ES2312409T3 - Dispositivo de mando de alabes con angulo de ajuste variable. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de mando de álabe con ángulo de ajuste variable en una turbomáquina, que comprende: una biela (20) un anillo de mando (30) un pivote de álabe (12) de un álabe que hay que mandar, medios de unión (24, 32) que forman articulación entre una primera extremidad (20a) de la biela y el citado anillo de mando y que comprenden un pivote (24) que atraviesa un primer orificio (22) perforado en la citada primera extremidad de la biela e introducido en un alojamiento radial (28) del citado anillo de mando, y medios de fijación y de mantenimiento en rotación sin holgura (40, 44, 46; 52, 54) de una segunda extremidad (20b) de la biela, caracterizado porque el citado pivote (24) es mantenido en posición por un anillo de bloqueo (34) provisto de ventanas (36) para el paso de este pivote y desliza sobre el citado anillo de mando, y porque los citados medios de fijación comprenden un tornillo de fijación (40) que atraviesa un segundo orificio (38) perforado en la citada segunda extremidad de la biela para ser introducido en un agujero del citado pivote de álabe.
Description
Dispositivo de mando de álabes con ángulo de
ajuste variable.
La presente invención se refiere al mando de
álabes con ángulo de ajuste variable. Ésta encuentra una aplicación
particular en el ámbito de la aeronáutica, especialmente para el
mando de las posiciones angulares de álabes directores de entrada
de aire en compresores de turbomáquinas, tales como turborreactores
o turbopropulsores de aviones.
Los dispositivos conocidos para el mando de
álabes con ajuste variable en una turbomáquina comprenden
habitualmente un órgano de mando en forma de un anillo que rodea un
cárter de la turbomáquina y una pluralidad de palancas, o bielas,
teniendo cada biela una primera extremidad unida al anillo de mando
por una articulación y una segunda extremidad montada en un pivote
de un respectivo álabe.
La modificación sincronizada de la posición
angular de los álabes se realiza por rotación del anillo alrededor
del eje de la turbomáquina. Con el fin de poder seguir el movimiento
de rotación del anillo, la unión entre cada biela y el anillo
comprende, al menos, un grado de libertad en rotación alrededor de
un eje dirigido sensiblemente en dirección radial con respecto al
anillo. Sin embargo, estando montada la biela rígidamente en el
pivote del álabe correspondiente, la rotación del anillo induce
otros movimientos relativos entre el anillo y la parte de la biela
montada en el pivote del álabe. Con el fin de adaptarse a estos
movimientos suplementarios o, al menos, a una parte de estos, es
bien conocido realizar la unión en forma de una rótula o de una
pieza análoga, que, además de la rotación alrededor de un eje
sensiblemente radial con respecto al anillo, permita una rotación
alrededor de un eje que tiene una dirección sensiblemente
circunferencial con respecto al anillo. Se ha propuesto, también,
realizar una unión que ofrezca un grado de libertad suplementario
en traslación en una dirección sensiblemente radial con respecto al
anillo. Podrá referirse, entre otros, a los documentos
FR-A-2 608 678 o
FR-A-2 746 141,
US-A-2 999 630.
La utilización de articulaciones mecánicas de
tipo rótula o análogas en un dispositivo de mando de un conjunto de
álabes, o simultáneamente de varios conjuntos de álabes, necesita la
realización de un gran número de piezas a un coste relativamente
elevado. Además, tales articulaciones están sujetas a desgaste que
puede alterar el funciona-
miento.
miento.
En variante, se ha propuesto también adaptarse a
estos movimientos, o al menos a una parte de ellos, por deformación
elástica de la biela. Podrá referirse, entre otros, a los documentos
US-A-4 367 264 y
US-A-4 979 874.
Sin embargo, en estos documentos, la capacidad
de deformación elástica viene dada por un adelgazamiento de la
biela en su parte central, entre las extremidades unidas al anillo
de mando y a un pivote de un álabe. Ahora bien, por una parte, es
necesario conferir una flexibilidad suficiente para no dificultar la
transmisión de movimiento entre el anillo de mando y los álabes y,
por otra, se debe conservar un grosor de biela suficiente para
resistir a la fatiga y evitar el riesgo de pandeo. El mejor
compromiso entre estas exigencias contradictorias es delicado de
encontrar.
