Brevet FR2508670A1 — publié le 19821231

-.4- L'invention se rapporte à un système de contrôle actif pour le jeu aux sommets des ailettes d'un moteur à turbine à gaz qui contrôle le jeu entre les sommets des ailettes du rotor et leur bandage d'étanchéité coopérant et notamment elle se rapporte à un système à circuit fermé réagissant aux dimensions du jeu actuel. Pour des raisons d'une bonne performance du moteur et d'une meilleure économie du carburant l'industrie fait ac- tuellement des efforts concertés pour minimiser le jeu en- tre les ailettes du rotor et leur bandage d'étanchéité co- ordonné dans les moteurs à turbine à gaz Cela minimise les fuites d'air ou du milieu de travail du moteur, fuites qui sont occasionnées par l'écoulement de l'air ou du mi- lieu de travail autour des ailettes du compresseur ou de la turbine au lieu de passer entre ces ailettes Evidemment la perte d'énergie peut être directement traduite en péna- lités de performance du moteur et, en conséquence, résulte en une plus forte consommation de carburant. Par exemple, un système pour minimiser ces pertes est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 069 662 qui décrit et revendique un système actif pour le contrôle du jeu et qui prévoit de souffler de l'air contre le côté extérieur du carter du moteur afin de provoquer son rétré- cissement pour diminuer le jeu sous certains modes de fonc- tionnement du moteur Ce brevet des Etats-Unis d'Amérique concerne un système de contrôle à circuit ouvert qui sur- veille la vitesse du moteur et/ou la pression barométrique et qui ouvre la soupape d'air de refroidissement lorsqu'un mode de fonctionnement prédéterminé du moteur est atteint, c'est-à-dire le mode de fonctionnement en croisière. Le but de la présente invention est de perfectionner le système décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 069 662 par l'incorporation d'un système de contrôle à circuit fermé La présente invention propose de mesurer le jeu actuel des ailettes du rotor, que ce soit le rotor du compresseur et/ou de la turbine, et change le jeu jusqu'à ce qu'il correspond à une valeur programmée, pour le mode de fonctionnement transitoire ou à régime constant En con- séquence, un moyen de détection peut détecter et transmet- tre un signal représentant le jeu actuel à un endroit dési- ré du moteur, par exemple le jeu entre les sommets de la première rangée des ailettes de la turbine et leur bandage d'étanchéité, vers le dispositif de contrôle du jeu Ce dispositif de contrôle compare le jeu mesuré, tel que dé- tecté par le moyen de détection, avec le jeu désiré et ac- tionne un mécanisme de réglage du jeu par l'intermédiaire d'un moyen de commande jusqu'à ce que le jeu actuel soit égal au jeu désiré Le jeu désiré est déterminé par le dis- positif de contrôle du jeu en réponse à des signaux d'en- trée en provenance du moyen de contrôle du moteur et/ou du cockpit. L'invention a pour objet de fournir un moteur à tur- bine à gaz avec un système perfectionné pour contrôler le jeu entre les ailettes du rotor et le bandage d'étanchéité entourant ces ailettes. Selon l'invention un système de contrôle à circuit fermé est prévu qui agit selon un programme discontinu en fonction d'un signal produit par le dispositif de réglage de l'alimentation en carburant ou à l'intérieur du cockpit de l'avion par des manoeuvres de positionnement effectués par la pilote ou des manoeuvres de l'avion, le circuit étant fermé par le positionnement du bandage d'étanchéité en fonction du jeu mesuré. L'invention sera maintenant décrite en plus grand détail en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est un schéma représentant le principe de l'invention, et la figure 2 est une représentation partielle, en par- tie en élévation et en partie en coupe, du mécanisme de détection du jeu. L'invention est décrite en combinaison avec un moyen pour contrôler le jeu entre les sommets des ailettes et de leur bandage d'étanchéité en soufflant de l'air contre le carter du moteur, mais il est évident que l'on peut aussi employer d'autres moyens sans pour cela sortir du cadre de l'invention En outre, bien qu'un moyen de mesure optique soit utilisé selon le mode de réalisation préféré pour me- surer le jeu