FR2956377A1 - Dispositif de commande par cremalleres de la position angulaire d'aubes pivotantes de turbomachine - Google Patents

Abstract

Dispositif dans une turbomachine pour commander une pluralité d'aubes pivotantes dentées (30) réparties azimutalement autour de l'axe de la turbomachine, comportant une couronne d'actionnement (40) pour commander la position des aubes. Des crémaillères (50) montées sur la couronne présentent chacun une denture engrenée avec la denture de l'une des aubes pour placer cette dernière dans une position angulaire choisie, et sont maintenus suivant la direction radiale par des moyens de positionnement radial (70) fixés à l'aube. Chacune des crémaillères est monté sur la couronne au moyen d'une pluralité de guides (62A,62B) espacés suivant la circonférence de la couronne, qui lient les déplacements de la crémaillère et de la couronne suivant la direction circonférentielle, et sont aptes à coulisser, par rapport à la couronne, pour chaque guide suivant la direction radiale qui lui est propre, et par rapport à la crémaillère, suivant une direction de mouvement (B) sensiblement radiale propre à la crémaillère.

Description

L'invention concerne un dispositif de commande d'aubes pivotantes de turbomachine, pour commander la position angulaire d'une pluralité d'aubes pivotantes réparties azimutalement autour de l'axe d'une turbomachine.

Dans un mode de réalisation connu, dans une telle turbomachine, un étage d'aubes pivotantes peut être commandé à l'aide d'une couronne d'actionnement. Lorsque celle-ci effectue une rotation suivant l'axe de la turbomachine par rapport à la structure du rotor qui supporte les aubes, cette rotation entraine un pivotement des aubes qui prennent une position angulaire souhaitée. Un dispositif de commande de ce type est divulgué par la demande de brevet EP1953084. L'invention vise plus particulièrement les dispositifs de commande équipant des turbomachines dont les aubes sont appelées à tourner à une vitesse de rotation élevée (par exemple, à 1000 tours par minute, voire davantage), et/ou à fonctionner à température élevée. Dans un autre mode de réalisation connu, un dispositif de commande d'aubes pivotantes de turbomachine transmet aux aubes la commande de position angulaire au moyen de pignons coniques, disposés à l'intérieur d'un anneau polygonal supportant les aubes. Cependant, il peut être difficile voire impossible, pour des raisons d'encombrement, de commander l'ensemble des aubes depuis l'intérieur de l'anneau. L'objectif de l'invention est donc de proposer un dispositif de commande d'aubes pivotantes de turbomachine, pour commander une pluralité d'aubes pivotantes réparties azimutalement autour de l'axe de la turbomachine au moyen d'une couronne d'actionnement, chacune desdites aubes présentant une denture ; dispositif qui soit susceptible de commander la position angulaire des aubes pivotantes de manière fiable, qui occupe un volume relativement faible, en particulier en amont de l'anneau polygonal (ou du moyen équivalent) supportant les aubes ; et enfin, qui soit apte à fonctionner dans une large plage de températures, et/ou à des vitesses de rotation élevées. Cet objectif est atteint grâce au fait que dans le dispositif : des crémaillères sont montées sur la couronne ; chaque crémaillère est engrenée avec la denture de l'une des aubes pour placer cette dernière dans une position angulaire choisie ; chaque crémaillère est maintenue suivant la direction radiale par des moyens de positionnement radial fixés à l'aube ; chaque crémaillère est montée sur la couronne au moyen d'une pluralité de guides espacés suivant la circonférence de la couronne et agencés de telle manière que ces guides lient les déplacements de la crémaillère suivant la direction circonférentielle à ceux de la couronne, et sont aptes à coulisser, d'une part par rapport à la couronne, pour chaque guide suivant la direction radiale qui lui est propre, et d'autre part par rapport à la crémaillère, suivant une direction de mouvement sensiblement radiale propre à la crémaillère. Dans la phrase précédente, le terme 'azimutalement' signifie 'dans un plan perpendiculaire à l'axe considéré', c'est-à-dire dans le cas présent, un plan perpendiculaire à l'axe de la turbomachine. Les aubes pivotantes dont la position angulaire est commandée par le dispositif objet de l'invention peuvent ou non être réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe de la turbomachine. L'invention peut être mise en oeuvre de différentes manières. Dans un mode de réalisation, l'ensemble des aubes disposées azimutalement et formant une roue à aubes sont entraînées et commandées angulairement par la couronne d'actionnement. Celle-ci quant à elle est entraînée par des moyens de commande de couronne d'actionnement, par exemple par un vérin piloté par une unité de commande électronique. Par ailleurs, comme cela a été indiqué précédemment, un objectif de l'invention peut consister notamment à permettre la commande de pivotement des aubes, alors même que l'espace intérieur aux aubes est trop exigu pour permettre la commande de l'ensemble de celles-ci au moyen de pignons coniques disposés à l'intérieur de l'anneau polygonal supportant les aubes.

Dans ce cas, dans un mode de réalisation, une partie des aubes sont entraînées par des pignons ou un moyen équivalent situé(s) à l'intérieur de l'anneau support des aubes. Ces aubes sont appelées aubes entraînantes, dans la mesure où à leur tour elles entraînent le reste des aubes, dites aubes entraînées.

