FR3027947A1

FR3027947A1 - Anneau d'helice comprenant des logements radiaux de section ovoide

Info

Publication number: FR3027947A1
Application number: FR1460504A
Authority: FR
Inventors: Sebastien Emile Philippe Tajan; Charles-Henri Michel Marie Derrez; Anthony Lafitte; Pecheur Cyril Roger Yves Le
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-06
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: GB201708353D0; WO2016066977A1; GB2547169B; GB2547169A; US10526067B2; US20170313403A1; FR3027947B1

Abstract

L'invention concerne un anneau d'hélice (10) de turbomachine (1) à pales (P) à calage variable, l'anneau d'hélice (10) comprenant un corps annulaire (11) sensiblement coaxial avec un axe (A) principal et une pluralité de logements radiaux (12) uniformément répartis autour de l'axe (A) principal, chaque logement radial (12) étant configuré pour recevoir un palier (13) pour un pied (14) d'une pale (P) afin de permettre le calage variable de la pale (P), les logements radiaux (12) présentant, dans un plan tangent (T) au corps annulaire (11), une section sensiblement ovoïde.

Description

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 "). ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE 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 6, et deux turbines basse-pression 8 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 d'un axe longitudinal A de la turbomachine 1 et comportant chacune une pluralité de pales P régulièrement réparties autour dudit axe. A cet effet, chaque hélice est fixée sur un anneau 10 comprenant classiquement (figure 2) un corps annulaire de rotor 11 généralement polygonal (connu sous la terminologie de Polygonal Ring en anglais), centré sur l'axe longitudinal A de la turbomachine et présentant une série de logements cylindriques radiaux 12, répartis régulièrement autour de l'axe A, prévus pour recevoir les pales de l'hélice. Chaque logement 12 reçoit en outre une couronne sur laquelle se fixe le corps d'une platine adaptée pour recevoir le pied 14 d'une pale P. Cette couronne est montée rotative dans le logement 12 qui la reçoit, ce qui permet d'ajuster l'orientation angulaire de la pale P. Pour ce faire, la surface interne d'un logement 12 est usinée et ajustée pour constituer un moyeu qui reçoit la couronne et les bagues de roulements de différents paliers interposés entre la surface interne dudit logement et ladite couronne. Toutefois, en fonctionnement, les bagues extérieures des roulements sont fortement sollicitées et s'usent rapidement. Par exemple, le corps annulaire 11 subit des efforts tangentiels très importants sous l'effet des charges centrifuges en raison notamment de son très grand diamètre (environ 1600 mm) et, dans une moindre mesure, des efforts axiaux. Le corps annulaire 11 a donc tendance à s'allonger dans sa direction tangentielle. Or, les bagues de roulements sont généralement frettées à la fois dans des zones soumises aux déformations tangentielles et aux déformations axiales. Ces déformations ayant des amplitudes différentes, elles induisent une ovalisation de ces bagues de roulement au pied 14 des pales P, laquelle est à l'origine de frottements et d'une usure rapide pour les bagues. RESUME DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est donc de remédier aux problèmes rencontrés avec les anneaux d'hélices de l'état de la technique, en proposant une structure d'anneau d'hélice capable de minimiser les déformations des pièces de roulement sous l'action des efforts centrifuges et ainsi de limiter l'usure sur ces pièces et allonger la durée de vie de ces pièces de roulement, qui sont difficiles d'accès après montage.

Pour cela, l'invention propose un anneau d'hélice de turbomachine à pales à calage variable, l'anneau d'hélice comprenant un corps annulaire sensiblement coaxial avec un axe principal et une pluralité de logements radiaux uniformément répartis autour de l'axe principal, chaque logement radial étant configuré pour recevoir un palier pour un pied d'une pale afin de permettre le calage variable de la pale. Les logements radiaux présentent par ailleurs, dans un plan tangent au corps annulaire, une section sensiblement ovoïde. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l'anneau d'hélice décrit ci-dessus sont les suivantes : - la section des logements radiaux est elliptique, - la section sensiblement ovoïde présente un plus grand diamètre et un plus petit diamètre, le plus grand diamètre s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe principal de l'anneau d'hélice, - la section sensiblement ovoïde présente un plus grand diamètre et un plus petit diamètre, le plus petit diamètre s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe principal de l'anneau d'hélice, - le palier comprend une bague de roulement externe et une différence entre le plus grand diamètre et le plus petit diamètre de la section sensiblement ovoïde est comprise entre 0.5 et 1% d'un diamètre de la 10 bague de roulement externe, - le diamètre de la bague de roulement externe est de l'ordre de 200 mm et la différence entre le plus grand diamètre et le plus petit diamètre est comprise entre 1 mm et 2 mm, - le palier présente, dans le plan tangent à l'anneau d'hélice, une 15 section sensiblement circulaire, et - le corps annulaire est de forme polygonale. L'invention propose également une hélice comprenant un anneau d'hélice comme décrit ci-dessus et des pales logées dans les logements de 20 l'anneau d'hélice, ainsi qu'une turbomachine à pales à calage variable comprenant un tel anneau d'hélice, l'hélice étant de préférence non carénée. L'hélice de la turbomachine peut être non carénée. 25 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : 30 La figure 1 est une représentation schématique générale d'une turbomachine à hélices non carénées, La figure 2 illustre schématiquement d'un anneau d'hélice 10 polygonal, La figure 3 est une représentation en vue en coupe partielle d'un module hélice d'un open rotor (ou soufflante non carénée) conventionnel, La figure 4 est une vue du dessus d'un premier exemple de réalisation d'un logement radial d'un anneau d'hélice 10 polygonal, et La figure 5 est une vue du dessus d'un deuxième exemple de réalisation d'un logement radial d'un anneau d'hélice 10 polygonal.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Un anneau d'hélice 10 de turbomachine 1 à pales P à calage variable conforme à l'invention va à présent être décrit. Un anneau d'hélice 10 conforme à l'invention comprend, de manière connue en soi et comme précédemment décrit en référence aux figures 1 à 3 annexées, un corps annulaire 11 de rotor, centré sur l'axe A longitudinal de la turbomachine 1 et présentant une série de logements radiaux 12 répartis régulièrement autour de l'axe A. Chaque logement radial 12 est prévu pour recevoir un palier 13 d'une pale P associée de l'hélice 9, ce qui permet d'ajuster l'orientation angulaire de la pale P. A cet effet, chaque palier 13 comprend, de manière connue en soi, des roulements logés dans une bague de roulement interne et une bague de roulement externe de forme circulaire. Ici, le corps annulaire 11 de rotor est de forme polygonale. Ceci n'est cependant pas limitatif, le corps annulaire 11 pouvant présenter toute forme adaptée, par exemple une forme circulaire. Comme visible sur les figures 4 et 5, les logements radiaux 12 présentent, dans un plan tangent T au corps annulaire 11, une section sensiblement ovoïde.

