B08-5091FR 1 Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY ENSEMBLE DE DOUILLE ET DE RESSORT-MOTEUR POUR AUBE MOBILE DE TURBINE Invention de : DAVIS Brian Michael WOOD Billy T. REIMELS Gregory William LORENZI Louis Bruno ENSEMBLE DE DOUILLE ET DE RESSORT-MOTEUR POUR AUBE MOBILE DE TURBINE B08-5091EN 1 Company known as: GENERAL ELECTRIC COMPANY BUSHING AND MOTOR SPRING SET FOR TURBINE MOBILE DAFFLE Invention of: DAVIS Brian Michael WOOD Billy T. REIMELS Gregory William LORENZI Louis Bruno BUSHING AND SPRING SET FOR MOBILE AUB TURBINE
La présente invention est relative de façon générale à des aubes directrices d'entrée à calage variable pour turbines à gaz et, plus particulièrement, à des douilles et des ressorts-moteurs pour de telles aubes. Les turbines à gaz comportent souvent des aubes directrices d'entrée en forme d'aubes profilées pour diriger le flux d'entrée vers une soufflante ou un compresseur en aval. Dans certaines applications, les aubes directrices io d'entrée ont un angle effectif variable afin de réduire le débit massique dans la turbine lorsque le nécessitent différentes conditions de fonctionnement. Des parties de la turbine situées près de son extrémité avant, dont les aubes directrices d'entrée, subissent un givrage dans certaines conditions de vol. Ce givre est habituellement éliminé en faisant circuler un flux secondaire 15 d'air sur ou à travers les aubes directrices d'entrée. Malheureusement, l'utilisation d'air de prélèvement a une incidence directe sur le rendement de la turbine et nécessite des tuyaux et une robinetterie lourds, résistant à des températures élevées. Pour le dégivrage, on sait utiliser un chauffage électrique, par exemple 20 à l'aide de bagues collectrices pour faire passer un courant électrique d'une tête de rotor d'hélicoptère aux pales du rotor. Cependant, les aubes directrices d'entrée à calage variable doivent réagir à de grands efforts produits par des gaz, de tels efforts n'existant pas dans d'autres applications, et doivent ainsi être soutenues fermement au niveau de leur point de rotation, ce qui 25 complique d'alimentation électrique. En outre, les douilles d'aubes directrices doivent être logées dans un espace exigu. The present invention generally relates to variable-pitch inlet guide vanes for gas turbines and, more particularly, to bushings and motor springs for such vanes. Gas turbines often have guide vane-shaped guide vanes to direct the flow of input to a downstream fan or compressor. In some applications, the inlet guide vanes have a variable effective angle in order to reduce the mass flow rate in the turbine when it requires different operating conditions. Parts of the turbine near its forward end, including the inlet guide vanes, are icing under certain flight conditions. This frost is usually removed by circulating a secondary stream of air over or through the inlet guide vanes. Unfortunately, the use of sample air has a direct impact on turbine efficiency and requires heavy-duty, high-temperature hoses and valves. For deicing it is known to use electric heating, for example by means of slip rings to pass an electric current from a helicopter rotor head to the rotor blades. However, the variable-pitch inlet guide vanes must react to great forces produced by gases, such forces not existing in other applications, and must thus be firmly supported at their point of rotation, which which complicates power supply. In addition, guide blade bushings must be housed in a confined space.