Ainsi, dans le premier groupe d'aubes des aubes entraînantes', qui comprend au moins une aube, et par exemple la moitié des aubes (une aube sur deux), la position angulaire des aubes est commandée angulairement par de premiers moyens de commande, par exemple par des pignons situés à l'intérieur de l'anneau-support des aubes. Le reste des aubes, c'est-à-dire les aubes qui ne sont pas commandées par les premiers moyens de commande, constitue le deuxième groupe d'aubes, des 'aubes entraînées'. La position angulaire des aubes entraînées est commandée par un dispositif de commande selon l'invention. Dans ce cas, pour toutes les aubes entraînantes, le dispositif de commande comporte des moyens de couplage entre les aubes entraînantes et la couronne d'actionnement. Ces moyens de couplage assurent que chaque changement de position angulaire des aubes entrainantes entraine une rotation correspondante de la couronne d'actionnement. Avantageusement ces moyens de couplage peuvent comprendre des crémaillères identiques à celles équipant les aubes du deuxième groupe d'aubes, s'engrenant avec des dentures correspondantes des aubes entraînantes. Du fait que toutes les crémaillères sont liées à la couronne d'entrainement, il s'ensuit alors que le mouvement dans la direction circonférentielle communiqué à la couronne d'actionnement est commun à l'ensemble des crémaillères et est donc transmis à toutes les aubes. La couronne d'actionnement dans ce cas est une couronne de synchronisation, qui synchronise les mouvements de pivotement de l'ensemble des aubes de la roue à aubes. La structure et le fonctionnement du dispositif de commande selon 25 l'invention vont maintenant être présentés plus en détail. Une première caractéristique de l'invention consiste dans le fait que chaque aube pivotante est actionnée au moyen d'une denture, qui s'engrène avec une denture correspondante d'une crémaillère. Par ailleurs, les crémaillères sont montées sur la couronne 30 d'actionnement au moyen de guides. Les guides sont des pièces ou des ensembles de pièces qui assurent une liaison entre la couronne d'actionnement et la crémaillère. En particulier, les guides lient en rotation la couronne et la crémaillère, grâce à quoi toute rotation de la couronne d'actionnement par rapport à la structure du rotor est transmise aux 35 crémaillères (un écart extrêmement faible restant possible du fait des possibilités de coulissement des guides par rapport à la crémaillère). Par suite, la position angulaire de la couronne d'actionnement autour de l'axe de rotation de la turbomachine impose leurs positions angulaires aux aubes via les crémaillères, du fait de l'engrènement mutuel entre les dentures des crémaillères et celles des aubes.

La denture d'une aube peut être ici une denture formée directement sur l'aube, ou encore une denture formée sur une pièce fixée à l'aube. On notera de plus que l'indication que la crémaillère est montée sur la couronne peut désigner une crémaillère montée sur toute surface de la couronne, qu'il s'agisse d'une surface radialement extérieure (c'est la solution préférée, car les problèmes d'encombrement y sont moindres), d'une surface 'de tranche' de la crémaillère, dont la normale est approximativement parallèle à l'axe de rotation de la turbomachine, voire d'une surface radialement intérieure à la couronne d'actionnement.

La caractéristique la plus intéressante de l'invention réside dans le mode de liaison entre les crémaillères et la couronne d'actionnement. Il s'est avéré en effet au cours de la conception de l'invention que la crémaillère ne peut être fixée à la couronne d'actionnement ou être une partie de celui-ci : Au contraire, il est indispensable d'assurer une possibilité de mouvement relatif radial entre la crémaillère et la couronne, pour assurer un fonctionnement fiable du dispositif de commande angulaire des aubes. Ce besoin d'assurer un degré de liberté à la crémaillère, par rapport à la couronne d'actionnement, est dû principalement à deux raisons : 25 1. Dilatations d'ensemble Comme cela a été précisé précédemment, les dispositifs de commande visés par l'invention sont des dispositifs (notamment embarqués sur avion) commandant des aubes pivotantes appelées à 30 atteindre des vitesses de rotation et/ou à être soumises à des températures élevées. En fonctionnement, ces dispositifs sont donc soumis d'une part à des forces centrifuges liées à la rotation du rotor de la turbomachine, et/ou d'autre part, à des variations thermiques importantes qui entraînent des dilatations des différentes pièces impliqués. 35 Les dilatations thermiques ainsi que les forces centrifuges produisent le même effet sur la couronne d'actionnement, à savoir une dilatation d'ensemble de celui-ci. Cette dilatation d'ensemble se produit à la fois dans la direction radiale et dans la direction circonférentielle (direction tangente à la circonférence de la couronne et perpendiculaire à l'axe de rotation). La dilatation circonférentielle subie par la couronne d'actionnement entraîne naturellement l'augmentation de toutes les distances, dans le sens circonférentiel, sur la couronne d'actionnement. Si la couronne d'actionnement comportait elle-même une denture, prévue pour s'engrener dans une denture correspondante d'une aube, on comprend que le pas de la denture de la couronne aurait tendance à augmenter lorsque la vitesse de rotation du rotor augmente, du fait de la dilatation d'ensemble de la couronne d'actionnement causée par les forces centrifuges (et de même en cas d'une hausse de température). Or inversement, lors de cette même rotation, le pas de la denture de l'aube pivotante, pour sa part, ne subit pas d'augmentation, cette denture s'étendant dans la direction circonférentielle. Par ailleurs, le fonctionnement fiable du dispositif de commande requiert un engrènement très précis de la denture de la couronne d'actionnement avec la denture correspondante de l'aube. Il est donc impératif que les deux dentures aient exactement le même pas. Par conséquent, une augmentation du pas de la denture de la couronne d'actionnement ne peut être acceptée, lorsque la denture de l'aube pivotante, pour sa part, conserve un pas constant. Pour cette raison, dans un dispositif de commande selon l'invention, Ces déplacements angulaires de la couronne par rapport à la structure du rotor ne sont pas transmis à l'aube directement depuis une denture de la couronne, mais sont transmis via des crémaillères montées sur la couronne, montées de la manière indiquée précédemment. Avantageusement, le mode de montage des crémaillères sur la couronne permet que le pas de la denture des crémaillères reste constant, même à des vitesses de rotation élevées du rotor ou en cas de fortes variations de température. En effet, pendant une rotation rapide du rotor, chaque tronçon, individuellement, subit naturellement des forces centrifuges. Cependant, comme les crémaillères sont des pièces distinctes les unes des autres, et liées non pas entre eux mais seulement avec la couronne, les forces centrifuges en elles-mêmes ne causent presque aucune élongation des crémaillères dans la direction circonférentielle. Une élongation des crémaillères pourrait cependant être causée par des tractions suivant la direction circonférentielle, qu'imposeraient les guides sur les crémaillères. La possibilité de telles tractions circonférentielles découle du fait que le montage d'un tronçon sur la couronne requiert au moins deux points de liaison entre la crémaillère et la couronne, espacés suivant la direction circonférentielle.