La invención tiene por objeto evitar los
inconvenientes de los dispositivos de la técnica actual, proponiendo
un dispositivo de mando que utiliza una biela flexible que presenta
una gran resistencia a la fatiga mecánica provocada por
accionamientos repetidos, y una gran resistencia al pandeo, al
tiempo que presenta una flexibilidad que la permite deformarse
fácilmente en torsión, en toda el intervalo de rotación del anillo
de mando. Otro objeto de la invención es proponer un dispositivo
que permite simplificar su montaje y que igualmente permite un
desmontaje individual rápido y simple de estas bielas. Todavía otro
objeto de la invención es proponer un dispositivo que presenta una
histéresis particularmente reducida a nivel de la unión
álabe/biela.
Estos objetos se logran gracias a un dispositivo
del tipo que comprende una biela, medios de unión que forman
articulación entre una primera extremidad de la biela y un anillo de
mando, y medios de fijación de una segunda extremidad de la biela a
un pivote de un álabe que hay que mandar, dispositivo en el cual, de
acuerdo con la invención, los citados medios de unión comprenden un
pivote que atraviesa un primer orificio perforado en la citada
primera extremidad de la biela e introducido en un alojamiento
radial del citado anillo de mando, siendo mantenido en posición el
citado pivote por un anillo de bloqueo provisto de ventanas (36)
para el paso de este pivote y que desliza sobre el citado anillo de
mando, y los citados medios de fijación comprenden un tornillo de
fijación que atraviesa un segundo orificio perforado en la citada
segunda extremidad de la biela e introducido en un agujero del
citado pivote del álabe que hay que mandar, y el citado dispositivo
comprende, además, medios para mantener en rotación sin holgura la
citada biela alrededor del citado pivote de álabe.
Con esta estructura particular, por una parte,
se facilita de modo importante el montaje/desmontaje del dispositivo
debido a la naturaleza monobloque (obtenida por la presencia del
anillo de bloqueo) del conjunto anillo de mando y bielas y, por
otra, resulta particularmente fácil la sustitución individual de las
bielas, sin desmontaje del anillo de mando. Además, la absorción
automática de holgura en la unión álabe-biela
permite evitar, o al menos reducir considerablemente, cualquier
histéresis.
De acuerdo con un modo de realización preferido,
los citados medios de mantenimiento sin holgura comprenden una
ranura radial practicada en el citado pivote de álabe y cuya anchura
es inferior a la anchura de la citada segunda extremidad de la
biela que esta ranura está destinada a recibir. Para esto, la citada
biela está, ventajosamente, arqueada alrededor de su eje
longitudinal.
De acuerdo con otro modo de realización de la
invención, los citados medios de mantenimiento sin holgura
comprenden, al menos, un tetón practicado en el citado pivote de
álabe y destinado a cooperar con patas recortadas en la citada
segunda extremidad de la biela. Este recorte de las patas presenta,
preferentemente, una configuración de acuerdo con la figura 9.
De acuerdo con una particularidad de la
invención, la citada biela presenta, a nivel de su segunda
extremidad, una parte que tiene una anchura mayor que la anchura de
su primera extremidad y con la cual se empalma progresivamente.
Para compensar, especialmente, la holgura entre
la biela y el anillo de mando, el citado alojamiento radial está
delimitado por un forro fijado dentro del primer orificio de la
biela. Asimismo, para mantener la biela adherida contra el pivote
de álabe, está previsto un tope interpuesto entre la citada segunda
extremidad de la biela y el citado tornillo de fijación.
Ventajosamente, la citada biela está constituida
por una estructura laminada que comprende capas rígidas delgadas,
formadas por hojas metálicas, que alternan con capas de elastómero,
adhiriéndose las capas una a otra.
La presencia de una estructura laminada confiere
a la biela un comportamiento notable. Por el hecho de la delgadez
de las capas metálicas, unidas entre sí por capas de elastómero, la
biela es fácilmente deformable en flexión y en torsión. Además, no
hay variación importante de resistencia a la deformación en todo el
intervalo de funcionamiento del anillo de mando. El mando del
ajuste de los álabes es, por tanto, preciso y fácil. Además, a
pesar de su delgadez, las capas metálicas forman con las capas de
elastómero un conjunto que presenta una gran resistencia a la
fatiga y al pandeo.
En un modo de realización preferido que facilita
el montaje/desmontaje de las bielas, los citados anillos de mando y
de bloqueo están realizados, cada uno, en dos partes que se
extienden, cada una, sobre 180º de la circunferencia de la
turbomáquina.