Ces inconvénients et d'autres de la technique antérieure sont résolus par la présente invention, qui propose un ensemble de douille et de ressort- 30 moteur pour aube directrice d'entrée qui assure le degré de liberté en rotation de l'aube directrice d'entrée et fournit un courant électrique à un élément chauffant pour réaliser une protection de l'aube directrice d'entrée contre le givre. Selon un premier aspect de l'invention, un ensemble de douille pour 35 aubage profilé de turbine, apte à pivoter autour d'un tourillon, comprend : une douille pourvue d'un alésage destiné à recevoir le tourillon et un premier conducteur s'étendant depuis la douille et conçu pour être connecté à un élément chauffant disposé sur l'aubage profilé ; un boîtier placé par-dessus la douille et ayant un second conducteur s'étendant depuis le boîtier pour permettre une connexion à une source extérieure d'électricité, la douille pouvant tourner par rapport au boîtier ; et un conducteur souple monté électriquement entre le premier conducteur et le second conducteur de manière à pouvoir passe passer un courant électrique du second conducteur au premier conducteur. io Selon un autre aspect de l'invention, un ensemble d'aubage profilé pour turbine à gaz comprend : un aubage profilé de turbine monté sur un carter extérieur de la turbine ; un ensemble de douille porté par le carter extérieur et disposé par-dessus un tourillon de l'aubage profilé de façon à transmettre de l'aubage profilé au carter extérieur les efforts produits par les gaz, l'ensemble 15 de douille comprenant : une douille pourvue d'un premier alésage qui reçoit le tourillon, une première jonction électrique portée par une surface extérieure de la douille, et un premier conducteur s'étendant depuis la première jonction électrique ; un boîtier qui contient la douille pour qu'elle tourne dans celui-ci, le boîtier ayant une seconde jonction électrique et un second conducteur qui 20 s'étend depuis la seconde jonction électrique pour assurer la connexion électrique à une source d'électricité ; un ressort-moteur connecté électriquement à la première jonction électrique et à la seconde jonction électrique de façon qu'un courant électrique passe de la seconde jonction électrique à la première jonction électrique ; et un élément chauffant disposé 25 sur une surface extérieure de l'aubage profilé et connecté électriquement au second conducteur par l'intermédiaire de l'ensemble de douille. These and other disadvantages of the prior art are solved by the present invention, which proposes a bushing and spring assembly for an inlet guide vane which provides the degree of freedom in rotation of the guide vane. input and provides an electric current to a heating element to provide protection from the entrance director blade against frost. According to a first aspect of the invention, a bushing assembly for profiled turbine impeller, pivotable about a journal, comprises: a bushing having a bore for receiving the journal and a first conductor extending therefrom; from the socket and adapted to be connected to a heating element disposed on the profiled blade; a casing placed over the socket and having a second conductor extending from the casing to allow connection to an external source of electricity, the socket being rotatable relative to the casing; and a flexible conductor electrically connected between the first conductor and the second conductor so that an electric current can be passed from the second conductor to the first conductor. According to another aspect of the invention, a profiled vane assembly for a gas turbine comprises: a profiled turbine blade mounted on an outer casing of the turbine; a bushing assembly carried by the outer casing and disposed over a trunnion of the profiled vane so as to transmit from profiled vane to the outer casing the forces produced by the gases, the bushing assembly comprising: a bushing provided with a first bore which receives the journal, a first electrical connection carried by an outer surface of the socket, and a first conductor extending from the first electrical joint; a housing which contains the socket for rotation therein, the housing having a second electrical junction and a second conductor extending from the second electrical junction for providing electrical connection to a source of electricity; a motor spring electrically connected to the first electrical junction and the second electrical junction so that an electric current flows from the second electrical junction to the first electrical junction; and a heating element disposed on an outer surface of the shaped blade and electrically connected to the second conductor through the socket assembly.