Ce besoin d'avoir deux points de liaison espacés circonférenciellement, est dû à l'importance des forces qui s'exercent dans les dentures des crémaillères et des aubes. Ces forces sont importantes afin d'assurer la fiabilité de l'engrènement mutuel entre les dentures des crémaillères et des aubes. Du fait que la denture des crémaillères s'étend sur une certaine longueur (suivant la direction circonférentielle), il est nécessaire de prévoir pour chaque crémaillère une pluralité de points de fixation sur la couronne, espacés suivant la direction circonférentielle, et par exemple distants de la moitié de la longueur (circonférentielle) de la crémaillère. Si les guides sont ainsi espacés le long de la crémaillère, les forces appliquées par l'aube sur la crémaillère sont transmises à la couronne sans créer de concentration de contraintes excessive, et permettent un maintien précis de la position relative de la crémaillère par rapport à l'aube. En général, un agencement avec deux guides par crémaillère suffit pour atteindre ce résultat. Il permet d'assurer que la crémaillère ne tourne absolument pas, malgré les efforts importants transmis à l'aube. Avec un tel agencement, avantageusement la taille, le coût et la masse des moyens de fixation liant la crémaillère à la couronne d'actionnement sont minimisés.

Cependant, comme cela a été envisagé précédemment, on pourrait craindre que l'existence de plusieurs points de liaison entre la crémaillère et la couronne ne conduise à ce que des tractions circonférentielles soient appliquées à la crémaillère par les guides. En effet, sous l'effet de hausses de température et/ou de forces centrifuges subies en raison de la rotation du rotor, comme cela a été dit la couronne subit une dilatation d'ensemble, conduisant les points de la couronne, et notamment les points au niveau desquels les crémaillères sont montés sur la couronne, à s'écarter les uns des autres. On comprend qu'une telle déformation pourrait entrainer un allongement des crémaillères, puisque les guides lient les crémaillères et la couronne suivant la direction circonférentielle.

Or, selon l'invention, la liaison entre les crémaillères et la couronne est telle qu'un allongement de la couronne dans la direction circonférencielle, résultant de sa dilatation d'ensemble, ne se communique pas aux crémaillères, et qu'ainsi aucune contrainte circonférentielle n'est transmise aux crémaillères par la couronne via les guides. En effet, du fait que les guides sont aptes à coulisser par rapport à la couronne, lorsque celui-ci subit une dilatation d'ensemble, les guides restent en position fixe (par rapport à l'aube), indépendamment de la dilatation radiale de la couronne. Aussi, cette dilatation (ou contraction) radiale de la couronne n'entraine aucun changement du pas de la denture des crémaillères.

II. Forces centrifuges s'appliquant sur les aubes La deuxième raison qui rend nécessaire que la crémaillère présente un degré de liberté par rapport à la couronne d'actionnement, est la déformation subie par la structure du rotor pendant la rotation. Cette déformation se produit aux points de pivot d'aube, qui se déplacent radialement sous l'effet de la traction exercée par les aubes et résultant des forces centrifuges considérables s'exerçant sur celles-ci. Inversement, la couronne d'actionnement, ayant globalement une forme de révolution, ne subit pas une telle déformation.

