FR2846384A1 - Conception perfectionnee d'un point de vue tribologique pour aubes fixes a calage variable - Google Patents

Conception perfectionnee d'un point de vue tribologique pour aubes fixes a calage variable Download PDF

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Abstract

Un système de coussinet pour positionner de manière rotative une aube fixe (302) à calage variable sur un carter (306) de réacteur. On prend une douille (304) dans laquelle une première surface de la douille (304) vient au contact d'un pied (342) d'aube fixe à calage variable. Une seconde surface opposée de la douille est au contact du carter (310) de moteur et la douille tourne par rapport au pied de l'aube fixe à calage variable.

Description

CONCEPTION PERFECTIONNEE D'UN POINT DE VUE TRIBOLOGIQUE POUR AUBES FIXES A
CALAGE VARIABLE
L'invention concerne d'une façon générale des pièces de soufflantes et de 5 compresseurs de turbomoteurs et, en particulier, des douilles et des rondelles utilisées
avec des aubes fixes à calage variable dans la section de compresseur du réacteur.
Dans les turbomoteurs, par exemple les réacteurs d'avions, de l'air est entraîné vers l'avant du réacteur, comprimé par un compresseur rotatif monté sur un 10 arbre et mélangé au carburant. Le mélange est brlé et les gaz de combustion chauds sont amenés à passer par une turbine montée sur un arbre. Le flux de gaz chauds fait tourner la turbine, laquelle fait tourner l'arbre et actionne le compresseur. Les gaz d'échappement chauds sortent par l'arrière du réacteur en créant une poussée qui
propulse l'avion vers l'avant.
Les turbomoteurs comportent généralement un compresseur haute pression pour fournir de l'air de combustion à une chambre de combustion, et une turbine. Le compresseur haute pression, la chambre de combustion et la turbine considérés collectivement constituent ce qu'on appelle un générateur de gaz. D'une manière typique, les turbomoteurs comprennent également un compresseur basse pression 20 pour fournir de l'air comprimé, destiné à accroître la compression, au compresseur
haute pression, et une soufflante pour fournir de l'air au compresseur basse pression.
Ordinairement, ces compresseurs comportent une pluralité d'étages, chaque étage comportant, en alternance, un rotor pour réaliser un écoulement axial de l'air et un stator fixe, à orientation radiale, pour diriger efficacement de manière axiale le 25 flux d'air. Le rotor comporte ordinairement un système d'une pluralité d'aubes mobiles fixées de manière radiale à un disque rotatif, le système étant entouré par un carter. Ordinairement, le carter est conçu de façon à être amovible, par exemple en constituant le carter en deux moitiés qui sont ensuite réunies de manière amovible l'une à l'autre. Le carter supporte la pluralité d'aubes fixes à orientation radiale, qui 30 sont fixées à celui-ci, tandis que le rotor supporte les aubes mobiles. Chaque étage d'aubes fixes est placé en face d'un rotor auquel sont fixées les aubes mobiles, pour
diriger de manière efficace le flux d'air vers les aubes mobiles du rotor.
Les systèmes d'aubes fixes à calage variable servent à améliorer les performances du réacteur. Pour de meilleures performances, les vitesses de rotation 35 de la soufflante et du compresseur doivent généralement être différentes. En général,
le compresseur à haute vitesse tourne à peu près deux fois plus vite que la soufflante.
Pour cela, le compresseur et la soufflante sont fixés à des corps ou arbres différents qui fonctionnent de manière mutuellement concentrique. Dans cette configuration à deux corps, le compresseur haute pression est couplé à une turbine haute pression par 5 un corps extérieur. Dans certaines configurations, on utilise trois corps concentriques. Chaque système d'aube fixe à calage variable comprend une aube fixe à calage variable qui s'étend entre des aubes mobiles adjacentes. L'aube fixe à calage variable peut tourner autour d'un axe sensiblement radial. L'orientation de l'aube fixe à calage variable modifie d'une façon maîtrisée l'angle de décalage de l'aube fixe. 10 Cela permet à l'aube ou aux aubes fixes d'être réalignées afin de modifier l'angle suivant lequel l'air comprimé frappe les aubes mobiles lorsque le régime du réacteur change. La position de l'aube fixe est modifiée à l'aide d'un bras de levier fixé à une
bague située à l'extérieur du carter de compresseur.
Un système d'aube fixe à calage variable selon la technique antérieure 15 comprend une aube fixe à calage variable, un moyen d'étanchéité de pivot tel qu'une douille, et une rondelle. A une extrémité extérieure, le système d'aube fixe à calage variable est fixé par des boulons sur un carter de stator de compresseur haute pression et la douille s'étend de manière concentrique à travers une ouverture du carter. La rondelle est placée au-dessus du carter et entre la douille et le carter. 20 L'aube fixe à calage variable comporte un pied d'aube qui passe à travers l'ouverture du carter (ci-après appelée "l'extrémité extérieure") et à travers la douille et la rondelle. La douille et la rondelle sont appelées ici ensemble de coussinet, l'ensemble de coussinet placé radialement vers l'extérieur étant appelé premier ensemble de coussinet. L'aube fixe comporte également un second ensemble de coussinet à son 25 extrémité radiale interne. L'aube fixe peut être renforcée à son extrémité intérieure pour limiter l'effet vibratoire des variations d'écoulement, en particulier sur les aubes fixes les plus longues. L'ensemble de coussinet crée une surface à coefficient de frottement réduit qui empêche deux surfaces métalliques d'être au contact l'une de l'autre. Un bras de levier, fixé au pied d'aube fixe, s'étend vers l'extérieur depuis la
douille d'aube ou le premier ensemble de coussinet. L'extrémité distale du bras de levier coopère avec une bague d'actionnement qui commande l'angle de l'aube fixe.
