif de commande, selon l’invention, peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la chaîne a une forme générale polygonale en position de fonctionnement, et comprend plusieurs segments rectilignes reliés les uns aux autres par des angles.
- les arbres de liaison sont situés au niveau des angles de la chaîne et radialement à l’intérieur de celle-ci par rapport audit axe.
- il comprend des galets tendeurs qui sont montés libres en rotation autour d’axes parallèles audit axe et qui prennent appui en direction radiale sur la chaîne de transmission.
- les galets tendeurs sont régulièrement répartis autour dudit axe.
- les galets tendeurs sont des pignons qui sont chacun engrenés avec la chaine de transmission.
- les galets tendeurs sont situés radialement à l’extérieur de la chaîne de transmission, par rapport audit axe, et prennent appui radialement vers l’intérieur sur cette chaîne de transmission.
- les galets tendeurs prennent appui sensiblement au milieu desdits segments.
- chacun des arbres de liaison comprend une portion filetée engrenée avec un pignon relié par au moins une biellette à la porte correspondante.
La présente invention concerne également une turbomachine d’aéronef, comportant un carter qui définit extérieurement une veine annulaire d’écoulement d’un flux de gaz et qui comporte une rangée annulaire d’orifices de décharge obturables par des portes. La turbomachine comporte un dispositif tel que décrit précédemment, qui s’étend autour du carter et dont les moyens de liaison sont reliés auxdites portes. La turbomachine comporte en outre des moyens de déplacement du dispositif de commande autour du carter en vue du déplacement des portes depuis des positions d’ouverture des orifices jusqu’à des positions de fermeture de ces orifices.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente une vue en perspective d’un carter d’une veine annulaire d’une turbomachine et de son dispositif de commande de portes de décharges comprenant un anneau de commande selon l’art antérieur ;
La figure 2 représente une vue en perspective du dispositif de commande de l’art antérieur de la figure 1 ;
La figure 3 représente une vue en perspective d’un carter d’une veine annulaire d’une turbomachine et de son dispositif de commande de portes de décharges comprenant une chaîne de transmission selon l’invention ; et
La figure 4 représente une vue en perspective détaillée et partielle d’une chaine de transmission du dispositif de commande et d’un moyen de liaison reliant la chaine à une porte de décharge.
Description détaillée de l'invention
Un dispositif de commande auquel s’adresse l’invention est par exemple installé dans une turbomachine d’aéronef, notamment à double flux, comportant un compresseur basse pression.
Comme illustré sur la figure 1, dans la turbomachine, un carter 12 définit extérieurement une veine annulaire 14 d’écoulement d’un flux de gaz, notamment le flux primaire en entrée du compresseur, s’écoulant en particulier parallèlement à un axe longitudinal X de la turbomachine. Le carter 12 comporte une rangée annulaire d’orifices de décharge obturables par des portes de décharges 2.
Un dispositif de commande de l’art antérieur est également illustré figure 1 et plus en détail figure 2 et comprend un anneau circulaire monobloc 1 en titane permettant de commander l’ouverture ou la fermeture des portes de décharges 2a-2h en fonction des conditions d’utilisation de la turbomachine. Cet anneau 1 est centré sur l’axe X de la turbomachine et placé dans l’espace entourant le carter 12. La mise en rotation de l’anneau de commande 1 est effectuée par des actionneurs qui sont également situés à l’extérieur du carter 12 de la veine annulaire 14.
Les actionneurs et le compresseur de la turbomachine ne sont pas représentés sur ces figures pour mieux distinguer les éléments de l’anneau 1.
Sur cet exemple, l’anneau 1 commande huit portes de décharge 2a-2h. Pour chaque porte de décharge 2a, un dispositif d’actionnement par leviers 3 est fixé par une attache 4 à l’anneau 1, de manière à transformer le mouvement de rotation de l’anneau 1 autour de l’axe X du carter en un mouvement d’ouverture ou de fermeture de la porte 2a. L’attache 4 est agencée pour former une liaison adaptée entre l’anneau de commande 1 et les éléments du dispositif de leviers 3. Ici, il s’agit d’une liaison pivot autour d’un axe sensiblement radial entre l’anneau de commande 1 et un guignol du dispositif de leviers 3.