Pour chaque aube, la différence de déplacement radial entre le pivot d'aube et la couronne d'actionnement entraine un déplacement radial entre le pivot d'aube et la couronne. Or, les dentures respectives de la crémaillère et de l'aube doivent rester à tout instant en regard l'une de l'autre, notamment suivant la direction radiale, pour être à même de remplir leur fonction de manière fiable et durable. Avantageusement, le dispositif de commande selon l'invention prévoit donc que la position radiale de la crémaillère soit liée à celle du pivot d'aube. Cette liaison est réalisée par des moyens pour lier la position radiale des crémaillères à celle de l'aube. Ces moyens sont fixés à l'aube, ce qui est la solution la plus simple pour permettre un déplacement radial de la crémaillère égal à tout instant à celui du pivot d'aube. Il s'ensuit qu'a contrario, la position radiale de la crémaillère est découplée de celle de la couronne d'actionnement. Ce découplage est rendu possible grâce au fait que les guides peuvent coulisser par rapport à la crémaillère. Ce coulissement permet une translation de la crémaillère par rapport aux guides suivant une direction sensiblement radiale, dite direction de mouvement. On notera en outre qu'en général, les moyens de montage de la crémaillère sur la couronne d'actionnement fixent cinq de ses six degrés de liberté de déplacement par rapport à la couronne, seul un déplacement suivant une direction sensiblement radiale restant possible. Dans un mode de réalisation, la direction de mouvement est parallèle à l'axe de l'aube. En effet, la déformation indiquée précédemment de la structure du rotor résulte des forces transmises par les aubes. Ces forces s'appliquent à la structure du rotor à l'emplacement des pivots d'aube et suivant la direction radiale en ces points. Aussi, la direction de mouvement, qui est celle du mouvement que doit réaliser la crémaillère pour accompagner la déformation de la structure du rotor, est de préférence parallèle à la direction de l'axe de l'aube. Dans un mode de réalisation, au moins un des guides comporte une tige de guidage d'anneau, engagée de manière coulissante dans un passage de guidage d'anneau aménagé dans la couronne suivant une direction radiale pour le guide.

L'expression 'une direction radiale pour le guide' désigne ici une direction radiale par rapport à l'axe de la turbomachine à l'emplacement du guide, par exemple la direction radiale au centre de gravité du guide. La tige de guidage d'anneau est une barre profilée, qui permet de manière particulièrement simple un déplacement radial relatif de la couronne d'actionnement par rapport au guide, et donc, par rapport à la crémaillère, sans générer de contrainte circonférentielle sur la crémaillère. Elle peut avoir une section circulaire, mais aussi plus généralement présenter une section quelconque. Dans un mode de réalisation, au moins un desdits guides comporte 35 une tige de guidage de tronçon, engagée de manière coulissante dans un passage de guidage de tronçon aménagé suivant la direction de mouvement de la crémaillère considérée. La tige de guidage de tronçon est une barre profilée, qui permet de manière très simple de permettre au guide d'assurer sa fonction de guidage de la crémaillère, tout en permettant le déplacement de celle-ci suivant la direction de mouvement. La tige de guidage de tronçon peut avoir une section circulaire, mais aussi plus généralement présenter une section quelconque. Un guide peut comporter par exemple plusieurs barres parallèles pour le guidage de la crémaillère. Lorsqu'un guide comporte à la fois une tige de guidage de tronçon et une tige de guidage d'anneau, un angle non nul est formé (presque toujours) entre les tiges de guidage de tronçon et d'anneau. Cet angle est l'angle formé entre la direction de mouvement (relative à la crémaillère) et la direction radiale pour le guide. Cet angle est généralement faible, par exemple inférieur à 10°. Dans un mode de réalisation, dans lequel un guide comporte à la fois une tige de guidage d'anneau et une tige de guidage de tronçon, le guide est une pièce constituée par la tige de guidage d'anneau, la tige de guidage de tronçon, et une partie de jonction reliant les tiges d'anneau et de tronçon. Il s'agit en général d'une pièce unique, bien qu'il puisse s'agir aussi d'un assemblage. La partie de jonction peut notamment être un pavé de jonction, reliant les tiges d'anneau et de tronçon. La partie de jonction peut comporter notamment une fonction anti- rotation du guide par rapport à la couronne, en particulier pour maintenir les guides dans la position souhaitée, même en l'absence de la crémaillère. Ainsi, dans un mode de réalisation, le dispositif de commande comporte des moyens de blocage en rotation agencés sur la couronne, aptes à empêcher une rotation d'un premier guide par rapport à la couronne autour d'une direction radiale. Ces moyens de blocage peuvent être intégrés à la couronne d'actionnement ou fixés sur celui-ci. Ces moyens de blocage en rotation servent à faciliter le montage de la crémaillère sur la couronne d'actionnement. Dans une variante du mode de réalisation précédent, le premier guide présente un méplat perpendiculaire à l'axe de la turbomachine, et la couronne présente une surface plane aménagée à proximité dudit méplat de manière à empêcher une rotation du guide autour d'une direction radiale. En particulier, dans le cas d'un guide comportant une tige de guidage d'anneau et une tige de guidage de tronçon, reliées par une partie de jonction, le blocage en rotation peut être réalisé en utilisant des surfaces latérales de la partie de jonction agencées de manière à être perpendiculaires à la direction de l'axe de la turbomachine. Dans un mode de réalisation, le dispositif de commande comporte au moins un palier de guidage, tel qu'une cage à billes, disposé dans l'un desdits passages pour assurer le coulissement dans ledit passage de la tige s'étendant dans ledit passage. Un tel palier de guidage est notamment utilisé pour minimiser les forces de frottement transmises entre la couronne d'actionnement et la crémaillère, ce qui est souhaitable pour permettre un positionnement optimal des crémaillères par rapport à la couronne, et améliorer ainsi le fonctionnement du dispositif de commande. Pour contribuer à augmenter la durée de vie du dispositif de commande, dans un mode de réalisation le dispositif de commande comporte en outre un système d'amortissement en butée radiale dudit palier.