Tous les bras de leviers d'aubes d'un même étage sont réunis à une même bague d'actionnement pour assurer que toutes les aubes fixes à calage variable présentent la 35 même orientation angulaire par rapport au flux d'air dans l'étage de compresseur.
Bien que les systèmes d'aubes fixes à calage variable selon la technique antérieure offrent certains avantages expliqués ci-dessus, ces systèmes d'aubes fixes comportent des passages potentiels de fuites de flux gazeux qui réduisent le rendement du réacteur. Le trajet de fuites principal se situe entre le diamètre 5 extérieur du profil, le pied d'aube fixe, passant par l'ouverture du carter de compresseur et le diamètre intérieur de la douille. Le trajet de fuites secondaire se situe entre le diamètre extérieur d'une éventuelle chemise métallique contenant une partie de la douille ou, selon une autre possibilité, la douille elle-même et le diamètre intérieur de l'ouverture débouchant dans le carter de stator de compresseur. D'autres 10 trajets de fuites se trouvent à chaque extrémité radiale du profil, là o le profil rejoint le carter et le carénage, ainsi que le joint d'étanchéité du carénage, entre le carénage et l'arbre du rotor. En outre, la grande vitesse et la température élevée de l'air peuvent provoquer une oxydation et une érosion des ensembles de coussinets, ce qui conduit à une défaillance prématurée de l'ensemble de coussinet, et finalement à une 15 impossibilité de fonctionnement du système d'aube fixe à calage variable. Cela amoindrit le rendement du réacteur et réduit l'aptitude à répondre rapidement à des
variations de demande de puissance.
Une fois que l'ensemble de coussinet est défaillant, il se produit une aggravation des fuites par l'ouverture, ce qui entraîne une perte de performances. De 20 plus, une défaillance de l'ensemble de coussinet peut permettre un contact entre l'aube fixe et le carter, ce qui provoque une usure du fait des vibrations et accroît les cots de remise en état du réacteur. Ainsi, il serait souhaitable de disposer d'ensembles de coussinets en matières et à conception ayant des caractéristiques de performances réduisant ou supprimant les fuites d'air entre le pied de l'aube fixe et le 25 carter de compresseur tout en assurant une augmentation de la durabilité de la
composition de la douille et de la rondelle pour prolonger la durée de vie des pièces.
La présente invention satisfait ce besoin et offre en outre des avantages secondaires.
La présente invention améliore la douille et la rondelle formant l'ensemble 30 de coussinet à l'extrémité radiale extérieure d'une aube fixe de stator, l'ensemble de coussinet extérieur, et l'ensemble de coussinet à l'extrémité intérieure radiale de l'aube fixe, l'ensemble de coussinet intérieur, ce qui accroît leur durée de vie,
améliore l'efficacité et réduit le cot.
Les ensembles de coussinets intérieur et extérieur sont tous deux conçus 35 pour tourner par rapport à l'arbre d'aube et au carénage ou carter adapté correspondant afin de mieux répartir l'usure sur le pourtour de la douille. Cependant, la douille est conçue de telle sorte que, si le taux d'usure relative entre la matière de la douille et l'aube ou le carénage/carter est élevé, la douille ne tournera pas par rapport à cette matière. Si on utilise une douille rotative, une collerette sur la douille 5 est destinée à être placée à l'intérieur du carter, de façon qu'une différence de pression dans le carter exerce une force sur l'aube fixe pour la déplacer vers l'extérieur contre la collerette et appuyer la collerette contre le carter, ce qui limite les
fuites d'air.
L'aube fixe est conçue pour avoir à chaque extrémité une face axiale 10 porteuse adjacente à un pied d'aube fixe, de façon que la face axiale porteuse porte contre la collerette de la douille ou une rondelle afin de limiter l'usure et les frottements. La face axiale porteuse a un plus grand diamètre pour des matières plus dures, s'usant moins, que la collerette adjacente de la douille et un plus petit diamètre que la collerette adjacente de la douille pour une surface d'usure plus tendre afin de 15 limiter les effets de bords et le "creusement" par abrasion. Cette configuration peut également être employée avec une face porteuse de bras de levier qui vient contre une collerette de douille/une rondelle située entre elle-même et le carter afin de réduire l'usure pendant la rotation du bras de levier. Les forces de contact glissant entre le bras de levier, les pieds d'aubes et leur carénage ou carter respectif sont 20 entièrement supportées par les douilles et les rondelles pendant la durée de vie
théorique de l'ensemble.
Les avantages de la présente invention sont que l'ensemble de coussinet et la conception correspondante des aubes et des carters/carénages prolongent la durée de vie du système, portent la température du système au-delà des valeurs connues, 25 réduit les fuites d'air et limitent les cots de réparation lors de la remise à neuf du réacteur. La durée de vie prolongée de l'ensemble de coussinet permettant à l'aube fixe à calage variable de fonctionner pendant toute la durée de vie théorique de l'ensemble se traduit par un meilleur rendement du réacteur et une diminution du cot
d'exploitation du réacteur.