Sur la figure 3 est représenté un dispositif de commande 10 de décharge pour une turbomachine selon l’invention. Un tel dispositif de commande 10 est adapté à la configuration de portes de décharges 2a-2h décrite précédemment et disposé autour d’un carter 12 similaire à celui décrit précédemment. Ce dispositif de commande 10 s’étend ainsi autour du carter 12 et de l’axe longitudinal X de la turbomachine.
La direction axiale ou longitudinale correspond à la direction de l'axe longitudinal X. La direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe X et la direction circonférentielle est une direction perpendiculaire à la direction axiale et à la direction radiale. Par ailleurs, sauf précision contraire, les adjectifs intérieur/interne et extérieur/externe sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure (i.e. radialement intérieure) d'un élément est plus proche de l'axe X que la partie extérieure (i.e. radialement extérieure) du même élément. Enfin, l'amont et l'aval sont définis ici par rapport au sens F d'écoulement normal du fluide (de l'amont vers l'aval) à travers la turbomachine.
Le dispositif 10 comprend une chaîne de transmission 16 composée de plusieurs maillons (référencés 19 sur la figure 4) reliés les uns aux autres et formant une boucle fermée. Cette chaîne 16 s’étend autour du carter 12. La chaîne 16 a une forme générale polygonale en position de fonctionnement, ici un hexagone régulier. La chaîne 16 comprend plusieurs segments rectilignes 17 reliés les uns aux autres par des angles 15. La chaîne 16 est par exemple conçue avec une tenue mécanique équivalente à la tenue de l’anneau de commande de l’art antérieur mais une masse inférieure, notamment grâce à ses maillons. La zone dans laquelle se trouve la chaîne 16 n’est pas impactée par la dilatation.
Le dispositif 10 comprend en outre des galets tendeurs 30 qui sont montés libres en rotation autour d’axes Z parallèles à l’axe X et prennent appui en direction radiale sur la chaîne de transmission 16 de manière à tendre cette dernière. Les galets 30 sont régulièrement répartis autour de l’axe X. Les galets 30 sont par exemple des pignons qui sont chacun engrenés avec la chaîne 16. Ils sont situés radialement à l’extérieur de la chaîne 16 par rapport à l’axe X. Ils prennent appui radialement vers l’intérieur sur la chaîne 16 et notamment prennent appui sensiblement au milieu des segments 17 de la chaîne 16. Le dispositif de commande 10 comprend par exemple autant de galets 30 que de segments 17.
Le dispositif 10 comporte des moyens de liaison (référencés 18 sur la figure 4) aux portes de décharges 2. Ces moyens de liaison sont situés au niveau des angles 15 de la chaîne 16 et radialement à l’intérieur de la chaîne 16 par rapport à l’axe X.
Comme représentés sur la figure 4, ces moyens de liaison 18 comprennent des arbres de liaison 20 parallèles entre eux et à l’axe X s’étendant chacun selon un axe Y. Chacun de ces arbres de liaison 20 porte un pignon 22 engrené avec la chaîne de transmission 16. Ainsi, lorsque la chaîne de transmission 16 se déplace autour du carter 12, chaque segment 17 se déplace selon la direction M1, sensiblement circonférentielle, et le pignon 22 engrené avec la chaîne 16 fait tourner l’arbre de liaison 20 autour de son axe Y et selon une direction de rotation R1.
En outre, chacun de ces arbres 20 est configuré pour coopérer avec une des portes 2 de façon à la déplacer lorsque l’arbre de liaison 20 tourne autour de son axe Y. Pour cela, chacun des arbres de liaison 20 comprend par exemple une portion filetée 21 engrenée avec un second pignon 24. Ce second pignon 24 tourne autour d’un axe Y’ selon une direction de rotation R2. L’axe de rotation Y’ du second pignon 24 est sensiblement circonférentielle et perpendiculaire à l’axe de rotation Y de l’arbre de liaison 20. Ce second pignon 24 est relié par au moins une biellette 26 à la porte 2 correspondante. Le second pignon 24 et/ou la biellette 26 font notamment partie des moyens de liaison 18.
La porte 2 s’ouvre et se ferme par un mouvement de rotation de direction R3 autour d’un axe Y’’, parallèle à l’axe Y’ de rotation du second pignon 24.
