EP0536045B1

EP0536045B1 - Actuation lever for a stator vane

Info

Publication number: EP0536045B1
Application number: EP92402678A
Authority: EP
Inventors: Jacky Naudet
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1991-10-02
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: US5277544A; FR2682157A1; EP0536045A1; DE69200303T2; FR2682157B1; DE69200303D1

Description

L'invention se rapporte à une biellette de commande d'aube ainsi qu'à des réseaux de telles biellettes.The invention relates to a blade control rod as well as to networks of such rods.

Certaines turbomachines comprennent des étages d'aubes de stator à calage variable, c'est-à-dire qui pivotent autour d'un axe qui traverse radialement le stator. Il est ainsi possible d'infléchir l'écoulement des gaz dans la machine et de maintenir un rendement satisfaisant quelle que soit la vitesse du rotor. Le pivotement est assuré par un levier appelé biellette dont une extrémité est engagée autour du bout d'axe qui dépasse à l'extérieur du stator et dont l'autre extrémité est reliée à un mécanisme de commande tel qu'un anneau dont le déplacement fait basculer toutes les biellettes à l'unisson. Une construction usuelle consiste à façonner le bout d'axe à une section carrée, rectangulaire ou analogue, et l'extrémité correspondante de la biellette avec un oeil de même forme, ou de forme plus allongée pour que la biellette puisse coulisser longitudinalement. L'autre extrémité de la biellette porte un axe qui pivote librement dans l'anneau de commande.Certain turbomachinery comprise stages of stator blades with variable setting, that is to say which pivot about an axis which passes radially through the stator. It is thus possible to inflect the gas flow in the machine and to maintain a satisfactory efficiency whatever the speed of the rotor. The pivoting is ensured by a lever called a connecting rod, one end of which is engaged around the end of the axis which protrudes outside the stator and the other end of which is connected to a control mechanism such as a ring whose displacement makes switch all the links in unison. A usual construction consists in shaping the end of the axis to a square, rectangular or similar section, and the corresponding end of the link with an eye of the same shape, or of more elongated shape so that the link can slide longitudinally. The other end of the link carries an axis which pivots freely in the control ring.

On a déjà constaté que les biellettes étaient relativement fragiles et qu'on ne pouvait exclure leur rupture. L'aube n'est alors plus dirigée et se met en drapeau. Comme les moteurs modernes sont conçus avec de petits jeux, il y a un grand risque que l'aube tourne jusqu'à ce que son extrémité proche du rotor et dont le profil est oblique vienne toucher celui-ci, ce qui cause de graves dommages. Des dommages encore plus graves peuvent être produits par l'instabilité aérodynamique provoquée par des écoulements irréguliers, car les aubes libres sont alors sujettes à des sollicitations de fatigue, de même que leurs pièces d'assemblage au stator. Des fissures peuvent naître et se propager jusqu'à la rupture, par exemple à la racine de l'aube.We have already found that the links were relatively fragile and that they could not be excluded from breaking. The dawn is then no longer directed and is feathered. As modern engines are designed with small clearances, there is a great risk that the blade will turn until its end close to the rotor and whose profile is oblique comes to touch the latter, which cause serious damage. Even more serious damage can be produced by aerodynamic instability caused by irregular flows, since the free blades are then subject to fatigue stresses, as are their parts for assembly to the stator. Cracks can arise and spread until they break, for example at the root of the dawn.

Le brevet français 2 583 817 montre qu'on a déjà pensé à placer les biellettes proches les unes des autres et avec des bords latéraux droits et séparés par un jeu assez faible, de sorte que si une biellette est cassée, le pivotement de l'aube associée est interrompu assez vite par le contact de l'extrémité de biellette qui lui est solidaire sur les biellettes voisines. L'aube fait alors un angle peu différent de celui des autres et n'affecte guère le rendement de la machine. La commande de l'anneau n'est pas perturbée, car les biellettes intactes en contact avec l'extrémité de la biellette cassée peuvent la faire tourner en la repoussant.French patent 2,583,817 shows that thought has already been given to placing the rods close to one another and with straight side edges and separated by a fairly small clearance, so that if a rod is broken, the pivoting of the associated blade is interrupted fairly quickly by the contact of the rod end which is integral with it on the neighboring rods. The dawn then makes an angle little different from that of the others and hardly affects the performance of the machine. The control of the ring is not disturbed, because the intact links in contact with the end of the broken link can turn it by pushing it back.

