Arrière-plan de l'invention
[0001] La présente invention se rapporte au domaine général de la commande d'étages d'aubes
à angle de calage variable d'une turbomachine.
[0002] Dans une turbomachine, il est connu d'utiliser un ou plusieurs étages d'aubes de
stator pour ajuster le flux et la direction d'écoulement des gaz traversant la section
de compression en fonction du régime de fonctionnement de la turbomachine. Ces étages
d'aubes de stator comportent chacun une pluralité d'aubes (appelées aubes à calage
variable) qui peuvent pivoter autour de leur axe de liaison au stator de manière à
ce que leur angle de calage puisse être modifié en fonction du régime de fonctionnement
de la turbomachine.
[0003] Les dispositifs connus pour la commande d'un étage d'aubes à calage variable comportent
habituellement un organe de commande sous forme d'un anneau entourant le carter de
la turbomachine et une pluralité de biellettes ou leviers, chaque biellette ayant
une première extrémité reliée à l'anneau de commande par une articulation et une deuxième
extrémité montée sur le pivot d'une aube respective. Un vérin de manoeuvre est relié
à l'anneau de commande afin d'entraîner en rotation ce dernier autour de l'axe de
la turbomachine. La rotation de l'anneau autour de l'axe de la turbomachine entraîne
une modification synchronisée de la position angulaire des aubes de l'étage.
[0004] Lorsqu'il s'agit de commander de façon synchronisée deux étages d'aubes à calage
variable qui sont décalés axialement, il est également connu d'utiliser une barre
de synchronisation pour transmettre le mouvement de rotation de l'anneau entraîné
par le vérin de manoeuvre à l'anneau de commande de l'autre étage. Cette transmission
de mouvement s'effectue par l'intermédiaire de renvois montés de façon pivotante sur
le carter de la turbomachine et reliés d'une part à la barre de synchronisation et
d'autre part aux anneaux de commande.
[0005] Ce système de commande génère des mouvements sur les différents étages commandés
représentables sous la forme de courbes qui montrent l'angle de calage des aubes de
l'étage suiveur en fonction de l'angle de calage des aubes de l'étage pilote. Avec
le type de système de commande précédemment décrit, ces courbes, appelées courbes
de corrélation, présentent une évolution à pente progressive. Aussi, ce type de système
de commande n'autorise que des commandes simples des étages d'aubes.
[0006] Or, il est devenu de plus en plus fréquent que les exigences aérodynamiques pour
la commande des calages d'aubes nécessitent des lois de commande plus complexes. Ces
commandes se traduisent notamment par des courbes de corrélation dont l'évolution
n'est pas simplement à pente progressive mais comporte également des portions de courbes
s'apparentant à des sinusoïdes.
[0007] Le document
EP 0 909 880 décrit un dispositif de calage variable permettant d'obtenir des lois de commande
non linéaires. Dans ce dispositif, chaque biellette de l'étage pilote est reliée à
l'anneau de commande correspondant par une liaison à rainure et ergot coulissant dans
la rainure. Ce système de commande n'est cependant pas satisfaisant car il ne permet
pas de reproduire toutes sortes de lois de commande.
Objet et résumé de l'invention
[0008] La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients
en proposant un système de commande qui permet de réaliser tout type de loi de calage
des aubes, quelle que soit sa complexité.
[0009] A cet effet, il est prévu un système de commande de deux étages d'aubes de stator
à angle de calage variable de turbomachine, chaque étage étant formé d'une pluralité
d'aubes qui sont montées chacune de façon pivotante sur un carter de la turbomachine
et d'un anneau de commande entourant le carter et relié à chacune des aubes de l'étage
par l'intermédiaire de leviers, le système de commande comportant un élément de manoeuvre
pour entraîner en rotation l'anneau de commande de l'un des étages par l'intermédiaire
d'un organe pilote monté de façon pivotante sur le carter, et une barre de synchronisation
pour transmettre le mouvement de rotation de l'anneau entraîné par l'élément de manoeuvre
à l'anneau de commande de l'autre étage par l'intermédiaire d'un organe suiveur monté
de façon pivotante sur le carter, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un organe
pivotant supplémentaire intercalé entre l'organe suiveur et l'anneau suiveur, ledit
organe pivotant supplémentaire étant monté de façon pivotante sur l'organe suiveur
et relié au carter par un galet coulissant dans une rainure solidaire du carter.
