Brevet FR2617544A1 — publié le 19890106

La presente invention a trait a des dispositifs d'aubage variable de stator pour compresseurs, plus particulièrement pour compresseurs a flux axial pour moteurs à turbine à gaz. Les compresseurs de moteurs à turbine a gaz sont genéralement munis d'aubages variables de stator. Cela vaut en particulier pour les compresseurs qui présentent des rapports de pression relativement élevés, et assure un fonctionnement efficace du compresseur dans toute sa gamme de vitesse. Les aubages variables de stator sont utilisés pour corriger l'angle d'incidence de l'air sur un etage d'ailettes de rotor et le ramener a des angles qu'ils peuvent tolérer sans un arrêt du flux, un décrochage ou un pompage à des rapports de pression et des vitesses de rotor relativement bas dans le compresseur. La position angulaire d'un aubage variable de stator est contrôléee par un levier de commande qui est assujetti a un anneau de contrôle place de 1 5 façon coaxiale par rapport au carter du stator. 1,1 est souhaitable qu'un petit espace radial existe entre le carter du stator et l'anneau de contrôloie afin de reduire l'erreur ou l'ecart de la position angulaire de l'aubage du stator. En cours de fonctionnement la température du carter du stator est plus basse que la température de l'air entourant le carter du stator dans lequel se trouve également l'anneau de contrôle L'anneau de contrôle se dilate donc plus que le carter du stator augmentant l'espace entre l'anneau de contrôle et le carter du stator et augmentant donc l'erreur ou l'écart dans la position angulaire de l'aubage du stator C'est ainsi que la présente invention cherche à fournir un dispositif d'aubage variable de stator pour un compresseur à flux axial dans lequel l'erreur ou l'écart de la position angulaire de l'aubage de stator soit reduite au minimum De même la présente invention fournit un dispositif d'aubage variable. de stator pour un compresseur à flux axial comprenant plusieurs aubes variables de stator s'étendant radialement et étant disposées clrconferentiellement de façon separee les unes des autres, chaque aube variable de stator étant montée sur un carter de stator pour pouvoir tourner, un anneau de contrôle périphérique et disposé coaxialement par rapport au carter du stator, chaque aube variable du stator étant assujettle a l'anneau de contrôle par un levier de commande, I'anneau de contrôle 'étant sépare radialement du carter du stator par un espace, plusieurs pièces de matériau étant disposées circonférentiellement et placées radialement entre l'anneau de contrôle et le carter du stator, lesdites pieces de materiau ayant un coefficient de dilatation thermique relativement élevé afin de contrôler ledit espace entre l'anneau de contrôle et le carter du stator de sorte que l'erreur de position angulaire de l'aubage variable du stator est diminuée. Lesdites pieces de materiau peuvent être disposees circonférentiellement sur l'anneau de contrôle, lesdites pièces de matériau se prolongeant vers l'intérieur depuis l'anneau de contrôle vers le carter du stator. Chacune desdites pieces de matériau peut être placee respectivement dans un boîtier, les boîtiers étant fixés de façon amovible a l'anneau de contrôle. Lesdites pièces de matériau peuvent être séparées radialernent du carter du stator par un espace predetermine Lesdites pieces de matériau peuvent être équidistantes clrconférentiellement. Lesdites pièces de matériau peuvent être formées d'une résine polyîmide ou d'un acier a haut coefficient de dilatation thermique La présente invention sera expliquée plus complètement au moyen d'un exemple illustré par les dessins joints dans lesquels: - la figure I est une coupe partielle d'unt moteur à turbine à gaz montrant un dispositif d'aubage variable de stator pour un compresseur à flux axial selon la présente invention. - la figure 2 est une coupe partielle grossie du dispositif d'aubage variable de stator vue dans la direction de la flèche A de la figure i. - la figure 3 est une vue dans la direction de la fleche B de la figure 2. - la figure 4 est une section schématique d'un dispositif d'aubage variable de stator selon l'art antérieur. La figure 1 montre un turboreacteur 10 double flux a turbine a gaz 11 comprend en seérie dans le sens du flux axial une partie soufflante 14 qui présente une admission 12 à son extrémité arnont, une partie compresseur 16, un système de combustion 18, une partie turbine 20 et une tuvère -7 d'ejectlon 22 Le turboreacteur 10 double flux a turbine a gaz fonctionne de façon très conventionnelle: de l'air est admis par l'admission 12, l'air est comprimé par la soufflante 14 et le compresseur 16 et est délivré au système de combustion 18. Du carburant est injecté et brûlé à l'intérieur du systeme de combustion 18 afin de produire des gaz chauds qui s'ecoulent au travers des turbines et les entraînent au sein de la partie turbine 20 avant de s'écouler par la tuyère d'éjection 22 dans l'atmosphère. Les turbines entraînent à leur tour la soufflante 14 et le compresseur 16 ya des arbres de transmission (non representes) Le compresseur 16 comprend un rotor 24 qui presente plusieurs étages d'ailettes de rotor espacés les uns des