Ce système est cependant inopérant si le moyen de fixation qui maintient la biellette en place se détache. Ce moyen de fixation est généralement un écrou engagé sur une extrémité filetée du bout d'axe et dont le desserrage ne peut pas être exclu. La biellette risque alors de sortir de l'axe de l'aube et toute commande de cette dernière devient impossible. La biellette libre risque aussi d'endommager la machine.This system is however ineffective if the fixing means which holds the link in place becomes loose. This fastening means is generally a nut engaged on a threaded end of the end of the axle and whose loosening cannot be excluded. The link may then come out of the axis of the blade and any control of the latter becomes impossible. The free link may also damage the machine.

C'est à partir de ces considérations que l'invention a été conçue. Son objet essentiel est d'interdire la désolidarisation entre la biellette et l'aube à laquelle elle est associée, même si le moyen de fixation vient à disparaître en se détachant.It is from these considerations that the invention was conceived. Its essential object is to prohibit the separation between the link and the blade with which it is associated, even if the fixing means disappears when it comes off.

Le moyen essentiel pour cela consiste en une saillie dont la biellette est munie et qui s'étend sous une portion de biellette voisine de telle sorte que la saillie est retenue vers l'aube. La direction d'après laquelle on distingue la position de la saillie de celle de la portion de biellette voisine n'est pas la verticale mais la direction selon laquelle la biellette est extraite du bout d'axe de l'aube associée, c'est-à-dire la direction de l'axe. Dans le cas normal où l'invention est appliquée à un réseau de biellettes d'aubes réparties en couronne, les saillies seront à des positions internes et les portions des biellettes voisines à des positions externes.The essential means for this consists of a projection which the link is provided and which extends under a portion of neighboring link so that the projection is retained towards the blade. The direction from which we distinguish the position of the projection from that of the neighboring link portion is not vertical but the direction in which the link is extracted from the axis tip of the associated vane is ie the direction of the axis. In the normal case where the invention is applied to a network of rod links distributed in a crown, the projections will be at internal positions and the portions of the neighboring rods at external positions.

La saillie peut s'étendre aussi sur une portion de la biellette voisine : elle est alors retenue entre les deux portions mentionnées, mais avec un jeu suffisant pour éviter tout coincement. La biellette peut encore avoir une autre saillie qui s'étend sur une portion d'une autre biellette voisine.The projection can also extend over a portion of the neighboring link: it is then retained between the two mentioned portions, but with sufficient clearance to avoid jamming. The link can also have another projection which extends over a portion of another neighboring link.

L'invention concerne également les réseaux de biellettes de commande répondant à ces caractéristiques.The invention also relates to networks of control rods meeting these characteristics.

On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif :

la figure 1 est un schéma d'aubes et de biellettes suivant un plan passant par l'axe de la turbomachine ;
la figure 2 est une vue d'un réseau de biellettes selon l'invention ;
les figures 3 et 4 sont deux vues d'un autre réseau de biellettes également conforme à l'invention.

The invention will now be described in more detail with the aid of the following figures, which are given by way of illustration and not limitation:

Figure 1 is a diagram of blades and rods along a plane passing through the axis of the turbomachine;
Figure 2 is a view of a network of rods according to the invention;
Figures 3 and 4 are two views of another network of links also according to the invention.

Sur la figure 1, la référence 1 désigne un stator de turbomachine en forme d'enveloppe plus ou moins conique et dont on ne représente qu'une partie. Le stator 1 entoure un rotor 2 et en est séparé par une veine annulaire 3 occupée par des étages circonférentiels d'aubes mobiles 4 qui appartiennent au rotor 2. Le stator 1 possède quant à lui d'autres étages d'aubes pour redresser l'écoulement des gaz, qui alternent avec les étages d'aubes mobiles 4 et dont certains sont constitués d'aubes à calage variable 5. De telles aubes sont munies d'un axe 6 orienté radialement qui traverse le stator 1 et en dépasse vers l'extérieur où il se termine par un bout d'axe 7 à extrémité filetée. L'axe 6 pivote dans un évidement 8 du stator 1 par l'intermédiaire d'un palier 9 qui est fixé à l'axe 6 et se compose d'une partie cylindrique 10 logée dans l'évidement 8 et destinée à faciliter le pivotement de l'axe 6, et d'une partie plane 11 en appui sur la face d'extrémité externe de l'évidement 8 et qui sert à retenir l'axe 6 pour empêcher l'aube 5 de tomber sur le rotor 2. Comme de plus le déplacement de l'aube 5 vers l'extérieur est interdit par une butée sur une rondelle interne 12 située sur la face d'extrémité interne de l'évidement 8, l'aube 5 ne peut que pivoter autour de son axe 6.In FIG. 1, the reference 1 designates a turbomachine stator in the form of a more or less conical envelope and of which only a part is shown. The stator 1 surrounds a rotor 2 and is separated from it by an annular vein 3 occupied by circumferential stages of movable blades 4 which belong to the rotor 2. The stator 1 has meanwhile other stages of blades for straightening the gas flow, which alternate with the stages of movable vanes 4 and some of which consist of variable pitch vanes 5. Such vanes are provided with a radially oriented axis 6 which passes through the stator 1 and protrudes towards it. outside where it ends with a pin end 7 with threaded end. The axis 6 pivots in a recess 8 of the stator 1 by means of a bearing 9 which is fixed to the axis 6 and consists of a cylindrical part 10 housed in the recess 8 and intended to facilitate pivoting axis 6, and a flat part 11 bearing on the outer end face of the recess 8 and which serves to retain the axis 6 to prevent the blade 5 from falling on the rotor 2. As further movement of the blade 5 outward is prohibited by a stop on an internal washer 12 located on the inner end face of the recess 8, the blade 5 can only pivot about its axis 6 .

