BR112017015113B1

BR112017015113B1 - Sistema de comando de pás com passo variável para uma turbomáquina

Info

Publication number: BR112017015113B1
Application number: BR112017015113-8A
Authority: BR
Inventors: Lilian Yann Dumas; Kamel Benderradji; Alain Marc Lucien Bromann; Suzanne Madeleine Coustillas
Original assignee: Safran Aircraft Engines
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2022-11-29
Also published as: FR3031772B1; BR112017015113A2; EP3247885B1; JP2018506676A; RU2700113C2; CN107208495A; FR3031772A1; JP6743028B2; CN107208495B; RU2017125804A; EP3247885A1; CA2973551A1; WO2016116682A1; RU2017125804A3; US20180010478A1; CA2973551C; US10385721B2

Abstract

SISTEMA DE COMANDO DE PÁS COM PASSO VARIÁVEL PARA UMA TURBOMÁQUINA. Sistema de comando de pás com passo variável para uma turbomáquina, que compreende uma fileira anular de pás com passo variável que se estendem em torno de um eixo (A) e que compreendem cada uma delas uma lâmina ligada em sua extremidade radialmente externa a um pivô (20) que define um eixo substancialmente radial de rotação da pá e que é ligado por uma alavanca (34) a meios de comando (40a, 40b) que se estendem em torno do dito eixo, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de comando compreendem primeiros elos (40a) portados pelos ditos pivôs e segundos elos (40b) que se estendem entre os ditos primeiros elos, os ditos primeiros e segundos elos se estendendo substancialmente em uma mesma circunferência em torno do dito eixo e que são ligados uns aos outros e a meios de acionamento (56).

Description

DOMÍNIO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a um sistema de comando de pás com passo variável para uma turbomáquina.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] O estado da técnica compreende notadamente os documentos WO-A2- 2008/147023 e US-A-3,066,488.

[0003] As pás de estator com passo variável (também chamadas de VSV acrônimo de Variable Stator Vanes) de uma turbomáquina são portadas por um cárter anular externo, em geral de um compressor da turbomáquina. Cada pá compreende uma lâmina que é ligada em sua extremidade radialmente externa por uma placa de contorno substancialmente circular a um pivô cilíndrico radial que define o eixo de rotação da pá e que é guiado em rotação dentro de um orifício correspondente do cárter externo. A extremidade radialmente interna da lâmina de cada pá compreende em geral um segundo pivô cilíndrico que se estende ao longo do eixo de rotação da pá e que é guiado em rotação dentro de um orifício de um cárter externo do compressor.

[0004] A extremidade radialmente externa do pivô externo de cada pá é ligada por uma alavanca a um anel de comando deslocado em rotação em torno do cárter externo por meios de acionamento com macaco ou análogo. A rotação ao anel de comando é transmitida pelas pequenas bielas aos pivôs externos das pás e os faz girar em torno de seus eixos.

[0005] O passo angular das pás de estator em uma turbomáquina é destinado a adaptar a geometria do compressor a seu ponto de funcionamento e notadamente a otimizar o rendimento e a margem na sobrecarga dessa turbomáquina e a reduzir seu consumo de carburante nas diferentes configurações de voo.

[0006] Cada uma dessas pás é deslocável em rotação em torno de seu eixo entre uma primeira posição “de abertura” ou “de plena abertura” na qual cada pá se estende substancialmente paralelamente ao eixo longitudinal da turbomáquina, e uma segunda posição “de fechamento” ou “de quase fechamento” na qual as pás estão inclinadas em relação ao eixo da turbomáquina e reduzem assim a seção de passagem do ar através do nível de pás.

[0007] O anel de comando deve ser centralizado e guiado em rotação em torno de seu eixo de rotação. Na técnica atual, o cárter externo compreende pistas sobre as quais a periferia interna do anel pode vir operar junto por atrito. O cárter compreende órgãos, tais como patins, de apoio e de guia sobre as pistas. Os patins servem, por um lado, para assegurar a concentricidade do anel em torno do cárter por ajuste de folgas patins/cárter e, por outro lado, para limitar a deformação do anel gerada pelos esforços aerodinâmicos sobre as pás com passo variável que são exercidos sobre a cinemática por ocasião do funcionamento.

[0008] A presente invenção propõe um aperfeiçoamento a essa tecnologia anterior, que é simples, eficaz e econômico.

EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO

[0009] A invenção propõe um sistema de comando de pás com passo variável para uma turbomáquina, que compreende pelo menos uma fileira anular de pás com passo variável que se estendem em torno de um eixo e que compreendem cada uma delas uma lâmina ligada em sua extremidade radialmente externa a um pivô que define um eixo substancialmente radial de rotação da pá e que é ligado por uma alavanca a meios de comando que se estendem em torno do dito eixo, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de comando compreendem primeiros elos portados pelos ditos pivôs e segundos elos que se estendem entre os ditos primeiros elos, os ditos primeiros e segundos elos se estendendo substancialmente em uma mesma circunferência em torno do dito eixo e sendo ligados uns aos outros e a meios de acionamento.

[0010] O anel de comando da técnica anterior é assim substituído por meios assimiláveis a uma corrente e que compreendem uma sucessão de elos. Primeiros elos são portados pelas alavancas ligadas aos pivôs das pás e segundos elos se estendem entre os primeiros elos e são ligados a eles. O conjunto é ligado a meios de acionamento, tais como um macaco. A rotação dos meios de comando é iniciada pelos meios de acionamento e o movimento é transmitido de um primeiro elo a um outro primeiro elo adjacente pelo segundo elo que se estende entre esses primeiros elos. Os segundos elos podem assim servir para sincronizar os movimentos dos primeiros elos e, portanto, as rotações das pás em torno dos eixos de seus pivôs. Essa tecnologia permite suprimir os patins de guia da técnica anterior e, portanto, simplificar o sistema e reduzir assim a massa, o custo e as regulações por ocasião da montagem do mesmo.

[0011] De fato, em relação a um sistema com anel, a invenção permite economizar na regulagem se livrando para isso das dilatações diferenciais entre por um lado as pás e o cárter externo das mesmas e por outro lado o anel. Em funcionamento, os elos e as alavancas têm seu comportamento em dilatação que é muito próximo daquele das pás e do cárter externo associado, em benefício da redução dos esforços no sistema de comando.

[0012] O sistema de acordo com a invenção pode compreender uma ou várias das características seguintes, tomadas isoladamente umas das outras ou em comparação umas com as outras: - o número dos primeiros elos é igual ao número dos segundos elos, que é igual ao número de alavancas, (ou de pás); - os ditos primeiros elos são formados de uma só peça com as ditas alavancas; - cada um dos primeiros e/ou segundos elos tem uma forma alongada e é ligado por suas extremidades longitudinais a outros elos; - os primeiros elos são ligados por ligações pivôs e/ou articulantes aos segundos elos; - os segundos elos têm cada um deles uma forma geral encurvada, de preferência em um plano substancialmente tangente a uma circunferência centrada no dito eixo; - os primeiros elos são elos fêmeas e os segundos elos são elos machos; - cada alavanca tem uma forma geral alongada e compreende uma primeira extremidade longitudinal de ligação ao pivô de uma pá e uma segunda extremidade longitudinal que porta um dos ditos primeiros elos; - pelo menos uma das alavancas compreende um prolongamento longitudinal de ligação aos ditos meios de acionamento; - o dito prolongamento longitudinal compreende uma lúnula ou fresta transpassante de guia em deslizamento de um elemento dos ditos meios de acionamento; e - os ditos meios de acionamento são ligados a duas fileiras anulares de pás com passo variável.

[0013] A presente descrição se refere também a uma turbomáquina, caracterizada pelo fato de que ela compreende pelo menos um sistema tal como descrito acima.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0014] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da invenção aparecerão mais claramente com a leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo e em referência aos desenhos anexos nos quais: - a figura 1 é uma meia vista esquemática parcial em corte axial de níveis de pás com passo variável de turbomáquina; - a figura 2 é uma vista parcial em perspectiva de um sistema de comando de pás com passo variável de turbomáquina de acordo com a invenção; - a figura 3 é uma vista esquemática em escala ampliada de uma ligação entre dois elos dos meios de comando do sistema de acordo com a invenção; e - a figura 4 é uma vista bastante esquemática de uma variante de realização do sistema de comando de pás com passo variável de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0015] Na figura 1, foi representada esquematicamente, em corte axial, uma parte de um compressor de alta pressão 10 de uma turbomáquina, em especial de uma turbomáquina de aeronave, com vários níveis, cada nível compreendendo uma fileira anular de pás móveis 12 portadas pelo rotor (não representado) da turbomáquina e uma fileira anular de pás fixas 14 que formam retificadores portadas por um cárter 16 do estator da turbomáquina, a orientação angular das pás 14 sendo regulável para otimizar o escoamento gasoso dentro do compressor 10.

