EP1820942B1 - Dispositif de réglage du centrage d'un anneau de synchronisation de commande d'aubes pivotantes de turbomachine - Google Patents

Dispositif de réglage du centrage d'un anneau de synchronisation de commande d'aubes pivotantes de turbomachine Download PDF

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EP1820942B1
EP1820942B1 EP07101657A EP07101657A EP1820942B1 EP 1820942 B1 EP1820942 B1 EP 1820942B1 EP 07101657 A EP07101657 A EP 07101657A EP 07101657 A EP07101657 A EP 07101657A EP 1820942 B1 EP1820942 B1 EP 1820942B1
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ring
turbomachine
synchronisation
adjusting
slot
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Alain Bromann
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Safran Aircraft Engines SAS
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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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/40—Movement of components
    • F05D2250/41—Movement of components with one degree of freedom
    • F05D2250/411—Movement of components with one degree of freedom in rotation

Definitions

  • the present invention relates to the general field of devices for adjusting the centering of a synchronization ring controlling turbomachine pivoting vanes on the axis thereof.
  • stator vanes for adjusting the flow and the flow direction of the gases passing through the compression section as a function of the operating speed of the turbomachine.
  • stator vane stages comprise a plurality of vanes (called variable-pitch vanes) which can pivot about their axis of connection to the stator so as to modify their angle of registration as a function of the operating speed of the turbomachine.
  • Known devices for controlling the variable pitch vanes usually comprise a ring surrounding a cylindrical casing of the turbine engine casing and a plurality of levers or links, each link having a first end connected to the control ring by a hinge and a second end mounted on the pivot of a respective blade.
  • the synchronized modification of the angular position of the blades is thus achieved by rotation of the ring around the axis of the turbomachine.
  • the blade control ring is centered on the axis of the turbomachine. It is further arranged coaxially with the casing of the casing of the turbomachine and generally rests thereon by means of a plurality of pads regularly distributed over its entire circumference.
  • the coaxial control devices of the control ring generally use pads mounted on threaded rods which are screwed into the control ring.
  • Document is also known US5,387,080 pads whose radial position is adjusted using a double screw mounted on the ring and whose two portions have slightly different helix angles.
  • the main purpose of the present invention is therefore to overcome such drawbacks by proposing a device for adjusting the coaxiality of the control ring which is simple in design and reliable during all the operating phases of the turbomachine.
  • a device for adjusting the centering of a turbomachine pivoting blade control ring comprising a control ring centered on a longitudinal axis of the turbomachine and provided with a plurality of threaded holes extending in a radial direction, and a plurality of shoe carriers each having a threaded rod screwed into one of the threaded holes of the ring, each shoe-holder carrying at an inner end a pad intended to come into contact with an envelope cylindrical coaxial with the ring, and wherein, in accordance with the invention, the control ring further comprises a plurality of slots extending in a tangential direction and radially through the ring, each slot communicating with one tapped holes of the ring, and the device comprises clamping means in a longitudinal direction of each of the slots so as to lock in position of the shoe carriers.
  • control ring further comprises a plurality of orifices extending in a longitudinal direction, each orifice communicating with one of the slots of the ring, and the device comprises a plurality of bolting systems each screwed into one of the orifices of the ring so as to effect a nip in a longitudinal direction of the corresponding slot.
  • each slot opens at one of its tangential ends in one of the tapped holes of the control ring.
  • each slot may open at its tangential end opposite the tapped hole in a smooth passage passing radially through the control ring.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising at least one device for adjusting the centering of a pivoting vanes control ring as defined above.
  • the figure 1 partially represents a turbomachine compressor.
  • the compressor comprises a stator envelope 10 which is centered on the longitudinal axis XX of the turbomachine and which surrounds a rotor 12 so as to define therewith an annular vein 14 for the flow of gases.
  • the compressor further comprises a plurality of blades which form several stages in the flow channel 14. Some of these stages are formed of variable-pitch vanes 16. These blades 16 are pivotable about a radial axis 18 which passes through the stator casing 10.
  • Each axis (or pivot) 18 of the variable-pitch vanes 16 is connected to one end of a rod or control lever 20 via a nozzle 22.
  • the other end of the rods 20 is articulated around pins 24 arranged radially on a control ring 26.
  • the latter surrounds a cylindrical casing 28 of the casing of the turbomachine which is centered on the longitudinal axis XX thereof.
  • the control ring 26 and the cylindrical envelope 28 are arranged concentrically with respect to each other.
  • the invention relates to a device for adjusting the centering of the control ring 26 relative to the longitudinal axis X-X of the turbomachine. More specifically, such a device is capable of maintaining a fixed radial spacing between the control ring 26 and the cylindrical casing 28 of the casing of the turbomachine.
  • the device for adjusting the centering of the control ring 26 comprises in particular a plurality of pads 30 intended to come into contact with the cylindrical casing 28 of the casing of the turbomachine.
  • the pads 30 are regularly distributed over the entire circumference of the control ring 26 and are for example arranged between two adjacent pins 24 ( figure 1 ).
  • Each shoe 30 is secured to an inner end of a shoe holder 32 on which it is for example crimped.
  • Each shoe holder 32 consists of a threaded rod 34 which is screwed into a threaded hole 36 through the control ring 26 from one side and extending in a radial direction relative thereto. Once screwed into the ring of control, the rod 34 of the shoe carriers 32 protrudes radially relative to the ring ( figures 3 and 5 ).
  • control ring 26 further comprises a plurality of slots 38 which extend in a tangential (or circumferential) direction of the ring and which traverse the ring radially from one side to the other. Furthermore, each slot 38 communicates with one of the threaded holes 36 of the ring.
  • each slot 38 opens at one of its tangential ends in the corresponding threaded hole 36 of the ring.
  • the device for adjusting the centering of the control ring 26 further comprises gripping means in a longitudinal direction of each of the slots 38 so as to lock in position the shoe carriers 32.
  • control ring 26 comprises a plurality of orifices 40 (for example smooth) extending in a longitudinal direction (that is to say, parallel to the longitudinal axis XX of the turbomachine) and communicating each with one of the slots 38 of the ring.
  • each orifice 40 passes through one of the slots 38 from one side to the other and substantially perpendicularly thereto.
  • the device also comprises a plurality of bolting systems 42 which are each screwed into one of the orifices 40 of the ring, each bolting system 42 consisting of a screw 42a and a clamping nut 42b.
  • each slot 38 may open at its tangential end opposite the threaded hole 36 through which the threaded rod 34 passes through a smooth passage 44 passing radially through the control ring 26 from one side to the other.
  • the role of these smooth passages 44 is to allow the machining of slots 38 (indeed, the slot machining tool must be able to lead to the two tangential ends of the slots).
  • each pad 30 The adjustment of the radial position of each pad 30 relative to the cylindrical casing 28 is effected by more or less screwing the threaded rod 34 of the shoe holder 32 in the corresponding threaded hole 36 of the control ring 26.
  • the screw 42a is screwed into the corresponding hole 40 and the nut 42b is tightened on the free end thereof so as to lock by pinching in its optimal position the shoe holder 32.

