FR2992677A1 - Moyeu pour logement radial d'anneau d'helice de turbomachine a pales a calage variable et assemblage comportant un tel moyeu - Google Patents

Moyeu pour logement radial d'anneau d'helice de turbomachine a pales a calage variable et assemblage comportant un tel moyeu Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un anneau (100) d'hélice, comportant un corps (110) polygonal et une pluralité de logements cylindriques radiaux (150) agencés dans ledit corps, chaque logement (150) présentant une surface adaptée pour recevoir des moyens de support d'une pale d'une hélice, caractérisé en ce que la surface de chaque logement (150) est aménagée sur une surface radialement interne (201) d'un moyeu (200) correspondant, chaque moyeu (200) étant une pièce distincte rapportée sur le corps (110) de l'anneau. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel anneau, une hélice et une turbomachine munies d'un tel anneau.

Description

MOYEU POUR LOGEMENT RADIAL D'ANNEAU D'HELICE DE TURBOMACHINE A PALES A CALAGE VARIABLE ET ASSEMBLAGE COMPORTANT UN TEL MOYEU DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des anneaux d'hélices de turbomachine à pales à calage variable. Elle trouve notamment avantageusement application dans le cas des hélices non carénées (en anglais « open rotor » ou « unducted fan »).
ETAT DE LA TECHNIQUE On a représenté sur la figure 1 une turbomachine 1 du type à hélices non carénées. Elle comporte d'amont en aval, dans le sens de l'écoulement du flux d'air représenté par les flèches F, un compresseur 2, une chambre annulaire de combustion 3, une turbine haute pression (non représentée), et deux turbines basse-pression 8, qui sont contrarotatives. Chaque turbine basse-pression 8 est solidaire d'une hélice externe 9, les deux hélices étant disposées coaxialement l'une derrière l'autre, autour de l'axe longitudinal A de la turbomachine 1 et comportant chacune une pluralité de pales P régulièrement réparties autour dudit axe. À cet effet, chaque hélice comprend classiquement (figure 2) un corps annulaire de rotor 10, généralement polygonal, qui est centré sur l'axe longitudinal de la turbomachine, et qui présente un certain nombre de logements cylindriques radiaux 11 répartis régulièrement autour de l'axe de l'anneau ainsi formé, ces logements 11 étant prévus pour recevoir les pales de l'hélice. Chaque logement 11 reçoit lui-même une couronne 12 (figure 3) sur laquelle se fixe le corps 13a d'une platine 13, qui porte elle-même le pied 14 d'une pale P. Cette couronne 12 est montée rotative dans le logement 11 qui la reçoit, ce qui permet d'ajuster l'orientation angulaire de la pale P.
Pour ce faire, la surface interne d'un logement 11 est usinée et ajustée pour constituer un moyeu qui reçoit la couronne 12 et les bagues de roulements 15 de différents paliers interposés entre la surface interne dudit logement et ladite couronne 12.
Différents filetages de fixation sont également usinés au niveau dudit logement notamment pour la fixation d'un couvercle 16 destiné à fermer le logement une fois la couronne en place, ou encore pour la fixation d'un écrou de serrage. Ces opérations d'usinage sont complexes. Elles doivent être répétées pour chacun des logements de l'anneau, ce qui augmente le risque de rebut et donc le coût de production de l'anneau polygonal. Il existe donc un besoin de proposer un anneau polygonal d'hélice de turbomachine dont le coût de production est diminué. Par ailleurs, en fonctionnement, les bagues extérieures des roulements 15 sont fortement sollicitées et s'usent rapidement. En effet, sous l'effet des charges centrifuges, l'anneau s'allonge dans sa direction tangentielle ; par contre il subit moins d'efforts axialement et donc moins de déformations axiales. Or, les bagues de roulements sont frettées à la fois dans des zones soumises aux déformations tangentielles et aux déformations axiales. Ces déformations étant différentes, elles induisent une ovalisation de ces bagues, laquelle est à l'origine de frottements et d'une usure rapide pour les bagues. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour objet de remédier aux problèmes rencontrés avec les anneaux d'hélices de l'état de la technique. Elle propose en particulier une structure d'anneau d'hélice plus simple et moins coûteuse à produire et permettant de minimiser les risques de rebut d'usinage. Elle propose également une structure qui permet de minimiser les déformations des pièces de roulement sous l'action des efforts centrifuges et ainsi de limiter l'usure sur ces pièces. À cet effet, l'invention propose un moyeu pour logement radial d'anneau d'hélice de turbomachine à pales à calage variable, ledit anneau étant du type comportant un corps annulaire de rotor et une pluralité de logements radiaux répartis sur ledit corps annulaire autour de l'axe central de celui-ci, caractérisé en ce qu'il est constitué par une pièce distincte d'un corps annulaire, destinée à être reçue dans un logement radial de celui-ci, la surface interne de ladite pièce étant adaptée pour recevoir une couronne cylindrique de support de pale, ainsi que des moyens de centrage et/ou guidage en rotation de celle-ci.