autres axialement. Les ailettes 26 de rotor sont, pour chaque étage, disposees clrconterentiellement et s'etendent radlalement vers lexterieur du rotor 24. Un carter 28 de stator est place de façon coaxiale autour du rotor 24, le carter du stator étant séparé radialement des ailettes de rotor par un petit espace d'extrémnlité. Le carter 28 de stator presente plusieurs etages d'aubes 30 de stator espacés les uns des autres axialement, les aubes 30 de stator sont, pour chaque étage, disposées circonférentiellement et s'étendent radialement vers l'intérieur du carter 28 de stator. Les etages d'ailettes de rotor et d'aubes de stator sont disposes en alternance par rapport à l'axe de rotation. Un des étages d'aubes de stator, à l'extrémité amont du compresseur, comprend des aubes variables 32 de stator telles que chacune d'elles est montee sur le carter 28 du stator de façon a pouvoir tourner Les aubes variables 32 de stator présentent à leurs extrémites extérieures radialement des broches 34 qui se prolongent radialement au travers d'ouvertures respectives dans le carter 28 du stator afin de permettre un montage susceptible de rotation des aubes variables 32 de stator sur le carter 28 de stator. Un anneau de contrôle 38 tel que celui montré partiellement sur les figures 2 et 3 est disposé coaxialement autour du carter 28 de stator, et chaque aube variable 32 de stator est liée a l'anneau de contrôle 38 par un levier de commande 36 Les leviers de commande 36 sont montés sur l'anneau de contrôle 38 de façon à pouvoir tourner au moyen de broches 40 s'étendant radialement. Les broches 40 se prolongent au travers 2 6 1 7 5 4 4 d'ouvertures 42 dans l'anneau de contrôle 38 et des bagues 44 et 46 sont prévues entre les broches 40 et l'anneau de contrôle 38 dans les ouvertures 42. L'anneau de contrôle 38 est séparé radialernent du carter 28 de stator par un espace. Il presente plusieurs boitlers 48 disposes clrconférentiellement et qui sont fixes de façon amovible a l'anneau de contrôle 38 par des boulons qui se prolongent radialement au travers d'ouvertures 54 dans l'anneau de contrôle 38. Des baques 56 sont prévues dans l'anneau de contrôle 38 pour recevoir les boulons 50, et des entretoises 52 sont placées entre l'anneau de contrôle 38 et le boîtier 48. Les boîtiers 48 sont placés radialement contre la surface interne de l'anneau de contrôle 38. Chaque boîtier 48 présente une réserve 58 pour recevoir une piece d'un materiau 60 qui manifeste un grand coefficient de dilatation thermique Les pièces de matériau 60 s'étendent radialement vers l'intérieur depuis les réserves 58 dans les boîtiers 48 et y font radialernent saillie. Elles sont disposées pour maintenir un espace initial relativement petit par rapport au carter 28 de stator Le carter de stator et l'anneau de contrôle sont par exemple fabriques en titane et les pièces du matériau à grand coefficient de dilatation thermique sont en metaux présentant un grand coefficient de dilatation thermique ou, de façon preferable, en resine polylmide vendue sous le nom commercial VESPEL par la Compagnie Du Pont.. Toutefois tout matériau convenable à grand coefficient de dilatation thermique peut être utilisé, c'est-à-dire à plus qrand coefficient que celui du titane ou a plus grand coefficient que tous les materiaux dont peuvent être faits le carter du stator et l'anneau de contrôle. L'anneau de contrôle 38 est monté sur le carter 28 de stator de façon à pouvoir tourner. Et l'anneau de contrôle 38 est tourné par un vérin (non represente) afin de faire varier la position angulaire des aubes variables 32 de stator. Les aubes variables 32 de stator sont utilisées pour corriger l'angle d'incidence de l'air sur l'étage aval des ailettes de rotor et le ramener à des angles d'incidence que les ailettes de rotor peuvent supporter sans arrêt de l'écoulement, décrochage ou pompage pour des rapports de pression dans le compresseur et des vitesses du rotor du compresseur relativement bas. L'espace entre le carter 28 de stator et l'anneau de contrôle 38 devrait être aussi petit que possible afin de reduire au minimum l'erreur ou l'écart de la position angulaire des aubes de stator. L'espace entre le carter 28 de stator et l'anneau de contrôle 38 permet, dans le dispositif de I'art anterieur, un mouvement relatif tel que montre sur la figure 4 par exemple par les flèches C. Tout mouvement relatif entre les deux par rapport à une position coaxiale produira des variations ou des erreurs dans les positions angulaires des aubes variables 32 de stator s'écartant ainsi de la position angulaire souhaitee. Le mouvement relatif n'aboutit pas a une variation ou une erreur uniformes dans les positions angulaires s'écartant ainsi de la position angulaire souhaitée, mais plutôt il y a un domaine de variations depuis une variation zero jusqu'à une variation maximum. Il y a deux positions dlametralernent opposees ou l'erreur est effectivement nulle, c'est-a-dire les aubes de stator dans le plan horizontal dans cet exemple, et deux positions diamétralement opposées d'erreur maximum, c'est-à-dire les aubes de stator dans le plan vertical dans cet exemple. Plus l'espace entre le carter 28 de stator et l'anneau de contrôle 38 