FR2767865A1 - Distributeur de turbine a section variable - Google Patents
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Abstract
Distributeur de turbine à section variable. Ce distributeur de turbine (10) à section variable comprend une pluralité de segments de distributeur (14) adjacents dans le sens de la circonférence. Chaque segment de distributeur (14) comprend des bandes extérieure (16) et intérieure (18) et une pluralité de premiers segments d'aubes (22) fixement réunis entre elles. Une pluralité de deuxièmes segments d'aubes (24) sont accolés aux premiers segments d'aubes respectifs (22) pour définir avec eux des aubes qui sont espacées les unes des autres pour former des cols respectifs (26) ayant une section d'écoulement minimale et servant à canaliser les gaz de combustion. Les deuxièmes segments d'aubes (24) peuvent pivoter pour faire varier de manière sélective la section des cols.
Description
Distributeur de turbine à section variable.
La présente invention concerne d'une manière générale les moteurs à turbine à gaz, et plus particulièrement des distributeurs dc
turbine contenus dans ces moteurs.
Le générateur de gaz d'un moteur à turbine à gaz comprend typiquement un compresseur axial à étages multiples qui fournit de l'air comprimé à une chambre de combustion o il est mélangé à du carburant et allumé pour produire des gaz de combustion chauds qui s'écoulent vers l'aval à travers un distributeur de turbine haute pression, puis à travers un ou plusieurs étages d'ailettes de rotor de la turbine. Les ailettes de la turbine haute pression sont fixées de manière appropriée à un disque de rotor qui est réuni au compresseur par un
arbre d'entraînement correspondant, les ailettes de la turbine récupé-
rant de l'énergie pour alimenter le compresseur en fonctionnement.
Dans un moteur à double corps, un deuxième arbre réunit une soufflante située en amont du compresseur à une turbine basse pression située en aval de la turbine haute pression pour fournir un supplément de force de propulsion, utilisé de manière typique pour propulser un avion en vol.
Des distributeurs de turbine classiques, comme les distribu-
teurs des turbines haute et basse pression, ont des configurations
d'aubage fixées et présentent entre ces aubages des cols ou étrangle-
ments de section fixée, tenant compte des températures sévères et de l'environnement haute pression dans lesquels ils fonctionnent. Les sections des cols formés entre des aubes de distributeur adjacentes doivent être réglées avec précision pour que le moteur fonctionne au rendement maximal, même si l'environnement thermique chaud demande
que le distributeur de la turbine soit fabriqué en segments circ{nfél-en-
tiels pour réduire les contraintes thermiques pendant le fonctiolllnne-
ment. Les segments du distributeur ont donc besoin de disposiitfs appropriés d'étanchéité entre segments pour réduire les fuites indésira-;
bles, ce qui complique encore la configuration du distributeur.
Des moteurs à cycle variable ont été mis au point pour miaxi-
maliser les performances et l'elficacité dans des conditions de vol subsoniques et supersoniques. Alors qu'il serait souhaitable d'obtenir 1() un flux variable dans les distributeurs de turbine en ajustant la sectien des cols ou étranglements, diverses tentatives dans ce sens se sont avérées irréalisables en pratique compte tenu du sévère environnement de fonctionnement des distributeurs. Il est par exemple commun d'obtenir une variabilité des aubes de stator d'un compresseur en montant chaque aube sur une broche radiale et en faisant tourner collectivement chaque rangée d'aubes de compresseur à l'aide d'une bague de liaison annulaire fixée à des bras de levier correspondant qlui sont réunis à chacune des broches. De cette manière, toutes les aubes du compresseur tournent ou pivotent autour d'un axe radial, des jeux ) de moyeu et de bout appropriés étant nécessaires pour permettre aux
aubes de pivoter.
L'application de la configuration variable des compresseurs a un distributeur de turbine a des inconvénients importants, aussi bien du point de vue de la mise en oeuvre mécanique que du point de vue des performances aérodynamiques. L'environnement thermique sévère des distributeurs de turbine plongés dans les gaz de combustion chauds venant de la chambre de combustion rend typiquement nécessaire un refroidissement approprié des aubes individuelles, avec donc des
gradients de température très importants dans les divers composants.
3<) Une aube de distributeur pivotante augmente la difficulté de la conception et crée en outre des intervalles de moyeu et de pointe qui nécessitent une étanchéité appropriée car toute luite des gaz de combustion par ces intervalles affecte défavorablement les perlormance es et le rendement du moteur, ce qui va à l'encontre de l'intérêt introduit
par la variabilité.
En outre, les aubes de distributeur sont soumises en lfonction-
nement à de fortes charges aérodynamiques par les gaz de combuLstlo)nl
et, compte tenu de la configuration aérodynamique des aubes. un désé-
quilibre important des forces appliquées résulte du décalage du centre de rotation des aubes individuelles par rapport au centre de pression aérodynamique. Ce déséquilibre augmente les couples d'actionnelment requis et augmente les efforts de flexion dans les aubes du distributeur
jusqu'à des valeurs inacceptables.
De telles aubes de distributeur ajustables diminuent florcé-
I() ment l'intégrité structurelle et la longévité des segments de distribu-
teur pour augmenter le degré de liberté entre eux. Un pivotement angtu-
laire des aubes de distributeur individuelles correspond au pivotement angulaire du bras de levier d'actionnement qui leur est réuni, ce qui
rend difficile l'obtention de très petites variations de la section d(lu col.
nécessaires pour un fonctionnement à cycle variable efficace.