Notamment, la surface interne dudit moyeu comporte avantageusement un usinage adapté pour recevoir les bagues de roulement d'une couronne cylindrique de support de pâle. L'invention concerne en outre un assemblage pour anneau d'hélice de turbomachine à pales à calage variable comportant un corps annulaire de rotor et une pluralité de logements radiaux répartis sur ledit corps annulaire autour de l'axe central de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de moyeux constitués par des pièces distinctes du corps annulaire, lesdites pièces étant des moyeux du type précité, adaptés pour être reçus dans les logements radiaux dudit corps annulaire. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une représentation schématique générale d'une turbomachine de type à hélices non carénées ; - La figure 2 illustre schématiquement une structure d'anneau polygonal connue dans l'état de la technique ; - La figure 3 est une représentation en vue en coupe partielle d'une hélice non carénée de la technique antérieure ; - Les figures 4a et 4b illustrent en vue en coupe et en vue de dessus un détail d'un exemple de réalisation possible pour un assemblage formant anneau d'hélice à moyeu rapporté sur un logement d'un anneau polygonal conforme à un mode de réalisation possible pour l'invention ; - Les figures 5a à 5d sont des représentations schématiques en perspective arrachée illustrant différentes étapes du montage d'un ensemble selon les figures 4a à 4b ; - La figure 6 est une représentation en perspective illustrant une autre structure de moyeu et un autre assemblage possibles ; - La figure 7 représente en perspective le moyeu de l'assemblage de la figure 6 ; - La figure 8 représente en perspective l'anneau polygonal de l'assemblage de la figure 6 et les moyens de fixation de moyeu qui y sont associés. - La figure 9 représente une variante d'assemblage d'un anneau polygonal à moyeu rapporté. DESCRIPTION DETAILLE D'EXEMPLES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE DE L'INVENTION L'assemblage formant un anneau d'hélice illustré sur les figures 4a et 4b comporte un corps d'anneau polygonal 20 et une pluralité de logements cylindriques radiaux 21, un seul de ces logements ayant en l'occurrence été représenté sur les figures.
Il comporte également une pluralité de moyeux 22 qui sont des pièces distinctes du corps d'anneau polygonal 20, et qui sont reçues dans les logements cylindriques radiaux 21. Ces moyeux 22 comportent sur leur surface intérieure des usinages 23 pour le montage des bagues de roulements de paliers de couronnes rotatives identiques aux couronnes 12 de la figure 3. Les usinages 23 sont par exemple des rainurages annulaires dimensionnés pour recevoir des bagues coaxiales de paliers de roulements. Ils peuvent plus généralement être de tous types classiquement utilisés pour permettre à des logements cylindriques de recevoir des couronnes rotatives destinées à recevoir des platines de pale d'hélice, ainsi que les moyens assurant le centrage et le guidage de ces couronnes en rotation dans leur logement. Un exemple d'assemblage en ce sens pourra par exemple être trouvé dans la demande FR 2.943.312. Les moyeux 22 sont également usinés avec les filetages nécessaires au montage des couvercles fermant les logements de réception de couronnes défini sur ces moyeux (filetage externe 23a sur la figure 4a), ainsi qu'avec des filetages permettant le serrage d'éventuels écrous de fixation. Les différents usinages intervenant séparément sur les différents moyeux 22, les coûts d'un éventuel rebut d'usinage sont limités au seul moyeu concerné et ne nécessite pas de reprendre l'usinage de l'ensemble de l'anneau polygonal, ainsi que l'usinage des différents autres moyeux 22. Également, les moyeux 22 n'étant pas monoblocs avec l'anneau polygonal 20, les déformations centrifuges de l'anneau 20 ne se transmettent pas aux bagues des différents paliers, ce qui limite fortement l'usure de ceux-ci. Dans l'exemple illustré sur les figures 4a, 4b et 5a à 5d, le moyeu 22 est fixé par crabotage dans le logement 21 qui le reçoit. A cet effet, le logement 21 est principalement