Autrement dit, lorsque l’arbre de liaison 20 tourne autour de son axe Y, il entraîne le second pignon 24 par l’intermédiaire de sa portion filetée 21. Le second pignon 24, par l’intermédiaire du déplacement de la biellette 26, va ouvrir ou fermer la porte 2 par rotation autour de son axe Y’’, parallèle à l’axe Y’. L’ouverture et la fermeture des portes 2 correspond respectivement à la libération et l’obturation des orifices de décharges.
Les moyens de liaison 18 sont moins complexes, moins lourd et plus économique que les dispositifs d’actionnement par levier de l’art antérieur.
L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef, comportant le carter 12 et le dispositif de commande 10 tel que décrit précédemment, qui s’étend autour du carter 12 et dont les moyens de liaison 18 sont reliés aux portes 2. La turbomachine comporte en outre des moyens de déplacement (non représentés) du dispositif de commande 10 autour du carter 12 en vue du déplacement des portes 2 depuis des positions d’ouverture des orifices jusqu’à des positions de fermeture de ces orifices.
Le dispositif de commande 10 des portes 2 de décharges avec une transmission par chaîne 16 permet ainsi, tout en répondant aux contraintes de fonctionnement et d’installation, d’optimiser la masse et le volume d’encombrement sur une turbomachine.

Claims (10)

  1. Dispositif de commande (10) de portes de décharge (2) pour une turbomachine d’aéronef, ce dispositif de commande (10) étant destiné à s’étendre autour d’un carter (12) et d’un axe (X) de la turbomachine et comportant des moyens de liaison (18) auxdites portes (2), caractérisé en ce qu’il comprend une chaîne de transmission (16) composée de plusieurs maillons (19) reliés les uns aux autres et formant une boucle fermée destinée à s’étendre autour du carter (12), et en ce que lesdits moyens de liaison (18) comprennent des arbres de liaison (20) parallèles entre eux et audit axe (X), chacun de ces arbres de liaison (20) portant un pignon (22) engrené avec la chaine de transmission (16) de façon à ce que l’arbre de liaison (20) puisse tourner autour de son axe (Y) lors d’un déplacement de la chaîne de transmission (16) autour du carter (12), et chacun de ces arbres de liaison (20) étant configuré pour coopérer avec une des portes (2) de façon à la déplacer lorsque l’arbre de liaison (20) tourne autour de son axe (Y).
  2. Dispositif (10) selon la revendication 1, dans lequel la chaîne (16) a une forme générale polygonale en position de fonctionnement, et comprend plusieurs segments (17) rectilignes reliés les uns aux autres par des angles (15).
  3. Dispositif (10) selon la revendication 2, dans lequel les arbres de liaison (20) sont situés au niveau des angles (15) de la chaîne (16) et radialement à l’intérieur de celle-ci par rapport audit axe (X).
  4. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend des galets tendeurs (30) qui sont montés libres en rotation autour d’axes (Z) parallèles audit axe (X) et qui prennent appui en direction radiale sur la chaîne de transmission (16).
  5. Dispositif (10) selon la revendication 4, dans lequel les galets tendeurs (30) sont régulièrement répartis autour dudit axe (X).
  6. Dispositif (10) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel les galets tendeurs (30) sont des pignons qui sont chacun engrenés avec la chaine de transmission (16).
  7. Dispositif (10) selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel les galets tendeurs (30) sont situés radialement à l’extérieur de la chaîne de transmission (16), par rapport audit axe (X), et prennent appui radialement vers l’intérieur sur cette chaîne de transmission (16).
  8. Dispositif (10) selon l’une des revendications 4 à 7, en dépendance de la revendication 2 ou 3, dans lequel les galets tendeurs (30) prennent appui sensiblement au milieu desdits segments (17).
  9. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacun des arbres de liaison (20) comprend une portion filetée (21) engrenée avec un pignon (24) relié par au moins une biellette (26) à la porte (2) correspondante.
  10. Turbomachine d’aéronef, comportant un carter (12) qui définit extérieurement une veine annulaire (14) d’écoulement d’un flux de gaz et qui comporte une rangée annulaire d’orifices de décharge obturables par des portes (2), la turbomachine comportant un dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes qui s’étend autour du carter (12) et dont les moyens de liaison (18) sont reliés auxdites portes (2), la turbomachine comportant en outre des moyens de déplacement du dispositif de commande (10) autour du carter (12) en vue du déplacement des portes (2) depuis des positions d’ouverture des orifices jusqu’à des positions de fermeture de ces orifices.
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