Par conséquent, on souhaite disposer d'un distributeur de turbine à section variable, ayant une construction et un fonctionnement perfectionnés pour ameliorer la longévité et les performances en fonctionnement, et avec une précision accrue de la varuiation de la
section du col.
Un distributeur de turbine à section variable de l'invention comprend une pluralité de segments de distributeur adjacents dans le sens de la circonfédrence. Chaque segment de distributeur comprend des bandes extérieure et intérieure entre lesquelles sont lfixement reunis une pluralité de premiers segments d'aube. Une pluralité de deuxièmes
segments d'aube sont associés aux premiers segments d'aube pour tdéfi-
nir avec eux des aubes correspondantes qui sont espacées les unes (ldes autres pour définir des étranglements ou cols respectilfs. ayant une section d'écoulement minimale, qlui servent à canaliser les gax de combustion. Les deuxièmes segments d'aube peuvent pivoter pour faire
varier sélectivement la section des cols.
Par conséquent, l'invention propose un segment de distribu-
teur de turbine à section variable, qui comprend des bandes extérieure et intérieure espacées l'une de l'autre, une pluralité de premiers segments d'aubes qui s'étendent entre lesdites bandes en leur étant fixement réunis, une plur-alité de deuxièmes segments d'aubes accolés aux premiers segments d'aubes respectifs pour définir avec eux ties aubes correspondantes, ces aubes étant espacées les unes des autres pour définir un col ayant une section d'écoulement minimale at'in d'v canaliser des gaz de combustion, et des moyens servant à faire pivIteCr
les deuxièmes segments d'aubes pour faire varier la section du col.
Les moyens de pivotement peuvent comprendre un tube d'articulation fixement réuni aux deuxièmes segments d'aubes. en une de leurs extrémités, pour définir, avec un logement complé.mentairc I() des premiers segments d'aubes, un intervalle d'articulation, un axe d'articulation qui traverse les bandes et les tubes d'articulation pour fixer les deuxièmes segments d'aubes aux premiers segments d'aubhes en vue d'un mouvement pivotant, et un arbre d'actionnement qui traverse les bandes et est opérationnellement réuni aux deuxièmes segments d'aubes respectifs pour ajuster de manière pivotante les
deuxièmes segments d'aubes afin de faire varier la section du col.
Les moyens de pivotement peuvent comprendre en outre une pluralité de pattes espacées, fixement réunies par paires à chacun des deuxièmes segments d'aubes, et ledit arbre d'actionnement peut être un ) arbre à came qui traverse les bandes dans des paires respectives de pattes pour coopérer de manière pivotante ces pattes et ajuster de manière pivotante les deuxièmes segments d'aubes afin de faire varier
ladite section du col.
Dans ce segment de distributeur, chacune des patlltes peut comporter une l'ente ovale, et l'arbre à came peut comporler uner caie décalée qui s'étend dans ces fentes des pattes pour faire pivoter les deuxièmes segments d'aubes entre des positions étendue et contractéte pour, de manière correspondante. réduire et augmenter la section dui
col par rotation dudit arbre à came.
3() Dans ce segment de distributeur, les deuxièmes segments d'aubes ont des extrémités opposées de pointe et de moyeu. les pattes sont disposées aux extrémités opposées des deuxièmes segments
d'aubes, au niveau de ces parties de pointe et de moyeu, et l'axe d'arti-
culation n'est en prise avec le tube d'articulation qu'au niveau des
moyeux et des pointes.
s Les pattes peuvent être disposées sur les deuxièmes segnents
d'aubes à proximité desdits cols pour donner un point nodal de dépla-
cement dilfTrentiel minimal Les deuxièmes segments d'aubes ont une position d'extension maximale qui produit une section de col minimale, et les lentes o\Vales des pattes ont un axe mineur disposeé pour être sensiblement parallèle aux cols adjacents dans ladite position d'extension maximale. la camne
étant pivotée vers ladite extension maximale.
Chacun des premiers segments d'aubes est configuré de manière aérodynamique pour définir une partie d'une paroi latérale en compression qui s'étend entre des bords d'attaque et de fuite, et chacun
des deuxièmes segments d'aubes est configuré de manière aérodynami-
que pour définir une paroi latérale en dépression qui s'étend entre des bords antérieur et postérieur, ledit intervalle d'articulation étant disposé
entre eux dans le sons de la corde.
Les premiers et deuxièmes segments d'aubes peuvent comporter.
au niveau dudit intervalle d'articulation, des chanfreins à angle aigu pour réduire la perturbation aérodynamique de l'écoulement quand les
deuxièmes segments d'aubes sont dans la position contractée.
Le segment de distributeur peut comprendre en outre un moyen pour canaliser de l'air sous pression à l'intérieur des aubes afin de les refroidir, et un moyen servant à sceller les deuxièmes segments d'aubes aux bandes et aux premiers segments d'aubes au niveau des intervalles d'articulation afin de confiner ledit air sous pression h l'intérieur des aubes lors du déplacement pivotant des deuxièImes segments d'aubes L'invention, ainsi que des exemples de ses modes prléférés de
réalisation et ses autres objets et avantages, va être plus lparticulière-
ment détaillée dans la description suivante, faite en référence aux
dessins d'accompagnement dans lesquels
la figure 1 est une vue en perspective, partiellement éclatée.