défini par un cylindre dont la surface intérieure 23 présente deux rainures de guidage 24 diamétralement opposées, qui s'étendent dans la hauteur dudit cylindre. Ces rainures 24 débouchent sur des encoches 25 qui s'étendent perpendiculairement à ces rainures 24 et sont destinées à recevoir des dents de crabot complémentaire 26 portées par le moyeu 22. Plus précisément, le moyeu 22 est de forme générale cylindrique complémentaire de celle du logement 21. il présente à son extrémité du côté intérieur de l'anneau polygonal, sensiblement à la hauteur d'un rebord 27 assurant l'étanchéité à l'intérieur dudit moyeu 22 pour recevoir la couronne, deux dents de crabot 26 diamétralement opposées qui sont en saillie radiale par rapport à la paroi externe dudit moyeu 22. À son autre extrémité, le moyeu 22 présente, également en saillie par rapport à la paroi externe de forme générale cylindrique dudit moyeu 22, une butée annulaire 29 qui est destinée à venir en appui contre les bords du logement 21 sur l'anneau polygonal. Des fixations 30 de type vis/douille ou autres assurent, en complément des butées angulaires 31 qui terminent les rainures 25 de crabot, l'anti- rotation du moyeu 22 dans son logement 21. Le montage d'un moyeu 22 dans un logement 21 s'effectue ainsi qu'illustré sur les figures 5a à 5d. Le moyeu 22 est présenté centré sur le logement 21 de façon à ce que ses dents de crabot 26 en saillie s'engagent dans les rainures de guidage 24 ménagées dans la hauteur de la surface intérieure 23 du logement 21 (figure 5a). Une fois engagé, le moyeu 22 est remonté dans le logement 21 jusqu'à ce que la butée annulaire 29 vienne en butée sur le bord du logement 21 (figure 5b). Les dents de crabot 26, guidées dans les rainures 24, se trouvent alors en regard des encoches 25 correspondantes et le moyeu 22 est alors tourné dans le logement jusqu'à ce que les dents viennent en butée sur les butées angulaires 31. Le moyeu 22 est ainsi verrouillé axialement par rapport au logement 21 (figure 5c). Des vis de blocage anti-rotation 30 sont ensuite mises en place et engagées dans des filetages correspondants dans le bord du logement 22, à travers la butée annulaire 29. En variante, ainsi qu'illustré sur les figures 6 à 8, la fixation d'un moyeu 22 dans un logement 21 peut se faire au moyen de deux pions de centrage 32 qui s'étendent en saillie par rapport au moyeu 22, de façon diamétralement opposée. Ces deux pions de centrage 32 sont alors reçus sur des formes en U complémentaires ménagées sur les bords d'un logement 21, qui définissent pour lesdits pions 32 des étriers de centrage sur les bords du logement 21. Deux rebords 33 diamétralement opposés et s'étendant perpendiculairement par rapport à l'axe du moyeu 22 et aux pions 31 peuvent également être prévus qui sont destinés à venir en appui sur le fond intérieur de l'anneau 20.
Un capot 34 est vissé sur et défini avec les formes en U de l'anneau des trous de centrage 35 et de fixation. Ce capot 34 maintient l'ensemble en place tout en autorisant un certain jeu de dilatation tangentiel, notamment entre les bords des logements 21 et les moyeux 22. De cette façon, les déformées des moyeux et de l'anneau polygonal sont 20 dissociées. Le rebut d'usinage est également limité. Une autre variante d'assemblage illustrée sur la figure 9 propose l'utilisation de pièces distinctes 36, formant chapes de rétention, pour la fixation d'un moyeu 22 du type comprenant deux pions de centrage 32 dans un logement 21. Les deux 25 pions de centrage 32 d'un moyeu 22 sont dans ce cas reçus dans les chapes de rétention 36 (au nombre de deux par moyeu) elles-mêmes disposées diamétralement de part et d'autre du logement 21, et fixées, du côté intérieur du corps polygonal 20, par appui de leurs extrémités sur des butées de fixation en saillie 37. Des éléments formant amortisseurs peuvent être prévus entre les rebords 30 33 du moyeu et le corps polygonal. Cette variante permet de s'affranchir des usinages supplémentaires en U des trous de centrage 35 opérés sur le corps polygonal 20 de la variante précédente, et donc de limiter davantage les rebuts.
