Brevet FR2595117A1 — publié le 19870904

Titre: TURBOCOMPRESSEUR A GEOMETRIE VARIABLE. L'invention se rapporte à un turbocompresseur à géométrie variable comportant au moins une grille d'aubes direc- trices amont réglable montée en amont du premier étage du rotor. A partir du document DE-OS 25 02 986 on connait un turbocompresseur du modèle désigné ci-dessus. La grille d'aubes directrices amont de cette exécution connue présente deux grilles simples d'aubes directrices disposées l'une derrière l'autre dans le sens du flux (construction tandem), dont les aubes peuvent pivoter de façon différente l'une de l'autre. Ceci permet d'obtenir la déviation élevée du flux gazeux nécessaire pour certains états d'exploitation et donc d'obtenir une prétorsion en hélice plus marquée. L'objet de la présente invention est d'améliorer le comportement en charge partielle d'un compresseur qui fait partie d'un générateur de gaz. On doit en particulier y obtenir une bonne adaptation aux cas suivants de conditions de conception et d'exploitation: - Compresseur pour rapport de compression élevé avec exigences élevées correspondantes en ce qui concerne la capacité d'adaptation des étages amont au débit volumique fortement variable dans la partie entrée du compresseur. - Collaboration du compresseur avec l'échangeur thermique et avec la turbine proprement dite, réglable et mécaniquement indépen- dante, de façon telle que la caractéristique du compresseur dans la zone inférieure de vitesses de rotation se trouve relativement élevée si on tient compte du comportement de la turbine à gaz en charge partielle. Il n'est pas possible d'obtenir la correspondance, nécessaire pour cela, entre le débit volumique dans la partie entrée du compresseur et la vitesse de rotation du compresseur au moyen d'un dispositif du type connu précédemment,c'est-à-dire au moyen d'une grille tandem d'aubes directrices amont dont la série d'aubes côté entrée peut certes se régler de façon différente de la série d'aubes côté sortie, mais néanmoins uniquement toujours dans le même sens et dans une dépendance prédéterminée de l'une à l'autre. Selon l'invention, on atteint l'objet mentionné par le moyen que, dans le cas d'un turbocompresseur du type indiqué au début, en aval du premier étage du rotor est disposée une grille d'aubes directrices réglable qui, comme cela est connu en soi, comprend deux grilles simples d'aubes directrices essentiellement disposées l'une derrière l'autre dans le sens du flux (construction tandem) et dont la grille simple côté entrée peut se régler indé- pendamment de la grille simple côté sortie. Une autre conception de l'invention consiste en ce que le second étage du rotor, ou d'autres étages du rotor, sont également équipés de grilles d'aubes directrices en tandem réglables disposées en aval, dont la grille simple côté entrée peut se régler indépendamment de la grille simple côté sortie. Du fait de l'indépendance que peut avoir la grille simple, côté entrée, de la grille tandem, ou du fait de l'indépen- dance que peuvent avoir les grilles simples, côté entrée, des grilles tandem, on peut, en plus d'une remarquable adaptation du compresseur à l'exploitation d'un générateur de gaz en charge partielle, obtenir que, même dans des conditions d'exploitation non stationnaires, une distance suffisante par rapport à la limite de pompage soit respectée grâce à la régulation correspondante, tandis que, dans des conditions normales d'exploitation, avec la régulation correspondante, on obtienne le rendement le plus élevé possible. C'est en particulier lors de l'accélération du générateur de gaz, lors des incidents de pression ou de température à l'entrée, lors d'un prélèvement d'air comprimé et/ou d'une prestation méca- nique que la possibilité de réglage individuel de la grille simple côté entrée ou des grilles simples côté entrée offre la garantie d'une adaptation optimale du compresseur à l'état d'exploitation respectivement demandé. En outre, grâce au réglage selon deux paramètres, conforme à l'ihvention, de la grille tandem d'aubes directrices ou des grilles tandems d'aubes directrices, on obtient que, pour des conditions égales par ailleurs, une légère fermeture de la grille simple côté entrée, la position de la grille simple côté sortie restant inchangée, l'angle de soufflage autorisé maximal s'accroisse et que, simultanément, du fait de l'accroissement de l'interstice entre les aubes directrices côté entrée et côté sortie, la charge aérodynamique autorisée et donc la sécurité à l'égard d'un décollement des filets d'air s 'accroissent. Enfin, l'utilisation d'une régulation à deux para- mètres permet en outre une plus grande tolérance de conception au sens d'une capacité de reprise de charge aérodynamique plus élevée d'un compresseur en