d'une partie d'un exemple de distributeur de turbine d'un moteur i, turbine à gaz qui comporte des segments de distributeur de section
variable selon un exemple de mode de réalisation de la présente ilven-
tion, la figure 2 est une vue de dessus, en coupe, de l'un des exemples de segmenls de dislributeur représenté en figure 1. effecturc
globalement suivant la ligne 2-2 pour montrer deux aubes tle distribu-
leur adljacentes qui permettenl d'obtenir entre elles un col de seclion variable,
la figure 3 est une vue en élevation, partiellement cri coupe.
de l'une des aubes de turbine à sectlion vuariable représentée en lfiureC 1, etffectuée suivant la ligne 3-3, la figure 4 est une vue agrandie en coupe d(e l'une des autes 1() de turbine à section variable représentées en figure 2, et la figure 5 est une vue agrandie en coupe d'un intervalle d'articulation formé entre des segments mobile et fixe de l'aube ic
distributeur représentée en figure 4, correspondant à la région encer-
clée et numérotée 5.
La figure 1 représente une partie d'un distributeur de turbine , annulaire et à section variable, configuré comme un distributeur de turbine haute pression destiné à recevoir en premier les gaz de combustion 12 portés à haute température qui proviennent d'une chambre de combustion annulaire faisant partie d'un moteur à turbine i 2() gaz (non représenté). Le moteur à turbine à gaz pout être configure
pour propulser un avion en vol à des vilesses subsoniques ou super-
soniques et comprend un premier corps ou rotor, complrenanl un compresseur et une turbine haute pression qui coopèrent. el un deuxième corps ou rotor, comprenant une soufllante et une turbine basse
pression qui coopèrent (non représenltés).
Le distribuleur 10 est configuré pour avoir une section varia-
ble afin de régler sélectivemenl le flux de gaz de combuslion 1 2 allant de la chambre de combustion aux aillettes de rolor de la turbine haute pression. Le distribuleur 10 à section variable esl également appelé
3() distributeur de turbine à section conlrôlée.
Compte tenu de l'environnement thermique sévère du distri-
buteur de turbine 10 et des fortes charges aérodynamiques et thermi-
ques auxquelles il est soumis, le distributeur 1() esl formé d'une plura-
lité dc segments de distributeur 14, adjacents dans le sens de la circonférence, qui forment collectivement une hague annulairc
complète autour de l'axe central du moteur.
Chaque segment de distributeur 14 comprend des bandes courbes extérieure et intérieure 16, 18, radialement espacées l'une (tid
l'autre. Des bandes adjacentes dans le sens de la circonférence idéfinis-
sent des lignes de séparation 20) qui dissocient du point de vue thermii- qlue les segments adjacents 14 les uns des autres et nécessitent unIIC
étanchéité appropriée comme des joints cannelés par exemple.
Chaque segment de distributeur 14 comprend de -préflérence une pluralité de premiers segments d'aubes immobiles 22, espacés les
) uns des autres dans le sens de la circonférence, qlui s'étendent radiale-
ment, ou longitudinalement entre les bandes extérieure et intérieure 16, 18 et qui leur sont réunis de manière permanente ou d'un seul tenant pour donner une structure de boîte monobloc qui peut êtr-e formée de manière conventionnelle par une unique pièce moulée. Dans l'exemple dle mode de réalisation représenté en figure 1, deux premiers segments d'aubes 22 sont réunis aux bandes extérieure et intérieure
communes et forment un ensemble structurel rigide capable de suppor-
ter les charges thermiques et aérodynamiques de fonctionnement tout en formant une référence immobile qui permet d'obtenir avec précision
2() les sections d'écoulement préférées comme décrit ci-après.
Une pluralité de deuxièmes segments d'aubes 24, pivotants.
sont circonféerentiellement accolés aux premiers segments d'aubes respectifs 22 pour définir avec eux dles aubes correspondantes en deux parties comme représenté plus particulibèrement sur la figure 2. Dans cet exemple de mode de réalisation, chacun des premiers segmnents 22 a de manière classique une configuration aérodynamique pour délfinir une paroi latérale concave ou en compression qui s'étend entre uin bo-rd
d'attaque 22b et un bord de fuite 22c.
De manière correspondante, chacun des deuxibèmes segments 3() 24 a une configuration aérodynamique pour définir une deuxième paroi latérale convexe ou en dépression 24a qui s'étend entre une première extrémité ou extrémité antérieure 24b et une deuxième extrémité mi extrémité postérieure 24c, espacées l'une de l'autre suivant l'axe de corde des aubes. Dans l'exemple de mode de réalisation représenté en figure 2, la deuxième extrémité 24c ne s'étend que sur une partie de la X corde entre les bords d'attaque et de fuite 22b 22c et la paroi latérale 24a du deuxième segment 24 définit une partie seulement de la face en dépression de l'aube. La partie restante de la face en dépression est définie par une paroi latérale en dépressionl correspondante 22d du premier segment d'aube 22 qui part du hbord de fuite 22c. De cette manière, les deux premiers segments d'aube 22 ent-e les bords d'attaque et de luite 22Ob 22c sont fixement réunis en leur totalité aux deux bandes extérieure et intérieure 16, 1 X pour créer umn structure de boîte rigide en quatre parties à laquelle les deuxièmes ) segments d'aube 24 sont fixés de manière pivotante. Cette structure tde boîte assure la rigidité structurelle de chaque segment de distributeur 14, sans lignes de séparation indésirables dans ces derniers. Les lignes
de séparation 20 ne sont présentes qu'entre les segments de distribu-
teur 14 adjacents d'une autre manière classique pour permettre la dila-
tation thermique différentielle en cours de fonctionnement.
