Brevet FR2431048A1 — publié le 19800208

La présente invention concerne un dispositif de commande d'un compresseur a aubes réglables de guidage d'admission, particulièrement, mais non exclusivement de genre centrifuge, devant être entraîné å vitesse constante pour alimenter un aéronef en air comprimé. Une caractéristique essentielle bien connue du fonctionnement de ce compresseur, est l'éventualité d'entrer en condition de battements d'oscillation de pressions. Cette condition Apparavtlorsque le débit requis est abaissé au-dessous d'une valeur critique. On a déjà proposé de commander le débit d'air du compresseur l'aide d'une jauge ou indicateur, venturi ou étranglement, et d'actionner, à partir du signal produit, une vanne déchargeant, tout ou partie de l'échappement du compresseur, a l'atmosphère ou encore un réducteur d'admission de l'air de manière a éviter le fonctionnement en régime de battements. Mais le réglage ainsi effectué est a la fois anti-économique et source potentielle de bruits. Un compresseur a aubes réglables peut être utilisé plus efficacement, par réglage convenable- de ces aubes, dans une gamme étendue de débits, qu'un dispositif a aubes non réglables. Mais ladite jauge ou indicateur n'est pas suffisamment précise dans une gamme étendue de débits, pour assurer l'écoulement sans battements. L'invention a donc pour objet un dispositif de commande d1un compresseur b aubes réglables d'entrée, pouvant minimiser le risque de battements sur tôute --l'étendue de fonctionnement de ce compresseur. Ce nouveau dispositif pour compresseur aubes réglables d'admission est caractérisé par un indicateur réglable de débit destiné à te commander, un dispositif d'actionnement du réglage en fonctionnement de l'indicateur et du réglage desdites aubes, un détecteur émettant des signaux représentant la position desdites aubes,- et un dispositif de commande utilisant ces signaux pour émettre une signal déclenchant le dispositif d'actionnement, pour régler l'indicateur et les aubes d'admission, en fonction du débit d'air comprimé. Ledit indicateur de débit d'air comprend de préférence un orifice, ou jauge a venturi de débit fixe, et une vanne réglable de dérivation, permettant des proportions différentes de débit a l'étranglement du venturi, la proportion dérivée étant déterminée par le réglage établi de la vanne, de sorte que le débit traversant ledit étranglement peut être maintenu sensiblement constant, ainsi que, dans ledit orifice, le dispositif d'actionnement réglant la position de la vanne de dérivation. En variante, ledit indicateur comprend un orifice, ou jauge venturi, de capacité réglable, le dispositif d'actionnement assurant le réglage de position du mécanisme de commande de l'indicateur réglable. De préférence le dispositif d'actionnement ne peut comprendre qu'un appareil unique d'actionnement, dont l'élément mobile de sortie règle simultanément la vanne de dérivation et les aubes d'admission. Le dispositif peut avantageusement comporter un élément d'actionnement d'une vanne de décharge, de tout ou partie du débit du compresseur, à l'atmosphère, lorsque le débit utilisé d'air tombe audes sous de la proportion qui peut être commandée de manière satisfaisante par réglage des aubes d'admission, afin d'éviter l'apparition de battements. Par ailleurs ce dispositif d'actionnement de la vanne de décharge peut être constitué par ledit appareil unique. Egalement lesdites vannes de dérivation et de décharge peuvent être associées en un seul dispositif, leurs obturateurs mobiles faisant partie d'un organe mobile commun ; de meme ladite jauge à venturi peut être incorporée dans ledit appareil. Les objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'un exemple préféré de réalisation, et des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est un schéma d'un ensemble auxiliaire moteur d'aéronef, comprenant un dispositif de commande de compresseur, selon l'invention la figure 2 est une vue en plan de la partie principale de ce dispositif la figure 3 est une coupe selon la ligne