[0016] Cada pá 14 compreende uma lâmina 18 e um pivô cilíndrico 20 radialmente externo, ligado por um disco ou “placa” 22 que se estende perpendicularmente ao eixo 24 da pá dentro de um alojamento 26 correspondente do cárter 16. A superfície radialmente interna 28 do disco é alinhada com a parede interna 30 do cárter para não se opor ao escoamento gasoso.

[0017] Na técnica anterior, o pivô cilíndrico 20 de cada pá 14 se estende no interior de um conduto cilíndrico radial 32 do cárter 16 e sua extremidade radialmente externa é ligada por uma alavanca 34 a um anel de comando 36 que circunda o cárter 16 e que é associado a meios de acionamento (não representados) que permitem fazê-lo girar em um sentido ou no outro em torno do eixo longitudinal do cárter 16 para acionar as pás 14 de uma fileira anular em rotação em torno de seus eixos 24.

[0018] As pás 14 são deslocáveis em rotação em torno de seus eixos 24 entre uma posição de pleno fechamento e uma posição de plena abertura.

[0019] Na posição de pleno fechamento, as lâminas 18 das pás são inclinadas em relação ao eixo longitudinal da turbomáquina e definem entre si uma seção mínima de passagem de ar na veia. As pás 14 são portadas para essa posição quando a turbomáquina está em baixo regime ou em desaceleração, a vazão de ar que escoa dentro do compressor tendo nesse caso um valor mínimo.

[0020] Na posição de plena abertura, as lâminas 18 das pás se estendem substancialmente paralelamente ao eixo da turbomáquina de modo a que seção de passagem de ar entre as lâminas seja máxima. As pás 14 são portadas para essa posição quando a turbomáquina está no regime com todo o gás, a vazão de ar que escoa dentro do compressor tendo nesse caso um valor máximo.

[0021] Na técnica anterior, o cárter 16 compreende em sua periferia externa pistas 38 salientes de centragem e de guia dos anéis 36, que são aqui esquematicamente representados por traços pontilhados. Cada anel 36 circunda sua ou suas pistas de guia 38. A referência J designa as folgas radiais que são previstas a frio entre um anel 36 e sua ou suas pistas 38. Essas folgas J devem ser suficientemente grandes para permitir dilatações térmicas do cárter 16 mas não permitem regular com precisão as posições angulares das pás 14. Essas folgas J são reguladas por meio de calços por ocasião da montagem do sistema de comando.

[0022] A invenção permite notadamente simplificar essa tecnologia substituindo para isso o anel de comando por uma sucessão de elos.

[0023] A figura 2 representa um modo de realização da invenção.

[0024] Os meios de comando 40 compreendem uma sucessão de elos 40a, 40b que se estendem em uma mesma circunferência em torno do eixo longitudinal A do cárter 16 e que são dispostos substancialmente ponta com ponta e ligados uns aos outros. Os meios de comando 40 compreendem primeiros elos 40a portados pelas alavancas 34 e segundos elos 40b que se estendem entre os primeiros elos 40a.

[0025] Cada alavanca 34 tem uma forma alongada e compreende uma primeira extremidade longitudinal ligada ao pivô 20 de uma pá e uma segunda extremidade longitudinal ligada a um primeiro elo 40a. A primeira extremidade de cada alavanca 34 compreende aqui um orifício 42 atravessado pelo pivô 20 da pá. A alavanca 34 é configurada para ser solidarizada em rotação em relação à pá e pode compreender, ao nível de seu orifício 42 uma face plana ou um meio análogo destinado a operar junto com o pivô 20 para atingir esse resultado. Como está visível na figura 1, uma porca poderia ser atarraxada sobre uma porção rosqueada do pivô 20 da pá para assegurar a retenção da alavanca 34 em relação a esse pivô.

[0026] No exemplo representado, a segunda extremidade de cada alavanca 34 é formada de uma só peça com um primeiro elo 40a.