La structure de montage des premiers segments d'aubes 22 lorme en outre un joint étanche intrinsèque le long de toute la paroi
latérale en compression 22a, entre les bords d'attaque et de fuite 22h.
22c pour empêcher l'écoulement pariétal indésirable des gaz lde
combustion 12 devant les aubes individuelles.
Comme représenté en figure 2, les aubes sont espacées les unes des autres dans le sens de la circonférence pour définir des
étranglements ou cols correspondants 26. de section minimale typique-
ment désignée par A4, pour canaliser les gaz de combustion 12 qui sont ensuite reçus pa.- les ailettes de rotor de la turbine q(lui en extraient de l'énergie d'une manière classique. Chaque col 26 est défini par la distance minimale entre le bord de fuite 22c d'une prelmière aube et une position correspondante sur la paroi en dépression 24a (ie
l'aube adjacente.
) Selon la présente invention et comme représenté en figure 3 des moyens 28 servent à faire pivoter chacun des deuxièmes segments d'aubes 24 par rapport à son premier segment d'aube correspondant 22 afin de faire varier sélectivement la section dles cols 26 lformès entre les différentes aubes. Comme les premiers segments d'aubes 22 el les bandes 16, 18 forment une structure rigide, les deuxièmes segments d'aubes 24 peuvent être montés relativement simplement sur ces derniers en vue d'un mouvement pivotant afin de permettre d'avoir- ue section variable contrôlée. Cependant, les deuxièmes segments d'aubt'es individuels 24 doivent aussi être montés pour supporter les lortes charges thermiques et aérodynamiques de fonctionnement sans dé'lor-
mation indésirable qui gênerait leur- mouvement et sans inlluence surL-
le réglage précis des sections des cols.
Dans le mode préféré de réalisation représenté sur les figures I et 2, les moyens de pivotement 28 comprennent de préfErence Ull 1() tube de charnière 28a réuni de manière fixe ou intégré aux deuxièmes segments d'aubes 24 correspondants, sur l'intérieur de ceux-ci et au niveau de l'extrémité postérieure 24c, et définissant un intervalle
d'articulation 30, radial ou longitudinal, avec un logement d'articula-
tion 22e, complémentaire, intégré au premier segment d'aube 22.
Un axe d'articulation allongé 28b traverse radialement des orifices correspondants formés dans les bandes extérieure et intérieure 16, 18 et les tubes d'articulation 28a correspondants pour monter tie manière pivotante chacun des deuxièmes segments d'aubes 24 sur les premiers segments d'aubes 22 en vue d'un déplacement relatif pivotant
) à la manière d'une porte battante.
Un arbre à came d'actionnement 28c s'étend radialement dans
des orifices correspondants formés dans les bandes extérieure et inté-
rieure 16, 18 et est opérationnellement réuni aux deuxièmes segmenlts d'aubes 24 pour ajuster par pivotement les deuxièmes segments d'aubes
24 afin de flaire varier la section du col 26.
L'arbre à came 28c peut prendre diverses contfigurations pour
coopérer avec l'intérieur des deuxièmes segments d'aubes 24 cor-es-
pondants afin de les faire pivoter. Comme représenté plus particulière-
ment sur la figure 3, chacun des deuxièmes segments d'aubes 24 31) comprend de préférence une paire de pattes de came 28d. espacees radialement ou longitudinalement, réunies de manière fixe à l'inttérieurl de ces segments ou formées d'un seul tenant avec eux. Commre le montre plus clairement la figure 2, chacune des pattes 28d compornte
une fente ovale 28e.
De manière correspondante, l'arbre à came 28c comprend uLine 1() came cylindrique ou lobe. dtécalée radialement, qui s'étend dans les deux tentes 28e des pattes avec un flaible jeu latéral pour faire pivuter les deuxièmes segments d'aubes 24 entre des positions étendue el contractée, et par conséquent réduire ou augmenter la sectln dct passage des cols 26 par la rotation de l'arbre 2Xc. Par- exemple. la figuie
2 représente les deuxièmes segments d'aubes 24 pivotés dans leur posi-
lion ouverte ou d'extension maximale, qui ferme ou miniamise la section d'écoulement du col 26. Sur la figure 4, le deuxièmne secment d'aube 24 a pivoté vers son état fermé ou contracté pour ouvrir Ol
1() rendre maximale la section d'écoulement du col 26.
La forme préférée de l'arbre à came 28c est représentee pltus en détails sur les figures I et 3. La partie intermédiaire de l'arbre ià came 28c définit un lobe de came cylindrique qui coopère avec les pattes 28d, les extrémités extérieure et intérieure de l'arbre à came 28c comportant des décrochements qui se terminent au niveau de douilles presentant un décalage radial A. Ces douilles pénetrent dans des orifices complémentaires formés dans les bandes extérieure et intérieure pour
tourner autour d'un axe de rotation radial, décalé de A par rapport.
l'axe central de la came. L'extrémité extérieure de l'arbre i came 28c est réunie de manière appropriée à un levier classique 28f, lui-mime reuni de manière pivotante à une hague annulaire de liaison 28g. d'une
manière analogue à l'actionnement des aubes de stator d'un comIpres-
seur classique. Des actionneurs appropriés (non représentés) lfont tourner la bague de liaison 28g autour de l'axe central du moteur pour
faire tourner les leviers 28f qui font tourner les arbres à came respec-
tifs 28c. Le décalage A de l'arbre i came 28c representé en figure 2 provoque un mouvement latéral relatif entre les premiers el deuxièomes segments d'aube opposés 22, 24 pour produire entre eux une expansion
ou une contraction relative.