[0010] Par anneau suiveur, on entend l'anneau de commande qui est entraîné en rotation par
l'intermédiaire de l'organe suiveur.
[0011] Selon une disposition avantageuse de l'invention, la rainure présente une forme et
une direction déterminée pour compenser des écarts de trajectoire entre une loi de
calage souhaitée et une loi de calage nominale. Par loi de calage nominale, on entendu
une loi de calage dont la courbe de corrélation à pente progressive serait obtenue
par un système de commande conventionnel dépourvu d'organe pivotant supplémentaire.
[0012] L'organe pivotant supplémentaire constitue un élément de guidage différentiel n'intégrant
que les écarts de trajectoire par rapport à la loi de calage nominale. En d'autres
termes, le galet du système selon l'invention n'a à absorber comme dénivelé que la
différence existant entre la loi de calage souhaitée et la loi de calage nominale.
De la sorte, le système de commande permet d'obtenir des lois de calage des aubes
qui seraient irréalisables avec les systèmes de commande traditionnels.
[0013] Selon une autre disposition avantageuse de l'invention, l'organe pivotant supplémentaire
comporte un premier bras relié à l'anneau suiveur par l'intermédiaire d'une première
bielle de commande et un second bras relié au carter par le galet.
[0014] Selon encore une autre disposition avantageuse, l'organe suiveur comporte un premier
bras relié de façon pivotante à l'organe supplémentaire et un second bras relié à
une extrémité de la barre de synchronisation. Dans ce cas, l'organe pilote comporte
un premier bras relié à l'anneau de l'étage pilote par l'intermédiaire d'une seconde
bielle de commande, un deuxième bras relié à l'extrémité de la barre de synchronisation
opposée à celle reliée à l'organe suiveur et un troisième bras relié à l'élément de
manoeuvre.
Brève description des dessins
[0015] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la
description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un
exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 est une vue partielle et en perspective du système de commande selon un
mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 2A et 2B montrent le système de commande de la figure 1 selon deux positions
différentes ; et
- la figure 3 est une courbe de corrélation montrant une loi de calage possible obtenue
par le système de commande de l'invention.
Description détaillée d'un mode de réalisation
[0016] Sur la figure 1 sont représentés partiellement deux étages 10, 10' d'aubes à calage
variable appartenant, par exemple, à un compresseur de turbomachine. Le compresseur
comporte une enveloppe annulaire de stator 12 (ou carter) qui est centrée sur l'axe
X-X de la turbomachine. Les étages 10, 10' d'aubes sont décalés axialement l'un par
rapport à l'autre.
[0017] Chaque étage se compose d'une pluralité d'aubes 14, 14' disposées radialement autour
de l'axe X-X de la turbomachine. Les aubes 14, 14' sont pivotantes autour d'un axe
16, 16' (ou pivot) qui traverse le carter 12.
[0018] Chaque pivot 16, 16' des aubes à calage variable 14, 14' est relié à une extrémité
d'une biellette ou levier de commande 18, 18' dont l'autre extrémité est articulée
autour de tourillons 20, 20' disposés radialement sur un anneau de commande 22, 22'.
[0019] Les anneaux de commande entourent le carter 12 et sont centrés sur l'axe X-X de la
turbomachine. La modification synchronisée de la position angulaire des aubes 14,
14' est ainsi réalisée par rotation des anneaux de commande respectifs 22, 22' autour
de l'axe X-X de la turbomachine.