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les 30 dessins annexés sur lesquels : la Fig. 1 est une vue en coupe d'une turbine à gaz comprenant un ensemble d'aube directrice d'entrée construit selon la présente invention ; la Fig. 2 est une vue latérale partielle d'un ensemble d'aube directrice d'entrée ; la Fig. 3 est une vue de dessus en coupe d'un ensemble de douille de l'ensemble d'aube directrice d'entrée de la Fig. 2 ; la Fig. 4 est une vue éclatée de l'ensemble de douille de la Fig. 3 ; la Fig. 5 représente une douille de l'ensemble de douille de la fig. 3, placée sur le tourillon de l'aube directrice d'entrée ; la Fig. 6 est une vue en coupe de l'ensemble de douille des figures 3 à 5 ; et la Fig. 7 est une vue latérale de la douille placée sur le tourillon de l'aube directrice d'entrée. i0 Considérant les dessins, sur lesquels des repères identiques désignent les mêmes éléments sur toutes les différentes vues, la Fig. 1 représente une turbine à gaz 10 comprenant un ensemble de soufflante 12, un compresseur haute pression 14, une chambre de combustion 16, une turbine haute pression 15 18 et une turbine basse pression 20, tous montés en série et permettant un écoulement axial des uns vers les autres. L'ensemble de soufflante 12 et la turbine passe pression 20 sont accouplés par un premier arbre 22 et le compresseur 14 et la turbine haute pression 18 sont accouplés par un second arbre 24. 20 Une pluralité d'ensembles 26 d'aubes directrices d'entrée à espacement circonférentiel sont disposés à une entrée de la turbine à gaz 10 et s'étendent entre un carter extérieur 28 (représenté sur la Fig. 2) et un moyeu central 30 pour diriger vers l'aval, jusqu'au compresseur 14, un flux d'air entrant dans la turbine 10. Bien que l'invention soit décrite en référence à un ensemble d'aube 25 directrice d'entrée, il est entendu que les principes de celle-ci peuvent être appliqués à tout aubage profilé ou à toute partie de celui-ci pouvant pivoter dans une turbine à gaz. En fonctionnement, de l'air circule à travers les ensembles 26 d'aubes directrices d'entrée et l'ensemble de soufflante 12 sur un trajet de circulation 30 d'air défini par le moyeu central 30 et le carter extérieur 28, de façon que de l'air comprimé soit envoyé de l'ensemble de soufflante 12 au compresseur haute pression 14. L'air fortement comprimé est ensuite fourni à la chambre de combustion 16. Le flux d'air sortant de la chambre de combustion 16 entraîne les turbines 18 et 20, puis sort de la turbine à gaz 10. The invention will be better understood on studying the detailed description of an embodiment taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawings in which: FIG. 1 is a sectional view of a gas turbine engine comprising an inlet guide vane assembly constructed in accordance with the present invention; FIG. 2 is a partial side view of an inlet guide vane assembly; FIG. 3 is a sectional top view of a socket assembly of the inlet guide vane assembly of FIG. 2; FIG. 4 is an exploded view of the bushing assembly of FIG. 3; FIG. 5 shows a socket of the socket assembly of FIG. 3, placed on the trunnion of the entrance director's dawn; FIG. Figure 6 is a sectional view of the socket assembly of Figures 3 to 5; and FIG. 7 is a side view of the socket placed on the trunnion of the inlet guide vane. Referring to the drawings, in which like reference numerals designate the same elements in all the different views, FIG. 1 shows a gas turbine 10 comprising a fan assembly 12, a high pressure compressor 14, a combustion chamber 16, a high pressure turbine 18 and a low pressure turbine 20, all connected in series and allowing axial flow of the to others. The fan assembly 12 and the impulse turbine 20 are coupled by a first shaft 22 and the compressor 14 and the high pressure turbine 18 are coupled by a second shaft 24. A plurality of sets 26 of guide vanes circumferentially spaced inlet are disposed at an inlet of the gas turbine 10 and extend between an outer casing 28 (shown in Fig. 2) and a central hub 30 for directing downstream, to the compressor 14, A flow of air entering the turbine 10. Although the invention is described with reference to an inlet guide vane assembly, it is to be understood that the principles thereof can be applied to any profiled vane. any part of it that can rotate in a gas turbine. In operation, air flows through the inlet guide vane assemblies 26 and the blower assembly 12 over an air flow path 30 defined by the central hub 30 and the outer casing 28, so that compressed air is supplied from the blower assembly 12 to the high pressure compressor 14. The highly compressed air is then supplied to the combustion chamber 16. The air flow exiting the combustion chamber 16 causes the turbines 18 and 20, then leaves the gas turbine 10.
Comme représenté sur la Fig. 2, chaque ensemble d'aube directrice d'entrée 26 comporte à la fois une lame de support 32 en forme d'aube profilée et un volet 34 en forme d'aubage profilé. Les lames de support 32 sont espacées sur un pourtour du moyeu 30 (représenté sur la Fig. 1) et constituent une structure de support du carter 28 de manière espacée par rapport au moyeu 30. Les barres ont une forme aérodynamique afin de diriger vers le volet 34 l'air entrant dans l'entrée de la turbine à gaz autour de la barre 32. Chaque lame de support 32 a un talon (non représenté), un bout 35 et une paire de parois latérales 36 et 38 qui sont reliés au niveau d'un bord d'attaque 48 et d'un io bord de fuite 50. Chaque paroi latérale 44 et 46 s'étend sur une distance radiale entre un talon (non représenté) et un bout 52. Les volets 34 sont accouplés de manière pivotante avec le carter extérieur 28 par un tourillon 54 et peuvent tourner autour d'un axe 56 de tourillon. Un ensemble