L'invention et nombre des avantages qui s'y attachent apparaîtront
facilement plus clairement en référence à la description détaillée ciaprès, faite en
considération des dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique d'une section d'un compresseur haute 35 pression selon la technique antérieure pour un turbomoteur; la Fig. 2 est une vue éclatée d'un système typique d'aube fixe de stator à calage variable; la Fig. 3 est une vue schématique d'un système monté d'aube fixe à calage variable; et s la Fig. 4 est une illustration du passage de fuites d'air à travers la partie
supérieure de l'aube fixe de stator à calage variable.
La Fig. 1 est une vue schématique d'une section d'une partie d'un compresseur typique 100 pour un turbomoteur (non représenté). Six étages variables 10 sont représentés; cependant, de gros réacteurs comportent ordinairement davantage d'étages, jusqu'à treize ou quatorze étages. Le nombre d'étages importe peu, car chaque étage fonctionne de la même manière, le nombre total d'étages étant une indication du volume d'air comprimé et du degré de compression. Un compresseur 100 comporte une pluralité d'étages 102 et chaque étage 102 comporte un disque 108 15 de rotor supportant une pluralité d'aubes mobiles 14 de rotor espacées axialement par
rapport à un système d'aube fixe 106 de stator à calage variable, à orientation radiale.
Les disques 108 de rotor sont montés sur un arbre 110 de rotor. Pour simplifier, un seul corps est représenté, mais il est entendu pour les spécialistes de la technique que des conceptions à plusieurs corps sont couvertes par la présente description. L'arbre 20 110 de rotor est également couplé, à l'extrémité arrière, à une turbine (non
représentée). L'arbre 110 de rotor est entouré par un carter 112 de stator qui supporte des systèmes d'aubes fixes 106 de stator à calage variable et constitue une limite d'écoulement. Les systèmes d'aubes peuvent être carénés à leurs extrémités
intérieures 124 à orientation radiale. Ces carénages ne sont pas illustrés.
Chaque système d'aube fixe 106 de stator à calage variable comporte une aube 114 à calage variable et un pied 116 d'aube. Le pied 116 d'aube fait saillie à travers une ouverture 118 du carter 112. Les systèmes d'aubes fixes 106 à calage variable comportent en outre un bras de levier s'étendant depuis l'aube fixe 114 à calage variable et pouvant être actionné par un mécanisme de renvoi de commande et 30 un actionneur (non représentés) pour faire tourner les aubes fixes 114 à calage variable. L'orientation des aubes fixes 114 par rapport au passage d'écoulement dans
le compresseur 100 dirige un flux d'air par celui-ci.
Non seulement les systèmes d'aubes fixes 106 à calage variable dirigent l'écoulement de l'air dans le compresseur 100, mais encore ils créent une voie de 35 passage pour des fuites potentielles afin de permettre à l'air d'être détourné et de sortir du compresseur 100, par exemple par des ouvertures 118 du carter. Ces fuites
par les ouvertures 118 réduisent le rendement du compresseur 100.
La Fig. 2 est une vue éclatée d'un système d'aube fixe 106 à calage variable.
Le profil 210 de l'aube fixe est représenté en coupe. Le pied 116 solidaire de l'aube 5 fixe se trouve à une extrémité radialement extérieure du profil 210 de l'aube fixe. Le
pied 116 de l'aube fixe comporte un moyen de fixation 212, représenté ici sous la forme d'un filetage de montage, bien que n'importe quel autre mode de montage équivalent tel qu'un dispositif à cannelures puisse être utilisé. Le pied 116 d'aube fixe s'étend à travers l'ouverture 118 du carter 112, lui aussi représenté en coupe. 10 L'ouverture 118 comporte un chambrage 154 qui reçoit une rondelle intérieure 214.
Une douille 216 coulisse pour entrer dans l'ouverture 218 et passer sur l'arbre supérieur 218 d'aube fixe, comblant l'espace résiduel dans l'ouverture 118 et empêchant tout contact entre le carter 112 et l'arbre supérieur 218 d'aube fixe. Cette rondelle 214 peut être remplacée par la collerette d'une douille rotative à collerette, 15 auquel cas une rondelle séparerait le bras de levier 120 du carter. Une première extrémité 156 du bras de levier 120 est montée sur le pied 116 d'aube fixe et est fixée au pied 116 d'aube fixe par un moyen de fixation 224, illustré ici sous la forme d'un contre-écrou, qui coopère avec le moyen de fixation 212, représenté sous la forme d'une extrémité filetée de l'arbre 218 d'aube supérieure, afin d'assujettir le moyen de 20 fixation 224 au pied 116 d'aube. Le bras de levier 120 comporte une deuxième
extrémité 158 qui fait corps avec la première extrémité 156 par une âme 160. Une saillie 168 s'étend depuis la seconde extrémité 158 et est reçue par une ouverture présente dans la bague d'actionnement 164. Une seconde douille 169 se place audessus de la saillie 168 et dans l'ouverture de la bague d'actionnement 164 pour éviter 25 tout contact entre la bague d'actionnement 164 et la saillie 168.
