FR2914944A1 - Calage variable d'aubes de compresseur dans une turbomachine - Google Patents

Calage variable d'aubes de compresseur dans une turbomachine Download PDF

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Abstract

Compresseur (10) de turbomachine, comprenant un carter externe cylindrique (34) et au moins une rangée annulaire d'aubes à calage variable (26), chacune de ces aubes comportant à son extrémité radialement externe un p vot (30) centré et guidé dans un orifice du carter (34) et relié par une roue dentée (52) à un anneau de commande (54) s'étendant autour du carler (34), et comportant sur une face latérale une crémaillère en prise avec la roue dentée.

Description

1 CALAGE VARIABLE: D'AUBES DE COMPRESSEUR DANS UNE TURBOMACHINE
La présente invention concerne un compresseur d'une turbomachine comprenant des aubes à calage variable, ainsi qu'une turbomachine telle qu'un turboréacteur or.' un turbopropulseur d'avion équipée d'un compresseur de ce type. De façon connue, un compresseur de turbomachine comprend une pluralité d'étages de compression comportant chacun une rangée annulaire d'aubes mobiles montée: sur un arbre de rotor et une rangée annulaire d'aubes de stator à calage variable montées à leurs extrémités radialement externes sur un carter externe sensiblement cylindrique. Le réglage du calage angulaire des aubes de stator dans une turbomachine est destiné à optimiser le rendemen'l de cette turbomachine et à réduire sa consommation de carburant dans les différentes phases de vol. Les aubes de stator à calage variable comprennent chacune à leur extrémité radialement externe un pivot radial qui est centré et guidé en rotation dans un orifice du carter externe. Chaque pivot d'aube est relié par une biellette à un anneau de commande qui s'étend autour du carter externe du compresseur et qui est déplaçable en rotation autour de l'axe longitudinal du compresseur par des moyens d'actionnement pour transmettre aux aubes un mouvement de rotation autour des axes de leurs pivots. Chaque biellette est fixée au pivot d'aube et comporte un pion engagé dans un logement cylindrique de l'anneau de commande. Ce type de système de commande des aubes à calage variable présente plusieurs inconvénients. En effet, lors du réglage du calage angulaire des aubes, les biellettes sont soumises à des forces de flexion importantes et leurs pions sont soumis à des forces de torsion, qui peuvent fragiliser les biellettes. DE, plus, ces biellettes exercent une résistance au déplacement en rotation de l'anneau. Les moyens d'actionnement de
2 l'anneau de commande doivent donc fournir un effort suffisant pour pouvoir assurer le déplacement de l'anneau. Ces moyens d'actionnement comprennent en général un ou deux vérins hydrauliques qui du fait de leur masse et leur encombrement, sont également utilisés pour actionner aussi les anneaux de commande des autres étages, ce qui ne permet pas de caler avec précision les E.ubes de chaque étage et nuit aux performances de la turbomachine. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace aux problèmes de la technique antérieure, en permettant notamment dE commander le calage angulaire des aubes d'un étage indépendamment dcs aubes des autres étages. Elle propose à cet effet, un compresseur de turbomachine, en particulier de turbopropulseur ou de turboréacteur d'avion, comprenant un carter externe sensiblement cylindrique et au moins un rangée annulaire d'aubes à calage variai le, chacune de ces aubes comportant à son extrémité radialement externe un pivot centré et guidé dans un orifice du carter et relié par un organe de liaison à un anneau de commande s'étendant autour du carter, caractérisé en ce que l'organe de liaison est une roue dentée solidaire en rotation du pivot d'aube et engagée en prise avec une denture correspondante de l'anneau. Selon l'invention, la liaison entre l'anneau de commande et le pivot d'une aube est réalisée au moyen d'un système d'engrenages qui relie le pivot d'aube à l'anneau de commande. Ces engrenages n'opposent pas de résistance au déplacement en rotation de l'anneau de commande qui peut être entraîné en rotation par des moyens d'actionnement légers et de petite taille tels qu'un moteur électrique. Le compresseur de la turbomachine peut donc être équipé de plusieurs moyens d'actionnement indépendants les uns des autres, chacun do ces moyens permettant de déplacer en rotation un anneau de commande d'une rangée d'aubes à calage variable.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la roue dentée est montée coaxialement sur le pivot d'aube et est en prise avec une
3 crémaillère formée sur une face latérale sensiblement radiale de l'anneau de commande. Avantageusement, l'anneau de commande est logé dans une gorge annulaire du carter dans laquelle débouchent les pivots d'aubes, l'anneau est guidé en rotation sur cles plots radiaux formés en saillie sur le fond de la gorge et régulièremen r répartis autour de l'axe longitudinal du compresseur, ce qui permet d'écarter l'anneau du carter et ainsi de réduire ses frottements sur le carier. La roue dentée est sensiblement tronconique et est en prise avec des dents radiales de l'anneau, ce qui permet d'améliorer le couplage entre l'anneau et l'organe de lia son. L'anneau de commande peut être formé de deux éléments en arc de cercle disposés bout à bout et est déplaçable en rotation dans les deux sens autour du carter.
L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur du type décrit ci-dessus. L'invention concerne enfin un anneau de commande d'aubes à calage variable pour un compresseur de turbomachine tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend une face sensiblement radiale formée sensiblement avec une crémaillère. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exi. mple non limitatif, et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un compresseur haute pression d'un turboréacteur équipé d'un sy:;tème de commande d'aubes à calage variable selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale à plus grande échelle du système de calage angulaire d'un étage du