[0020] Le système selon l'invention permet de commander de façon synchronisée la rotation
des anneaux de commande 22, 22' autour de l'axe X-X de la turbomachine. Il comporte
un élément de manoeuvre 24 de type vérin fixé au carter 12 pour entraîner en rotation
l'anneau de commande 22 de l'un des étages 10 par l'intermédiaire d'un organe pilote
26 de type renvoi qui est monté de façon pivotante sur un boîtier 28 du carter 12
de la turbomachine.
[0021] Une barre de synchronisation 30 permet de transmettre le mouvement de rotation de
l'anneau 22 entraîné par le vérin 24 (appelé anneau pilote) à l'anneau 22' de l'autre
étage 10' (appelé anneau suiveur) par l'intermédiaire d'un organe suiveur 26' de type
renvoi qui est monté également de façon pivotante sur le boîtier 28 du carter 12.
[0022] Des bielles de commande 32, 32' de type ridoirs à vis assurent la transmission du
mouvement des renvois pilote 26 et suiveur 26' aux anneaux 22, 22'. Ces bielles s'étendent
tangentiellement aux anneaux sur lesquels elles sont fixées par l'intermédiaire de
chapes de liaison 27, 27'. A leur extrémité opposée, les bielles 32, 32' sont fixées
à des bras (ou branches) respectifs 34, 36 des renvois pilote 26 et suiveur 26' en
leur étant articulées.
[0023] La barre de synchronisation 30 du système de commande unit deux autres bras respectifs
38, 40 des renvois pilote 26 et suiveur 26' en leur étant articulée. Quant au vérin
24, il est articulé à un troisième bras 42 du renvoi pilote 26 opposé au bras 34 sur
lequel est fixée la bielle 32.
[0024] Le système de commande selon l'invention comporte en outre un organe pivotant supplémentaire
44 (ou renvoi supplémentaire) qui est intercalé entre l'organe suiveur 26' et l'anneau
suiveur 22'. Ce renvoi supplémentaire est monté de façon pivotante sur le renvoi suiveur
26' et relié au carter 12 par un galet 46 coulissant dans une rainure 48 solidaire
du carter.
[0025] Plus précisément, le renvoi supplémentaire 44 comporte un premier bras 50 dont une
extrémité est reliée à la bielle 32' de commande de l'anneau suiveur 22' en lui étant
articulée et l'autre extrémité est montée de façon pivotante sur l'organe suiveur
26'. Le renvoi supplémentaire comporte également un second bras 52 dont une extrémité
est montée de façon pivotante sur l'organe suiveur 26', l'extrémité opposée étant
muni du galet 46. Le premier 50 et le second bras 52 du renvoi supplémentaire sont
fixes l'un par rapport à l'autre. En d'autres termes, l'angle existant entre ces deux
bras 50, 52 est fixe et constant. Le galet 46 coulisse dans une rainure 48 ayant un
trajet prédéterminé et formé dans un support 54 qui est fixé sur le carter 12 de la
turbomachine.
[0026] Comme illustré sur les figures 2A et 2B, le mouvement du système de commande est
le suivant : l'actionnement du vérin 24 provoque une rotation du renvoi pilote 26,
et une autre du renvoi suiveur 26' par l'intermédiaire de la barre de synchronisation
30. La rotation des renvois 26, 26' autour de leur point de pivotement sur le carter
12 entraîne à leur tour les bielles 32, 32' respectives qui font alors tourner dans
un sens ou dans l'autre les anneaux 22, 22' autour de l'axe X-X de la turbomachine.
Comme indiqué précédemment, la rotation des anneaux provoque une modification synchronisée
de la position angulaire des aubes 14, 14' de chaque étage 10, 10' par l'intermédiaire
des leviers de commande 18, 18'.
