EP1564381A1 - Levier de commande du calage angulaire d'une aube dans une turbomachine - Google Patents

Levier de commande du calage angulaire d'une aube dans une turbomachine Download PDF

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EP1564381A1
EP1564381A1 EP20050290139 EP05290139A EP1564381A1 EP 1564381 A1 EP1564381 A1 EP 1564381A1 EP 20050290139 EP20050290139 EP 20050290139 EP 05290139 A EP05290139 A EP 05290139A EP 1564381 A1 EP1564381 A1 EP 1564381A1
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lever
washer
control lever
pin
control
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EP20050290139
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Claude Lejars
Bruce Pontoizeau
Richard Staessen
Nicolas Triconnet
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Safran Aircraft Engines SAS
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SNECMA Moteurs SA
SNECMA SAS
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the present invention relates to a control lever for setting angle of a blade in a turbomachine, in particular the rigging angle of a rectifier in a compressor stage of the turbine engine.
  • the setting of the angular setting of certain stator vanes in a turbomachine is intended to optimize the efficiency of this turbomachine and to reduce fuel consumption in different flight configurations.
  • This setting is usually done for one or more rows of blades, by means of a control ring which surrounds externally the stator of the turbomachine and which is displaceable in rotation about the longitudinal axis of the stator by means engine such as a cylinder or an electric motor.
  • the rotation of the ring is transmitted by control levers of the connecting rod type to the vanes of the row, each control lever being secured to a dawn at one of its ends and carrying at its other end a pawn that is engaged in a cylindrical housing of the control ring.
  • the pin is mounted in an orifice of the end of the lever and is fixed on the lever by crimping, this operation consisting in crushing the end of the pin on the end of the lever which rests on an annular collar of the pawn. This operation generates important constraints in the part the lever on which the crimping of the pion is made, which weakens this part of the lever.
  • the mechanical strength of the lever being reduced by crimping pawn, cracks or cracks may appear on the lever at the end a certain time of operation of the turbomachine and cause the rupture of the control lever, which can cause the stop of the turbomachine and should therefore be considered a very serious incident.
  • the main purpose of the present invention is to remove this risk of breaking control levers.
  • a control lever of the angular setting of a blade in a turbomachine said lever having a first end to be mounted on a blade pivot to drive it into rotation and a second end comprising a cylindrical pin of mounting on a control ring, this pin being fixed by crimping one of its ends in an orifice of the second end of the lever and having an annular collar on which the second end of the lever, characterized in that means for distributing constraints are interposed between the second end of the lever and the crimped end of the pawn.
  • the distribution means of constraints include a washer.
  • the puck allows to distribute the crimping stresses on a sufficient surface and has the advantage to be simple and very inexpensive.
  • the washer is made of a softer material than that of the control lever. it allows the washer to absorb the crimping mechanical forces by plastically deforming and effectively protecting the second end lever against any mechanical aggression during crimping.
  • the washer is made of a material harder than that of the control lever. This washer has less tendency to deform than in the first mode of realization and better distributes crimping constraints.
  • the substantially flat annular surface of the washer applied to the second end of the lever, has an annular edge convex or chamfered at its outer periphery.
  • an advantage of the present invention is to avoid in a simple, effective and inexpensive way the risks of rupture levers for controlling the angular setting of the stage rectifiers compressor in a turbomachine, which could result from crimping the pins at the ends of the levers.
  • FIG. 1 a portion of a compressor stage 1 is shown high pressure of a turbomachine, in which each stage of the compressor comprises a row of vanes 2 mounted on the stator and a row of blades 3 carried by the rotor.
  • the blades 2 of the stator are rectifiers whose orientation angular is adjustable using control levers 4, driven in rotation by a control ring 5 actuated by a cylinder or motor electric.
  • Each control lever 4 is fixed by one end 6 on a radial pivot 7 of a blade 2, the pivot 7 being guided in rotation in a bearing 8 mounted in a radial orifice of the housing 9.
  • the other end 10 of the lever of control 4 carries a pin 11 which is crimped on this end 10 of the lever 4 and is guided in rotation in a cylindrical sleeve 12 of the control ring 6.
  • Figures 2 and 3 illustrate the crimping of a pin 11 on the end 10 of the control lever in the known art, the pin being usually made of steel and the titanium lever.
  • the pawn is a straight cylindrical element that has an annular collar 13 in the vicinity of one of its ends.
  • This flange 13 forms a support for the end 10 of the lever 4, which has an orifice in which is engaged the upper end 14 of the pawn.