Dans un mode de réalisation, les moyens de positionnement radial comportent pour chaque aube une nervure en arc de cercle, d'axe radial, aménagée dans un dispositif d'attache et de pivot de l'aube, et engagée dans une gorge de la crémaillère engrenée avec l'aube pour imposer à ladite crémaillère une position radiale (c'est-à-dire, de telle sorte que la nervure impose une position radiale à la crémaillère engrenée avec l'aube). Le dispositif d'attache et de pivot de l'aube est la pièce ou l'assemblage de pièces situées à l'extrémité de l'aube située du côté du pivot d'aube et assurant la liaison entre la partie profilée de l'aube et la structure du rotor. La nervure solidaire de la base de l'aube a une forme d'arc de cercle, de même axe que l'axe de pivot de l'aube, ce qui permet que son interaction avec la crémaillère ne soit pas modifiée, quelle que soit la position angulaire adoptée par l'aube. La nervure transmet une force à la crémaillère suivant la direction radiale, qui impose à la crémaillère une position radiale.

L'invention vise également une turbomachine, comprenant une pluralité d'aubes pivotantes réparties azimutalement autour d'un axe de la turbomachine, chacune desdites aubes présentant une denture, et un dispositif de commande pour commander la position de ladite pluralité d'aubes pivotantes par l'intermédiaire d'une couronne d'actionnement ; turbomachine dont le dispositif de commande soit apte à fonctionner, même si lesdites aubes subissent des variations thermiques importantes et/ou sont entrainées à une vitesse de rotation élevée. Cet objectif est atteint grâce au fait que dans la turbomachine, le 10 dispositif de commande est un dispositif de commande tel que défini précédemment. Avantageusement, l'invention peut être mise en oeuvre dans une turbomachine dans laquelle les aubes commandées par le dispositif de commande sont des aubes dont l'extrémité radialement extérieure est 15 libre. L'invention concerne donc notamment les turbopropulseurs. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : 20 - la figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'une turbomachine selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique partielle d'un dispositif de commande selon l'invention ; - la figure 3 est une vue éclatée en perspective partielle du dispositif de 25 commande de la figure 2 ; - les figures 4, 5 et 6 sont des coupes suivant l'axe de rotation du dispositif de commande de la figure 2, respectivement en fonctionnement à vitesse modérée, à haute vitesse et à l'arrêt ; - la figure 7 est une vue en perspective schématique partielle de la 30 couronne d'actionnement du dispositif de commande de la figure 2, avec deux guides ; et - la figure 8 est une vue en perspective schématique partielle du dispositif de commande de la figure 2. En faisant référence à la figure 1, une turbomachine selon 35 l'invention va maintenant être décrite.

La turbomachine 10 présentée sur la figure 1 comporte une nacelle 12, ainsi que deux rotors 20 et 22 prévus pour tourner autour d'un axe de rotation A de la turbomachine 10. Chacun de ces rotors 20 et 22 comporte une pluralité d'aubes pivotantes 30, fixées respectivement sur des structures ou carters 31 et 33 des rotors 20 et 22. Les aubes 30 sont ainsi disposées en deux rangées d'aubes, placées l'une derrière l'autre dans le sens de déplacement du rotor, et prévues pour tourner dans des sens opposés, de manière contrarotative.

Chacun des aubes pivotantes 30 est une aube qui s'étend radialement par rapport à l'axe A de rotation de la turbomachine 10 dit axe de la turbomachine. Les extrémités radialement extérieures de chacune des aubes 30 sont libres. Chacune de ces aubes 30 peut pivoter autour de son axe afin de modifier son interaction avec le flux d'air qui passe autour de la turbomachine 10 dans la direction générale de l'axe A. Les aubes 30 sont toutes identiques, et sont disposées à des positions angulaires régulièrement réparties sur la périphérie du rotor. Dans ce qui suit, seul l'agencement de l'un des rotors 20 ou 22 est décrit, l'agencement de l'autre de ces rotors étant similaire.

La turbomachine 10 comprend un dispositif de commande pour commander la position angulaire ou l'orientation des aubes 30. Ce dispositif de commande comporte une couronne d'actionnement 40 agencé dans le rotor (figure 2). Cette couronne d'actionnement 40 est commandée par des moyens de commande et d'actionnement non représentés, de manière connue. La couronne 40 peut se déplacer en rotation autour de l'axe A pour transmettre une commande de position angulaire (ou d'orientation) aux aubes 30. La couronne d'actionnement 40 a une forme générale annulaire et est disposé de manière à ce que son axe soit confondu avec l'axe A du rotor. Sur la surface extérieure 42 de la couronne d'actionnement sont montés un ensemble de crémaillères 50, à raison d'une crémaillère 50 en face de chaque aube 30 dont la position angulaire doit être commandée. Ces crémaillères 50 servent à transmettre la commande de rotation de la couronne d'actionnement aux aubes 30.