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Description

    Arrière-plan de l'invention
  • La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs de réglage du centrage d'un anneau de synchronisation de commande d'aubes pivotantes de turbomachine sur l'axe de celle-ci.
  • Dans une turbomachine, il est connu d'utiliser un ou plusieurs étages d'aubes de stator pour ajuster le flux et la direction d'écoulement des gaz traversant la section de compression en fonction du régime de fonctionnement de la turbomachine. Ces étages d'aubes de stator comportent une pluralité d'aubes (appelées aubes à calage variable) qui peuvent pivoter autour de leur axe de liaison au stator de manière à modifier leur angle de calage en fonction du régime de fonctionnement de la turbomachine.
  • Les dispositifs connus pour la commande des aubes à calage variable comportent habituellement un anneau entourant une enveloppe cylindrique du carter de la turbomachine et une pluralité de leviers ou biellettes, chaque biellette ayant une première extrémité reliée à l'anneau de commande par une articulation et une deuxième extrémité montée sur le pivot d'une aube respective. La modification synchronisée de la position angulaire des aubes est ainsi réalisée par rotation de l'anneau autour de l'axe de la turbomachine.
  • L'anneau de commande des aubes est centré sur l'axe de la turbomachine. Il est en outre disposé de façon coaxiale à l'enveloppe du carter de la turbomachine et repose généralement sur celle-ci au moyen d'une pluralité de patins régulièrement répartis sur toute sa circonférence.
  • Afin d'améliorer la précision de calage des aubes de stator, il est nécessaire de chercher à assurer une excellente coaxialité entre l'anneau de commande et l'enveloppe du carter. Une parfaite coaxialité peut être obtenue en maintenant un jeu très faible entre les patins et l'enveloppe du carter. Pour obtenir un très faible jeu, les dispositifs employés pour le montage des patins sur l'anneau de commande doivent donc permettre de régler les patins selon une direction radiale.
  • Les dispositifs de réglage de la coaxialité de l'anneau de commande utilisent généralement des patins montés sur des tiges filetées venant se visser dans l'anneau de commande. On connaît aussi du document US 5,387,080 des patins dont la position radiale est ajustée à l'aide d'une vis double montée sur l'anneau et dont les deux portions ont des angles d'hélice légèrement différents.
  • Ces dispositifs de réglage des patins dans l'anneau de commande ne permettent pas d'assurer une immobilisation parfaite de la tige filetée de réglage des patins pendant toutes les phases de fonctionnement de la turbomachine. En effet, quand certains patins ne sont plus en contact avec l'enveloppe du carter, une usure des filets de la tige de réglage se forme par vibration, ce qui entraîne un déréglage des patins et par conséquence des vibrations de l'anneau de commande qui sont particulièrement préjudiciables en terme de précision de calage des aubes.
    • Objet et résumé de l'invention
  • La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un dispositif de réglage de la coaxialité de l'anneau de commande qui est simple de conception et fiable pendant toutes les phases de fonctionnement de la turbomachine.
  • Ce but est atteint grâce à un dispositif de réglage du centrage d'un anneau de commande d'aubes pivotantes de turbomachine, comportant un anneau de commande centré sur un axe longitudinal de la turbomachine et muni d'une pluralité de trous taraudés s'étendant selon une direction radiale, et une pluralité de porte-patins comportant chacun une tige filetée vissée dans l'un des trous taraudés de l'anneau, chaque porte-patin portant à une extrémité interne un patin destiné à venir en contact d'une enveloppe cylindrique coaxiale à l'anneau, et dans lequel, conformément à l'invention, l'anneau de commande comporte en outre une pluralité de fentes s'étendant selon une direction tangentielle et traversant radialement l'anneau, chaque fente communiquant avec l'un des trous taraudés de l'anneau, et le dispositif comporte des moyens de pincement selon une direction longitudinale de chacune des fentes de façon assurer un blocage en position des porte-patins.