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La invención se comprenderá mejor con la lectura
de la descripción hecha a continuación, a título indicativo pero no
limitativo, refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista en corte a una escala
agrandada de un primer modo de realización de un dispositivo de
mando de acuerdo con la invención;
- la figura 2 es una vista en corte según el
plano II-II de la figura 1;
- la figura 3 es una vista en corte según el
plano III-III de la figura 1;
- la figura 4 representa en perspectiva el
dispositivo de mando de la figura 1;
- la figura 5 ilustra una biela flexible puesta
en práctica en el dispositivo de mando de acuerdo con la
invención;
- la figura 6 muestra en perspectiva etapas
sucesivas de la colocación del dispositivo de mando de la figura
1;
- la figura 7 es una vista en corte a escala
agrandada de un segundo modo de realización de un dispositivo de
mando de acuerdo con la invención;
- la figura 8 es una vista en perspectiva del
dispositivo de mando de la figura 7; y
- la figura 9 ilustra una biela flexible puesta
en práctica en el dispositivo de mando de acuerdo con la
invención.
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Las figuras 1 a 3 ilustran en corte, y la figura
4 en perspectiva, una parte de turbomáquina, turborreactor o
turbopropulsor de avión o cualquier otro generador de potencia
terrestre o marino, por ejemplo uno de los álabes directores
repartidos alrededor del eje de la turbomáquina y colocados en la
entrada del compresor. Este álabe 10 es del tipo de álabe con
ángulo de ajuste variable.
Cada álabe 10 está provisto de un pivote de
álabe 12 de eje 14 que puede girar en el interior de un cojinete
liso definido por un casquillo 16a, 16b que atraviesa una parte del
cuerpo 18 de la turbomáquina (en este caso una virola exterior o el
cárter del rectificador).
El desplazamiento angular (ajuste) de cada álabe
10 es provocado por una biela flexible 20 (ilustrada en la figura
5) que comprende, preferentemente, una estructura de material
compuesto flexible, tal como una estructura laminada constituida
por capas metálicas delgadas que alternan con capas de elastómero,
adhiriéndose las capas una a otra. Las capas metálicas están
formadas por hojas de metal, de grosor, preferentemente, inferior a
0,5 mm, recortadas en bandas o láminas delgadas, por ejemplo de
acero, acero inoxidable, o cualquier otro metal adecuado para la
aplicación considerada. Asimismo, las capas de elastómero están
realizadas, por ejemplo, de caucho natural, cloropreno, butadieno,
nitrilo, epicloridrina, silicona, etc, efectuándose la elección en
función de las características mecánicas deseadas y de las
condiciones del entorno.
En una primera extremidad 20a, la biela 20
comprende un primer orificio 22 destinado a recibir medios de unión
formados por un pivote 24 de eje 26 introducido en un alojamiento
radial 28 de un anillo de mando 30. Este alojamiento está
delimitado, ventajosamente, por un forro 32 (conjunto de dos piezas
ensartadas, un manguito 32a y un anillo 32b) montado dentro del
primer orificio 22 formado a través de la biela 20, destinado, por
una parte, a compensar la holgura entre la biela y el anillo de
mando y, por otra, a proporcionar una longitud de centrado
suficiente para absorber los esfuerzos del pivote 24. El pivote es
mantenido en posición por un anillo de bloqueo 34 que desliza sobre
el anillo de mando y provisto de ventanas 36 de forma
correspondiente a la forma de este pivote (o, de modo más preciso,
de su cabeza). En una segunda extremidad 20b, opuesta a la primera,
la biela 20 comprende un segundo orificio 38 destinado a recibir
medios de fijación formados por un tornillo de fijación 40
introducido en un agujero ciego roscado 42 del pivote del álabe 12.
Esta biela se hace solidaria en rotación del pivote 12 y se
mantiene sin holgura en el pivote de álabe siendo introducida en
una ranura radial 44, de anchura inferior a la anchura de la biela,
practicada en este pivote y que deja libre un asiento 44a para la
biela y dos bordes planos radiales de posicionamiento 44b, 44c
(véanse las figuras 2 y 4). Una arandela que forma tope 46 está
interpuesta entre la extremidad 20b de la biela y el tornillo de
fijación 40.
El anillo de mando 30, cuyo eje está confundido
con el eje longitudinal de la turbomáquina, es móvil en rotación
alrededor de su eje. Este comprende una pluralidad de luces 48, en
número igual al de los álabes, perforadas radialmente y de anchura
sensiblemente superior a la anchura de una biela. Preferentemente,
éste está realizado en dos partes (2 semianillos) que cubren, cada
una, 180º de la circunferencia de la turbomáquina. Estas partes
están unidas (bloqueadas) entre sí por una férula de unión (no
representada). El arrastre en rotación está asegurado,
clásicamente, por uno o varios dispositivos de sujeción (no
representados). La rotación del anillo de mando permite hacer
variar la posición angular de los álabes 10 a través de las bielas
20. Asimismo, el anillo de bloqueo 34 está formado en dos partes
que cubren, cada una, igualmente, 180º. Naturalmente, de acuerdo
con la estructura de la turbomáquina, es posible un conjunto único
que cubra 360º.