exploitation stationnaire, parce que le réglage individuel des aubes directrices de la grille d'aubres directrices amont et de la grille tandem d'aubes directrices permet d'optimiser la géométrie des aubes directrices premièrement en vue d'un rendement optimal dans le cas d'une faible réserve par rapport à la limite de pompage et secondement pour un réglage modifié de la grille tandem d'aubes directrices d'optimiser cette géométrie des aubes directrices pour une réserve maximale par rapport à la limite de pompage ou pour une insensibilité maximale à l'égard des incidents à l'entrée. Il est en outre avantageux qu'en plus de la grille d'aubes directrices en tandem réglable, ou en plus des grilles d'aubes directrices en tandem réglables, au moins encore deux étages suivants du compresseur soient équipés de grilles simples d'aubes directrices réglables, étant donné que, du fait de l'élar- gissement de la zone de réglage de la grille amont d'aubes direc- trices, il ne serait plus possible d'avoir une disposition aéro- dynamique optimale des grilles d'aubes directrices suivantes dans le cas d'aubes directrices fixes. Les grilles d'aubes directrices amont et les grilles simples d'aubes directrices des étages du rotor disposés en aval des étages amont peuvent y être réglées selon le même paramètre de réglage que celui qui règle la grille simple, côté sortie, de la grille tandem d'aubes directrices ou les grilles simples, côté sortie, des grilles tandems d'aubes directrices. Il est en outre avantageux que la grille simple, côté entrée, de la grille tandem d'aubes directrices soit reliée à la grille simple côté sortie de façon telle qu'il s'opère un déplacement de réglage de même sens de ces deux grilles selon un premier paramètre de réglage et qu'un réglage complémentaire puisse se faire au moyen d'un élément de positionnement d'autorité supé- rieure, selon un second paramètre de réglage. Il faut voir l'avan- tage de cette conception dans le fait que dans de nombreux cas, lors d'un changement de l'état d'exploitation du compresseur ou du générateur de gaz, un seul mouvement de réglage sera nécessaire, c'est-à-dire que dans ces cas l'élément de positionnement d'autorité supérieure n'a pas à être excité. Une forme d'exécution préférée d'un turbocom- presseur conforme à l'invention se caractérise en ce qu'un dispo- sitif pour le réglage de la grille d'aubes directrices présente, comme cela est connu en soi, pour chaque couronne d'aube, une couronne de réglage sur laquelle les aubes directrices sont arti- culées par l'intermédiaire de leviers pivotants; en ce que les couronnes de réglage peuvent, de leur côté, être entrainées en rotation par une première tige de réglage centrale manoeuvrée par un élément de positionnement; et en ce que, pour la grille simple côté entrée faisant partie de la grille tandem d'aubes directrices, ou des grilles tandems d'aubes directrices, il est prévu une seconde tige de réglage comportant son propre élément de positionnement. On peut y réaliser un couplage des deux tiges de réglage, pour obtenir un réglage de même sens, par le moyen que les deux tiges de réglage pivotent sur le même axe de pivo- tement et que l'élément de positionnement de la seconde tige de réglage est disposé sur la première tige de réglage. Mais il est également possible d'articuler les deux éléments de positionnement sur le carter du compresseur, étant alors précisé que, si on doit obtenir un réglage de même sens des deux grilles avec un premier élément de réglage, on fait passer l'élément de positionnement prévu pour la seconde tige de réglage par un point d'articulation disposé, fixe en position, sur la première tige de réglage. On explique des exemples d'exécution de turbocom- presseurs conformes à l'invention à l'aide des dessins joints. La figure 1 représente schématiquement et partiel- lement une coupe axiale d'un turbocompresseur, la figure 2 est une vue de dessus, dans le sens de la flèche II, du dispositif de la figure 1, la figure 3 est une vue de dessus correspondant à la figure 2 pour un second exemple d'exécution et la figure 4 est à nouveau une vue de dessus corres- pondant à la figure 2 pour un troisième exemple d'exécution. Le turbocompresseur représenté partiellement et en coupe axiale sur la figure 1 présente un rotor 20 et un carter de compresseur 10. L'axe de rotation du rotor 20 est repéré par 21. Les trois premiers étages de rotor 20 sont repérés par 2, 4, 6. En amont du premier étage du rotor 2 est montée une grille tandem d'aubes directrices amont 1, en construction tandem, comportant des grilles simples d'aubes directrices 11, 12 disposées les unes derrière les autres, et, en aval de ce premier étage du rotor 2 est disposéeune grille tandem d'aubes directrices 3 avec une grille simple côté