La biellette 13 qui commande ces pivotements comporte une extrémité 14 qui est engagée autour de l'axe 6 jusqu'à buter contre la partie plane 11. L'extrémité 14 est retenue vers l'aube 5 et pressée contre la partie 11 par un écrou 15 vissé sur l'extrémité filetée du bout d'axe 7 d'une rondelle externe et interposée entre l'extrémité 14 et l'écrou 15. La biellette 13 se termine à son autre extrémité 16 par un axe lisse 17 radial et engagé dans un évidement d'un anneau de commande 18.The link 13 which controls these pivotings has an end 14 which is engaged around the axis 6 until it abuts against the flat part 11. The end 14 is retained towards the blade 5 and pressed against the part 11 by a nut 15 screwed onto the threaded end of the axis end 7 of an external washer and interposed between the end 14 and the nut 15. The link 13 ends at its other end 16 by a smooth axis 17 radial and engaged in a recess in a control ring 18.

On constate donc que si l'écrou 15 vient à manquer, la biellette 13 peut librement s'échapper vers l'extérieur.It is therefore found that if the nut 15 runs out, the link 13 can freely escape towards the outside.

La figure 2 illustre un réseau des biellettes 13 en perspective et permet de saisir leurs particularités.FIG. 2 illustrates a network of rods 13 in perspective and makes it possible to grasp their particularities.

Le centre de chaque extrémité 14 est percé d'un oeil 19 oblong et à bords latéraux droits 20 orientés suivant la longueur de la biellette 13.The center of each end 14 is pierced with an oblong eye 19 and with straight lateral edges 20 oriented along the length of the link 13.

Les biellettes 13 peuvent coulisser longitudinalement autour des bouts d'axe 7 en fonction des déplacements de l'anneau de commande 18. Les bouts d'axes 7 sont munis de méplats qui glissent sur les bords latéraux droits 20 et assurent la transmission de pivotement aux aubes 5.The rods 13 can slide longitudinally around the ends of the axis 7 as a function of the movements of the control ring 18. The ends of the axes 7 are provided with flats which slide on the straight lateral edges 20 and ensure the pivoting transmission to the vanes 5.

Les extrémités 14 sont formées de deux plaques superposées, à savoir une plaque inférieure ou interne 21 et une plaque supérieure ou externe 22. Les plaques 21 et 22 présentent une étendue de superposition 23, les plaques inférieures 21 présentent une portion saillante 24 vers la gauche et les plaques supérieures 22 une portion saillante 25 vers la droite. Des bords latéraux droits 26, par lesquels une extrémité 14 de biellette 13 rompue touche ses voisines dès que l'aube 5 à laquelle elle est associée tend à se mettre en drapeau, existent comme dans le brevet cité auparavant et sont répartis sur les plaques 21 et 22. De plus, les portions saillantes 24 des plaques inférieures 21 aboutissent chacune sous la portion saillante d'une plaque supérieure 25, c'est-à-dire que les biellettes 13 sont mutuellement imbriquées dans cette disposition où elles sont toutes semblables sur la circonférence de la machine. On conçoit que si un écrou 15 est détaché, la biellette 13 concernée peut se déplacer légèrement vers l'extérieur mais qu'elle reste bloquée dès que la portion saillante 24 de sa plaque inférieure 21 touche la portion saillante 25 de la plaque supérieure 22 de la biellette 13 située à sa gauche.The ends 14 are formed of two superimposed plates, namely a lower or internal plate 21 and an upper or external plate 22. The plates 21 and 22 have an overlapping extent 23, the lower plates 21 have a protruding portion 24 to the left and the upper plates 22 a projecting portion 25 to the right. Straight lateral edges 26, by which one end 14 of broken link 13 touches its neighbors as soon as the blade 5 with which it is associated tends to be feathered, exist as in the patent cited above and are distributed over the plates 21 and 22. In addition, the protruding portions 24 of the lower plates 21 each terminate under the protruding portion of an upper plate 25, that is to say that the connecting rods 13 are mutually nested in this arrangement where they are all similar on the circumference of the machine. It is understood that if a nut 15 is detached, the rod 13 concerned can move slightly outward but remains blocked as soon as the projecting portion 24 of its lower plate 21 touches the projecting portion 25 of the upper plate 22 of the link 13 located at its left.