de douille 58 est disposé au-dessus du tourillon 54 entre 15 le tourillon 54 et le carter extérieur 28 pour réagir aux efforts exercés par les gaz depuis le volet 34. Cela permet de mettre les volets 34 dans une position voulue pendant le fonctionnement d'un réacteur afin de modifier un angle d'incidence du flux d'air dirigé vers l'aval en direction de l'ensemble de soufflante 12. L'ensemble de douille 58 peut être en n'importe quelle matière 20 subissant les efforts exercés sur le tourillon 54 pendant le fonctionnement. Par exemple, une matière adéquate consiste en un composite comprenant des tiges d'armature en fibres de carbone dans une matrice de résine polyimide. De tels composites sont commercialisés sous l'appellation VESPEL CP par E.I. DuPont de Nemours and Company, à Wilmington, état du Delaware, USA. 25 En référence aux figures 3 à 6, l'ensemble 58 de douille comprend une douille 60 et un boîtier 62. La douille 60 est traversée par un alésage 64 destiné à recevoir le tourillon 54. Des moyens sont prévus pour empêcher la douille 60 et le tourillon 54 de tourner l'un par rapport à l'autre. Dans l'exemple illustré, sur le tourillon 54 est formé un méplat 55 au contact d'un 30 méplat complémentaire 65 présent sur la douille 60. Selon une autre possibilité, d'autres structures connues telles que des cannelures, des dents d'engrènement, des clavettes ou des broches, ou autres, pourraient également servir à cette fin. Des moyens sont aussi prévus pour empêcher le boîtier 62 et le carter 28 de tourner l'un par rapport à l'autre. On pourrait y parvenir, par 35 exemple, par un ajustement serré entre le boîtier 62 et le carter 28, par un ou plusieurs méplats ou parties allongés sur le boîtier 62, ou par des structures telles que des cannelures, des dents d'engrènement, de clavettes ou des broches. Au moins une jonction électrique 66 est encastrée dans ou montée sur la surface extérieure 68 de la douille 60. Des conducteurs électriques 70 s'étendent depuis la jonction 66 jusqu'à un type connu d'élément chauffant 72, représenté sur la Fig. 7, monté sur une surface extérieure du volet 34. Comme représenté sur la Fig. 5, les conducteurs électriques 70 pénètrent dans le volet 34 par des ouvertures 74 et passent à travers l'intérieur du volet 34 pour rejoindre l'élément chauffant 72. D'autres cheminements peuvent être prévus io pour les conducteurs 70, par exemple des caniveaux (non représentés) peuvent être formés dans la surface du volet 34. La jonction électrique 66 et les conducteurs 70 sont en métal ou autre matériau conducteur permettant le passage d'un courant électrique. Le boîtier 62 comporte une paroi latérale 76 avec un alésage central 15 78 qui reçoit la douille 60. L'alésage 78 est obturé par une paroi d'extrémité 80 qui comporte un trou d'extrémité 82 à travers lequel peut s'étendre une extrémité 84 du tourillon 54. Au moins une jonction électrique 86 est encastrée dans ou montée sur la surface de l'alésage 78. Comme représenté sur la Fig. 4, un conducteur électrique 88 part de la jonction électrique 86, traverse 20 le boîtier 62 et sortir du boîtier 62 pour ce connecter à une source d'électricité par l'intermédiaire d'un faisceau de câblages (non représenté). Comme illustré sur la Fig. 3, un conducteur électrique souple tel qu'un ressort-moteur 90 est monté électriquement entre la jonction 66 et la jonction 86. Il faut souligner que le ressort-moteur 90 pourrait être directement 25 connecté aux conducteurs 70 et 88, en supprimant ainsi la nécessité des jonctions 66 et 86. Un guide-câble 92 peut être disposé autour de la douille 60, comme représenté, pour empêcher le ressort-moteur 90 de se couder ou de se vriller. Le ressort-moteur 90 est en métal ou autre matériau conducteur et fait passer de l'électricité de la jonction 86 à la jonction 66 et à l'élément chauffant 30 via les conducteurs 70. Comme représenté sur la Fig. 6, le ressort-moteur 90 est logé dans une gorge 96 formée dans la douille 60 et une gorge 98 formée dans la surface de l'alésage 78 du boîtier 62. Il faut souligner que le ressort-moteur 90 pourrait être logé dans une gorge unique formée soit dans la douille 60 soit dans l'alésage 78. Les gorges 96 et 98 permettent au ressort-moteur 90 35 de se contracter autour de la douille 60 et de se détendre en s'écartant de la douille 60 pendant la rotation du tourillon 54 en raison du mouvement du volet 34. Par exemple, le ressort-moteur 90 doit se contracter quand le tourillon 54 a tourné dans le sens horaire et se détendre quand le tourillon 54 a tourné dans le sens anti-horaire. As shown in FIG. 2, each inlet guide vane assembly 26 includes both a profiled vane-shaped support blade 32 and a profiled vane-shaped vane 34. The carrier blades 32 are spaced apart around the hub 30 (shown in Fig. 1) and provide a housing support structure 28 spaced from the hub 30. The bars have an aerodynamic shape to direct the flap 34 the air entering the inlet of the gas turbine around the bar 32. Each support blade 32 has a heel (not shown), a tip 35 and a pair of side walls 36 and 38 which are connected to the a level of a leading edge 48 and a trailing edge 50. Each side wall 44 and 46 extends a radial distance between a bead (not shown) and an end 