EP1335112B1 - Agencement de pivotement d'aube de stator dans une turbomachine - Google Patents

Agencement de pivotement d'aube de stator dans une turbomachine Download PDF

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EP1335112B1
EP1335112B1 EP03290287A EP03290287A EP1335112B1 EP 1335112 B1 EP1335112 B1 EP 1335112B1 EP 03290287 A EP03290287 A EP 03290287A EP 03290287 A EP03290287 A EP 03290287A EP 1335112 B1 EP1335112 B1 EP 1335112B1
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EP
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pivot
connecting rod
spring
washer
engaged
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EP03290287A
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EP1335112A1 (fr
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Alain Chatel
Fabrice Marois
Dominique Raulin
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line

Definitions

  • This invention is a result of a stator vane pivoting arrangement in a turbomachine.
  • the stator vanes fixed in a turbomachine and used to straighten the flow of gases before the next rotor stage of the rotor, may be of variable pitch, that is to say that their orientation is controlled according to of the machine's diet. They are then mounted on external pivots that protrude out of the stator housing and are connected to rods that a common control ring, surrounding the stator housing, rotates at will.
  • the rotation of the links produces a similar rotation of the vanes.
  • the transmission of the rotation is acquired by a suitable adjustment which may include a mutual support of plane faces established on an end section of the blade pivot and on a bore at the end of the rod, see for example the document EP -A-11 56 227: This end section and drilling are often squares.
  • a solution is offered with the invention, which is by its most general definition a stator vane pivoting arrangement in a turbomachine, comprising a vane pivot having an end protruding out of the stator and including a cross section. flat faces, and a control rod engaged on the end of the blade pivot by a bore limited by planar faces associated with the flat faces of the pivot, characterized in that it comprises a spring biased between the pivot and the link and arranged to press one of the flat faces of the pivot against one of the flat faces of the link.
  • the assemblies of these documents are also of a special kind.
  • the spring of the invention is an independent piece, distinct from the rest of the conventional square section assembly that does not need to be modified, the spring being only added to it.
  • the springs comprise a pierced washer placed on the rod and engaged around the end of the blade pivot, and a flexible flange of the washer, engaged on one side of the edge of the rod which is opposed to a the faces of the pivot on which the washer abuts, making with the washer a more open angle than a free state of the spring.
  • a turbomachine portion comprises a stator casing 1 carrying blades 2 fixed but orientable by pivots 3, located at the outer ends of the blades 2 and in bearings 4 passing through the housing 1; the inner ends of the blades 2 are united by a ring 5 engaged around an inner pivot 6 and which helps to maintain the circular stages of the blades 2 in place.
  • the pivots 3 pass through the stator casing 1 and end at an outer end 7, one of which Section 8 has a square shape. Further outside, the end 7 is threaded and receives a nut 9.
  • a link 10 is articulated between the end 7 and a control ring 11 around the stator housing 1 and at a short distance from the blade 2
  • the control ring 11 circles the stator housing 1 and is rotated by known means such as cylinders according to the control of the machine. It rotates the rod 10 around the pivot 3, as well as the latter and the entire blade 2.
  • the rod 10 comprises a hole 13 of square shape to its eyelet 17 end, and which comprises flat faces bearing on the flat faces of the pivot 3 to turn it.
  • a spring 15 is added to the device. It is distinct from the other parts of the assembly and in particular from the connecting rod 10 and the pivot 3, and it consists of a washer 16 placed on the eyelet 17 of the rod 10 and a flange 18 substantially at right angles with the washer 16 extending along a side edge face 19 of the washer 16.
  • the flange 18 has a corrugation 20 facing the side edge face 19 and the top touches.
  • a square bore 21 is formed through the washer 16.
  • the proportions of the spring 15 are chosen so that the flange 18 is pushed back when the bore 21 is engaged on the square section 8 of the end of the pivot 3, even though that one of the edge faces of the piercing 21 touches one of flat faces 12 (opposite to the side edge face 19) of the square section 8, and that the flat face 12 of the square section 8 which is opposite to the preceding touches the flat face 13 complementary to the eyelet 17 rod.
  • a tension is exerted on the spring 15, by which the angle of the washer 16 and the flange 18 is open relative to a free state, and it is reflected by a contact pressure between a pair planar faces 12 and 13 of the pivot 3 and the rod 10, which continues during all operating states of the machine.
  • the link 10 and the blade 2 remain at a fixed mutual angular position.
  • All the blades 2 of the stage controlled by the ring 11 are equipped with a similar spring 15. It may be useful to check that all the springs 15 will be mounted in the same way, in order to avoid differences in the positioning of the clearance between the piercing 21 and the square section 8 of the pivot 3.
  • a tongue 22 may be added to spring 15, which is fixed to the washer 16 and directed perpendicularly to it as the flange 18 already encountered, but which is not intended to be elastically deformed when the spring is placed, but to provide a foolproof function not to place the spring 15 only on one side.
  • the tongue 22 extends along the end faces of the wafer 23 of the rod 10 when the spring 15 has been correctly placed, but it prevents the washer 16 from resting on the eyelet 17 of the link 10 in the opposite case.
  • the invention would be practicable with other polygonal sections of the blade pivot and rod drilling.