En relación con la figura 6, se ilustrará ahora
el montaje/desmontaje de los álabes. El montaje se efectúa,
esencialmente, en dos etapas.
Una primera etapa, que puede ser efectuada
separadamente en fábrica (ésta es una de las ventajas importantes
de la invención), consiste en montar individualmente el conjunto de
las bielas 20 en el anillo de mando 30 y bloquearlas por el anillo
de bloqueo 34. Para esto, y para cada biela, se monta el forro 32
por engaste dentro del primer orificio 22 de la biela (para la
fijación del anillo 32b al manguito 32a podrían utilizarse otras
técnicas) y luego se introduce el conjunto a través de la luz 48 del
anillo de mando 30. Se introduce entones el pivote 24 a través de
la ventana 36 del anillo de bloqueo 34 y se le fija a la extremidad
20a de la biela mediante una simple introducción de este pivote en
el forro 32. Una vez instaladas todas las bielas, sólo queda girar
el anillo de bloqueo, una distancia igual a un semiespacio
interálabes, para que los pivotes 24 se encuentren automáticamente
bloqueados y solidarios del anillo de mando 30, formando, así, un
conjunto monobloque. Las dos partes del anillo deslizante 34 son a
su vez bloqueadas, por ejemplo por medio de un herraje (no
representado).
La segunda etapa consiste entonces, esta vez
directamente en el lugar, en montar todo el conjunto así constituido
directamente en cada uno de los diferentes pivotes 12 de los álabes
10. Para esto, se colocan una a una las extremidades 20b de las
bielas sobre el asiento 44a de este pivote y se fijan, cada una, a
éste por el tornillo de fijación 40 a través de la arandela de tope
46. El apriete de la arandela de tope 46 por el tornillo de
fijación 40 permite mantener apretadas las capas de la estructura
laminada y evitar un despegue (deslaminado) intempestivo a nivel de
la pared interna del segundo orificio 38. La colocación del pivote
24 en la otra extremidad de la biela produce el mismo efecto a
nivel de la pared interna del primer orificio 22.
Se observará, y esto es otro aspecto importante
de la invención, que, con el fin de permitir una absorción
automática de la holgura entre el pivote de álabe y la biela y, así,
limitar la histéresis propia de un conjunto de este tipo y
resultante de las tolerancias de fabricación, la biela 20 presenta
una anchura, extendida en un plano, ligeramente superior a la
anchura de la ranura 44 comprendida entre sus bordes planos 44c,
44d. Para facilitar su montaje, la biela será, ventajosamente,
arqueada (alrededor de su eje longitudinal) durante su fabricación
para obtener una flecha "f" tal como la ilustrada anteriormente
en la figura 2. Sin embargo, es posible también considerar un
montaje bajo ligera tensión con una biela de fabricación plana.
El desmontaje se hace procediendo de modo
exactamente inverso. Sin embargo, y ésta es otra ventaja esencial
de la invención, con la estructura descrita, es posible proceder a
un desmontaje individual de cada biela. Basta, en efecto, en primer
lugar, desmontar su fijación 40, 46, después poner en concordancia
las ventanas 36 del anillo de bloqueo 34 con los pivotes 24
(naturalmente, después de haber desbloqueado este anillo) y extraer
el pivote 24 correspondiente a la biela 20 que hay que sustituir y,
finalmente, sacar esta biela por la luz 48 del anillo de mando 30.
Una biela nueva puede ser sustituida entonces procediendo
simplemente de modo inverso.
Las figuras 7 a 9 ilustran un segundo modo de
realización de la invención de acuerdo con el cual la biela
presenta, igualmente, una estructura laminada pero con una geometría
diferente. En efecto, por una parte, la segunda parte terminal 20b
destinada a ser empalmada con el pivote de álabe 12, presenta una
anchura superior a la anchura de la extremidad opuesta 20a, con la
cual ésta se empalma progresivamente y, por otra, el segundo
orificio 38 presenta un recorte específico, no circular, visible
particularmente en la figura 9 y destinado a realizar, por una
parte, un centrado y, por otra, un guiado, de la biela con el pivote
de álabe. Este recorte presenta, a una y otra parte de una zona
central sensiblemente rectangular 50 y a una y otra parte de un eje
longitudinal de la biela, patas 52a, 52b, 52c, 52d destinadas a ser
plegadas contra tetones 54a, 54b que emergen de la parte superior
del pivote del álabe 12. La zona central está destinada a asegurar
el centrado del tornillo de fijación 40 cuyo eje se inscribe
perfectamente en esta zona rectangular y las patas, una vez plegadas
contra los tetones bajo la acción del tornillo de fijación y de la
arandela de tope 46, aseguran un guiado con una absorción
automática de la holgura entre la biela y el pivote de álabe.