52. The flaps 34 are coupled with pivotally with the outer casing 28 by a pin 54 and can rotate about a pin axis 56. A bushing assembly 58 is disposed above the trunnion 54 between the journal 54 and the outer housing 28 to respond to the forces exerted by the gases from the flap 34. This allows the flaps 34 to be placed in a desired position during operation. of a reactor to change an angle of incidence of the downstream airflow towards the blower assembly 12. The bushing assembly 58 may be of any material undergoing stress. exerted on the pin 54 during operation. For example, a suitable material is a composite comprising carbon fiber reinforcing rods in a polyimide resin matrix. Such composites are marketed under the name VESPEL CP by E. I. DuPont of Nemours and Company, Wilmington, State of Delaware, USA. Referring to FIGS. 3-6, the socket assembly 58 includes a socket 60 and a housing 62. A bushing 60 passes through the bushing 60 for receiving the pin 54. Means are provided to prevent the socket 60 and the pin 54 to rotate relative to each other. In the illustrated example, on the pin 54 is formed a flat 55 in contact with a complementary flat surface 65 present on the sleeve 60. According to another possibility, other known structures such as splines, meshing teeth , keys or pins, or other, could also serve this purpose. Means are also provided to prevent the housing 62 and the housing 28 from rotating relative to each other. This could be achieved, for example, by a tight fit between the housing 62 and the housing 28, by one or more flats or elongated portions on the housing 62, or by structures such as flutes, meshing teeth, keys or pins. At least one electrical junction 66 is embedded in or mounted on the outer surface 68 of the bushing 60. Electrical conductors 70 extend from the junction 66 to a known type of heater 72, shown in FIG. 7, mounted on an outer surface of the flap 34. As shown in FIG. 5, the electrical conductors 70 penetrate the flap 34 through openings 74 and pass through the interior of the flap 34 to join the heating element 72. Other paths may be provided for the conductors 70, for example gutters (Not shown) may be formed in the surface of the flap 34. The electrical junction 66 and the conductors 70 are metal or other conductive material for the passage of an electric current. The housing 62 has a side wall 76 with a central bore 78 which receives the bushing 60. The bore 78 is closed by an end wall 80 which has an end hole 82 through which an end can extend. 84 of the pin 54. At least one electrical junction 86 is embedded in or mounted on the surface of the bore 78. As shown in FIG. 4, an electrical conductor 88 starts from the electrical junction 86, passes through the housing 62 and out of the housing 62 for connection to a source of electricity through a wiring harness (not shown). As illustrated in FIG. 3, a flexible electrical conductor such as a motor spring 90 is electrically mounted between the junction 66 and the junction 86. It should be emphasized that the motor spring 90 could be directly connected to the conductors 70 and 88, thereby removing the The need for junctions 66 and 86. A cable guide 92 may be disposed around bushing 60, as shown, to prevent the mainspring 90 from kinking or kinking. The motor spring 90 is made of metal or other conductive material and passes electricity from the junction 86 to the junction 66 and the heating element 30 via the leads 70. As shown in FIG. 6, the motor spring 90 is housed in a groove 96 formed in the sleeve 60 and a groove 98 formed in the surface of the bore 78 of the housing 62. It should be noted that the motor spring 90 could be housed in a groove The grooves 96 and 98 allow the motor spring 90 to contract around the bushing 60 and to relax away from the bushing 60 during the rotation of the bushing 60. pin 54 due to the movement of the flap 34. For example, the mainspring 90 must contract when the pin 54 has turned clockwise and relax when the pin 54 has rotated counter-clockwise.
Comme illustré, chaque ensemble 58 de douille comporte un trajet électrique unique pour alimenter un seul élément chauffant à effet Joule. Si on le souhaite, des trajets supplémentaires peuvent être prévus pour créer une redondance ou pour réaliser un chauffage par zones. Tout intervalle entre l'ensemble 58 de douille et le volet 34 est obturé lo hermétiquement pour empêcher la pénétration d'eau ou de corps étrangers risquant de gêner les connexions électriques. Comme représenté sur la Fig. 2, cela se fait en plaçant un joint torique 75 entre le boîtier 62 et le volet 34, mais on pourrait également utiliser d'autres types de joints ou garnitures. 15 As illustrated, each socket assembly 58 includes a single electrical path for powering a single Joule heating element. If desired, additional paths may be provided to create redundancy or to achieve zone heating. Any gap between the bushing assembly 58 and the flap 34 is hermetically sealed to prevent ingress of water or foreign matter that may interfere with the electrical connections. As shown in FIG. 2, this is done by placing an O-ring 75 between the housing 62 and the flap 34, but other types of gaskets or gaskets could also be used. 15