3() Sur la figure 2, l'arbre ài carne 28c a tourné de sa distance latérale maximale de décalage par rapport au premier segment dI'autle 22 pour positionner le deuxième segment d'aube 24 Cen sa position d'extension maximale qui donne la section de col minimale. Dans le mode préféré de réalisation représenté en figure 2, les fentes ovales
28e des pattes ont des parois laterales plates et parallèles qui définis-
Il sent entre elles tiun axe mineur de longueur minimale. el des prarois lateérales opposees semi-circulaires qlui délfinissent entre elles un axe
majeur de longueur maximale.
L'axe mineur est de préférence sensiblement parallèle au ipl:tn du col 26 adjacent, l'axe majeur étant généralement parallèele à la ligne de corde s'étendant entre les hbords d'attaque et de fuite 22bt, 22c du
premier segment d'aube 22 pour la position d'extension maxilmale.
Dans la position d'extension maximale représentée en figure 2, l'arbre à came 28c peut être tourné de 90() dtans le sens des aiguilles d'une
1() montre par exemple pour contracter le deuxième segment d'aube 24.
Un intérêt évident de cette configuration est l'avantage meca-
nique apporté par l'arbre à came et la capacité de réglage angulail-re très lin qui lui est associée. Par exemple, une rotation de 90() de l'arbre à came entre les positions étendue et contractée des deuxièmes segments d'aubes 24 peut correspondre à une rotation de 9' seulement
des deuxièmes segments d'aube 24 autour des axes d'articulation 281.
Lors du déplacement initial depuis la position d'extension maxiimale.
on peut obtenir une rotation sensiblement inférieure à 0,5 des deuxiè-
mes segments d'aubes 24 par une rotation de l'arbre i came 28c ) atteignant environ 20 , avec un coefficient de réduction correspondant supérieur à environ 40. En l'extrémité opposée de déplacement. quand
les deuxièmes segments d'aubes 24 sont dans leur position de contlrac-
tion complète correspondant à une rotation de l'arbre à came de 90(.
on obtient une rotation totale d'environ 9 des deuxièmes segments
d'aubes 24, ce qui corrn-espond à un coefficient de réduction de dix.
Par conséquent, on peut obtenir un réglage extlcrêmement lin de la section d'écoulement des cols 26 près des positions d'extension maximale des deuxièmes segments d'aubes 24 pour avoir de manière correspondante un réglage précis du cycle variable du moteur.)De manière appropriée, un réglage fin est également possible tlquand les deuxièmes segments d'aubes 24 sont dans leur position de contlractionI maximale. Pour faciliter le montage et le démontage, la taille de la fente ovale 28e est choisie de manière à être complémentaire du contour de l'arbre à came 28c, de sorte que l'arbre à came 28c peut être facilement inséré radialement vers l'intérieur à travers la bande extérieure I ( et les deux pattes 28d et introduit dans la bande intérieure I 8 La dlouille intérieur-e de l'arbre à came 28c est de préféirence plus petite que la douille extérieur-e afin de faciliter l'assemblage. Pour le démontage. il suffit de retirer l'arbre à came 28c en sens inverse, radialement vers
l'extérieur-. De manière correspondante, l'axe d'articulation 28bh relati-
vement simple peut être lui aussi facilement inséré radialement vers l'intérieur dans la bande extérieure 16, le tube d'articulation 28a et la bande intérieure 18. Cette configuration permet le montage et le
1() démontage de ces trois composants pour- l'entretien, ou pour le rempla-
cemrnent de l'un d'entre eux en cas de défaillance.
Comme les segments de distributeur 14 représentés en figure
3 canalisent les gaz de combustion chauds 12 pendant le fonctionne-
ment, les segments d'aubes doivent être correctement refroidis à l'aide
de toute technique classique de relroidissement comprenant par exem-
ple un refroidissement par impact et par film. Pour le refroidissement des aubes, une partie de l'air sous pression 32 est convenablement prélevée dans le compresseur (non représenté) et canalisée vers les segments de distributeur 14. Les parois latérales des premier et ) deuxième segments d'aubes 22, 24 peuvent avoir une construction appropriée de double paroi pour canaliser entre elles l'air sous
pression 32 en vue d'un refroidissement approprié.
Comme représenté en figure 3, la douille supérieure de
l'arbre à came 28c est traversée par une ouverture par laquelle une par-
tic de l'air sous pression 32 peut être canalisée à l'intérieur de l'auibe creuse faite de deux segments poru- en refroidir l'intérieur. La pression de l'air 32 est sensiblement supérieure à la pression des gaz de
combustion 12, cette dillffcrence de pression étant utile pour l'auto-
déploiement des deuxièmes segments d'aubes 24 vers leur position 3) id'extension maximale. Les arbres à came 28c limitent le déploiement des deuxièmes segments d'aubes 24 en s'opposant à la lforce de la
diTfférence de pression jusqu'à ce que les arbres à came 28c tournent.