  • Le réglage des patins selon la direction radiale est réalisé en vissant plus ou moins la tige filetée dans l'anneau de commande. Une fois le bon réglage effectué, la tige du porte-patin est bloquée en position par pincement de la fente selon une direction longitudinale. Ainsi, ce dispositif de réglage comporte peu de pièces, ce qui le rend simple de conception, et permet d'assurer un blocage fiable des patins quelque soit la phase de fonctionnement de la turbomachine.
  • Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'anneau de commande comporte en outre une pluralité d'orifices s'étendant selon une direction longitudinale, chaque orifice communiquant avec l'une des fentes de l'anneau, et le dispositif comporte une pluralité de systèmes de boulonnages vissés chacun dans l'un des orifices de l'anneau de façon à réaliser un pincement selon une direction longitudinale de la fente correspondante.
  • Avantageusement, chaque fente débouche à l'une de ses extrémités tangentielles dans l'un des trous taraudés de l'anneau de commande. Dans ce cas, chaque fente peut déboucher à son extrémité tangentielle opposée au trou taraudé dans un passage lisse traversant radialement l'anneau de commande.
  • L'invention a également pour objet une turbomachine comportant au moins un dispositif de réglage du centrage d'un anneau de commande d'aubes pivotantes tel que défini précédemment.
    • Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
    • la figure 1 représente schématiquement un étage d'aubes pivotantes à anneau de commande ;
    • la figure 2 est vue en perspective et du dispositif de réglage selon l'invention avant son assemblage ;
    • la figure 3 est une vue en perspective du dispositif de la figure 2 après son assemblage ; et
    • les figures 4 et 5 sont des vues en coupe du dispositif de la figure 3, respectivement selon un plan longitudinal et un plan radial.
    Description détaillée d'un mode de réalisation
  • La figure 1 représente partiellement un compresseur de turbomachine. Le compresseur comporte une enveloppe de stator 10 qui est centrée sur l'axe longitudinal X-X de la turbomachine et qui entoure un rotor 12 de manière à définir avec celui-ci une veine annulaire 14 pour l'écoulement des gaz.
  • Le compresseur comporte en outre une pluralité d'aubes qui forment plusieurs étages dans la veine d'écoulement 14. Certains de ces étages sont formés d'aubes à calage variable 16. Ces aubes 16 sont pivotantes autour d'un axe radial 18 qui traverse l'enveloppe de stator 10.
  • Chaque axe (ou pivot) 18 des aubes à calage variable 16 est relié à une extrémité d'une biellette ou levier de commande 20 par l'intermédiaire d'un embout 22. L'autre extrémité des biellettes 20 est articulée autour de tourillons 24 disposés radialement sur un anneau de commande 26. Ce dernier entoure une enveloppe cylindrique 28 du carter de la turbomachine qui est centrée sur l'axe longitudinal X-X de celle-ci. L'anneau de commande 26 et l'enveloppe cylindrique 28 sont disposés de façon concentrique l'un par rapport à l'autre.
  • L'invention vise un dispositif permettant de régler le centrage de l'anneau de commande 26 par rapport à l'axe longitudinal X-X de la turbomachine. Plus précisément, un tel dispositif est capable de maintenir un espacement radial fixe entre l'anneau de commande 26 et l'enveloppe cylindrique 28 du carter de la turbomachine.
  • Comme illustré sur les figures 2 à 5, le dispositif de réglage du centrage de l'anneau de commande 26 selon l'invention comporte notamment une pluralité de patins 30 destinés à venir en contact de l'enveloppe cylindrique 28 du carter de la turbomachine.
  • Les patins 30 sont régulièrement répartis sur toute la circonférence de l'anneau de commande 26 et sont par exemple disposés entre deux tourillons 24 adjacents (figure 1).