aux sommets des ailettes, d'autre moyens pour mesurer le jeu aux sommets des ailettes peuvent être em- ployés sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Tel que l'on peut le voir de la figure 1, l'invention est représentée comme étant utilisée dans un moteur à réac- tion à ventilateur, mais il est évident qu'elle pourrait aussi être utilisée dans d'autres moteurs Le moteur repré- senté sur la figure 1 et désigné en son ensemble par 10 comporte un carter central 12 renfermant une section de compresseur, de brûleur et de turbine, ce moteur comportant aussi une envelope 14 formant canalisation de dérivation et renfermant le ventilateur Pour plus de simplicité les dé- tails du moteur n'ont pas été représentés parce qu'ils ne font par partie de la présente invention -Cependant, pour d'autres détails d'un moteur approprié l'on peut se référer au moteur JT-9 D fabriqué par Pratt & Withney Aircraft Group, une division de la United Technologies Corporation, dépo- sant de la présente demande de brevet. Le carter central 12 du moteur peut être muni de plusieurs brides 16 espacées axialement l'une de l'autre et s'étendant vers l'extérieur du carter Entre ces brides 16 sont montéesdes barres de soufflage 18 ayant plusieurs trous pour diriger de l'air de refroidissement contre les brides du carter Le soufflage de l'air de refroidissement contre ces brides sert à rétrécir ou à faire dilater le c:irter de façon à déplacer le bandage d'étanchéité attaché au carter par rapport aux sommets des ailettes de la tur- bine Les barres de soufflage 18 sont alimentées par un distributeur commun 20 relié à une conduite 22 Une partie vl Ste l'air déchargé'du ventilateur dans la canalisation 24 ezt reçue'dans des prises d'air dynamique 26 et dirigée irers la conduite 30 qui alimente de l'air d'échappement du ventilateur vers le distributeur 20 Selon le mode de réa- lisation préféré de la présente invention de l'air déchargé du ventilateur est utilisé mais il est évident au spécia- liste que d'autres milieux de refroidissement peuvent être utilisés pour faire rétrécir ou dilater le carter ou pour mouvoir le bandage d'étanchéité par rapport aux sommets des-ailettes du rotor Des moyens de contraction mécaniques neuvent aussi être employés sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Le système décrit ci-avant est semblable au système décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 069 662 et pour d'autres détails l'on peut se référer à ce brevet des Etats-Unis d'Amérique Selon la présente invention une soupape de réglage appropriée, désignée en son ensemble par 34, sert à régler le courant de l'air de refroidissement alimenté vers la conduite 22 et le distributeur 20 Un moy- en de commande approprié 36 sert à contrôler la position de la soupape 34 qui peut être déplacée d'une position com- plètement ouverte jusqu'à une position complètement fermée et qui peut aussi occuper des positions intermédiaires. Le moyen de commande 36, à son tour, est contrôlé par un dispositif de contrôle approprié 38 du type à cir- cuit fermé. Les signaux d'entrée fournis par les lignes 39 et 40 représentent le jeu désiré aux sommets des ailettes par rapport à son bandage d'étanchéité exigé par des signaux contrôlés indicatifs de tout changement du jeu entre les sommets des ailettes et le bandage d'étanchéité et de la dimension actuelle de ce jeu fournie au dispositif de con- trôle par la ligne 42 En d'autres mots, le dispositif de contrôle produira un signal de sortie d'erreur toujours lorsqu'une différence entre le jeu actuel et le jeu désiré est constatée Des signaux d'entrée sont fournis vers le dispositif de contrôle du jeu par une ligne 40 en provenan- _e d'un moyen de contrôle manuel situé au cockpit, ou par une autre source, tel qu'un dispositif de réglage d'ali- -"entation en carburant, par la ligne 39 I)ifférents modes de fonctionnement sont possibles Selon un mode de fonc- lionnement préféré, le dispositif de réglage de l'alimen- tation en carburant est programmé pour fournir un signal représentant le jeu désiré en fonction du mode de fonction- nement du moteur Par exemple, le dispositif de contrôle du moteur a comme signaux d'entrée les paramètres de fonc- tionnement en régime constant