  • This end of the pin 11 comprises, above the collar 13, a cylindrical axial bore for crimping the pin on the end 10 of the lever. Crimping is done by pressing a tool suitable in the bore to fold down and flatten the upper end 14 the pin on the end 10 of the lever as shown in Figure 3.
  • the present invention makes it possible to eliminate this risk by means of means of distribution of stresses interposed between the crimped end of pin and the end 10 of the control lever 4.
  • Figures 4 and 5 illustrate two embodiments of these stress distribution means, which are formed of a flat washer 16, 17 with a circular contour having an axial circular orifice whose diameter is slightly greater than the diameter of the peg 11.
  • the thickness of the washer is of the order of a millimeter and the outer diameter of the washer does not exceed that of the flange 13 of the pin 11.
  • the washer 16 is a washer with two parallel flat and identical faces and is made in one softer material than that of the lever 4, that is to say in material which has a Young's modulus lower than that of the material of the lever 4, which is usually made of titanium.
  • the washer 16, for example in polymer, can deform plastically during crimping without damage the control lever 4 and spreading the stresses on the end 10 of the lever 4.
  • the washer 17 interposed between the crimped end of the pin and the lever 4 is made of a material having a Young's modulus greater than that of material of the control lever 4.
  • This material may be, for example, a polymer or a metal.
  • the washer 17 has a surface 18 in contact with the end 10 of the lever 4, which is formed with an annular edge 19 convex over its entire outer periphery ( Figure 6) or with an edge 20 chamfered outside (figure 7).
  • This configuration of the washer 17 makes it possible not to create peaks in the lever 4 at the outer periphery of the washer, when crimping, the convex rounding 19 or the chamfer 20 to release progressively the constraints in the material of the lever 4.

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Abstract

Levier de commande du calage angulaire d'une aube dans une turbomachine, ledit levier (4) ayant une extrémité (6) destinée à être montée sur un pivot (7) d'aube (2) pour l'entraîner en rotation et une extrémité (10) comportant un pion (11) cylindrique de montage sur un anneau (5) de commande, ce pion (11) étant fixé par sertissage d'une de ses extrémités dans un orifice de l'extrémité (10) du levier (4) et comportant une collerette (13) annulaire sur laquelle est appliquée cette extrémité (10) du levier (4), caractérisé en ce que des moyens (16, 17) de répartition de contraintes sont interposés entre l'extrémité (10) du levier (4) et l'extrémité sertie (14) du pion. <IMAGE> <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un levier de commande du calage angulaire d'une aube dans une turbomachine, en particulier du calage angulaire d'un redresseur dans un étage de compresseur de la turbomachine.
Le réglage du calage angulaire de certaines aubes de stator dans une turbomachine est destiné à optimiser le rendement de cette turbomachine et à réduire sa consommation de carburant dans les différentes configurations de vol. Ce réglage est en général réalisé, pour une ou plusieurs rangées d'aubes, au moyen d'un anneau de commande qui entoure extérieurement le stator de la turbomachine et qui est déplaçable en rotation autour de l'axe longitudinal du stator par un moyen moteur tel qu'un vérin ou un moteur électrique. La rotation de l'anneau est transmise par des leviers de commande du type biellette aux aubes de la rangée, chaque levier de commande étant solidaire d'une aube à l'une de ses extrémités et portant à son autre extrémité un pion qui est engagé dans un logement cylindrique de l'anneau de commande.
Le pion est monté dans un orifice de l'extrémité du levier et est fixé sur le levier par sertissage, cette opération consistant à écraser l'extrémité du pion sur l'extrémité du levier qui repose sur une collerette annulaire du pion. Cette opération engendre des contraintes importantes dans la partie du levier sur laquelle est réalisé le sertissage du pion, ce qui fragilise cette partie du levier.
Lors du réglage du calage angulaire des aubes, le levier de commande est soumis à des forces de flexion à son extrémité portant le pion et le pion est soumis à des forces de torsion.
La résistance mécanique du levier étant diminuée par le sertissage du pion, des fissures ou criques peuvent apparaítre sur le levier au bout d'un certain temps de fonctionnement de la turbomachine et provoquer la rupture du levier de commande, ce qui peut causer l'arrêt de la turbomachine et doit donc être considéré comme un incident très grave.
La présente invention a essentiellement pour but de supprimer ce risque de rupture des leviers de commande.