Chaque aube 30 est fixée sur la structure du rotor par un dispositif d'attache et de pivot d'aube 32. Chaque dispositif d'attache et de pivot d'aube 32 est fixé sur la structure 31 du rotor par au moins un palier non représenté, qui permet à l'aube de pouvoir pivoter autour de son axe B. Chaque dispositif d'attache et de pivot d'aube 32 comporte une platine d'orientation 35, ayant sensiblement la forme d'un disque d'axe B, dont une partie de la périphérie est occupée par une denture 34. Cette platine 35 comporte une fente prévue pour recevoir et fixer le pied de l'aube 30, par coopération de forme. La denture 34 est positionnée sur la périphérie de la platine 35 de telle sorte que dans la position angulaire moyenne de l'aube, le point de contact prévu entre la platine 35 et la crémaillère 50 est dirigé vers l'avant de la turbomachine, suivant l'axe A de celle-ci. D'autre part, chaque crémaillère 50 a sensiblement la forme d'une portion d'anneau ou d'arc de cercle, ayant pour axe l'axe A de la turbomachine.

Chaque crémaillère 50 comporte une denture 52, qui s'étend sur une surface de la crémaillère dirigée vers l'arrière de la turbomachine. Les dentures respectives 34 et 52 du dispositif d'attache et de pivot d'aube 32 et de la crémaillère 50 se font face et sont agencées de manière à s'engrener ensemble à l'instar de pignons coniques. Ainsi, une rotation autour de l'axe A de la couronne d'actionnement 40 entraîne une rotation autour de leurs axes B radiaux des aubes 30. Les crémaillères 50 sont montées sur la couronne d'actionnement de manière à ne laisser libre qu'un seul degré de liberté des crémaillères par rapport à la couronne d'actionnement, (les 5 autres degrés de liberté étant donc bloqués). Le seul degré de liberté qui est libre (dans un certain intervalle de déplacement), est la position radiale de la crémaillère 50 par rapport à la couronne d'actionnement 40. L'agencement du montage des crémaillères 50 sur la couronne d'actionnement 40 est au coeur de l'invention et va maintenant être présenté de manière plus détaillée, en relation avec les figures 3 à 7. La figure 3 est une vue éclatée sur laquelle apparaissent différents éléments du dispositif de commande. On peut ainsi distinguer : - une crémaillère 50 avec sa denture 52 ; - la couronne d'actionnement 40 (avec un arraché local représenté en 35 coupe) ; - deux guides 62A et 62B.

Chacun des guides 62A et 62B comporte une tige de guidage de tronçon (64A, 64B) et une tige de guidage d'anneau (66A, 66B) ; chaque tige de guidage de tronçon étant fixée à la tige de guidage d'anneau au moyen d'une partie de jonction (68A, 68B) en forme de pavé.

Les tiges de guidage de tronçon 64A, 64B ont une forme de barreau rectiligne, et s'étendent dans une direction radiale B. Cette direction radiale B est la direction radiale au point milieu de la crémaillère 50 et est la direction radiale au point de pivot de l'aube 30. La crémaillère 50 comporte deux passages de guidage de tronçon 54A, 54B qui traversent la crémaillère de part en part suivant la direction B, pour permettre le passage des tiges de guidage de tronçon 64A, 64B. Ces passages 54A, 54B sont situés à proximité des deux extrémités 56A, 56B de la crémaillère 50 dans la direction circonférentielle. La crémaillère 50 est agencée pour permettre que les tiges de guidage de tronçon 64A, 64B, coulissent facilement à l'intérieur des passages 54A, 54B. Pour faciliter ce coulissement, les passages 54A, 54B sont équipés de paliers de guidage de tronçon 55A, 55B, réalisés sous forme de manchons cylindriques en matériau à faible coefficient de frottement (< 0,15), ou revêtus d'un tel matériau.