4 compresseur de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique partielle en perspective d'un système d'aubes à calage variable selon l'invention ; - les figures 4 à 6 sont des vues similaires à la figure 3, et illustrent des étapes dE! montage du système de commande selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une demi-vue schématique de la partie amont d'un compresseur haute-pression 10 selon la technique antérieure, en coupe selon un plan passant par l'axe de rotation 12 de la turbomachine. Le compresseur haute-pression 10 comprend un rotor formé de disques 14, 16, 18, 20 assemblés axialement les uns aux autres, le rotor étant en appui sur un palier 22 par l'intermédiaire d'un tourillon 24. Chaque disque est agencé en aval d'une rangée annulaire d'aubes de stator 26 à calage variable. Chaque aube de stator comprend à ses extrémités radialement interne et externe des pivots cylindriques 28, 30 coaxiaux. Le pivot cylincrique interne 28 s'étend vers l'intérieur depuis l'aube de stator 26 et est centré et guidé en rotation dans un logement cylindrique d'un élément annulaire du stator, et le pivot cylindrique externe 30 s'étend radialement vers l'extérieur et est centré et guidé en rotation dans une cheminée cylir drique 32 d'un carter externe 34 sensiblement cylindrique du compresseur haute pression 10. Dans la technique connue, le réglage du calage angulaire des aubes de stator 26 d'un étage est assuré à l'aide de biellettes 36 qui sont entraînées en rotation par un anneau de commande 38. Un vérin hydraulique 40 permet le déplacement simultané en rotation de plusieurs anneaux de commande 33. Les biellettes 36 sont fixées par une extrémité sur les pivots radiaux 30 des aubes 26 à calage variable, ces pivots 30 étant guidés en rotation dans des douilles 42 montés dans les cheminées 32 du carter 10 (figure 2). L'extrémité de la biellette fixée au pivot d'aube 30 est maintenue radialemert sur un rebord 44 de la douille 42 par un écrou 46 vissé sur l'extrémité du pivot 30. L'autre extrémité de la biellette 36 comprend un orifice dan;; lequel est guidé en rotation un doigt radial 48 monté dans un logement cylindrique de l'anneau de commande 38. Les doigts radiaux 48 sont maintenus en place par des pattes coudées 50 5 fixées sur l'anneau de commande 38. L'invention permet de remédier aux problèmes de ce type de système grâce au fait qui; chaque aube 26 à calage variable est reliée à l'anneau de commande par une liaison à engrenages, ce qui permet de réduire l'effort nécessa re pour déplacer en rotation l'anneau de commande, et se traduit par une simplification et un allègement des moyens d'actionnement d-; cet anneau. Dans l'exemple représenté en figure 3, cette liaison comprend une roue dentée 52 montée coaxialement sur le pivot d'aube 30 et qui est en prise avec une denture de crémaillère formée sur une surface latérale radiale d'un anneau de commande 54 qui entoure le carter 34 du compresseur haute-pression 10. La roue dentée 52 est maintenue radialement entre la jupe 44 de la douille 42 et une rondelle 56 qui est plaquée contre la roue dentée 52 par un écrou 58 vissé sur une partie externe filetée du pivot d'aube.
L'anneau de commande 54 est logé dans une gorge annulaire formée sur la paroi extern : du carter 34 du compresseur haute-pression 10 et dans laquelle débouchent les pivots des aubes 26. L'anneau 54 est guidé circonférentiellemert dans la gorge par une paroi latérale de celle-ci, du côté opposé à sa crémaillère en prise avec les roues dentées 52 montées sur les pivots d'aubes 30. Des plots radiaux 64 sont formés en saillie sur le fond de la gorge annulaire et sont régulièrement répartis sur le pourtour du carter 34 du compresseur (figure 4). Ces plots 64 permettent d'écarter l'anneau 54 de la surface externe du carter 34 et limitent ainsi les frottements entre l'anneau 54 et le carter 34, ce qui facilite le guidage de l'anneau de commande 5L.. Les roues dentées 52 sont de forme tronconique et les dents de
6 l'anneau sont radiales ce qui assure un engrenage correct entre les dents des roues 52 et les dents de l'anneau 54. Pour permettre le montage des roues dentées 52 sur les pivots 30 des aubes de stator 26, il est nécessaire que la distance circonférentielle séparant deux pivots d aubes 30 successifs soit plus grande que le diamètre des roues dentées 52, qui lui-même doit être suffisamment important pour permettre un calage angulaire précis des aubes de stator 26. En pratique, l'invention est donc particulièrement destinée pour être utilisée sur les étages d'aubes de stator 26 situés dans la partie amont du compresseur haute pression 10, c'est-à-dire sur les étages présentant une distance grande du pivot d'aube 30 à l'axe 12 de la turbomachine et un nombre d'aubes de stator 26 faible. On peut imaginer l'utilisation combinée dans un même compresseur, d'un dispositif de calage à engrenages pour les étages d'aubes de stator 26 situés dans la partie amont du compresseur et d'un dispositif de la technique antérieure pour le ou les étages d'aubes de stator 26 situés en aval. Le système de commande du calage angulaire des aubes 26 d'un étage de compresseur haute-pression 10 selon l'invention est assemblé de la manière suivante : des rondelles 56 sont montées sur les pivots 30 qui sont ensuite insérées dans les cheminées 32 radiales du carter (figure 4). Les douilles 42 sont montées sur les pivots d'aubes 30 puis l'anneau de commande 54 est introduit dans la gorge annulaire jusqu'à blocage sur la paroi latérale radiale 60 (figure 5). Les douilles 42 puis les roues dentées 52 sont montées sur les pivots d'aubes 30 (figure 6). La coopération des dents des roues 52 et es dents de l'anneau 50 permet de maintenir l'anneau de commande 51. dans la gorge annulaire. Des rondelles 56 sont montées sur les pivots daubes 30 et des écrous 58 sont serrés sur les pivots 30 des aubes de stator 26 (figure 3). Les douilles 42 ainsi que les rondelles 56 ont pour fonction de limiter le frottement entre les roues dentées et le carter et ainsi faciliter la rotation des aubes de stator. La puissance nécessaire à la rotation de l'anneau 54 est fortement
7 diminuée par rapport aua: systèmes de la technique antérieure. On peut donc utiliser des moteurs électriques 66, plus légers et moins encombrants que les vérins hydrauliques 40, pour commander indépendamment le déplacement de chacun des anneaux 54. Il est ainsi possible d'avoir un calage angulaire des aubes de stator 26 d'un étage qui est indépendant du calage angulaire des aubes 26 des autres étages, ce qui permet d'optimiser les performances de la turbomachine. L'anneau de comm ande 54 selon l'invention peut être formé de deux éléments semi-cylindriques qui s'étendent chacun sur environ 180 et qui sont fixés bout à bout pEr un élément de liaison. L'anneau 54 peut être réalisé dans un matériau identique à celui du carter pour que l'anneau et le carter aient des dilatation: thermiques identiques et ainsi éviter le blocage de l'anneau 54 sur le carter 34 lors de l'échauffement du compresseur haute pression.
L'anneau de commande 54 est déplaçable en rotation dans un sens et dans l'autre autour de l'axe de la turbomachine sur une course angulaire de quelques degrés par I,a moteur électrique associé, permettant ainsi de caler angulairement les aubes de stator d'un étage sur une course d'environ 40 .20