[0027] Par ailleurs, la rotation du renvoi suiveur 26' entraîne une rotation du renvoi supplémentaire
44 autour de son axe de pivotement sur le renvoi suiveur. Cette rotation a pour effet
que le galet 46 coulisse dans la rainure 48, provoquant ainsi un déplacement du bras
52 du renvoi supplémentaire 44 sur lequel est monté le galet. Le déplacement de ce
dernier meut alors l'autre bras 50 du renvoi supplémentaire auquel est reliée la bielle
32'.
[0028] On comprend ainsi que du trajet prédéterminé de la rainure 48 dans laquelle coulisse
le galet 46 dépend le déplacement de l'anneau suiveur 22', et donc la loi de calage
des aubes 14' de l'étage suiveur 10'. En d'autres termes, la forme et la direction
de la rainure modifient la loi de calage des aubes de l'étage suiveur, et donc la
courbe de corrélation donnant l'angle de calage des aubes 14' de l'étage suiveur 10'
en fonction de l'angle de calage des aubes 14 de l'étage pilote 10.
[0029] En se référant à la figure 3, on décrira maintenant la façon dont la forme et la
direction de la rainure 48 sont prédéterminées. Cette figure représente des courbes
de corrélation 100, 102, c'est-à-dire des courbes donnant l'angle de calage des aubes
14' de l'étage suiveur 10' (en degré) en fonction de l'angle de calage des aubes 14
de l'étage pilote 10 (en degré).
[0030] La courbe de corrélation 100 (en traits pleins) est celle qui doit être appliquée
au calage des aubes des deux étages afin de répondre aux exigences aérodynamiques.
Cette courbe est complexe ; elle comporte notamment des portions de courbes s'apparentant
à des sinusoïdes.
[0031] A partir de cette courbe de corrélation, il est possible de choisir la courbe de
corrélation nominale 102 (en traits discontinus) à pente progressive qui est la plus
proche de la courbe de corrélation 100 à appliquer. La loi de calage basée sur une
telle courbe nominale peut être facilement obtenue par un système de commande connu
de l'art antérieur comportant des renvois suiveur et pilote et une barre de synchronisation
reliant ces renvois et dans lequel la bielle de commande de l'anneau suiveur est reliée
directement à l'un des bras du renvoi suiveur. En fonction de la position relative
des renvois pilote et suiveur, ce type de système de commande donne des lois de calage
connues dont les courbes de corrélation sont plus ou moins progressives (parfois linéaires).
Parmi ces courbes nominales connues, le choix de la courbe la plus proche s'effectue
alors par un simple calcul (graphique ou numérique) de moyennes, la courbe ayant les
écarts les plus faibles avec la courbe à appliquer sur toute la plage angulaire étant
considérée comme la plus proche.
[0032] La forme et la direction de la rainure du renvoi supplémentaire sont alors calculées
en fonction des écarts
e existant sur toute la plage angulaire entre la courbe de corrélation 100 à appliquer
et la courbe de corrélation nominale 102 de sorte que le galet compense ces écarts.
Ce calcul peut être réalisé par une méthode graphique ou numérique. On notera qu'à
une rainure ayant une forme simple en arc de cercle correspond une courbe de corrélation
à appliquer confondue avec la courbe de corrélation nominale choisie.
[0033] De préférence, la forme et la direction de la rainure du renvoi supplémentaire devront
être telles qu'elles empêcheront que le galet porté par le renvoi supplémentaire ne
se trouve sur un arc de cercle de façon à éviter toute position instable du galet,
et donc du calage des aubes.
[0034] Le système de commande selon l'invention comporte donc un élément de guidage différentiel
n'intégrant que les écarts de trajectoire entre la courbe de corrélation à appliquer
et une courbe de corrélation nominale. Il est ainsi aisé de reproduire tout type de
loi de calage, quelle que soit sa complexité. L'avantage de l'invention réside notamment
dans le fait que l'on ne cherche pas à obtenir une courbe de corrélation par l'utilisation
directe d'un guidage par came mais par l'utilisation d'un galet qui ne reproduit que
les écarts de trajectoire par rapport à une courbe de corrélation nominale.