Elle propose pour cela un levier de commande du calage angulaire d'une aube dans une turbomachine, ledit levier ayant une première extrémité destinée à être montée sur un pivot d'aube pour l'entraíner en rotation et une seconde extrémité comportant un pion cylindrique de montage sur un anneau de commande, ce pion étant fixé par sertissage d'une de ses extrémités dans un orifice de la seconde extrémité du levier et comportant une collerette annulaire sur laquelle est appliquée la seconde extrémité du levier, caractérisé en ce que des moyens de répartition de contraintes sont interposés entre la seconde extrémité du levier et l'extrémité sertie du pion.
Ainsi, lors du sertissage du pion sur le levier, la surface du levier n'est plus en contact direct avec la partie sertie du pion et les contraintes de sertissage sont réparties sur une surface du levier qui est suffisante pour éviter une fragilisation du levier.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de répartition de contraintes comprennent une rondelle. La rondelle permet de répartir les contraintes de sertissage sur une surface suffisante et présente l'avantage d'être simple et très peu coûteuse.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la rondelle est réalisée en un matériau plus souple que celui du levier de commande. Cela permet à la rondelle d'absorber les efforts mécaniques de sertissage en se déformant plastiquement et de protéger efficacement la seconde extrémité de levier contre toute agression mécanique lors du sertissage.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la rondelle est réalisée en un matériau plus dur que celui du levier de commande. Cette rondelle a moins tendance à se déformer que dans le premier mode de réalisation et répartit mieux les contraintes de sertissage.
Pour réduire dans ce cas les risques d'agression de la seconde extrémité du levier, la surface annulaire sensiblement plane de la rondelle, appliquée sur la seconde extrémité du levier, présente un bord annulaire convexe ou chanfreiné à sa périphérie extérieure.
De manière générale, un avantage de la présente invention est d'éviter de façon simple, efficace et peu coûteuse les risques de rupture des leviers de commande du calage angulaire des redresseurs des étages de compresseur dans une turbomachine, qui pourraient résulter des sertissages des pions aux extrémités des leviers.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaítront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique partielle illustrant le montage d'un levier de commande du calage angulaire d'un redresseur dans un étage de compresseur d'une turbomachine, selon la technique antérieure ;
  • les figures 2 et 3 sont des vues schématiques de côté illustrant le sertissage du pion sur le levier de commande dans la technique antérieure ;
  • la figure 4 est une vue schématique partielle d'un premier mode de réalisation du levier de commande selon l'invention ;
  • la figure 5 est une vue schématique partielle d'un second mode de réalisation du levier de commande selon l'invention ;
  • les figures 6 et 7 sont des vues schématiques agrandies en coupe axiale de la rondelle de répartition de contraintes du second mode de réalisation de l'invention.
En figure 1, on a représenté une partie d'un étage 1 de compresseur haute pression d'une turbomachine, dans laquelle chaque étage du compresseur comprend une rangée d'aubes 2 montées sur le stator et une rangée d'aubes 3 portées par le rotor.
Les aubes 2 du stator sont des redresseurs dont l'orientation angulaire est réglable à l'aide de leviers de commande 4, entraínés en rotation par un anneau 5 de commande actionné par un vérin ou un moteur électrique.
Chaque levier de commande 4 est fixé par une extrémité 6 sur un pivot radial 7 d'une aube 2, le pivot 7 étant guidé en rotation dans un palier 8 monté dans un orifice radial du carter 9. L'autre extrémité 10 du levier de commande 4 porte un pion 11 qui est serti sur cette extrémité 10 du levier de commande 4 et est guidé en rotation dans une douille cylindrique 12 de l'anneau de commande 6.
Un déplacement angulaire de l'anneau de commande 5 autour de son axe se traduit par une rotation des leviers 4 autour des axes des pivots 7 et par l'entraínement en rotation des aubes 2 autour de ces axes.
Les figures 2 et 3 illustrent le sertissage d'un pion 11 sur l'extrémité 10 du levier de commande dans la technique connue, le pion étant généralement en acier et le levier en titane.
Avant sertissage, le pion est un élément cylindrique droit qui présente une collerette 13 annulaire au voisinage d'une de ses extrémités. Cette collerette 13 forme un appui pour l'extrémité 10 du levier 4, qui comporte un orifice dans lequel est engagée l'extrémité supérieure 14 du pion. Cette extrémité du pion 11 comprend, au dessus de la collerette 13, un alésage axial cylindrique servant au sertissage du pion sur l'extrémité 10 du levier. Le sertissage est réalisé par enfoncement à la presse d'un outil approprié dans l'alésage pour rabattre et aplatir l'extrémité supérieure 14 du pion sur l'extrémité 10 du levier comme représenté en figure 3.