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Compresseur (10) de turbomachine, en particulier de turbopropulseur ou de turboréacteur d'avion, comprenant un carter (34) externe sensiblement cylindrique et au moins une rangée annulaire d'aubes à calage variable (26), chacune de ces aubes comportant à son extrémité radialement externe un pivot (30) centré et guidé dans un orifice du carter (34) et relié par un organe de liaison (52) à un anneau de commande (54) s'étendant autour du carter (34), caractérisé en ce que l'organe de liaison (52) est une roue dentée solidaire en rotation du pivot d'aube (30) et engagée en prise avec une denture correspondante de l'anneau (54).
2. Compresseur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue dentée est montée coaxialement sur le pivot d'aube (30).
3. Compresseur (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la denture de l'anneau est une crémaillère formée sur une face latérale sensiblement radiale de l'anneau de commande (54).
4. Compresseur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau de commande (54) est logé dans une gorge annulaire du carter (34) dans laquelle débouchent les pivots d'aubes (30).
5. Compresseur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la roue dentée (52) est sensiblement tronconique.
6. Compresseur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau (54) est guidé en rotation sur des plots radiaux (64) formés en saillie sur la surface externe du carter (34) et régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal du compresseur (10).
7. Compresseur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau (54) est formé de deux éléments en arc de cercle disposés bout à bout.
8. Compresseur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau (54) est déplaçable en rotation dans les deux sens autour du carter (34).
9. Compresseur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que de l'anneau (54) est entraîné par un moteur électrique (66).
10. Compresseur (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moteur électrique entraîne l'anneau de commande d'un seul étage du compresseur.
11.Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur (10) selon l'une des revendications précédentes.
12. Anneau de commande (54) d'aubes à calage variable pour un compresseur (10) de turbomachine selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une face radiale formée avec une crémaillère.20
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