[0035] On notera que l'invention pourrait également être mise en oeuvre pour la commande
d'un plus grand nombre d'étages d'aubes grâce à autant de barres de synchronisation.
Suivant les dispositifs choisis, ces barres seraient soit successives, c'est-à-dire
relier des renvois adjacents, soit parallèles entre elles pour s'étendre jusqu'à un
renvoi commun.
1. Système de commande de deux étages (10, 10') d'aubes de stator (14, 14') à angle de
calage variable de turbomachine, chaque étage (10, 10') étant formé d'une pluralité
d'aubes (14, 14') qui sont montées chacune de façon pivotante sur un carter (12) de
la turbomachine et d'un anneau de commande (22, 22') entourant le carter et relié
à chacune des aubes (14, 14') de l'étage par l'intermédiaire de leviers (18, 18'),
le système de commande comportant un élément de manoeuvre (24) pour entraîner en rotation
l'anneau de commande (22) de l'un des étages (10) par l'intermédiaire d'un organe
pilote (26) monté de façon pivotante sur le carter (12), et une barre de synchronisation
(30) pour transmettre le mouvement de rotation de l'anneau entraîné (22) par l'élément
de manoeuvre (24) à l'anneau de commande (22') de l'autre étage (10') par l'intermédiaire
d'un organe suiveur (26') monté de façon pivotante sur le carter, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un organe pivotant supplémentaire (44) intercalé entre l'organe
suiveur (26') et l'anneau suiveur (22'), ledit organe pivotant supplémentaire étant
monté de façon pivotante sur l'organe suiveur (26') et relié au carter (12) par un
galet (46) coulissant dans une rainure (48) solidaire du carter.
2. Système de commande selon la revendication 1, dans lequel la rainure (48) présente
une forme et une direction déterminée pour compenser des écarts de trajectoire entre
une loi de calage souhaitée et une loi de calage nominale.
3. Système de commande selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel l'organe pivotant
supplémentaire (44) comporte un premier bras (50) relié à l'anneau suiveur (22') par
l'intermédiaire d'une première bielle de commande (32') et un second bras (52) relié
au carter (12) par ledit galet (46).
4. Système de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'organe
suiveur (26') comporte un premier bras (36) relié de façon pivotante à l'organe pivotant
supplémentaire (44) et un second bras (40) relié à une extrémité de la barre de synchronisation
(30).
5. Système de commande selon la revendication 4, dans lequel l'organe pilote (26) comporte
un premier bras (34) relié à l'anneau (22) de l'étage pilote (10) par l'intermédiaire
d'une seconde bielle de commande (32), un deuxième bras (38) relié à l'extrémité de
la barre de synchronisation (30) opposée à celle reliée à l'organe suiveur (26') et
un troisième bras (42) relié à l'élément de manoeuvre (24).
1. A system for controlling two stages (10, 10') of variable-pitch stator vanes (14,
14') in a turbomachine, each stage (10, 10') being made of a plurality of vanes (14,
14') each pivotally mounted on a casing (12) of the turbomachine, and a control ring
(22, 22') surrounding the casing and connected to each of the vanes (14, 14') of the
stage via respective levers (18, 18'), the control system including a drive element
(24) for turning the control ring (22) of one of the stages (10) via a leader member
(26) pivotally mounted on the casing (12), and a synchronization bar (30) for transmitting
the turning movement of the ring (22) driven by the drive element (24) to the control
ring (22') of the other stage (10') via a follower member (26') pivotally mounted
on the casing, the system being characterized in that it further comprises an additional pivot member (44) interposed between the follower
member (26') and the follower ring (22'), said additional pivot member being pivotally
mounted on the follower member (26') and being connected to the casing (12) by a wheel
(46) sliding in a slot (48) secured to the casing.