[0027] Cada primeiro elo 40 a tem uma forma alongada da qual o eixo de alongamento é substancialmente perpendicular àquele da alavanca 34 correspondente. Cada primeiro elo 40a é aqui do tipo fêmea e compreende em cada uma de suas extremidades longitudinais meios de ligação, e em especial de articulação, com os segundos elos 40b adjacentes. Cada uma das extremidades longitudinais do primeiro elo 40a forma um estribo do tipo fêmea, que compreende duas orelhas 44 paralelas e espaçadas uma da outra, essas orelhas 44 compreendendo orifícios de montagem de um eixo 46 substancialmente radial de articulação de um segundo elo 40b.

[0028] Cada segundo elo 40b tem uma forma alongada e aqui ligeiramente encurvada. Cada segundo elo 40b é encurvado em um plano substancialmente tangente a uma circunferência centrada no eixo A. Como é visto na figura 2, as concavidades dos segundos elos 40b são todas elas orientadas na mesma direção longitudinal.

[0029] Cada segundo elo 40b é aqui do tipo macho e compreende em cada uma de suas extremidades longitudinais meios de ligação, e em especial de articulação, com os primeiros elos 40a adjacentes. Cada uma das extremidades longitudinais do segundo elo 40b forma um estribo do tipo macho, que compreende uma orelha 47 que compreende um orifício atravessado pelo eixo 46 precitado.

[0030] De preferência e como está representado na figura 3, os primeiros e segundos elos 40a, 40b são ligados entre si por ligações articulantes. Cada ligação articulante compreende um aro externo 48 que é introduzido e encaixado no orifício da orelha 47 do segundo elo 40b e que compreende um alojamento interno esférico no interior do qual é montada articulante uma noz 50 em porção de esfera. A noz 50 compreende um alojamento cilíndrico 52 atravessado por um dedo que forma o eixo 46 e do qual as extremidades longitudinais são fixadas respectivamente às orelhas 44 do primeiro elo 40a. O dedo que forma o eixo 46 é de preferência montado dentro do alojamento 52 para formar um pivô deslizante.

[0031] Pelo menos uma das alavancas 34 tem uma dimensão longitudinal superior àquela das outras alavancas e compreende, no lado de sua segunda extremidade longitudinal precitada, um prolongamento longitudinal 54 de ligação a meios de acionamento, e mais especialmente à haste de êmbolo 58 de um macaco 56 no exemplo representado. Esse prolongamento longitudinal 54 é ligado por sua extremidade livre à haste de macaco 58.

[0032] O corpo de macaco 56 possui aqui uma haste de macaco 58 fêmea que compreende duas orelhas paralelas e espaçadas uma da outra, essas orelhas 44 compreendendo orifícios de montagem de um eixo 60. A extremidade livre do prolongamento 54 da alavanca forma um estribo 62 macho que compreende uma orelha que compreende um orifício atravessado pelo eixo 60. Uma ligação articulante, do tipo daquela representada na figura 3, pode ser utilizada para ligar o estribo 62 à haste 58.

[0033] Na montagem das alavancas 34 e dos elos, as regulagens são simplificadas devido à ausência de patim. As pás e suas alavancas são posicionadas angularmente e os elos são conectados verificando-se para isso os posicionamentos angulares nos níveis de pás, verificando-se assim para diversas posições angulares que os lados dos elos concordam com os resultados desejados. Tais verificações são conhecidas em seu princípio, mas aqui, devido aos elos, não há patim a selecionar e operações de regulagens são, portanto, evitadas.

[0034] Em funcionamento, o macaco 56 aciona sua haste 58 de êmbolo, o que gera um deslocamento da alavanca 34 e uma rotação da pá 14 correspondente em torno do eixo 24 de seu pivô 20. Esse movimento de rotação é transmitido às alavancas 34 adjacentes e às outras alavancas 34 por intermédio dos elos 40a, 40b que sincronizam assim os deslocamentos das alavancas e das pás 14. Em funcionamento, as dilatações das pás e do cárter externo associado induzem pouco esforço nas alavancas e elos cujo comportamento em dilatação concorda bem com aquele dos ditos cárteres e pás para uma boa transmissão das dilatações, ao mesmo tempo em que conservam a precisão desejada. Os efeitos de inércia em dilatação de certos sistemas de comando com anel do estado da técnica são evitados, em benefício da minimização da conservação da precisão de maneira homogênea mesmo por ocasião de fases transitórias de dilatação.

[0035] O sistema de comando de acordo com a invenção pode compreender entre dois e quatro meios de acionamento (macacos) distintos. O sistema compreende nesse caso entre dois e quatro alavancas equipadas cada uma delas com um prolongamento 54.