La rotation des arbres à came 28c permet aux deuxièmes segments d'aubes 24 de pivoter vers l'extérieur par rapport aux premiers segments d'aubes 22,les arbres à came 28c fournissant aussi une force mécanique pour agir si nécessaire contre toute lorce intrinsèqlue dc retenue par frottements se produisant pendant le fonctionnementl Comme les deuxièmes segments d'aubes 24 sont des éléments à parois relativement minces, ils sont soumis en cours d'utilisatlion i des charges de pression et de température différentes. Par conséquent. les deux pattes 28d représentées en figure 3 sont de préférence espacées radialement au niveau des extrémités opposées tde boul et de moyeu des deuxièmes segments d'aubes 24 afin de rendre maximale la distance qui les sépare. et de rendre maximale la lforce de réaction 1() exercée sur les deuxièmes segments d'aubes 24 au niveau de leur extrémité ou pointe et de leur partie centrale ou moyeu. Commre les deuxièmes segments d'aubes 24 définissent des parties de la face en dépression des aubes individuelles, ils sont soumis à une lforte charge
aérodynamique pendant le fonctionnement et sont empêchés de fléchil-
vers l'extérieur au niveau de leur centre et de leur pointe palr les pattes 28d respectives qui transmettent les efforts à l'arbre à came 28Xc. Cette conlfiguration augmente la maîtrise de la section d'écoulement sans trop contraindre la paroi latérale en dépression, ce qui provoquerait
une contrainte thermique excessive.
De manière correspondante, l'axe d'articulation 28b représenté sur les figures 1 et 3 comprend de préférence une partie centrale de diamètre réduit entre ses extrémités extérieure et intérieure de diamètre maximal. De cette manière, le tube d'articulation 28a représenté cri figure 3 n'est retenu au niveau de l'axe d'articulation 28b lque par- ses parties extérieure et intérieure. Cela limite aussi le fléchissement ver- s l'extérieur des deuxièmes segments d'aubes 24 au niveau de leur ploinlte et de leur partie centrale, à l'encontre des fortes contralintes dle pression qui leur- sont appliquées. La partie centrale de diamè-tre réduitil de l'axe d'articulation 28b réduit les risques de liaison par lfrottements
) avec le tube d'articulation 28a sous l'effet de la pression et tdes dtél')r-
mations thermiques pendant le fonctionnement. De cette manière.
chacun des deuxièmes segments d'aubes 24 est réuni à son premier segment d'aube complémentaire 22 en quatre points, uniquement au niveau de ses extrémités et de sa partie centrale qui correspondent aux
joints de pattes et de came et aux joints d'axe et de tube d'articulation.
Comme représenté sur la figure 2. les pattes 28d sont tde préférence disposées sur- les deuxièmes segments d'aubes 24 près des cols 26 carl'espace permet d'obtenir un point nodal de tldéplaclemtn
différentiel minimal en cas de contrainte thermique ou de pression.
Comme les deuxièmes segments d'aubes 24 sont effectivement mOntals en quatre points de réaction seulement, ces segments subissent 'des déformations et des déplacements du fait des gradients thermiques et des différences de pression. Ce déplacement peut nuire à la précision de réglage de la section d'écoulement au niveau des cols 26. iEn 1() plaçant les pattes 28d et l'arbre à came correspondant 28c au proche voisinage du col 26, on y produit un noeud de déplacement relatif nul ou faible, un déplacement relatif se produisant au contraire loin du col 26. Les pattes 28d sont en outre de préférence placées près du centre de pression P de l'aube afin de réduire les déformations en flexion. La section du col 26 peut donc être maintenue de manière plus précise
pendant le fonctionnement.
Comme représenté sur la figure 2, la paroi en dépression adjacente à l'intervalle d'articulation 30 doit etre relativement de
même longueur pour maintenir un contour lisse du point de vue aero-
dynanmique qui rend maximale l'efficacité aérodynamique de l'aube du distributeur. Cependant, quand les deuxièmes segments d'aubes 24 onl pivotés vers leur position de contraction maximale représentée sur la figure 4, l'intervalle d'articulation 30 augmente nécessairement au niveau de la paroi latérale en dépression, qui subit une flexion ou un vrillage faible correspondant au déplacement angulaire maxinial (lu deuxième segment d'aube 24, lequel est d'environ 9 dans l'exemple de mode de réalisation. Pour améliorer les perlformances aéro(dylnami(qutes lorsque les deuxièmes segments d'aubes 24 sont placés dans la positiol de contraction maximale représentée sur les figures 4 et 5. les 3() premiers segments d'aubes 22 et les deuxièmes segments d'aubes 24 comportent tous au niveau de l'intervalle d'articulation 30 (l des chanfreins appropriés 34 qui diminuent la discontinuité au niveau tde
l'intervalle d'articulation 30 pour réduire la perturbation aérodynamri-
que de l'écoulement quand les deuxièmes segments d'aubes 24 sont dans la position contractée. Les chanfreins 34 font un angle aigu B
faible par rapport à la surface nominale de la paroi en dprl-essni.
lequel angle B vaut environ 4,5 ou la moitié du déplacement angulairi-C
maximal dans l'exemple de mode de réalisation.
Comme indilqué précédemment. tles moyens appropriés servent à canaliser l'air sous pression 32 dans les aubes individuelles
définies pal- les premiers et deuxièmes segments d'aubes compléneiCn-
tlaires 22 et 24 afin de les relfroidir. Par conséquent, des moyens, appro-
priés 36 sont également nécessaires pour- sceller les deuxillles segments d'aubes 24 sur les bandes extérieure et intérieure 16. 1i8 et
1() sur les premiers segments d'aubes 22 au niveau des intervalles d'arlti-
culation 30, afin de confiner l'air sous pression à l'intérieur des aubes
lors du déplacement pivotant des deuxièmes segments d'aubes 24.