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Description

  • Cette invention ressortit à un agencement de pivotement d'aube de stator dans une turbomachine.
  • Les aubes de stator, fixes dans une turbomachine et qui servent à redresser l'écoulement des gaz avant l'étage d'aubes suivant du rotor, peuvent être à calage variable, c'est-à-dire que leur orientation est commandée en fonction du régime de la machine. Elles sont alors montées sur des pivots extérieurs qui saillent hors du carter de stator et sont liés à des biellettes qu'un anneau de commande commun, entourant le carter de stator, fait tourner à volonté. La rotation des biellettes produit une rotation semblable des aubes. La transmission de la rotation est acquise par un ajustement convenable pouvant comprendre un appui mutuel de faces planes établies sur une section d'extrémité du pivot de l'aube et sur un perçage à l'extrémité de la biellette , voir par exemple le document EP-A-11 56 227 : cette section d'extrémité et le perçage sont souvent des carrés.
  • Les documents US 4 767 264 et 4 668 165-A divulguent des agencements à biellettes assez minces pour être souples aux torsions qui leur sont infligées par la rotation de l'anneau de commande. Ces biellettes sont munies d'ailettes latérales recourbées à la façon des pinces d'une tenaille et qui pénètrent dans des rainures des pivots. Ces ailettes sont responsables de l'entraînement des pivots en rotation par un engagement qui ne diffère que de peu de celui des sections carrées.
  • On observe toutefois que le moindre jeu d'ajustement entre le perçage de la biellette et le pivot de l'aube retarde sensiblement l'entraînement en rotation, et qu'un défaut d'entraînement de plusieurs dixièmes de degrés angulaires est souvent atteint. Comme l'aube devrait être orientée avec une grande précision pour qu'on obtienne un bon rendement de machine, on peut en conclure qu'un perfectionnement est souhaitable pour réduire le jeu d'ajustement des carrés.
  • Une solution est offerte avec l'invention, qui consiste sous sa définition la plus générale en un agencement de pivotement d'aube de stator dans une turbomachine, comprenant un pivot de l'aube ayant une extrémité saillant hors du stator et comprenant une section à faces planes, et une biellette de commande engagée sur l'extrémité du pivot d'aube par un perçage limité par des faces planes associées aux faces planes du pivot, caractérisé en ce qu'il comprend un ressort sollicité entre le pivot et la biellette et disposé de façon à presser une des faces planes du pivot contre une des faces planes de la biellette.
  • Les documents précités ne font pas connaître clairement la nature des ailettes, et en particulier leur rigidité. Rien n'affirme qu'elles possèdent une élasticité qui serait exploitée pour les maintenir en contact avec le fond des rainures et assurer la position angulaire du pivot d'aube par rapport à la biellette avec une force suffisante.
  • Les assemblages de ces documents sont aussi d'un genre spécial. Le ressort de l'invention est une pièce autonome, distincte du reste de l'assemblage classique à sections carrées qui n'a pas besoin d'être modifié, le ressort lui étant seulement ajouté.
  • Il est envisagé favorablement que les ressorts comprennent une rondelle percée posée sur la biellette et engagée autour de l'extrémité du pivot d'aube, et un rebord flexible de la rondelle, engagé sur une face de tranche de la biellette qui est opposée à une des faces du pivot sur laquelle la rondelle bute, en faisant avec la rondelle un angle plus ouvert qu'à un état libre du ressort.
  • L'invention sera maintenant décrite au moyen des figures, dont :
    • la figure 1 est une vue générale de l'agencement de l'invention,
    • la figure 2 est une vue plus détaillée des principaux éléments de l'invention,
    • et la figure 3 est une vue en éclaté de ces éléments.
  • Se reportant à la figure 1, une portion de turbomachine comprend un carter 1 de stator porteur d'aubes 2 fixes mais orientables par des pivots 3, situés aux extrémités extérieures des aubes 2 et dans des paliers 4 traversant le carter 1 ; les extrémités intérieures des aubes 2 sont unies par un anneau 5 engagé autour d'un pivot intérieur 6 et qui aide à maintenir les étages circulaires des aubes 2 en place.