A l'extrémité radialement intérieure du système d'aube fixe 106, un arbre inférieur 226 d'aube fixe s'étend d'une seule pièce radialement vers l'intérieur depuis le profil 210 de l'aube fixe. L'arbre 226 d'aube fixe comporte un premier grand diamètre 228 et un second diamètre 230 plus petit. Une troisième douille 236 est 30 montée sur l'arbre inférieur 226 d'aube fixe, qui est reçu par un carénage facultatif 231. Un joint d'étanchéité 238 est monté radialement vers l'intérieur du carénage au contact duquel viennent des dents 170 placées sur le dispositif rotatif du réacteur, les dents mordant dans le joint 238 pour former un obstacle aux fuites d'air. Un troisième moyen de fixation facultatif 234, représenté sous la forme d'une broche de 35 verrouillage passant à travers au moins une limite du joint d'étanchéité 238, à travers le carénage 231, à travers la douille 236 et à travers l'orifice 232 de l'arbre inférieur 226 d'aube fixe assujettit le joint 238, la douille 236 et le carénage 231 à l'arbre inférieur 226 d'aube. Si on emploie un moyen de fixation facultatif 234, n'importe quels autres moyens de fixation mécaniques, tels que par exemple un boulon fileté et un écrou de blocage, peuvent être substitués à la broche de verrouillage. La Fig. 3 est une vue schématique du système d'aube fixe 106 à calage variable selon une technique antérieure typique à son extrémité supérieure après montage. Le système d'aube fixe 106 à calage variable comprend une aube fixe 302 à calage variable représentée en coupe. Une douille 304 est placée sur l'aube mobile à 10 calage variable 302. Un carter 306 supporte l'aube fixe à calage variable 302 et
comporte un premier évidement 308, un deuxième évidement 312 et une partie intérieure 310 reliant la première partie évidée 308 et la seconde partie évidée 312.
Une ouverture telle que l'ouverture 314 représentée sur la Fig. 3 peut être formée au voisinage immédiat du pied 346 d'aube et au-dessus de la partie formant voilure de 15 l'aube fixe.
La douille 304 comporte une première partie 316 et une seconde partie 318.
La première partie 316 de la douille est directement au contact de la première partie évidée 308 du carter et sépare du carter 306 l'aube fixe 302 à calage variable. La seconde partie 308 de la douille est au contact de la partie intérieure 310 du carter, 20 placée entre l'aube fixe variable 302 et le carter 306. La première partie 316 de la douille s'étend sensiblement, mais pas tout à fait sur toute la longueur de la première partie évidée 308 du carter. Afin de limiter le couple de frottement, cette partie 316 peut être conique pour assurer le contact le plus étroit avec un rayon plus petit. De plus, la deuxième partie 318 de la douille s'étend sensiblement sur toute la longueur 25 de la partie intérieure 310 du carter et est sensiblement perpendiculaire à la première partie 316 de la douille. La douille 304 empêche l'aube fixe 302 à calage variable de
venir directement au contact du carter 306.
Le système d'aube fixe 106 à calage variable comprend en outre une rondelle 320. La rondelle 320 est sensiblement plate et comporte une surface de 30 diamètre extérieur 322 et une surface de diamètre extérieur 324. Plus particulièrement, la rondelle 320 comporte une première face 326, une seconde face 328 et elle a une épaisseur 330 sensiblement constante, comme représenté, de la surface de diamètre intérieur 324 à la surface de diamètre extérieur 322. Cette rondelle 320 peut être légèrement conique ou pourvue d'un profil approprié pour 35 créer un couple existant maximal en assurant initialement que le contact le plus étroit avec la douille 304 se fait sur un plus petit rayon. La rondelle 320 est directement au contact de la seconde partie évidée 312 du carter et a la même extension qu'au moins
une partie de la longueur de la seconde partie évidée 312 du carter.
Le système d'aube fixe 106 à calage variable comporte une entretoise 332 au 5 contact de la rondelle 320. La rondelle 320 empêche le contact entre l'entretoise 332 et la seconde partie évidée 312 du carter. L'entretoise 332 comporte une première partie 334 et une seconde partie 336. La première partie 334 de l'entretoise est au contact de la rondelle 320 sur sa seconde face 328 et a un diamètre sensiblement plus grand que le diamètre de la rondelle 320. Le diamètre intérieur de la rondelle est plus 10 grand que la partie intérieure 310 du carter ainsi que le diamètre intérieur de l'entretoise 332. L'entretoise 332 est séparée de la douille 304 par la rondelle 320. La douille 304 et la rondelle 320 ne sont pas au contact l'une de l'autre. La rondelle 320
empêche l'entretoise 332 de toucher le carter 306.
L'aube fixe 302 à calage variable comporte également une première partie 338, une surface intérieure 340 de rebord d'aube fixe et une surface verticale 342 de rebord d'aube fixe, et une partie de réception 344 d'entretoise d'aube fixe. La surface intérieure 340 de rebord d'aube fixe bute contre et assure la transition avec un pied 346 d'aube fixe. Le pied 346 d'aube fixe et la surface intérieure 340 de rebord d'aube fixe s'étendent à travers une ouverture 118 ou un orifice du carter 306. La seconde 20 partie 318 de douille bute contre la partie intérieure 310 du carter 306. La seconde partie 318 de douille empêche la surface verticale 342 de rebord d'aube fixe de
toucher la partie intérieure 310 du carter.
Le système d'aube fixe 106 à calage variable comprend également un bras de levier 348, représenté partiellement sur la Fig. 3, placé autour du pied 346 d'aube 25 fixe et au contact de l'entretoise 332. Le bras de levier 348 est actionné par un actionneur pour régler l'angle de l'aube fixe 302 à calage variable et ainsi modifier la
direction de l'écoulement de l'air dans le compresseur.