et transitoire du moteur, tels que la vitesse de rotation du rotor, la pression, le rapport de pression et la température Basé sur ces signaux 3-' 2 tréeh selon un mode de réalisation préféré, un signal _-5 _ représentant le jeu désiré est formé pour des conditions de fonctionnement choisies du moteur en "croisière" ou en "montée" En outre, dans le cas de changements rapides des conditions de fonctionnement, par exemple pendant les accé- lérations et les décélérations, un signal de jeu désiré est formé afin d'augmenter le jeu pendant les periodes de fonc- tionnement transitoires du moteur Ce signal est utilisé en mode de fonctionnement normal du système, mais il peut être substitué par un signal manuel émis au cockpit qui peut per- mettre de prévoir, par exemple, un jeu plus grand lors du décollage, de 1 'atterrissageou pendant d'autres manoeuvres spéciaux. Le dispositif de contrôle 38 du jeu compare le signal représentant le jeu désiré reçu par les lignes 39 ou 40 avec le signal représentant le jeu actuel, reçu par la ligne 42 Il produit ensuite une différence ou un signal d'erreur qu'il transmet par la ligne 41 vers le dispositif de commande 36 de la soupape du système de contrôle Le dispositif de commande 36 actionne alors la soupape en une direction pour ramener le signal d'erreur à zéro. Le système de réglage de l'alimentation en carburant peut prendre n'importe quelle forme, telle que par exemple le modèle JFC-60 ou JFC-68 fabriqués par Hamilton Standard, une division de United Technologies Corporation, et un signal disponible déjà calculé peut être utilisé pour produire un signal de contrôle du jeu désiré ou programmé Selon le mode de réalisation préféré, un moyen de contrôle électronique, tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 797 233 est exemplaire d'un moyen de contrôle préféré Ce type de moyen de contrôle s'apprête à être programmé pour déterminer le jeu pour beaucoup de manoeuvres et conditions de fonc- tionnement auquels un moteur d'avion peut être soumis. Le dispositif de détection ou la sonde de proximité 50 utilisée pour mesurer la dimension du jeu et son trans- ducteur associé 51 fournissent le signal représentant le jeu actuel, signal qui est transmis vers le dispositif de contrôle du jeu - Un moyen de détection approprié pour mesurer la di- mension du jeu est représenté sur la figure 2, selon la- 6- quelle la sonde de proximité 50 à rayon laser est montée dans une ouverture 48 pratiquée dans le bandage d'étanchéi- té 52 montée en proximité à et entourant une ailette de turbine représentée en partie par 54 Parce que l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'une telle sonde de pro- ximité, et parce que d'autres dispositifs pour mesurer le jeu actuel peuvent aussi être employés, une description de cette sonde n'est pas incorporée dans cette description pour des buts de clarté Une sonde de proximité optique appropriée est décrite dans le bulletin ISA ASI 74228 ( 133- ) publié en 1974 et intitulé "Laser Proximity Probes for the Measurement of Turbine Blade Tip Running Clearance" by W Drinkuth, W G Alwang and R House, auquel l'on peut se référer pour une description plus détaillée d'une telle sonde de mesure optique Une telle sonde comporte une len- tille avec un prisme pour concentrer un rayon laser sur les sommets des ailettes L'image dû à la réfraction du rayon laser à travers le prisme est transmise vers le sommet de l'ailette et elle est réfléchie vers l'arrière par le pris- me et la lentille vers un fibre de réception optique En connaissant la dimension du jeu dans la condition non-dé- rangée, le déplacement de l'image à l'extrémité de la fi- bre de réception optique est mesurée ce qui permet de dé- terminer la variation du jeu, qui est transformé dans le transducteur 51 pour former le signal représentant le jeu actuel et fourni vers le dispositif de contrôle 38. Il est évident que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier décrit ci-avant, mais que beaucoup de variations ou de modifications peuvent y être apportées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de contrôle de jeu pour contrôler le jeu entre les sommets d'ailettes rotatives d'un moteur à turbine à gaz et le bandage d'étanchéité entourant