A-A de la figure 2 la figure 4 est une coupe selon la ligne B-B de la figure 3 la figure 5 est une vue de détail selon la flèche G de la figure 3 ; la figure 6 est une coupe selon la ligne C-C de la figure 4 la figure 7 est une vue de détail selon la flèche D de la figure 4 la figure 8 est une coupe selon la ligne E-E de la figure 7 ; E la figure 9 est une coupe selon la ligne F-F de la figure 3. Les aeronefs modernes nécessitent des dispositifs auxiliaires tels que de conditionnement d'air et de courant électrique d'éclairage, chauffage, actionnements divers. Ces dispositifs, generalement, étant néces saires, à la fois au sol et en vol, et constituée par un ensemble moteur auxiliaire. Les services au sol peuvent être montés sur des véhicules, tels un tracteur ou une remorque. Mais il devient plus courant de les installer sur l'aéronef ; ces dispositifs sont généralement distincts des moteurs principaux de propulsion, étant sous la forme bien connue d'une turbine à gaz entratnant un compresseur d'air et un générateur électrique pour les services indiqués ci-dessus.La plupart des grands. aéronefs ac- tuels utilisent le courant alternatif d'un alternateur entraîné 8 vitesse constante et, pour éviter la nécessité d'une transmission de régulation de vitesse entre le moteur et cet alternateur, ce~moteur, genéralement une turbine à gaz, fonctionne lui-même à vitesse constante. Mais le débit d'air, nécessaire au conditionnement d'ambiance dans les nombreux services de l'aéronef, est essentiellement variable et impose l'emploi de moyens prévenant les battements d'oscillations pouvant résulter d'une réduction du débit d'air utilisé. La figure 1 des dessins annexés représente un ensemble auxiliaire moteur d'aéronef pouvant étre basé au soit ou incorporé dans celui-ci. Cet ensemble comprend un élément moteur il 9 turbine a gaz devant tourner a vitesse constante, dont l'arbre 12 de sortie entrain une pompe à huile 14 et un générateur électrique 15, par l'intermédiaire d'une botte 13 de transmission, et de plus un compresseur centrifuge d'air 16, en même temps que d'autres auxiliaires (non représentés). Le compresseur 16 a une admission 17 d'air incorporant des aubes réglables 18 d'admission.La sortie 19 de ce compresseur délivre le débit.d'aircomprimé que reçoit un distributeur, ou vanne, 21 à obturatéur tournant pour l'envoyer soit aux services de l'aéronef par un conduit 22, soit à l'atiosphère dans un conduit 20 de décharge. Comme décrit en détail dans la suite, l'obturateur peut répartir une partie du débit d'air. comprimé dans chacun des conduits 20, 22. La vanne 21. (détaillée sur les autres dessins) comprend un corps 23 passage d'entrée 24 raccordé au conduit d'échappement 19 du compresseur 16, et deux passages de sortie 25, 26 raccordés respectivement aux conduits d'alimentation 22 et de.décharge 20. Le passage d'entrée 24-de la vanne 21 est obturé en. partie par une cloison interne 27 dans- laquelle est agencé un étranglement 28 de venturi, et dans laquelle est ménagée une ouverture 29 en arc. Un obturateur 31 peut tourner dans le corps 23 et comporte un conduit 32 d'écoulement d'air intérieur et qui est incurvé progressivement sur 900 en communiquant par une extrémité avec l'étranglement 28. Ainsi, l'air entré dans le passage 24, peut s'écouler dans le passage 32 à travers l'étranglement 28, cet obturateur comporte en plus une ouverture 34 d'une paroi 33 immédiatement voisine de la paroi 27 et qui; peut, au. pivotement de l'obturateur, venir en regard de l'ouverture 29, de sorte qu'une partie de l'écoulement d'air admiseen 27 et dérivée de l'étranglement 28 peut pénétrer dans le passage 32, à travers les ouvertures 29 et 34, afin de détourner l'écoulement à 900, le pivotement de l'obturateur 31 dans le corps 23 déterminant, non seulement le degré d'ouverture de dérivation défini par les ouvertures 29, 30, mais encore le chemin d'échappement du corps 23, par le conduit 25 d'alimentation ou par le conduit 26 de décharge, ou encore, selon une proportion nécessaire, à la fois entre ces