Lors du sertissage, l'extrémité 10 du levier appliquée sur la collerette 13 de l'extrémité supérieure 14 du pion subit directement les efforts de sertissage, qui peuvent la fragiliser. En fonctionnement, lors du réglage angulaire des aubes, ces extrémités des leviers travaillent en flexion tandis que les pions travaillent en torsion, et sont soumises aux vibrations de la turbomachine, qui accentuent la fragilisation des leviers. Cela peut provoquer à la longue la rupture de l'extrémité 10 d'un levier.
La présente invention permet d'éliminer ce risque grâce à des moyens de répartition de contraintes interposés entre l'extrémité sertie du pion et l'extrémité 10 du levier de commande 4.
Les figures 4 et 5 illustrent deux modes de réalisation de ces moyens de répartition de contraintes, qui sont formés d'une rondelle plate 16, 17 à contour circulaire présentant un orifice circulaire 15 axial dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre du pion 11. L'épaisseur de la rondelle est de l'ordre du millimètre et le diamètre extérieur de la rondelle ne dépasse pas celui de la collerette 13 du pion 11.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, la rondelle 16 est une rondelle à deux faces planes parallèles et identiques et est réalisée en un matériau plus souple que celui du levier 4, c'est-à-dire en matériau qui présente un module d'Young inférieur à celui du matériau du levier 4, qui est généralement réalisé en titane. La rondelle 16, par exemple en polymère, peut se déformer plastiquement lors du sertissage sans endommager le levier de commande 4 et en répartissant les contraintes sur l'extrémité 10 du levier 4.
Dans un second mode de réalisation selon l'invention, représenté en figure 5, la rondelle 17 interposée entre l'extrémité sertie du pion et le levier 4 est en un matériau ayant un module d'Young supérieur à celui du matériau du levier de commande 4. Ce matériau peut être, par exemple, un polymère ou un métal. Dans ce cas, comme représenté à plus grande échelle aux figures 6 et 7, la rondelle 17 a une surface 18 en contact avec l'extrémité 10 du levier 4, qui est formée avec un bord 19 annulaire convexe sur toute sa périphérie extérieure (figure 6) ou avec un bord 20 extérieur chanfreiné (figure 7).
Cette configuration de la rondelle 17 permet de ne pas créer de pics de contraintes dans le levier 4 à la périphérie extérieure de la rondelle, lors du sertissage, l'arrondi convexe 19 ou le chanfrein 20 permettant de libérer progressivement les contraintes dans le matériau du levier 4.

Claims (10)

  1. Levier de commande du calage angulaire d'une aube dans une turbomachine, ledit levier (4) ayant une première extrémité (6) destinée à être montée sur un pivot (7) d'aube (2) pour l'entraíner en rotation et une seconde extrémité (10) comportant un pion (11) cylindrique de montage sur un anneau (5) de commande, ce pion (11) étant fixé par sertissage d'une de ses extrémités dans un orifice de la seconde extrémité (10) du levier (4) et comportant une collerette (13) annulaire sur laquelle est appliquée la seconde extrémité (10) du levier (4), caractérisé en ce que des moyens (16, 17) de répartition de contraintes sont interposés entre la seconde extrémité (10) du levier (4) et l'extrémité sertie (14) du pion.
  2. Levier de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de répartition de contraintes comprennent une rondelle (16, 17).
  3. Levier de commande (4) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la rondelle (16) est réalisée en un matériau plus souple que celui du levier de commande (4).
  4. Levier de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que la rondelle (16) est en polymère.
  5. Levier de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la rondelle (17) est en matériau plus dur que celui du levier de commande (4).
  6. Levier de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que la rondelle (17) est en polymère ou en métal.
  7. Levier de commande selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la rondelle (17) comporte une surface annulaire sensiblement plane appliquée sur la seconde extrémité (10) du levier (4) et présentant un bord annulaire convexe (19) ou chanfreiné (20) à sa périphérie extérieure.
  8. Levier de commande selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'épaisseur de la rondelle (16, 17) est de l'ordre du millimètre.
  9. Levier de commande selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la rondelle (16, 17) a un diamètre extérieur égal ou légèrement inférieur à celui de la collerette (13) du pion (11).
  10. Levier de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé en titane et le pion (11) est réalisé en acier.
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