  • Chaque patin 30 est solidaire d'une extrémité interne d'un porte-patin 32 sur laquelle il est par exemple serti. Chaque porte-patin 32 se compose d'une tige filetée 34 qui est vissée dans un trou taraudé 36 traversant l'anneau de commande 26 de part en part et s'étendant selon une direction radiale par rapport à celui-ci. Une fois vissée dans l'anneau de commande, la tige 34 des porte-patins 32 dépasse radialement par rapport à l'anneau (figures 3 et 5).
  • Selon l'invention, l'anneau de commande 26 comporte en outre une pluralité de fentes 38 qui s'étendent selon une direction tangentielle (ou circonférentielle) de l'anneau et qui traversent radialement l'anneau de part en part. Par ailleurs, chaque fente 38 communique avec l'un des trous taraudés 36 de l'anneau.
  • Sur l'exemple de réalisation des figures 2 à 5, la communication entre les fentes et les trous taraudés de l'anneau de commande est réalisée par le fait que chaque fente 38 débouche à l'une de ses extrémités tangentielles dans le trou taraudé 36 correspondant de l'anneau.
  • Le dispositif de réglage du centrage de l'anneau de commande 26 selon l'invention comporte en outre des moyens de pincement selon une direction longitudinale de chacune des fentes 38 de façon assurer un blocage en position des porte-patins 32.
  • Pour ce faire, l'anneau de commande 26 comporte une pluralité d'orifices 40 (par exemple lisses) s'étendant selon une direction longitudinale (c'est-à-dire parallèlement à l'axe longitudinal X-X de la turbomachine) et communiquant chacun avec l'une des fentes 38 de l'anneau.
  • Sur l'exemple de réalisation des figures 2 à 5, la communication entre les fentes et les orifices de l'anneau de commande est réalisée par le fait que, comme représenté sur la figure 4, chaque orifice 40 traverse l'une des fentes 38 de part en part et de façon sensiblement perpendiculaire à celle-ci.
  • Le dispositif comporte également une pluralité de systèmes de boulonnages 42 qui sont vissés chacun dans l'un des orifices 40 de l'anneau, chaque système de boulonnage 42 se composant d'une vis 42a et d'un écrou de serrage 42b.
  • Par serrage de l'écrou 42b sur la vis 42a vissée dans l'un des orifices 40, il est réalisé un pincement selon une direction longitudinale de la fente correspondante 38 (en d'autres termes, la fente 38 a tendance à se déformer comme représenté par les flèches sur la figure 4). Un tel pincement de la fente permet ainsi d'assurer un blocage en position du porte-patin correspondant 32. Avec ce type de dispositif, il n'est ainsi pas nécessaire de prévoir un écrou serré sur l'extrémité libre de la tige filetée.
  • On notera que, plus l'orifice 40 dans lequel est vissée la vis 42a est situé (selon une direction tangentielle) proche du trou taraudé 36 dans lequel est vissée la tige filetée 34 du porte-patin correspondant, plus l'effet de pincement, et donc le blocage en position du porte-patin, est important.
  • On notera également que chaque fente 38 peut déboucher à son extrémité tangentielle opposée au trou taraudé 36 de passage de la tige filetée 34 dans un passage lisse 44 traversant radialement l'anneau de commande 26 de part en part. Le rôle de ces passages lisses 44 est de permettre l'usinage des fentes 38 (en effet, l'outil d'usinage des fentes doit pouvoir déboucher aux deux extrémités tangentielles des fentes).
  • Le réglage de la position radiale de chaque patin 30 par rapport à l'enveloppe cylindrique 28 s'effectue en vissant plus ou moins la tige filetée 34 du porte-patin 32 dans le trou taraudé 36 correspondant de l'anneau de commande 26. Lorsque la position optimale du patin 30 est obtenue, la vis 42a est vissée dans l'orifice correspondant 40 et l'écrou 42b est serré sur l'extrémité libre de celle-ci de façon à bloquer par pincement dans sa position optimale le porte-patin 32. En réalisant cet ajustement pour chaque patin monté sur l'anneau de commande, il est alors possible de centrer ce dernier sur l'axe longitudinal X-X de la turbomachine.