deux consuits.Le débouché 35 du passage d'alimentation,à travers l'obturateur 31, apparait sur la figure 4. L'obturateur mobile 31 peut pivoter dans le corps 23 par le fonctionnement d'un a-ctionneur tournant 36 mO hydrauliquement par exemple, et dont l'arbre de sortie 37 est accouplé à cet obturateur par un train 38 d'engrenage porté par le boitier 23, ou encore toute autre transmission, telle à channe ou à courroie. La commande hydraulique de l'actionneur est assurée par une servo-vanne40 (figure 1) pouvant être montée avantageusement sur le corps 23 et qu peut être alimentée depuis le système de lubrification du moteur auxiliaire ou encore du système de carburant de ce moteur, si plus avantageux. Toute autre alimentation de fluide peut être utilisée du reste, ou encore l'actionnement électrique peut être adopté. L'arbre de sortie de l'actionneur 36 le traverse, et, à son extrémité éloignée du train d'engrenage associant l'arbre de sortie 37 de la vanne 31, cet arbre 37 est lié a une came 39. Cette came 39 est au contact d'un suiveur 41, lequel sous son action fait pivoter un arbre 43, lui-même relié à la couronne 44 de l'ensemble 18 des aubes d'entrée du compresseur 16. Ainsi, l'actionneur 36, par sa rotation, ajuste simultanément la position de l'obturateur 31 et des aubes du compresseur. Un premier canal 45 traverse le corps 23 et sa cloison interne 27, hors de la partie de l'ouverture 29 (figures 7, 8) et communique avec l'orifice de l'étranglement 28. Un second canal 46 traverse également le corps 23 et communique avec le passage 24 d'admission d'air. Ces canaux 45, 46 sont reliés à un transducteur respectif qui émet un signal électrique, caractéristique de la pression respective dans l'étranglement 28 et le passage i4, étant admis que la comparaison de ces pressions caractérise le débit d'air dans l'étranglement Les signaux de sortie des deux transducteurs sont injectés dans l'unité electrique 47 de commande (figure 1) par la ligne 48.Deux autres signaux électriques, représentant respectivement la positionde l'obturateur 31 et le réglage de la couronne 44 des aubes 18, sont injectés dans l'ensemble 47 Le signal caractéristique de la position de l'obturateur 31 dans le corps 23 est dérivé d'un potentiomètre 49, dont l'élément tournant est supporté par la dernière roue dentée-38a du train 38, lequel transmet Ie pivotement de l'actionneur 37 vers ltobturateur 31. Le signal caractéristique de la position angulaire de-la couronne 44, et donc des aubes, est dérivé d'un potentiomètre 5 dont l'élément tournant-est porté par l'arbre 43. Ainsi l'ensemble 47 de commande reçoit ces deux signaux caractéristiques de la'élément 31 et de la couronne 18, déplacés à l'unisson par l'actionneur; il est clairqu'un seul détecteur serait théoriquement nécessaire, mais la liaison-came 39-arbre 37 de l'actionneur est assurée par une goupille cisaillable, de sorte que la couronne 18, étant éventuellement en panne,l'actionneur 36 à arbre 37 poursuit le fonctionnement de l'obtura- teur 31, en consdquence dudit cisaillement. I1 est essentiel que dans cette conjoncture les daux signaux injectésà l'unité de commande soient indépen avants, afin de pouvoir remédier à ladite panne des aubes. Le dispositif de l'invention fonctionne comme suit. Le compresseur 18, entraSné à vitesse constante et: ainsi en conditio;as stabilisées, envoie un débit constant dans l'échappement 19. Si la demande d'air des dispositifs de l'aéronef est importante, la position de l'obturateur 31 envoie le débit total d'air dans le conduit 22, étant telle que le recouvrement des ouvertures 34 et 29 est largement assuré, avec une proportion d'écoulement réduite de L'étranglement 28, lequel ne reçoit évidemment qu'un faible débit, afin cependant de pouvoir répondre a un plus grand -appel- de consommation. L'agencement du dispositif-permet de répondre au mieux aux régimes possibles. Si la demande d'air s'abaisse, à moins qu'un réglage de com pensation=ne soit effectué au compresseur, le compresseur amorce un régime de battements d'oscillations