[0036] Na variante representada esquematicamente na figura 4, o ou os meios de acionamento são ligados a dois níveis ou fileiras anulares de pás com passo variável, respectivamente a montante 64 e a jusante 66.

[0037] A fileira anular a montante 64 de pás com ajusta variável é substancialmente idêntica àquela descrita no que precede, em referência às figuras 2 e 3.

[0038] A fileira a jusante 66 de pás com passo variável é similar à fileira anular a montante 64. A descrição acima relativa às figuras 2 e 3 se aplica, portanto, a essa fileira 66 na medida em que ela não contradiz o que se segue.

[0039] As alavancas 34 da fileira a jusante 66 e estendem na direção da fileira a montante 64. Por outro lado, as concavidades dos segundos elos 40b são todas elas orientadas na mesma direção longitudinal, opostas àquela dos segundos elos da fileira a montante 64.

[0040] Pelo menos uma das alavancas 34 da fileira a jusante 66 tem uma dimensão longitudinal superior àquela das outras alavancas e compreende, no lado de sua extremidade longitudinal oposta à pá, um prolongamento longitudinal 54 de ligação aos meios de acionamento, e mais especialmente à haste de êmbolo 58 do macaco 54 no exemplo precitado. Esse prolongamento longitudinal 54 compreende uma fresta ou lúnula 68 transpassante na qual é montado deslizante um eixo 70 portado pela haste de macaco 58.

[0041] O corpo do macaco 56 possui aqui uma haste de macaco 58 fêmea que compreende duas orelhas paralelas e espaçadas uma da outra, essas orelhas compreendendo orifícios de montagem de um primeiro eixo de ligação 60 ao prolongamento 54 da alavanca 34 da fileira a montante 64 e de um segundo eixo 70 de ligação ao prolongamento da alavanca 34 da fileira a jusante 66.

[0042] Em funcionamento, o ou cada macaco 56 aciona sua haste de êmbolo 58 o que gera um deslocamento das alavancas 34 das duas fileiras 64, 66 e uma rotação das pás ligadas a essas alavancas em torno dos eixos de seus pivôs. A lúnula 68 permite transmitir um passo angular desejado às pás da fileira 66, que é diferente daquele das pás da fileira 64. Os movimentos de rotação são transmitidos às alavancas 34 adjacentes e às outras alavancas 34 das duas fileiras 64, 66 por intermédio dos elos 40a, 40b que sincronizam assim os deslocamentos das alavancas e das pás 14.

Claims

1. Sistema de comando de pás (14) com passo variável para uma turbomáquina, que compreende pelo menos uma fileira anular (64, 66) de pás com passo variável se estendendo em torno de um eixo (A) e compreendendo cada uma delas uma lâmina (18) ligada em sua extremidade radialmente externa a um pivô (20) que define um eixo (24) substancialmente radial de rotação da pá e que é ligado por uma alavanca (34) a meios de comando (40a, 40b) que se estendem em torno do dito eixo, os ditos meios de comando compreendem primeiros elos (40a) portados pelos ditos pivôs e segundos elos (40b) que se estendem entre os ditos primeiros elos, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiros e segundos elos se estendendo substancialmente em uma mesma circunferência em torno do dito eixo e sendo ligados uns aos outros e a meios de acionamento (56).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o número dos primeiros elos (40a) é igual ao número dos segundos elos (40b), que é igual ao número de alavancas (34).

3. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiros elos (40a) são formados de uma só peça com as ditas alavancas (34).

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que cada um dos primeiros e/ou segundos elos (40a, 40b) tem uma forma alongada e é ligado por suas extremidades longitudinais a outros elos.

5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os primeiros elos (40a) são ligados por ligações pivôs e/ou articulantes aos segundos elos (40b).

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os segundos elos (40b) têm cada um deles uma forma geral encurvada, de preferência em um plano substancialmente tangente a uma circunferência centrada no dito eixo (A).

7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os primeiros elos (40a) são elos fêmeas e os segundos elos (40b) são elos machos.

8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que cada alavanca (34) tem uma forma geral alongada e compreende uma primeira extremidade longitudinal de ligação ao pivô (20) de uma pá (14) e uma segunda extremidade longitudinal que porta um dos ditos primeiros elos (40a).

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das alavancas (34) compreende um prolongamento longitudinal (54) de ligação aos ditos meios de acionamento (56).

10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de acionamento (56) são ligados a duas fileiras anulares (64, 66) de pás com passo variável.