En outre, le système d'aube fixe 106 à calage variable comprend un manchon 350 au contact du bras de levier 348, et un manchon 350 au contact d'un 30 contre-écrou 352 du bras de levier. Le contre-écrou 352 de bras de levier coopère avec le pied 346 d'aube fixe pour tenir les pièces accouplées au contact les unes des autres en maintenant solidement le système d'aube fixe 106 à calage variable contre
le carter 356.
Le système d'aube fixe 106 à calage variable est monté en plaçant la douille 35 304 sur l'aube fixe 302 à calage variable de façon que la première partie 316 de
douille et la seconde partie 318 de douille soient au contact de l'aube fixe 302 à calage variable et soient situées sensiblement entre le carter 306 et l'aube fixe 302.
L'aube fixe 302 à calage variable et la douille 304 s'étendent à travers l'ouverture 118
ou l'orifice du carter 306.
La rondelle 320 est placée sur le carter 306 au voisinage immédiat de la douille 304. L'entretoise 332 est placée sur l'aube fixe 302 à calage variable, au contact de la rondelle 320. Le bras de levier 348 est placé sur le pied 346 d'aube fixe, au contact de l'entretoise 332. Le manchon 350 est placé sur le pied 346 d'aube fixe, au contact du bras de levier 348. Enfin, le contre-écrou 352 de bras de levier est 10 placé sur le pied 346 d'aube fixe au contact du manchon 350, verrouillant l'ensemble
en place.
La rondelle 320 et la douille 304 sont des surfaces portantes du système d'aube fixe 106 à calage variable, comme on en trouve dans un compresseur haute pression. La rondelle 320 et la douille 304 peuvent être utilisées dans d'autres 15 environnements, par exemple un système d'aube fixe à calage réglable de compresseur basse pression ou un système d'aube mobile de rotor de turbine, leur utilisation dans la turbine étant limitée par leur capacité de fonctionnement à haute température. Des douilles 304 et des rondelles 320 massives sont fabriquées à l'aide de 20 techniques connues, par exemple par moulage par injection ou par frittage à haute température de céramiques. L'idéal est que la douille massive 104 ait une grande durabilité avec des caractéristiques d'usure réellement bonnes. La douille 304, qui peut se remplacer facilement, doit s'user avant le carter 306 et le pied 346 d'aube fixe, le carter 306 et le pied 346 d'aube fixe étant en matières résistant davantage à 25 l'usure. La douille 304 est en matière d'usure peut coteuse, facilement remplaçable,
et est considérée comme un objet consommable.
Dans une forme de réalisation préférée, la douille 216 tourne par rapport au pied 116 d'aube fixe, ce qui apporte des bénéfices dont on n'avait pas pu profiter auparavant. Cette rotation permet une usure régulière sur le pourtour de la douille, là 30 o elle est au contact du pied 116 d'aube fixe et du carter 112, ce qui améliore donc la durée de vie de la douille 216. Cette rotation est particulièrement avantageuse lorsque le taux d'usure entre la douille 216 et le pied 116 d'aube fixe ou le carter 112 est relativement peu élevé, notamment lorsque l'usure est inférieure à environ 0,005 mm (0,0002") après avoir coulissé effectivement sur environ 15 120 m (50 000 35 pieds) en subissant une charge d'environ 11,35 kg (25 lbs). Cependant, si le taux d'usure entre la douille 216 et le pied 116 d'aube fixe ou le carter 112 est relativement élevé, notamment lorsque le taux d'usure dans des conditions comparables est d'environ 0,51 mm (0, 020"), la douille 304 est conçue pour ne pas tourner contre le
pied 346 d'aube fixe ni le carter 206, pour accroître la durée de vie.
Pour déterminer le type de douille 216 nécessaire dans une conception, on utilise des propriétés physiques comme, par exemple, le coefficient de dilatation thermique, la gamme de températures de fonctionnement, la limite d'élasticité et le module d'élasticité des matières assemblées, les forces exercées sur les matières assemblées, l'usure par cycle et le nombre de cycles au cours de la durée de vie 10 prévue, afin de déterminer l'usure relative qui sera subie lors d'une application. Le taux d'usure entre les matières peut être déterminé et l'usure attendue pour une application peut servir à déterminer si on doit laisser tourner la douille 216. Par exemple, même si le taux d'usure est relativement faible, comme évoqué précédemment, mais s'il se produit une écorchure qui provoque un transfert excessif 15 d'une première matière vers la surface de l'autre, ce qui a pour effet de rendre les surfaces très rugueuses, on doit considérer la matière de la douille comme non acceptable. La douille 216 est réalisée à l'aide d'une matière ayant les propriétés requises pour avoir une épaisseur effective suffisante pour faciliter la fabrication (c'est-à-dire réduire son cot) et accroître la résistance à l'usure pendant l'utilisation. 20 Par exemple, une matière de carter en M152 et une matière de douille en A286
présentent un taux d'usure élevé, non acceptable, comme évoqué précédemment.
Cependant, une douille en nitrure de silicium entre un pied d'aube fixe en A286 et un
carter en M152 présente un taux d'usure acceptable, comme évoqué précédemment.