La figura 7 es una vista en corte que muestra la
fijación de la biela en su segunda extremidad 20b, antes y después
de la colocación del tornillo de fijación 40. Los elementos de
acuerdo con el primer modo de realización llevan las mismas
referencias. Puede observarse la acción de deformación ejercida por
el tetón 54b sobre las patas 52c, 52d de la biela 20 que permite un
mantenimiento perfecto y sin holgura de esta biela. Finalmente, la
figura 8 ilustra en perspectiva, en tres etapas diferentes, la unión
del álabe con el anillo de mando. Se observará aquí también la
presencia de los tetones dirigidos radialmente en la parte superior
del pivote del álabe. El montaje/desmontaje de las bielas,
globalmente o individualmente, se efectúa como en el modo de
realización precedente y conviene referirse a él.
Como ya se indicó, la utilización de una
estructura de material compuesto flexible, tal como una estructura
laminada, es particularmente ventajosa, debido a que ésta permite
asociar flexibilidad y resistencia mecánica en todo el intervalo de
funcionamiento. Una particularidad interesante reside en el hecho de
que la resistencia a la deformación en torsión no varia de modo
importante dentro de este intervalo, de modo que el mando del
ajuste de los álabes puede realizarse de manera precisa.
Claims (12)
1. Dispositivo de mando de álabe con ángulo de
ajuste variable en una turbomáquina, que comprende:
una biela (20)
un anillo de mando (30)
un pivote de álabe (12) de un álabe que hay que
mandar,
medios de unión (24, 32) que forman articulación
entre una primera extremidad (20a) de la biela y el citado anillo
de mando y que comprenden un pivote (24) que atraviesa un primer
orificio (22) perforado en la citada primera extremidad de la biela
e introducido en un alojamiento radial (28) del citado anillo de
mando,
y medios de fijación y de mantenimiento en
rotación sin holgura (40, 44, 46; 52, 54) de una segunda extremidad
(20b) de la biela,
caracterizado porque el citado pivote
(24) es mantenido en posición por un anillo de bloqueo (34) provisto
de ventanas (36) para el paso de este pivote y desliza sobre el
citado anillo de mando, y
porque los citados medios de fijación comprenden
un tornillo de fijación (40) que atraviesa un segundo orificio (38)
perforado en la citada segunda extremidad de la biela para ser
introducido en un agujero del citado pivote de álabe.
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque la citada biela está arqueada
alrededor de su eje longitudinal.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
2, caracterizado porque el citado pivote de álabe comprende
una ranura radial (44) cuya anchura es inferior a la anchura de la
citada segunda extremidad de la biela que esta ranura está
destinada a recibir.
4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque la citada biela comprende patas (52a,
52b; 52c, 52d) recortadas en la citada segunda extremidad de la
biela.
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque el citado pivote de álabe comprende,
al menos, un tetón (54a y 54b) destinado a cooperar con las citadas
patas recortadas en la citada segunda extremidad de la biela.
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
3, caracterizado porque el citado recorte que rodea las
citadas patas está formado a una y otra parte de un eje central
longitudinal de la biela y a una y otra parte de una zona central
sensiblemente rectangular (50) destinada a asegurar un centrado del
citado tornillo de fijación.
7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
6, caracterizado porque la citada biela presenta, a nivel de
su segunda extremidad (20b), una parte que tiene una anchura mayor
que la anchura de su primera extremidad (20a) y con la cual ésta se
empalma progresivamente.
8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque el citado alojamiento radial está
delimitado por un forro (32a, 32b) fijado dentro del citado primer
orificio de la biela.
9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque los citados medios de fijación
comprenden, además, un tope (46) interpuesto entre la citada
segunda extremidad de la biela y el citado tornillo de fijación.
10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque la citada biela está constituida por
una estructura laminada que comprende capas rígidas delgadas,
formadas por hojas metálicas, que alternan con capas de elastómero,
adhiriéndose las capas una a otra.
11. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los citados
anillos de mando y de bloqueo están realizados, cada uno, en dos
partes, cubriendo, cada una, 180º de la circunferencia de la
turbomáquina.
12. Turbomáquina que comprende un dispositivo de
mando de álabe con ángulo de ajuste variable de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
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