Les tiges de guidage de tronçon 64A, 64B en association avec les passages 54A, 54B permettent un déplacement relatif de la crémaillère 50 par rapport à la couronne d'actionnement 40 suivant la direction B, qui est sensiblement radiale et commune pour l'ensemble des guides (les deux guides 62A, et 62B). Dans le mode de réalisation présenté, la direction B est la direction radiale au point de pivot de l'aube 30. Par ailleurs, les guides 62A, 62B comportent chacun une tige de guidage d'anneau 66A, 66B. Ces tiges ont la forme de barreaux rectilignes, disposés dans des passages radiaux 44A, 44B (passages de guidage d'anneau) formés dans la couronne 40. Chacun de ces passages radiaux 44A, 446 s'étend dans la direction radiale au point où il se trouve. Les passages radiaux 44A, 44B sont agencés pour permettre le coulissement des tiges de guidage d'anneau 66A, 66B par rapport à la couronne d'actionnement dans leurs directions radiales respectives. Pour faciliter ce coulissement, des paliers de guidage d'anneau 46A, 46B sont disposés à l'intérieur des passages radiaux 44A, 44B. Dans le mode de réalisation représenté, ces paliers sont simplement des manchons cylindriques réalisés en matériau à faible coefficient de frottement (< 0,15), ou revêtus d'un tel matériau. Pour assurer leur propre maintien en position radiale, ces paliers comportent une collerette élargie, agencée à l'extrémité radiale intérieure des passages 44A, 44B. Cette collerette présente un diamètre trop important pour permettre qu'elle ne passe à travers ces passages, ce qui permet d'empêcher tout déplacement vers l'extérieur des paliers 46A, 46B pendant la rotation du rotor, sous l'effet des forces centrifuges. Dans un autre mode de réalisation, les paliers de guidage d'anneau peuvent être réalisés sous forme de cage à billes. D'autre part, pour éviter des chocs et réduire les sollicitations mécaniques lorsque les guides sont bloqués en butée lors de leur coulissement relatif par rapport soit aux crémaillères, soit à la couronne, des systèmes d'amortissement de la butée radiale peuvent être prévus sur les paliers de guidage d'anneau et/ou de tronçon. Enfin, les paliers de guidage de tronçon 55A, 55B ou d'anneau 46A, 46B peuvent être bloqués en rotation pour éviter qu'ils ne tournent autour de leur axe. Un tel blocage peut être obtenu en prévoyant un méplat sur la circonférence du palier, se bloquant dans un méplat correspondant agencé dans le passage abritant le palier. Le méplat peut aussi être prévu au niveau des collerettes citées précédemment. Les passages de guidage d'anneau 44A, 44B en association avec les tiges de guidage d'anneau 66A, 66B, permettent le déplacement relatif des guides 62A, 62B par rapport à la couronne, chacun respectivement suivant la direction radiale qui lui correspond, lors d'une dilatation d'ensemble de la couronne d'actionnement 40. Les figures 4 et 5 montrent par comparaison un déplacement relatif entre la crémaillère 50 et les guides 62A et 62B. Dans le premier cas (figure 4), le rotor tourne à vitesse modérée. Dans le second cas (figure 5), le rotor tourne à pleine vitesse. Dans ce dernier cas, les forces centrifuges causent un fort déplacement radial vers l'extérieur du pivot d'aube et par suite, de la crémaillère qui lui est lié (par des moyens qui seront présentés plus loin). A contrario, la couronne d'actionnement 40 se déforme peu par 35 rapport à la structure du rotor sous l'effet des forces centrifuges. Un déplacement relatif suivant la direction radiale a donc lieu entre l'aube et le pivot d'aube, liés à la crémaillère, d'une part, et la couronne d'actionnement, d'autre part. Ce déplacement relatif apparaît sur la figure 5. Sous l'effet de la rotation, la crémaillère 50, dont le déplacement radial est lié à celui de l'aube par les moyens de positionnement radial fixés à l'aube, est amenée à s'écarter de l'axe de rotation ; elle est donc représentée plus haut sur la figure 5 que sur la figure 4. On constate qu'en revanche, les positions relatives de la couronne d'actionnement 40 par rapport aux guides 62A et 62B n'ont pas changé.

Les figures 4 et 6 montrent également par comparaison un déplacement relatif entre la crémaillère 50 et les guides 62A et 62B, dans un autre cas de sollicitation du rotor 20. Dans le premier cas (figure 4), comme cela a été dit le rotor tourne à vitesse modérée. Dans le second cas (figure 6), le rotor est à l'arrêt. A l'arrêt, la couronne d'actionnement 40 se rétracte radialement par rapport à la position qu'il prend (ou au volume qu'il occupe) lorsqu'il est en rotation, puisqu'il ne subit plus de forces centrifuges. La couronne d'actionnement 40 est donc représenté plus bas sur la figure 6 que sur la figure 4, par rapport aux guides 62A et 62B. On constate qu'en revanche, les positions relatives de la crémaillère 50 par rapport aux guides 62A et 62B n'ont pas changé. On comprend naturellement que les deux comparaisons précédentes sont des cas particuliers, relativement théoriques, présentés pour faire comprendre les deux déplacements relatifs susceptibles de se produire entre les guides d'une part, et la couronne et/ou la crémaillère, d'autre part. En pratique, lors du fonctionnement du rotor, les deux effets (dilatation d'ensemble de la couronne d'actionnement 40 ; écartement radial du pivot d'aube et donc de la crémaillère 50) se produisent tous deux, de manière plus ou moins importante, en général conjointement, en fonction de la vitesse de rotation atteinte, de la température, des matériaux des différents composants, etc. La figure 7 présente la forme de la partie de jonction 68A, 68B des guides 62A, 62B. Lors du montage du rotor, les guides 62A et 62B sont montés sur la couronne d'actionnement, puis les crémaillères 50 sont montées sur les guides.

Les tiges de guidage d'anneau 64A, 64B font un angle avec les tiges de guidage de tronçon 66A, 66B. Cet angle est l'angle formé entre la direction radiale pour les guides avec la direction radiale au point de pivot d'aube (direction B). Pour faciliter le montage des crémaillères sur les guides, ceux-ci sont bloqués en rotation autour de l'axe des tiges de guidage d'anneau 66A, 66B. Ce blocage est réalisé par la partie de jonction 68A, 68B. Celle-ci a sensiblement une forme de parallélépipède rectangle. Elle présente notamment deux surfaces planes parallèles, dites surfaces avant et arrière 67A, 67B et 69A, 69B pour les parties de jonction 68A et 68B respectivement, dont les normales sont dirigées respectivement vers l'avant et vers l'arrière de la turbomachine. Sur la surface 42 radialement externe de la couronne d'actionnement 40 est formée une gorge 45. Cette gorge 45 présente deux surfaces latérales 47 et 49, dirigées respectivement vers l'arrière et vers l'avant de la turbomachine. La largeur de la gorge 45 est à peu près égale (très légèrement supérieure) à la distance entre les surfaces avant et arrière 67A, 67B et 69A, 69B des parties de jonction 68A, 68B. Aussi, lorsque l'on monte les guides 62A, 62B sur la couronne d'actionnement, la partie de jonction 68A, 68B est bloquée en rotation entre les surfaces latérales 47 et 49 de la gorge 45.