Comme représenté sur la figure 4, ldes joints appropriés 36a en fil
métallique sont de préférence disposés dans dles logements semi-cir-cu-
laires complémentaires pour sceller radialement l'intervalle d'articula-
tion 30 le long du tube d'articulation 28a au niveau de l'extrémité postérieure des deuxièmes segments d'aubes 24, et pour- sceller un
intervalle similaire situe en leur extreémité antérieure.
Le tube d'articulation 28a a de préférence une surface exté-
) rieure cylindrique qui s'étend sur toute l'étendue radiale du deuxième segment d'aube 24, de sorte que l'intervalle d'articulation 30) a une épaisseur relativement constante et peut être efficacement rendu étanche par le joint en fil métallique 36a. L'extrémité antérieure 24b du deuxième segment d'aube 24 recouvre intérieurement une partic complémentaire du premier segment d'aube 22 au niveau du hbord d'attaque 22b, pour permettre le déplacement nécessaire d'exlension et de contraction par rapport à lui. Le joint correspondant 3(a ell fil métallique peut donc être placé en tout endroit approprié pour rendre étanche la liaison chevauchante entre les premiers et deuxièmes segments d'aubes 22 et 24 au niveau du bord d'attaque Comme représenté schématiquement sur la figure 1 tides joints d'extrémité 36b appropriés, en forme de joints cannelés dains l'exemple de mode de réalisation, peuvent être installés dains des évidements correspondants formés dans la partie centrale ou moyeu et la pointe des deuxièmes segments d'aubes 24 pour coopérer avec des surfaces complémentaires des bandes extérieure et intérieure I (. I
afin d'assurer l'étanchéité entre eux.
Le distributeur 10() de section variable décrit ci-dessus peut être utilisé dans un distributeur- de turbine haute pression compor-tant de préfl'érence deux aubes par segment 14, mais il peut aussi être utilisé dans des distributeurs de turbine basse pression comportant deux aubes
ou plus par segment. Les premiers segments d'aubes 22. ilntlgrés.
forment une structure de support rigide avec les bandes extérieure et intérieure 16, 18, capable de supporter l'environnement de température 11) et de pression sévères des distributeurs de turbines. Cette structure (de boîte assure aussi un support approprié poUr- des deuxièmles segments
d'aubes 24 montés de manière pivotante selon diverses configurations.
Dans le mode préféré de réalisation, chacun des deuxièmes segments d'aubes 24 est articulé en son extrémité postérieure 24c it l'aide du tube d'articulation intégré 28a et de l'axe d'articulation correspondant 28d qui transmet directement les efforts de réaction aux bandes extérieure et intérieure 16, 18. Le pivotement des deuxièmes
segments d'aubes 24 est commandé par l'arbre à came décalé 28,c.
configuré spécialement, qui coopère avec les pattes 28d radialement ) espacées. Les pattes 28d translèrent les efforts de réaction à travers
l'arbre à came 28c directement aux bandes extérieure et intérieure 16.
18 d'une manière analogue à l'axe d'articulation 28b. De cette manicre.
l'axe d'articulation 28b et l'arbre à came 28c transmettent les efforts de réaction principalement en cisaillement plutôt qu'en flexion. ce qui utilise plus elfficacement leur capacité de résistance et permet qu'ils soient de dimensions relativement lfaibles tout en supportant des
efforts relativement importants.
La configuration pré'férée de l'arbre à came et des pattes près des cols 26 minimise les efftcts des déformations thermiques et de 3() pression sur la section de ces cols. Le rapport de réduction mécaniqulLit, entre la rotation de l'arbre à came et la rotation des dleuximies
segments d'aubes 24 donne à la fois une possibilité de réglage extrê-
mement fin de la section du col, avec l'avantage mécanique correspon-
dant de réduction supplémentaire de la taille des mécanismes d'action-
nement, et la force nécessaire à cet actionnement. La configuration préférée de l'arbre à came et des pattes empêche aussi le risque d'une extension trop forte des deuxièmes segmrents d'aubes 24 au niveLau (di,
leur extrémité antérieure 2bh, lqui pourrait supprimer dc manière indé-
sirable le chevauchement des segments d'aubes au niveau du bord d'attaque. Comme la pression intrinstèque de l'air de reftroidissement 3. 2
à l'intérieur des segments d'aubes peut être efficacement utilisée pnlir-
f'aire étendre les deuxièmes segments d'aubes 24 vers leur position ouverte, différentes formes de moyens de pivotement peuvent être 1<) utilisées. Par exemple, les pattes 28d peuvent être supplrimOées, l'arbre à came ayant alors simplement la forme d'une broche cylindrique h laquelle est fixé un ligament réfractaire souple, réuni en son extréimité opposée à l'intérieur des deuxièmes segments d'aubes 24. La broche peut tourner pour enrouler et dérouler le ligament afin de faire
contracter ou étendre les deuxièmes segments d'aubes cormme requis.
Le ligament va rester en tension pendant le fonctionnement du fait dLe la pression différentielle agissant de part et d'autres des parois des deuxièmes segments. Un principal avantage de cette conlfigurationl est qu'il n'y a aucun frottement de surface mais un inconvénient est que son action n'est pas réversible puisque le ligament souple n'est pas capable de faire étendre les deuxièmes segments sans utiliser la pression différentielle. On peut aussi utiliser d'autres conftiguratiols de moyens de pivotement
Il est bien entendu que la description qui précède n'a été
donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des varian-
tes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre (lde la
présente invention.
lx
Claims (10)
1. Segment (14) de distributeur de turbine a sectioln variable.
caractérisé en ce qu'il comprend: - des bandes extérieure et intérieure (16, 18), espacées l'une
de l'autre.