Le jeu de la douille doit être limité sur toute la gamme de températures de 25 fonctionnement afin de limiter les fuites d'air entre la douille 216 et le système d'aube fixe 106 ou le carter 112 tout en permettant encore à la douille 216 de tourner. Le trajet de fuites d'air dans un système d'aube fixe de stator à calage variable est illustré sur la Fig. 4, et une douille ayant un jeu minime, c'est-à-dire qui comble sensiblement un intervalle entre le carter 112 et l'aube fixe de stator, est souhaitable. 30 L'idéal, si on utilise une douille rotative, est que la douille comporte tout d'abord une collerette, par exemple réalisée pour se placer horizontalement contre le carter 112, de façon que la différence de pression entre le compresseur et l'extérieur du carter exerce une force contre l'aube fixe de stator, laquelle force est transmise contre la douille et donc contre le carter 306, ce qui limite les fuites d'air lorsque l'intervalle 35 est fermé. Ainsi, même si la douille s'use parsuite d'un contact avec le carter et l'aube il fixe de stator qui crée un intervalle, cette usure ne provoquera pas de fuites d'air, puisque l'action de l'aube fixe de stator contre la douille et contre le carter 306 préservera l'étanchéité même si la douille s'use. Cependant, les avantages tribologiques d'une douille rotative ne dépendent pas de la présence d'une collerette de douille. Il est préférable que l'aube fixe ait au moins une face porteuse adjacente au pied 346 d'aube fixe, cette face venant contre une collerette de douille, par exemple une première partie 316 de douille ou une rondelle, afin de limiter l'usure et le frottement. Par exemple, la première partie 338 d'aube fixe qui sert de surface 10 porteuse est en interface avec la première partie 316 de douille. Cette surface
porteuse est réalisée avec un diamètre préalablement choisi, le diamètre préalablement choisi étant le diamètre le plus grand pour les matières les plus dures qui sont le moins susceptibles de s'user, par exemple les céramiques et les carbures.
Cependant, si on s'attend à ce que cette surface subisse beaucoup d'usure, comme par 15 exemple lorsque la surface porteuse est une matière plus tendre telle qu'un métal tendre bien connu dans la technique, un matériau composite, une matière polymère ou un matériau du type carbone/graphite, la surface aura alors un plus petit diamètre préalablement choisi. Cela limitera les effets de bords, l'usure par contact et le "creusement" par abrasion. Cette relation entre les dimensions du diamètre et l'usure 20 prévue vaut également pour la surface du bras de levier 348 qui, par exemple, porte contre l'entretoise 332, ou la rondelle 320 ou la collerette de douille placée entre le carter 306 et l'entretoise 332. Les dimensions du diamètre préalablement choisi de l'aube fixe elle-même sont liées aux exigences de conception des réacteurs et à l'emplacement de l'aube fixe dans le compresseur, mais doivent correspondre aux 25 exigences théoriques acceptables pour le compresseur. Par exemple, on peut
s'attendre à ce que la gamme des diamètres préalablement sélectionnés pour les arbres d'aubes fixes dans les premiers étages d'un compresseur GE-90 utilisé pour fournir de l'énergie à un Boeing 777, lequel compresseur est très gros, soit nettement plus grande que celle des arbres d'aubes fixes dans les derniers étages d'un 30 compresseur T700 ou CT7 servant à fournir de l'énergie à des hélicoptères.
L'entretoise 332, la douille 304 et la rondelle 320 sont réalisées pour assurer que les forces de contact glissant transmises, par exemple, par l'intermédiaire du bras de levier 348, du pied 346 d'aube fixe et du carénage 231, Fig. 2, soient entièrement supportées par l'entretoise 332, la douille 304 et la rondelle 320 pendant la durée de 35 vie théorique prévue du compresseur. La rondelle 320 est conçue pour rester concentrique à la rotation du pied 346 d'aube fixe. Dans le cas o les douilles 304 sont des ensembles constitués d'une rondelle séparée 316 et d'une douille 318, il importe d'empêcher la rondelle 316 de venir contre le rayon du congé de raccordement correspondant, représenté ici sur le pied 346 d'aube fixe, car cela aurait 5 tendance à créer des forces indésirables. De préférence, la rondelle a une épaisseur
effective préalablement choisie pour recevoir le congé de raccordement de la partie 316 et est placée de manière concentrique sur le pied 346 d'aube fixe. De même, la rondelle 320 doit être disposée de manière concentrique et ne pas s'étendre jusqu'aux bords de l'entretoise 334 ni jusqu'au congé de raccordement dans le carter 306 au 10 voisinage immédiat de la surface de diamètre extérieur 322 de la rondelle.
Bien que le système de coussinet selon la présente invention ait été décrit à l'interface (extérieure radiale) entre le pied de l'aube fixe et le carter, ces principes s'appliquent tout aussi bien à l'interface (intérieure radiale) entre le pied d'aube fixe et le carénage. Considérant à nouveau la Fig. 1, des turbomoteurs selon la technique 15 antérieure pour des aéronefs fixent le carénage 232 à l'arbre inférieur 226 d'aube fixe
à l'aide de la broche de verrouillage 234. Comme les conceptions actuelles nécessitent l'utilisation d'une douille plus courte au niveau de l'interface intérieure radiale, l'arbre inférieur 226 d'aube fixe à l'interface intérieure radiale doit être conçu de manière à avoir une longueur suffisante pour faciliter l'utilisation de douilles de 20 dimensions ordinaires.