les ai- lettes rotatives, comportant des moyens pour placer le ban- dage d'étanchéité par rapport aux sommets des ailettes en une distance prédéterminée, des premiers moyens fonction- nant en réponse à des conditions de fonctionnement du mo- teur pour former un programme pour choisir cette distance prédéterminée pour les différents modes de fonctionnement du moteur, des seconds moyens fonctionnant en réponse à la- dite distance prédéterminée pour fournir un signal repré- sentant le jeu actuel, des moyens de commande fonctionnant en réponse à l'erreur entre les premiers moyens et les se- conds moyens pour contrôler les moyens de positionnement pour placer le bandage d'étanchéité en une distance prédé- terminée pour éliminer cette erreur. 2 Dispositif de contrôle selon la revendication 1, comportant un système de réglage d'alimentation en carbu- rant pour mesurer des paramètres de fonctionnement prédé- terminés du moteur et pour régler l'alimentation en carbu- rant vers le moteur en fonction d'un programme répondant aux paramètres de fonctionnement du moteur, lesdits pre- miers moyens fonctionnant en réponse à un signal représen- tant le jeu désiré formé par le dispositif de réglage de l'alimentation en carburant et des moyens manuels actionnés par un opérateur étant prévus pour rendre lesdits premiers moyens incapables de produire un signal de sortie pour le contrôle du moyen de commande. 3 Dispositif de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour produire ledit signal indicatif du jeu actuel est une sonde de proximité optique utilisée pour concentrer un rayon laser sur les sommets des ailettes rotatives, ce rayon laser étant réfléchi vers un transducteur utilisé pour produire un signal indicatif de la distance parcourue en comparaison à une valeur de ré- férence prédéterminée. 4 Dispositif de contrôle à circuit fermé pour le jeu aux sommets des ailettes d'un moteur à turbine à qaz 7 ' -8- ventilateur comportant un carter supportant plusieurs ro- tors ayant des ailettes et des bandages d'étanchéité entou- rant les ailettes et attachés au carter, un enveloppe de ventilateur entourant le ventilateur du moteur, des moyens pour souffler de l'air d'échappement du ventilateur contre le carter du moteur et comportant plusieurs barres de souf- flage disposées autour du carter, des moyens de conduite reliant l'enveloppe du ventilateur aux barres de soufflage pour canaliser de l'air d'échappement du ventilateur vers les barres de soufflage en vue de diriger cet air contre le carter, et un moyen de soupape disposé dans ledit moyen de conduite pour régler le courant d'air dans celle-ci, le- dit dispositif de contrôle, à circuit fermé, du jeu aux sommets des ailettes comportant des premiers moyens fonc tionnant en réponse à des conditions de fonctionnement du moteur pour produire un signal de jeu désiré correspondant au jeu désiré pour une condition de fonctionnement prédé- terminée dans la gamme des modes de fonctionnement du mo- teur, des seconds moyens fonctionnant en réponse au jeu actuel entre les sommets des ailettes et leur-bandage d' étanchéité coopérant pour fournir un signal de jeu actuel, des moyens fonctionnant en réponse aux premiers moyens et aux seconds moyens pour produire un signal d'erreur, et des moyens fonctionnant en réponse à ce signal d'erreur pour contrôler ledit moyen de soupape afin de régler le courant d'air pour provoquer un mouvement radial du carter afin de changer le jeu aux sommets des ailettes jusqu'à ce que la- dite erreur soit éliminée. Système de contrôle selon la revendication 4, com- portant un dispositif de réglage d'alimentation en carbu- -ant fonctionnant en réponse à des paramètres de fonction- nement du moteur pour doser l'alimentation en carburant vers le moteur selon les exigeances de celui-ci et pour fournir un signal de jeu désiré entre les ailettes rotati- ves et leur bandage d'étanchéité-associé, et par des moyens à actionner par un opérateur pour rendre ledit signal de jeu désiré inopératif et pour contrôler ledit moyen de sou- pape de façon indépendante au signal de jeu désiré fourni par le dispositif de réglagede l'alimentation en carburant. Dû/ î 7 l -i A c 9 ct'a C-C M DU P J 13 C -r LIA) d O p C t 6 z t/ /&v'X 4,l:AP,2