Les assemblages qui viennent d'être décrits sont avantageusement utilisés pour des hélices non carénées pour turbomachine à pales à calage variable. Les pales sont montées de façon classique (cf. description déjà donnée en référence aux figures 1 à 3) sur un tel assemblage formant anneau d'hélice, seul changeant le fait que les moyeux sont des pièces dissociables du corps annulaire de rotor. La turbomachine est alors dans son principe similaire à celle illustrée sur la figure 1.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Moyeu pour logement radial d'anneau d'hélice de turbomachine à pales à calage variable, ledit anneau étant du type comportant un corps annulaire de rotor et une pluralité de logements radiaux répartis sur ledit corps annulaire autour de l'axe central de celui-ci, caractérisé en ce qu'il est constitué par une pièce distincte (22) d'un corps annulaire, destinée à être reçue dans un logement radial (21) de celui-ci, la surface interne (23) de ladite pièce (22) étant adaptée pour recevoir une couronne cylindrique de support de pale, ainsi que des moyens de centrage et/ou guidage en rotation de celle-ci.
  2. 2. Moyeu selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa surface interne comporte un usinage (23) adapté pour recevoir les bagues de roulement d'une couronne cylindrique de support de pâle.
  3. 3. Moyeu selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments en saillie (26 ; 32, 33) par rapport à sa surface externe pour sa fixation sur les bords d'un logement de corps annulaire.
  4. 4. Moyeu selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part à une de ses extrémités deux dents de crabotage (26) diamétralement opposées, destinées à être engagées dans des encoches (25) correspondantes d'un logement radial et d'autre part, à son autre extrémité, au moins une butée (29) destinée à venir en appui contre le bord d'un logement.
  5. 5. Moyeu selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux pions en saillie (32) formant axe de centrage.
  6. 6. Moyeu selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte également deux rebords (33) adaptés pour venir en appui sur le bord d'un logement lorsque les pions de centrage sont en place sur celui-ci.
  7. 7. Assemblage pour anneau d'hélice de turbomachine à pales à calage variable comportant un corps annulaire de rotor (20) et une pluralité de logements radiaux (21) répartis sur ledit corps annulaire (20) autour de l'axe central de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de moyeux (22) constitués par des pièces distinctes du corps annulaire (20), lesdites pièces étant des moyeux (22) selon l'une des revendications précédentes adaptés pour être reçus dans les logements radiaux (21) dudit corps annulaire.
  8. 8. Assemblage selon la revendication 7, un moyeu étant du type selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un logement radial (21) comporte des encoches de crabotage (25) et des rainures (24) s'étendant dans sa hauteur et destinées à guider les dents de crabotage (26) du moyeu jusqu'auxdites encoches (25) lors de la mise en place dudit moyeu (22) sur ledit logement (21).
  9. 9. Assemblage selon la revendication 7, un moyeu étant du type selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bord du logement (21) présente des formes en U formant étrier pour les pions de centrage du moyeu et définissant avec un capot de blocage (35) rapporté sur ledit logement (21) des trous de centrage pour lesdits pions.
  10. 10. Assemblage selon la revendication 7, un moyeu étant du type selon la revendication 6 , caractérisé en ce qu'il comprend également des chapes de rétention (36) constituant des pièces distinctes du corps annulaire (21) et du moyeu, lesdites chapes formant un étrier pour les pions de centrage du moyeu et étant fixées à la paroi intérieure dudit corps annulaire.
  11. 11. Hélice non carénée pour turbomachine à pales à calage variable comprenant un assemblage selon l'une des revendications 8 à 10, et une pluralité de pales montées sur ledit assemblage.
  12. 12. Turbomachine à hélices non carénées, caractérisée en ce que les hélices sont du type selon la revendication 11.
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