2. A control system according to claim 1, in which the slot (48) presents a shape and
a direction that are determined so as to compensate for path differences between a
desired pitch relationship and a nominal pitch relationship.
3. A control system according to claim 1 or claim 2, in which the additional pivot member
(44) has a first arm (50) connected to the follower ring (22') via a first control
rod (32'), and a second arm (52) connected to the casing (12) via said wheel (46).
4. A control system according to any one of claims 1 to 3, in which the follower member
(26') has a first arm (36) pivotally connected to the additional pivot member (44)
and a second arm (40) connected to one end of the synchronization bar (30).
5. A control system according to claim 4, in which the leader member (26) has a first
arm (34) connected to the ring (22) of the leader stage (10) via a second control
rod (32), a second arm (38) connected to the end of the synchronization bar (30) that
is opposite from its end connected to the follower member (26'), and a third arm (42)
connected to the drive element (24).
1. Kontrollsystem für zwei Stufen (10, 10') von verstellbaren Statorschaufeln (14, 14')
einer Turbomaschine, wobei jede Stufe (10, 10') von einer Vielzahl von Schaufeln (14,
14'), die jeweils schwenkbar auf einem Gehäuse (12) der Turbomaschine montiert sind,
und von einem Kontrollring (22, 22') gebildet ist, der das Gehäuse umgibt und mit
jeder der Schaufeln (14, 14') der Stufe über Hebel (18, 18') verbunden ist, wobei
das Kontrollsystem ein Steuerelement (24), um den Kontrollring (22) einer der Stufen
(10) über ein Steuerelement (26), das schwenkbar auf dem Gehäuse (12) montiert ist,
in Drehung anzutreiben, und einen Synchronisierstab (30) umfaßt, um die Drehbewegung
des von dem Steuerelement (24) angetriebenen Ringes (22) auf den Kontrollring (22')
der anderen Stufe (10') über ein Verfolgungselement (26'), das schwenkbar auf dem
Gehäuse montiert ist, zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner ein zusätzliches Schwenkelement (44) umfaßt, das zwischen dem Verfolgungselement
(26') und dem Verfolgungsring (22') angeordnet ist, wobei das zusätzliche Schwenkelement
schwenkbar auf dem Verfolgungselement (26') montiert und mit dem Gehäuse (12) durch
eine Rolle (46) verbunden ist, die in einer mit dem Gehäuse verbundenen Nut (48) gleitet.
2. Kontrollsystem nach Anspruch 1, bei dem die Nut (48) eine bestimmte Form und Richtung
aufweist, um Bahnabweichungen zwischen einem gewünschten Verstellgesetz und einem
Nominalverstellgesetz auszugleichen.
3. Kontrollsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem das zusätzliche Schwenkelement
(44) einen ersten Arm (50), der mit dem Verfolgungsring (22') durch eine erste Steuerstange
(32') verbunden ist, und einen zweiten Arm (52) umfaßt, der mit dem Gehäuse (12) durch
die Rolle (46) verbunden ist.
4. Kontrollsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Verfolgungselement (26')
einen ersten Arm (36), der schwenkbar mit dem zusätzlichen Schwenkelement (44) verbunden
ist, und einen zweiten Arm (40) umfaßt, der mit einem Ende des Synchronisierstabes
(30) verbunden ist.
5. Kontrollsystem nach Anspruch 4, bei dem das Steuerelement (26) einen ersten Arm (34),
der mit dem Ring (22) der Steuerstufe (10) über eine zweite Steuerstange (32) verbunden
ist, einen zweiten Arm (38), der mit dem Ende des Synchronisierstabes (30), das dem
mit dem Verfolgungsarm (26') verbundenen gegenüber liegt, verbunden ist, und einen
dritten Arm (42) umfaßt, der mit dem Steuerelement (24) verbunden ist.