La figure 8 présente les moyens de positionnement radial prévus pour les crémaillères 50. La partie droite de la figure 8 présente notamment le dispositif d'attache et de pivot d'aube 32 et la denture 34 formée sur la platine d'orientation 35. Les moyens de positionnement radial comportent principalement une nervure 70 en arc de cercle, d'axe B radial, aménagée sur un flasque rapporté fixé et intégré au dispositif 32 d'attache et de pivot de l'aube. La nervure 70 est engagée dans une gorge 72 de la crémaillère 50 engrené avec l'aube 30. Du fait de l'engagement de la nervure 70 dans la gorge 72, les déplacements dans le sens radial du pied d'aube 32 sont transmis à la crémaillère 50. De cette manière, la nervure 70 impose à la crémaillère 50 une position radiale, c'est-à-dire une position suivant l'axe B de l'aube, indépendamment de la position radiale de la couronne d'actionnement 40. Les déplacements radiaux de la crémaillère 50 par rapport à la couronne d'actionnement entrainent simplement un coulissement des tiges de guidage de tronçon 64A, 64B dans les passages de guidage de tronçon 4A, 54B, indépendamment des déplacements liés de la couronne et de la crémaillère dans la direction circonférentielle.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de commande d'aubes pivotantes de turbomachine, (20, 22), pour commander la position angulaire d'une pluralité d'aubes pivotantes (30) réparties azimutalement autour d'un axe de la turbomachine, au moyen d'une couronne d'actionnement (40) ; chacune desdites aubes présentant une denture (34) ; le dispositif se caractérisant en ce que des crémaillères (50) sont montées sur la couronne ; chaque crémaillère est engrenée avec la denture de l'une desdites aubes pour placer cette dernière dans une position angulaire choisie ; chaque crémaillère est maintenue suivant la direction radiale par des moyens de positionnement radial (70) fixés à l'aube ; chaque crémaillère est montée sur la couronne au moyen d'une pluralité de guides (62A,62B) espacés suivant la circonférence de la couronne et agencés de telle manière que ces guides lient les déplacements de la crémaillère suivant la direction circonférentielle à ceux de la couronne, et sont aptes à coulisser, d'une part par rapport à la couronne, pour chaque guide suivant la direction radiale qui lui est propre, et d'autre part par rapport à la crémaillère, suivant une direction de mouvement (B) sensiblement radiale propre à la crémaillère.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite direction de mouvement est parallèle à l'axe de l'aube.
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel au moins un desdits guides (62A,62B) comporte une tige de guidage d'anneau (66A, 66B), engagée de manière coulissante dans un passage de guidage d'anneau (44A, 44B) aménagé dans la couronne suivant une direction radiale pour le guide.
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins un desdits guides (62A,62B) comporte une tige de guidage de tronçon (64A, 64B), engagée de manière coulissante dans un passage de guidage de tronçon (54A,54B) aménagé suivant la direction de mouvement de la crémaillère (50) considérée.
5. 5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, dans lequel au moins un guide (62A,62B) est une pièce constituée par la tige de guidage d'anneau (66A, 66B), la tige de guidage de tronçon (64A, 64B), et une partie de jonction (68A, 68B) reliant les tiges d'anneau et de tronçon.
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant des moyens de blocage en rotation (67A,67B;69A, 69B;45,47,49) agencés sur la couronne, aptes à empêcher une rotation d'au moins un premier guide (62A,62B) par rapport à la couronne (40) autour d'une direction radiale.
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit premier guide présente une surface plane (67A, 67B ;69A, 69B) perpendiculaire à l'axe de la turbomachine, et la couronne présente une surface plane aménagée à proximité dudit méplat (47,49) de manière à empêcher une rotation du guide autour d'une direction radiale.
8. 8. Dispositif selon la revendication 3 ou 4 et l'une quelconque des revendications 3 à 7, comportant au moins un palier de guidage (46A,46B ;55A, 55B), tel qu'une cage à billes, disposé dans l'un desdits passages pour assurer le coulissement dans ledit passage de la tige s'étendant dans ledit passage.
9. 9. Dispositif selon la revendication 8, comportant en outre un système d'amortissement en butée radiale dudit palier.
10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les moyens de positionnement radial comportent pour chaque aube une nervure en arc de cercle (70), d'axe radial, aménagée dans un dispositif d'attache et de pivot (32) de l'aube (30), et engagée dans une gorge de la crémaillère (72) engrenée avec l'aube pour imposer à ladite crémaillère une position radiale.
11. 11. Turbomachine comprenant une pluralité d'aubes pivotantes (30) réparties azimutalement autour d'un axe de la turbomachine, chacunedesdites aubes présentant une denture (34), et un dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
12. 12. Turbomachine selon la revendication 11, dans laquelle les aubes 5 commandées par ledit dispositif de commande sont des aubes (30) dont l'extrémité radialement extérieure est libre.