du fait de la restriction à la sortie. La modifi cation d'écoulement à-l'étranglement est détectée en conjonction par les deux transducteurs. L'unité 47 traite les signaux reçus et envoie un signal de commande de la servo-vanne 40, lequel est répercuté dans l'actionneur 36. En conséquence, l'obturateur 31 et la couronne 44 des aubes 18 sont depla- ces, les dernières modifient l'orientation de l'écoulement au compresseur de manière à écarter les battements du nouveau régime de fonctionnement. Le rendement du compresseur est plus reduit mais l'éventualité de battements est écartée. Par ailleurs le recouvrement mutuel des orifices 34, 29 est réduit ce qui diminue la dérivation hors de l'étranglement 28. Une plus grande diminution des besoins peut amener un nouveau réglage des aubes d'admission se révélant inefficace, et des battements sont susceptibles d'apparaître. Le débit dans ces conditions peut être approximativement le débit optimal admis par l'étranglement 28, ainsi l'obturateur 31 aura été déplacé suffisamment loin pour qu'il n'y ait pas recouvrement mutuel des ouvertures 29, 34 et dérivation hors de l'étran- glement 28. Cependant, dans une variante, la capacité d'écoulement de l'étranglement est réduite de manière qu'une certaine dérivation soit encore possible.Ce résultat peut être obtenu par contrôle du recouvrement des ouvertures 29, 34 de sorte qu'une extrémité de la dernière s'aligne sur l'extrémité de la première, les autres extrémités laissant un passage de dérivation et/ou l'intervalle axial entre les parois 33 et 27 peut être agencé pour assurer une voie de dérivation. Auquel cas un pivotement de l'obturateur 31, suffisant pour produire cette situation, ouvre la communication du passage 32.de l'obturateur avec le conduit de décharge. La communication existe cependant au debut entre le passage 32 et le conduit 25 de sorte qu'un faible appel des systèmes utilisateurs est encore satisfait, mais la réduction de débit du compresseur est évitée par la proportion qui en est dechargée à l'atmosphère. La tendance des caractéristiques du fonctionnement à être rapprochées de l'état de battements est ainsi évitée. Si l'appel des systèmes de l'aéronef devient nul, l'obturateur 31 est déplace, par l'actionneur commandé par l'unité 47, sur une position pour laquelle le débit total est déchargé vers le conduit 26. Il apparaît que le soulèvement de la came 39 assure une liaison de rapport variable dans le dispositif d'entrainement permettant la correction de particularités des caractéristiques des composants, et des liaisons non linéaires. De plus la continuation du déplacement de l'obturateur 31 est permise de ce fait, ~lorsque la limite de course de la couronne 44 de réglage des aubes est atteinte. Ce déplacement est nécessaire, la progressivité d'ouverture de la vanne de décharge étant requise après que la limite de réglage de la couronne est atteinte. On voit que dans le fonctionnement du dispositif, lorsque l'appel de débit augmente à l'inverse de ce qui a~été décrit et la modification du débit étant détectée par l'étranglement 28 et les transducteurs associés, les signaux injectés dans l'unité 47 1'amenent a émettre un signal vers l'actionneur 36 pour déplacer les aubes 44 dans le sens de l'augmentation de débit du compresseur et de déplacement du recouvrement mutuel des ouvertures 34, 29 afin d'accroîtra le débit dérivé de l'étranglement. I1 apparaît que, lorsque le débit drivé de l'étranglement 28 est en cours, la tendance est toujours au rétablissement de l'écoulement dans cet étranglement à valeur constante. La panne de fonctionnement de l'ensemble 18 des aubes a été évoquée plus haut. Dans cette éventualité, il apparaît une incompatibilité entre les signaux des positions respectives des aubes et de l'obturateur 31 l'unité électronique de commande amorce immédiatement le déplacement de l'obturateur-vers sa position extrême pour laquelle Ie débit total est déchargé 9 l'atmosphere, ce qui constitue une mesure de sécurité, afin d'éviter les caractéristiques de fonctionnement