- une pluralité de premiers segments d'aubes (22) qui
s'étendent entre lesdites bandes (16, 1 8) en leur étant fixement réunis.
- une pluralité de deuxièmes segments d'aubes (24) accolés aux premiers segments d'aubes respectifs (22) pour définir avc eux des aubes correspondantes, lesdites aubes étant espacées les unCs des () autres pour définir un col (26) ayant une section d'écoulement minimale afin d'y canaliser des gaz de combustion (1 2), et - des moyens (28) servant à l'aire pivoter lesdits deuxièmes
segments d'aubes (24) pour l'aire varier la section dudit col (26).
2. Segment de distributeur selon la revendication 1. caracterise en ce que lesdits moyens de pivotement (28) comprennent - un tube d'articulation (28a) f'ixement réuni aux deuxièmes
segments d'aubes respectifs (24), en une de leurs extrémités, pourl-
définir, avec un logement complémentaire (22e) desdits premiers segments d'aubes (22), un intervalle d'articulation (30),
- un axe d'articulation (28b) qui traverse lesdites bandes (16.
18) et lesdits tubes d'articulation respectifs (28a) pour fixer lesdits deuxièmes segments d'aubes (24) auxdits premiers segments d'aubes (22) en vue d'un mouvement pivotant, et - un arbre d'actionnement (28c) q(lui traverse lesdites bandes (16, 18) et est opérationnellement réuni aux deuxièmees segments d'aubes respectifs (24) pour ajuster de manière pivotante lesdits deuxièmes segments d'aubes (24) afin de t'aire varier ladite section du col.
3. Segment de distributeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de pivotement (28) comprennent en outre: - une pluralité de pattes espacées (28d), fixement réunies par paires à chacun des deuxièmes segments d'aubes (24), et - ledit arbre d'actionnement est un arbre à came (28c) qui traverse lesdites bandes (16, 1 8) dans des paires respectives de pattes (28d) pour- coopérer de manière pivotante avec lesdites palttes et ajuster de manière pivotante lesdits deuxièmes segments d'aubes alin
de l'aire varier ladite section du col.
4. Segment de distributeur selon la revendication 3. caractérisé en ce que: - chacune desdites pattes (28d) comporte une l'ente ovale (28e), et ledit arbre à came (28c) cormporte une came décalée quti 1() s'étend dans lesdites fentes (28e) des pattes pour l'aire pivoter lesdits deuxièmes segments d'aubes (24) entre des positions étendue et contractée pour, de manière correspondante, réduire et augmenter ladite
section du col par rotation dudit arbre à came (28c).
5. Segment de distributeur selon la revendication 4. caractérisé en ce que: - lesdits deuxiemes segments d'aubes (24) ont des extrémités opposées de pointe et de moyeu, - lesdites pattes (28d) sont disposées aux extrémités opposées desdits deuxièmes segments d'aubes (24), au niveau desdits moyeux et desdites pointes, et - ledit axe d'articulation (28b) n'est en prise avec ledit tube
d'articulation (28a) qu'au niveau desdits moyeux et desdites pointes.
6. Segment de distributeur selon la revendication 5. ca-acterise en ce que lesdites pattes (28d) sont disposées sur lesdits deuxiOèmes segments d'aubes (24) à proximité desdits cols (26) pour donner un
point nodal de déplacement ditfférentiel minimal.
7. Segment de distributeur selon la revendication 6. caracterise en ce que: - lesdits deuxièmes segments d'aubes (24) ont une position d'extension maximale pour produire une section de col minimale. el lesdites fentes ovales (28e) des pattes ont un axe miinoeur disposé pour être sensiblement parallèle auxdits cols adjacents (2(> dans ladite position d'extension maximale, laditc came étant pivotée
vers ladite extension maximale.
8. Segment de distributeur selon la revendication 4. car-actérisé 2() en ce que - chacun desdits premiers segmients d'aubes (22) esl confiuré
de manière aérodynamique pour définir une paroi laitéralie en cOnipres-
sion (22a) qui s'étend entre des bords d'attaque et de fuite (2h b 22c).
et
- chacun desdits deuxièmes segments d'aubes (24) est cofli-
guré de manière aérodynamique pour dCéfinir une partie d'une pal-oi latérale en dépression (24a) qlui s'étend entre des hbords antérie-ur lI postérieur (24b, 24c), ledit intervalle d'articulation (30) étant disposé
() entre eux dans le sens de la corde.
9. Segment de distributeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits premiers et deuxièmes segments d'aubes (22. 24) comportent au niveau dudit intervalle d'articulation (30) (les
chanlfreins à angle aigu (34) pour réduire la perturbation aérodynami-
que de l'écoulement quand lesdits deuxièmes segments d'aubes (24)
sont dans ladite position contractée.
10. Segment de distributeur selon la revendication 3, cu-actérisé en ce qu'il comprend en outre
- un moyen pour canaliser de l'air sous pression (32) a l'inté-
rieur desdites aubes afin de les refroidir, et - un moyen (36) servant à sceller lesdits deuxièmes segments d'aubes (24) auxdites bandes (16. 18) et auxdits premiers segments d'aubes (22) au niveau desdits intervalles d'aru-ticulation (30()) afin (di confiner ledit air sous pression a l'intérieur desdites aubes lors du
déplacement pivotant desdits deuxièmes segments d'aubes (24).
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