entrée 31 et une grille simple côté sortie 32. En aval du second étage du rotor 4 et en aval du troisième étage du rotor 6 sont respectivement disposéesdes grilles simples, mais réglables d'aubes directrices 5 et 7. Les différentes aubes directrices de la grille simple d'aubes directrices 11, 12 sont reliées, par l'intermédiaire de leviers pivotants 13, 14, à des couronnes de réglage 15, 16 de façon telle qu'une rotation des couronnes de réglage 15, 16 autour de l'axe central 21 du compresseur opère un mouvement de pivotement des aubes directrices des grilles simples d'aubes directrices 11, 12. De façon correspondante les aubes directrices des grilles simples d'aubes directrices 31, 32 sont articulées, par l'intermédiaire de leviers pivotants 33, 34, à des couronnes de réglage 35, 36 et les aubes directrices des grilles d'aubes directrices réglables 5 et 6 sont articulées, par l'inter- médiaire de leviers pivotants 54, 74, à des couronnes de réglage , 75. Les leviers pivotants 14, 34 doivent respectivement être plus courts que les leviers pivotants 13, 33 de façon qu'un mouvement de rotation, à peu près de même valeur, des couronnes de réglage 15, 16 ou 35, 36 donne un pivotement plus fort des grilles simples d'aubes directrices respectivement côté sortie 12, 32 par rapport au mouvement de pivotement des grilles simples d'aubes directrices côté entrée 11, 31. La vue de dessus, représentée. sur la figure 2, du dispositif de la figure 1 représente schématiquement un premier mode de manoeuvre pour la rotation des couronnes de réglage 15, 16, 35, 36, 55, 75. Les couronnes de réglage 15, 16, 36, 55 et 75 y sont articulées, par l'intermédiaire de bielles appropriées 17, 18, 38, 57 et 77, à une première tige de réglage commune 103_A. Cette tige de réglage 103 peut pivoter autour d'un axe de pivotement 104, à l'aide du piston 102 d'un vérin 101. On peut voir facilement que, lors d'une manoeuvre du vérin 101, les grilles simples d'aubes directrices 11, 12 de la grille d'aubes directrices amont 1, les grilles simples, côté sortie 32,de la grille d'aubes direc- trices aval 3 et les grilles simples d'aubes directrices 5 et 7 se déplacent dans le même sens. Pour la grille simple d'aubes directrices côté entrée, 31 est prévue une seconde tige de réglage 113-B avec son propre vérin 111 et son piston de manoeuvre 112. La couronne de réglage 35 de la grille simple 31 est articulée, par l'intermédiaire d'une bielle 37, à la seconde tige de réglage 113. Cette seconde tige de réglage 113 est certes montée sur le même axe de pivotement 104 que la première tige de réglage 103. mais les deux tiges de réglage peuvent pivoter de façon absolument indépendante l'une de l'autre, ce qui s'obtient par un pilotage différent des vérins de positionnement 101, 111. Les deux vérins s'appuient contre le carter du compresseur 10. Au lieu des grilles simples d'aubes directrices aval 5, 7, disposées en aval des étages 4, 6 du rotor, on pourrait également disposer à ces endroits des grilles tandems d'aubes directrices aval du même type que la grille d'aubes direc trices aval 3, étant précisé alors que les grilles d'aubes directrices côté entrée de toutes les grilles tandems d'aubes directrices aval devraient être manoeuvrées par la seconde tige de réglage 113.' Comme on peut le voir facilement, la forme d'exé- cution de l'invention représentée sur la figure 3 se distingue de la forme d'exécution de base représentée sur la figure 2 par le moyen que le mouvement de positionnement du vérin de position- nement 111 n'est pas transmis directement à la seconde tige de réglage 113, mais par l'intermédiaire d'un point d'articulation disposé, fixe en position, sur la première tige de réglage 103. Grâce à l'emploi d'un levier à genouillère 106 entre la tige de piston du piston 112 et la seconde tige de réglage 113 articulée au point d'articulation 105, on peut obtenir que la seconde tige de réglage 113 exécute un mouvement de pivotement de même sens et à peu près de même valeur que celui prescrit par la première tige de réglage 103. En précisant que l'on doit alors à nouveau activer le vérin 111 indépendamment du vérin 101, on peut alors régler la couronne de réglage 35, et donc la grille simple, côté entrée, 31 de la grille tandem d'aubes directrices aval 3 indépen- damment des autres grilles. L'avantage de cette forme d'exécution réside en ce que ce n'est que lorsqu'il est demandé un écart notable entre le mouvement de réglage de la grille simple côté entrée 31 de la grille tandem d'aubes directrices aval 3 et le mouvement de réglage des autres grilles d'aubes directrices qu'il faut activer le vérin 111, tandis que dans les autres cas d'exploitation, on peut renoncer à activer ce vérin. La même chose est valable pour l'autre forme d'exécution de l'invention