engendrant des battements. Une autre panne peut résulter du défaut de commande des aubes du fait du cisaillement de la liaison entre ltarbre 37 et la came 39 ; ici encore l'incompatibilité des deux signaux entraînera encore le déplacement de l'obturateur 31 en position extrême de décharge a l'atmosphere, prévenant l'état de battements. Des modifications de détail peuvent être apportées aux fonctionnements et dispositifs décrits concernant les aubes de guidage 44 et l'obturateur. Par exemple le signal de sortie de l'unité 47 de commande pourrait être utilisé pour actionner un moteur tournant qui entratne luimême l'actionneur 36 la vanne de sélection du sens de rotation de l'obturateur 31 et des aubes d'admission.L'actionneur 36 poursuivrait alors son fonctionnement jusqu' ce que les signaux de pressions dérivés des transducteurs assOciés à l'étranglement 28 et 9 l'admission 29 soient établis leurs valeurs précédant immédiatement le changement amorçant le fonctionnement de l'actionneur 36 de sorte que le moteur de rotation ramène la vanne en position de départ par jarret de l'actionneur. I1 est clair qu'une liaison de temps mort est assurée par une zone rayon cons- tant de la came 39, entre l'arbre 37 et la couronne de réglage 44 des aubes d'admission, afin,en cas de réduction d'appel d'air, de permettre à l'obturateur 31 de poursuivre son ddplacement, lorsque les aubes ont atteint leur position limite. En variante, la jauge à venturi et la vanne de dérivation peuvent être remplacées par une jauge de capacité variable, commandée par un obturateur tronconique, la position de cet obturateur est ainsi assurée par l'actionneur 36. REVENDICATION s 1. Dispositif de commande d'un compresseur ayant des aubes réglables de guidage d'entrée, caractérisé par un indicateur réglable de débit destiné -à le commander, un dispositif d'actionnementdu réglage en fonctionnement de l'indicateur et du réglage desdites aubes; un détecteur émettant des signaux représentant la position desdites aubes. et un dispositif de commande utilisant ces signaux pour émettre un signal déclenchant le dispositif d'actionnement, pour régler l'indicateur et les aubes d'admission, en fonction du débit d'air comprimé. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'indicateur de débit comprend un orifice, ou jauge à venturi de débit fixe, et une vanne réglable de dérivation, permettant des proportions différentes de débit à l'étranglement du venturi, la proportion dérivée étant déterminée par le réglage établi de la vanne, de sorte que le débit traversant ledit étranglement peut être maintenu sensiblement constant ainsi que, dans ledit orifice, le dispositif d'actionnement réglant la position de la vanne de dérivation. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'indicateur de débit comprend un orifice, ou jauge à venturi, de capacité réglable, le dispositif d'actionnement assurant le réglage de position du mécanisme de commande de-l'indicateur réglable. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,dans lequel le dispositif d'actionnement ne comprend qu'un appareil -unique d'actionnement, dont l'élément mobile de sortie règle simultanément vanne de dérivation et les aubes d'admission. 5, Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,comportant de plus un-élément d'actionnement d'une vanne de décharge, de tout ou partie du débit du compresseur, à l'atmosphère} lorsque le débit utilisé d'air tombe au-dessous de la proportion qui peut être commandée de manière satisfaisante par réglage des aubes d'admission, afin d'éviter l'apparition de battements. 6. ~Dispositif selon la revendication 5, dans lequel l'élément d'actionnement est ledit appareil unique d'actionnement. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel lesdites vanne de dérivation et vanne de décharge sont associées en un seul dispositif, leurs obturateurs mobiles faisant partie d'un organe mobile commun. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit indicateur mobile est également incorporé dans ledit seul dispositif.