Il est avantageux que les dimensions de la douille 236 à l'interface radiale intérieure et au niveau de l'aube fixe soient telles qu'une douille et une aube fixe ordinaires puissent permettre le positionnement du carénage par rapport au carter, en nécessitant de ce fait une seule broche de verrouillage 234 et une seule douille pour 25 assurer la concentricité. Le carénage peut être divisé de façon que deux bagues tirées
l'une vers l'autre dans la direction axiale du réacteur saisissent la douille, ou encore, de multiples segments peuvent être utilisés pour positionner la douille et le joint d'étanchéité. Comme les trajets de fuites au niveau de la douille ne débouchent pas dans le canal de dérivation, les pertes par fuites à cet endroit sont moins 30 préoccupantes.
Dossier GE 13DV-14161 Titre: CONCEPTION PERFECTIONNEE D'UN POINT DE VUE TRIBOLOGIQUE POUR AUBES FIXES A CALAGE VARIABLE Inventeur: Bruce
NOMEMCLATURE
Fig. 1 compresseur 102 pluralité d'étages 104 pluralité d'aubes mobiles de rotor 106 systèmes d'aubes fixes de stator 108 disque de rotor 110 arbre de rotor 112 carter de stator 114 aube fixe à calage variable 116 pied d'aube fixe à calage variable 118 ouverture (dans le carter) 120 bras de levier 124 extrémité intérieure (de systèmes d'aubes fixes) Fig. 2 106 système d'aube fixe à calage variable 112 carter 116 pied solidaire de l'aube fixe 118 ouverture du carter 120 bras de levier 154 chambrage 156 première extrémité du bras de levier 158 seconde extrémité du bras de levier 160 âme du bras de levier 164 bague d'actionnement 168 saillie 169 douille 170 dents 210 profil d'aube fixe 212 moyen de fixation 214 rondelle intérieure 216 douille 218 arbre supérieur d'aube fixe 222 rondelle 224 moyen de fixation 226 arbre inférieur d'aube fixe 228 premier grand diamètre 230 second diamètre plus petit 231 carénage facultatif 234 moyen de fixation 236 troisième douille 238 joint d'étanchéité Fig. 3 106 système d'aube fixe 302 aube fixe 304 douille 306 carter 308 première partie évidée 310 partie intérieure 312 seconde partie évidée 314 ouverture 316 première partie de douille 318 seconde partie de douille 320 rondelle 322 surface du diamètre extérieur 324 surface du diamètre intérieur 326 première face 328 seconde face 330 épaisseur 332 entretoise 334 première partie de l'entretoise 336 seconde partie de l'entretoise 338 première partie de l'aube fixe 340 surface intérieure du rebord de l'aube fixe 342 surface verticale du rebord de l'aube fixe 344 partie de réception de l'entretoise d'aube fixe 346 pied d'aube fixe 348 bras de levier 350 manchon 352 contre-écrou de bras de levier Fig. 4 302 aube fixe 306 carter 390 intervalle

Claims (21)

Revendications
1. Système de coussinet pour positionner de manière rotative une aube fixe (302) à calage variable sur un carter (306) de réacteur, caractérisé en ce qu'il s comprend une douille (304) dans laquelle une première surface de la douille (304) vient au contact d'un pied (342) d'aube fixe à calage variable; une seconde surface opposée de la douille est au contact du carter (310) de moteur et la douille tourne par
rapport au pied de l'aube fixe à calage variable.
2. Système de coussinet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un jeu
de la douille rotative est dimensionné pour limiter efficacement les fuites d'air audelà de la douille (304) dans un régime de fonctionnement du moteur.
3. Système de coussinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 douille (304) comporte en outre une surface placée de telle manière qu'une différence de pression dans le carter du réacteur pousse un système d'aube fixe (106) contre la douille (304), ce qui pousse à son tour la douille (304) contre une paroi intérieure du
carter (306) du réacteur en fermant ainsi un passage de fuites d'air.
4. Système de coussinet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une première rondelle (320), la première rondelle (320) créant dans le carter (306) du réacteur une surface porteuse (326) qui ne peut pas venir
jusqu'à un congé de raccordement du pied d'aube fixe.
5. Système de coussinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la
douille (304) comporte une première partie horizontale (316) au contact d'une partie évidée du carter et une seconde partie verticale (318) sensiblement à angle droit avec la première partie, la seconde partie étant placée entre une partie sensiblement verticale du carter (306) et une surface sensiblement verticale du pied (342) d'aube 30 fixe.
6. Système de coussinet selon la revendication 5, caractérisé en ce que la douille (304) comporte deux éléments séparés, une partie formant rondelle (316), laquelle rondelle est au contact d'une partie évidée du carter (306), et une partie 35 formant douille (318) sensiblement perpendiculaire à la partie formant rondelle, la partie formant douille étant placée entre la partie sensiblement verticale du carter
(310) et la partie sensiblement verticale du pied (342) d'aube fixe.
7. Système de coussinet selon la revendication 6, caractérisé en ce que la 5 rondelle (316) ne peut pas venir jusqu'à un congé de raccordement sur le pied (302)
d'aube fixe.
8. Système de coussinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la
douille rotative (304) est en matière tendre qui s'use par rapport à un pied plus dur 10 d'aube fixe à calage variable.
9. Système de coussinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le
taux d'usure de la douille (304) par rapport au pied d'aube fixe est inférieur à environ 0,005 mm (0,0002") après une distance de coulissement effective d'environ 15 120 m 15 (50 000 pieds).
10. Système de coussinet selon la revendication 8, caractérisé en ce que la
douille (304) est en outre constituée de nitrure de silicium.