représentée sur la figure 4. Cette forme d'exécution ne se distingue de la seconde forme d'exécution selon la figure 3 que par le moyen que le vérin 111 n'est plus articulé au carter du compresseur 10 mais qu'il est complètement disposé sur la première tige de réglage 103. De ce fait, si l'on active le vérin 101, la seconde tige de réglage 113 exécute le même mouvement de pivotement que la première tige de réglage 103. Il en résulte donc pour toutes les grilles réglables d'aubes direc- trices ce que l'on appelle un réglage à un paramètre. Ce n'est que si l'on désire un écart entre un tel réglage à un seul paramètre pour la grille simple d'aubes directrices, côté entrée, 31 de la grille tandem d'aubes directrices aval 3, que l'on active le vérin 111 qui à son tour est relié, par l'intermédiaire d'un levier à genouillère 106, à la seconde tige de réglage 113. On peut de cette façon corriger alors la grille simple, côté entrée, 31 de la grille tandem d'aubes directrices aval 3 indépendamment des autres grilles d'aubes directrices réglables. 9 2595117 REVENDICATIONS i. Turbocompresseur à géométrie variable comportant au moins une grille d'aubes directrices amont réglable montée en amont du premier étage du rotor, carac- térisé en ce qu'en aval du premier étage du -rotor (2) est disposée une grille d'aubes directrices (3) réglable qui, comme cela est connu en soi, comprend deux grilles simples d'aubes directrices essentiellement disposées l'une derrière l'autre dans le sens du flux (construction tandem) et dont la grille simple côté entrée (31) peut se régler indépendam- ment de la grille simple côté sortie (32). 2. Turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second étage du rotor, ou d'autres étages du rotor, est également équipé d'une grille d'aubes directrices en tandem réglable disposée en aval, ou sont équipés de grilles d'aubes directrices en tandem réglables disposées en aval, dont la grille simple côté entrée peut se régler indépendamment de la grille simple côté sortie. 3. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'en plus de la gril- le d'aubes directrices en tandem réglable, ou en plus des grilles d'aubes directrices en tandem réglables (3) comportant des grilles simples réglables indépendamment, au moins encore deux étages suivant du compresseur sont équipés de grilles simples d'aubes directrices réglables (5, 7). 4. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la grille d'aubes directrices amont (1) et les grilles simples d'aubes directrices (5, 7) des étages (4, 6) du rotor disposés en aval des étages précédents sont réglées en fonction du même paramètre de réglage que la grille simple côté sortie (32), ou les grilles simples côté sortie (32) de la grille tandem d'aubes directrices ou des grilles tandems d'aubes directrices (3). 5. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que la grille simple côté entrée (31) de la grille tandem d'aubes directrices (3) est reliée à la grille simple côté sortie (32) de façon 2595117 telle qu'il s'opère un déplacement de réglage de même sens de ces deux grilles selon un premier paramètre de réglage et qu'un réglage complémentaire peut se faire au moyen d'un élément de positionnement d'autorité supérieure,-selon un second paramètre de réglage. 6. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé en ce qu'un dis- positif pour le réglage de la grille d'aubes directrices - présente, comme cela est connu en soi, pour chaque couronne d'aubes, une couronne de réglage (15, 16, 35, 36, 55, 75) sur laquelle les aubes directrices sont articulées par l'intermé- diaire de leiers pi\otants (13, 14. 33, 54, 74): en ce que les couronnes de réglage peuvent, de leur c6té, être entraînées en rotation par une première tige de réglage centrale (103) man- oeuvrée par un élément de positionnement (101, 102); et en ce que, pour la grille simple côté entrée (31) faisant partie de la grille tandem d'aubes directrices (3), ou des grilles tan- dem d'aubes directrices (3), il est prévu une seconde tige de réglage (113) comportant son propre élément de positionnement (111, 112). 7. Turbocompresseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément de positionnement propre (111, 112) de la seconde tige de réglage (113) est disposé sur la première tige de réglage (103). 6. Turbocompresseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux éléments de positionnement (101, 102 et 111, 112) sont articulés côté carter du compresseur. 9. Turbocompresseur selon la revendication 8, carac, térisé en ce que le mouvement de positionnement de l'élément de positionnement propre (111, 112) de la seconde tige de réglage (113) est guidé par l'intermédiaire d'un point d'articulation (105) disposé, fixe en position, sur la première tige de réglage (103).