Claims (5)

  1. Dispositif de réglage du centrage d'un anneau de commande (26) d'aubes pivotantes (16) de turbomachine, comportant un anneau de commande (26) centré sur un axe longitudinal (X-X) de la turbomachine et muni d'une pluralité de trous taraudés (36) s'étendant selon une direction radiale, et une pluralité de porte-patins (32) comportant chacun une tige filetée (34) vissée dans l'un des trous taraudés (36) de l'anneau, chaque porte-patin (32) portant à une extrémité interne un patin (30) destiné à venir en contact d'une enveloppe cylindrique (28) coaxiale à l'anneau (26), caractérisé en ce que l'anneau de commande (26) comporte en outre une pluralité de fentes (38) s'étendant selon une direction tangentielle et traversant radialement l'anneau, chaque fente (38) communiquant avec l'un des trous taraudés (36) de l'anneau, et en ce que le dispositif comporte des moyens (40, 42) de pincement selon une direction longitudinale de chacune des fentes (38) de façon assurer un blocage en position des porte-patins (32).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau de commande (26) comporte en outre une pluralité d'orifices (40) s'étendant selon une direction longitudinale, chaque orifice (40) communiquant avec l'une des fentes (38) de l'anneau, et en ce que le dispositif comporte une pluralité de systèmes de boulonnages (42) vissés chacun dans l'un des orifices (40) de l'anneau de façon à réaliser un pincement selon une direction longitudinale de la fente correspondante (38).
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque fente (38) débouche à l'une de ses extrémités tangentielles dans l'un des trous taraudés (36) de l'anneau de commande (26).
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque fente (38) débouche à son extrémité tangentielle opposée au trou taraudé (36) dans un passage lisse (44) traversant radialement l'anneau de commande (26).
  5. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif de réglage du centrage d'un anneau de commande (26) d'aubes pivotantes (16) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
EP07101657A 2006-02-09 2007-02-02 Dispositif de réglage du centrage d'un anneau de synchronisation de commande d'aubes pivotantes de turbomachine Active EP1820942B1 (fr)

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