  • Les pivots 3 traversent le carter de stator 1 et finissent en une extrémité 7 extérieure dont une section 8 a une forme carrée. Plus à l'extérieur, l'extrémité 7 est filetée et reçoit un écrou 9. Une biellette 10 est articulée entre l'extrémité 7 et un anneau de commande 11 autour du carter de stator 1 et à peu de distance de l'aube 2. L'anneau de commande 11 fait le tour du carter de stator 1, et il est tourné par des moyens connus tels que des vérins en fonction de la commande de la machine. Il fait tourner la biellette 10 autour du pivot 3, ainsi que celui-ci et toute l'aube 2. En effet, la biellette 10 comprend un perçage 13 de forme carrée à son oeillet 17 d'extrémité, et qui comprend des faces planes venant en appui sur les faces planes du pivot 3 pour le tourner. Deux faces planes et opposées du pivot 3 portent la référence 12, et les deux faces planes correspondantes du perçage 13 portent la référence 14.
    Conformément à l'invention, un ressort 15 est ajouté au dispositif. Il est distinct des autres pièces de l'assemblage et notamment de la bielle 10 et du pivot 3, et il se compose d'une rondelle 16 posée sur l'oeillet 17 de la biellette 10 et d'un rebord 18 sensiblement à angle droit avec la rondelle 16 qui s'étend le long d'une face de tranche latérale 19 de la rondelle 16. Le rebord 18 présente une ondulation 20 orientée vers la face de tranche latérale 19 et dont le sommet la touche. Un perçage carré 21 est ménagé à travers la rondelle 16. De plus, les proportions du ressort 15 sont choisies pour que le rebord 18 soit repoussé quand le perçage 21 est engagé sur la section carrée 8 de l'extrémité du pivot 3, alors même que l'une des faces de bord du perçage 21 touche une des faces planes 12 (opposée à la face de tranche latérale 19) de la section carrée 8, et que la face plane 12 de la section carrée 8 qui est opposée à la précédente touche la face plane 13 complémentaire de l'oeillet 17 de biellette. En d'autres termes, une tension s'exerce sur le ressort 15, par laquelle l'angle de la rondelle 16 et du rebord 18 est ouvert par rapport à un état libre, et elle se répercute par une pression de contact entre une paire de faces planes 12 et 13 du pivot 3 et de la biellette 10, qui perdure pendant tous les états de fonctionnement de la machine. Ainsi, la biellette 10 et l'aube 2 restent à une position angulaire mutuelle fixe.
  • Toutes les aubes 2 de l'étage commandé par l'anneau 11 sont équipées d'un ressort 15 semblable. Il peut être utile de vérifier que tous les ressorts 15 seront montés de la même façon, afin d'éviter des différences de placement du jeu entre le perçage 21 et la section carrée 8 du pivot 3. Pour cela on peut ajouter une languette 22 au ressort 15, qui est fixée à la rondelle 16 et dirigée perpendiculairement à elle comme le rebord 18 déjà rencontré, mais qui n'est pas destinée à être déformée élastiquement quand le ressort est placé, mais à assurer une fonction de détrompage ne permettant de placer le ressort 15 que d'un côté. La languette 22 s'étend le long des faces extrêmes de tranche 23 de la biellette 10 quand le ressort 15 a été placé correctement, mais elle empêche la rondelle 16 de se poser sur l'oeillet 17 de la biellette 10 dans le cas contraire.
  • L'invention serait praticable avec d'autres sections polygonales du pivot d'aube et du perçage de biellette.
  • On a constaté une réduction très sensible du défaut d'entraînement angulaire des aubes de stator en appliquant l'invention.

Claims (4)

  1. Agencement de pivotement d'aube de stator (2) dans une turbomachine, comprenant un pivot (3) de l'aube ayant une extrémité saillant hors du stator et comprenant une section (8) à faces planes, et une biellette de commande (10) engagée sur l'extrémité du pivot d'aube par un perçage limité par des faces planes (13) associées aux faces planes (12) du pivot, caractérisé en ce qu'il comprend un ressort (15) sollicité entre le pivot et la biellette et disposé de façon à presser une des faces planes du pivot contre une des faces planes de la biellette.
  2. Agencement de pivotement d'aube de stator suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort comprend une rondelle (16) percée posée sur la biellette et engagée autour de l'extrémité du pivot d'aube, et un rebord flexible (18) de la rondelle, engagé sur une face de tranche de la biellette qui est opposée à une des faces du pivot sur laquelle la rondelle bute, en faisant avec la rondelle un angle plus ouvert qu'à un état libre du ressort.
  3. Agencement de pivotement d'aube de stator suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le ressort comprend une languette (22) engagée sur une autre face de tranche de tête de la biellette.
  4. Agencement de pivotement d'aube de stator suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rebord du ressort est engagé sur la tranche de la biellette par une ondulation (20).
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