est grand et plus la variation ou l'erreur possibles dans la position angulaire des aubes variables 32 de stator sont élevées. Lors du fonctionnement du mote.ur 10 à turbine à gaz, l'air s'écoulant a travers le compresseur 16 voit sa temperature augmenter lorsqu'ill s'écoule axialement dans la direction aval. Par consequent la température du carter 28 de stator à l'extrénité amont est inférieure à celle régnant à l'extrémité aval. L'anneau de contrôle 38 est placé dans de l'air à une temperature relativement plus elevee que celle de lextremlte amont du carter 28 de stator. L'anneau de contrôle 38 se dilate donc plus que l'extrémité amont du carter 28 de stator dans laquelle se trouve les aubes variables 32 de stator. Ainsi l'espace entre le carter 28 de stator et l'anneau de contrôle 38 augmente-t-il permett ant une plus grande variation dans la position angulaire des aubes variables 32 de stator. L'augmentation de l'espace entre le carter 28 de stator et l'anneau de contrôle 38 est compensée par l'utilisation des pièces 60 en matériau à grand coefficient de dilatation thermique. Ces pieces se dilatent radialement vers l'intérieur au fur et à mesure que l'anneau de contrôle 38 se dilate radialement vers l'extérieur, et ainsi elles réduisent au minimum l'espace effectif entre le carter 28 de stator et l'anneau de contrôle 38. -6 A son tour, l'ecart, la variation ou l'erreur dans la position angulaire des aubes variables 32 de stator est diminuée Les pièces 60 en matériau à grand coefficient de dilatation thermique évite aussi des espaces trop faibles ainsi que le collage du carter 28 de stator sur l'anneau de contrôle 38 a des températures relativement basses. Un compresseur peut présenter plusieurs étages d'aubes variables de stator, et le principe d'utiliser les pièces en matériau à grand coefficient de dilatation thermique peut être utilisé sur tous ces étages d'aubes variables de stator Bien que la forme de réalisation présentée montre l'utilisation de pièces en matériau à grand coefficient de dilatation thermique étant disposées sur l'anneau de contrôle, il pourrait. être possible de placer les pieces en materîau a grand coefficient de dilatation thermique sur le carter de stator. Mais des changements correspondants de l'espace initial entre les pièces et l'anneau de contrôle seront alors nécessaires et les dimensions des pièces seront changées pour permettre le mouvement axial amont et aval de l'anneau de contrôle lorsque l'angle des aubes variables de stator varie. -7 Revendicatlons 1. Un dispositif d'aubage variable de stator pour un compresseur à- flux axial comprenant plusieurs aubes variables de stator se prolongeant radialement et separees les unes des autres clrconferentiellement, chaque aube variable de stator étant montée sur un carter de stator de façon a pouvoir tourner, un anneau de contrôle disposé coaxialement autour du carter de stator, chaque aube de stator étant liée à l'anneau de contrôle par un levier de commande, l'anneau de contrôle etant separe radlalement du carter de stator par un espace, caractérisé en ce que plusieurs pièces d'un matériau (60) sont disposées circonférentiellement et placées radialemrent entre l'anneau (38) de contrôle et le carter (28) de stator-, lesdites pieces en matériau (60) ont un coefficient de dilatation thermique relativement élevé afin de contrôler l'espace entre l'anneau (38) de contrôle et le carter (28) de stator de sorte que toute erreur de la position angulaire de l'aubage variable (32) de stator est diminuée. 2. Un dispositif d'aubage variable de stator pour un compresseur a flux axial tel que revendique dans la revendication 1 caractériseé en ce que lesdites pièces en matériau (60) sont disposées circonférentiellement sur l'anneau (38) de contrôle, lesdites pièces en matériau (60) se prolongent radlalement vers l'interieur depuis l'anneau (38) de contrôle vers le carter (28) de stator. 3. Un dispositif d'aubage variable de stator pour un compresseur à flux axial tel que revendiqué dans la revendication 2 caractérisé en ce que chacune desdites pieces en materiau (60) est placée respectivement dans un boîtier (48), les boîtiers (48) étant fixés de façon amovible à l'anneau (38) de contrôle. 4. Un dispositif d'aubage variable de stator pour un compresseur à flux axial tel que revendique dans la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé en ce que lesdites pièces en matériau- (60) sont séparees- radialement du carter (28) de stator par un espace prédéterminé.- 5. Un dispositif d'aubage variable de stator pour un compresseur à flux axial tel que revendique dans la revendication 1 caracterise en ce que lesdites pièces de matériau (60) sont a égale distance les unes des autres circonférentiellement. 6. Un dispositif d'aubage variable de stator pour un compresseur a flux axial't'el que revendiqué dans la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites pièces de matériau (60) sont réalisées en résine polyimide. 7. Un dispositif d'aubage variable de stator pour un compresseur à flux axial tel que revendique dans la revendication I caractérise en ce que lesdites pièces de matériau (60) sont réalisées en acier a coefficient de dilatation thermique élevé.