Les plaque 21 et 22 peuvent être d'une pièce ou assemblées par une soudure suivant la ligne 27.The plates 21 and 22 can be in one piece or assembled by welding along line 27.

On a représenté un autre réseau de biellettes référencées ici 28 et 29, sur les figures 3 et 4. Elles sont ici de deux sortes différentes, mais leurs extrémités 14 sont toutes formées de trois plaques superposées : les biellettes 28 ont leurs extrémités 14 composées d'une plaque médiane étroite 30 entre deux plaques supérieure et inférieure larges 31 et 32 qui s'étendent donc en saillie sur et sous la plaque médiane étroite 30 des deux côté et en formant deux creux de réception, alors que les extrémiés 14 des biellettes 29 sont composées d'une plaque médiane large 33 disposée entre deux plaques supérieure et inférieure étroites 34 et 35. La plaque médiane large 33 s'étend, en saillie des deux côtés sur les plaques supérieure et inférieure étroites 34 et 35, entre des portions des plaques supérieure et inférieure 31 et 32 de chacune des deux biellettes 28 voisines. Il est ici encore possible de fabriquer des biellettes 28 ou 29 à partir d'un bloc unique en les taillant dans la masse ou en soudant des plaques 30 à 32 et 33 à 35 initialement séparées. Il est avantageux dans ce dernier cas que la tige de la biellette 28 ou 29 soit d'une pièce avec une des plaques, telle que la plaque supérieure 31 ou 34 dans la réalisation représentée. Il s'agit d'une autre disposition d'imbrication qui interdit également d'extraire les biellettes 28 et 29 séparément.Another network of rods referenced here 28 and 29 has been shown in FIGS. 3 and 4. They are here of two different kinds, but their ends 14 are all formed of three superimposed plates: the rods 28 have their ends 14 composed of 'a narrow middle plate 30 between two wide upper and lower plates 31 and 32 which therefore protrude over and under the narrow middle plate 30 on both sides and forming two receiving recesses, while the ends 14 of the links 29 are composed of a wide middle plate 33 arranged between two narrow upper and lower plates 34 and 35. The wide middle plate 33 extends, projecting from both sides on the narrow upper and lower plates 34 and 35, between portions of the upper and lower plates 31 and 32 of each of the two neighboring links 28. Here again it is possible to manufacture rods 28 or 29 from a single block by cutting them in the mass or by welding plates 30 to 32 and 33 to 35 initially separated. It is advantageous in the latter case that the rod of the link 28 or 29 is in one piece with one of the plates, such as the upper plate 31 or 34 in the embodiment shown. This is another nesting arrangement which also prohibits extracting the links 28 and 29 separately.

Si un remplacement de biellette 13, 28 ou 29 est nécessaire, il faut donc en démonter plusieurs à la fois et les extraire légèrement des bouts d'axe 7 jusqu'à ce que les jeux cumulés permettent d'écarter suffisamment les biellettes voisines de celle qu'on veut remplacer pour la dégager entièrement.If a link 13, 28 or 29 replacement is necessary, it is therefore necessary to disassemble several at the same time and slightly extract them from the ends of the shaft 7 until the accumulated clearances allow the neighboring links to be sufficiently separated from that that we want to replace to release it entirely.

Claims

Rod (13, 28, 29) belonging to a set of rods, each of which controls a respective associated vane (5), each vane comprising a shaft (6) about which it pivots on a turbomachine stator (1), each rod being engaged by one end (14) around the shaft of the associated vane, securely attached via its other end (16) to a control mechanism (18), and held towards the vane by a fastening means (15), characterized in that it comprises a projection (24, 32, 33) which extends, in the direction of the shaft of the associated vane, under a neighbouring rod portion (25, 33, 31) so as to hold the projection towards the associated vane.
Control rod according to Claim 1, characterized in that the projection (33) also extends over a portion (32) of the said neighbouring rod.
Vane control rod according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the rod comprises another projection (25) which extends over a portion (24) of another neighbouring rod.
Set of vane control rods in accordance with Claims 1 and 3, characterized in that the rods (13) are identical and each formed of two plates (21, 22) joined together so that they exhibit superimposed parts (23) and non-superimposed parts which constitute the projections (24, 25).
Set of vane control rods according to Claims 2 and 3, characterized in that the rods (28, 29) are formed alternately with two opposite projections and with two pairs of portions exhibiting a hollow for receiving one of the projections.