11. Système de coussinet selon la revendication 10, caractérisé en ce que la
douille en nitrure de silicium a une épaisseur d'au moins 1,27 mm (0,050") .
12. Système d'aube fixe (106) à calage variable pour turbomoteur, caractérisé en ce qu'il comprend: une aube fixe (302) à calage variable, l'aube fixe comportant un premier pied (116, 346) d'aube fixe à une première extrémité d'aube fixe et un second pied (226) d'aube fixe à une seconde extrémité, opposée, d'aube fixe placé radialement vers l'intérieur en direction d'un axe central du réacteur; un premier système de coussinet pour positionner de manière rotative le 30 premier pied (226) d'aube fixe dans un carter extérieur (306) de moteur; un second système de coussinet pour positionner de manière rotative le second pied d'aube fixe dans un carénage intérieur (231) du réacteur; et un bras de levier (348) solidement fixé au premier pied (346) d'aube fixe pour modifier de manière variable une orientation angulaire d'un profil (302) d'aube 35 fixe; le premier système de coussinet ayant une première douille (304) avec un diamètre intérieur, le diamètre intérieur de la douille venant au contact du premier pied d'aube fixe à la première extrémité (342) d'aube fixe, et le diamètre extérieur de la douille venant au contact du carter extérieur (306) de moteur, la douille (304) 5 empêchant le contact entre le carter extérieur (306) de moteur et le premier pied (342) d'aube fixe, la douille (304) présentant une surface d'usure lorsque le système d'aube fixe (116) à calage variable passe d'une première position à une seconde position; le second système de coussinet ayant une seconde douille (236) avec un 10 diamètre intérieur, le diamètre intérieur de la douille venant au contact du second pied (236) d'aube fixe à la seconde extrémité placée radialement vers l'intérieur par rapport à la première extrémité d'aube fixe, et le diamètre extérieur de la douille venant au contact du carter extérieur (231) du réacteur, la douille empêchant le contact entre un joint d'étanchéité et le second pied (226) d'aube fixe, la douille (236) 15 présentant une surface d'usure lorsque le système d'aube fixe (106) à calage variable passe d'une première position à une seconde position; et la première douille (304) et/ou la seconde douille (236) tournant par rapport au pied d'aube fixe respectif
13. Système d'aube fixe (106) à calage variable selon la revendication 12, caractérisé en ce que la première douille (304) et la seconde douille (236) tournent
l'une et l'autre par rapport à leur pied d'aube fixe respectif.
14. Système d'aube fixe (106) à calage variable selon la revendication 12, 25 caractérisé en ce que l'aube fixe (302) comporte en outre une face porteuse axiale ayant un diamètre préalablement choisi au voisinage immédiat de chaque pied (116,
226) d'aube fixe.
15. Système d'aube fixe (106) à calage variable selon la revendication 14, 30 caractérisé en ce qu'au moins l'une de chaque face porteuse axiale est réalisée avec un diamètre de contact porteur préalablement choisi effectivement plus grand lorsque l'aube fixe est en matière plus dure, s'usant moins que la douille et la douille étant
conçue pour s'user, étant réalisée en matière plus tendre.
16. Système d'aube fixe (106) à calage variable selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'au moins une de chaque face porteuse axiale est réalisée avec un diamètre de contact porteur préalablement choisi effectivement plus petit lorsque l'aube fixe (302) est en matière d'usure plus tendre que la douille (304, 236), et en ce 5 que la douille est conçue pour ne pas s'user, étant réalisée en matière plus dure, résistant à l'usure et pour ne pas tourner de façon à limiter l'usure par contact de la
face porteuse axiale.
17. Système d'aube fixe (106) à calage variable selon la revendication 12, 10 caractérisé en ce que le bras de levier (120, 348) comporte une face porteuse d'un diamètre préalablement choisi qui porte contre la première douille (304) du premier système de coussinet, le diamètre préalablement choisi de la face porteuse étant un diamètre préalablement choisi effectivement plus grand pour des matières plus dures, s'usant moins, lorsque la douille est conçue pour s'user et est réalisée en matières plus 15 tendres, et est un diamètre préalablement choisi effectivement plus petit pour des matières d'usure plus tendres lorsque la douille est conçue pour ne pas s'user et est réalisée en matières plus dures, résistant à l'usure afin de limiter l'usure par contact
de la face porteuse du bras de levier.
18. Système d'aube fixe (106) à calage variable selon la revendication 12,
caractérisé en ce que le second système de coussinet comporte en outre un carénage (231), la douille (236) empêchant le contact entre le second pied (226) d'aube fixe et le carénage (231), le second système de coussinet étant pris par le carénage (231), le carénage étant placé de manière à limiter les effets vibratoires de la variation de 25 l'écoulement de l'air et les fuites.
19. Système d'aube fixe (106) à calage variable selon la revendication 15,
caractérisé en ce que la matière de la douille est choisie dans le groupe comprenant un métal tendre, une matière polymère, une matière du type carbone/graphite et un 30 matériau composite.
20. Système d'aube fixe (106) à calage variable selon la revendication 15, caractérisé en ce que la matière de la douille est constituée par une céramique et du
carbure fritté.
21. Système d'aube fixe (106) à calage variable selon la revendication 16, caractérisé en ce que la matière de la douille choisie dans le groupe comprenant des carbures, des matières céramiques et des substrats revêtus de carbures et de matières céramiques.
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