Par plan tangent T au corps annulaire 11 on comprendra ici un plan sensiblement normal à un axe radial X de l'anneau d'hélice 10 (c'est-à-dire un axe perpendiculaire à l'axe A de l'anneau d'hélice 10 et passant par l'axe A) et comprenant le logement radial 12 et le palier 13 associé. Dans une forme de réalisation, la section ovoïde peut par exemple être sensiblement elliptique.

La section ovoïde de chaque logement radial 12 comprend un plus petit diamètre 12b et un plus grand diamètre 12a. Par exemple, lorsque le logement radial 12 est de forme elliptique, le plus petit diamètre 12b correspond au petit axe de l'ellipse tandis que le plus grand diamètre 12a correspond à son grand axe. Dans une première forme de réalisation illustrée en figure 4, les logements radiaux 12 présentent une section sensiblement ovoïde, dont le grand diamètre 12a (ou grand axe) s'étend sensiblement parallèlement à l'axe A de l'anneau d'hélice 10. Une telle forme de réalisation permet de corriger les déformations des logements radiaux 12 dues à des efforts tangentiels très importants sous l'effet des charges centrifuges, qui sont plus importants que les efforts axiaux subis par l'anneau d'hélice 10. C'est notamment le cas de l'exemple de réalisation illustré en figure 2, dans lequel l'anneau comprend des parties inter-pales (c'est-à-dire des bras joignant les logements radiaux 12) positionnées de part et d'autre des logements radiaux 12. En variante, dans une deuxième forme de réalisation illustrée en figure 5, les logements radiaux 12 présentent une section sensiblement ovoïde, dont le petit diamètre 12b (ou petit axe A) s'étend sensiblement parallèlement à l'axe A de l'anneau d'hélice 10. Une telle forme de réalisation est avantageuse lorsque l'anneau d'hélice 10 est souple et étroit. C'est par exemple le cas lorsque le corps annulaire 11 comprend des parties inter-pales positionnées au centre de la structure : un tel corps annulaire 11 est susceptible de présenter des déformations des logements radiaux dans l'axe parallèle à l'axe de révolution A de l'anneau. La mise en oeuvre de logements radiaux 12 selon la deuxième forme de réalisation. Elle permet ainsi de corriger les déformations des logements radiaux 12 dues à des efforts axiaux qui sont plus importants que les efforts tangentiels subis par l'anneau d'hélice 10.

La forme ovoïde de la section des logements radiaux 12 permet ainsi de compenser la déformation des logements radiaux 12 lors du fonctionnement de la turbomachine 1. De la sorte, lorsque l'anneau d'hélice 10 est sous charge (c'est-à-dire lorsque la turbomachine 1 est en fonctionnement et que l'anneau d'hélice 10 est soumis à des charges axiales et/ou centrifuges importantes), les logements radiaux 12 se déforment jusqu'à atteindre une section sensiblement circulaire permettant une bonne tenue des pièces du roulement et un fonctionnement optimal du calage des pales P et un allongement la durée de vie des pièces des roulements. Typiquement, dans le cas des logements radiaux 12 illustrés en figure 4 (section ovoïde axiale), les charges centrifuges ont tendance à déformer les logements radiaux 12 suivants la direction tangentielle, ce qui tend à allonger le plus petit diamètre 12b de la section ovoïde et à réduire son plus grand diamètre 12a.

Le plus petit diamètre 12b et le plus grand diamètre 12a de la section ovoïde des logements radiaux 12 sont donc choisis de sorte que, sous charge, la section des logements radiaux 12 prenne une géométrie circulaire.

La différence entre le plus grand diamètre 12a et le plus petit diamètre 12b de la section sensiblement ovoïde des logements radiaux 12 peut par exemple être comprise entre 0.5 et 1% du diamètre du logement radial 12 sous charge. Le diamètre du logement radial 12 sous charge correspondant sensiblement au diamètre de la bague de roulement externe, la différence entre le plus grand diamètre 12a et le plus petit diamètre 12b de la section sensiblement ovoïde des logements radiaux 12 peut donc être comprise entre 0.5 et 1`)/0 du diamètre de la bague de roulement externe du palier 13 associé. Typiquement, pour un logement radial 12 dont le diamètre sous charge doit être l'ordre de 200 mm, la différence entre le plus grand diamètre 12a et le plus petit diamètre 12b est comprise entre 1 mm et 2 MM. Afin de réaliser les logements radiaux 12 de section sensiblement ovoïde tout en conservant la forme cylindrique de révolution des bagues de roulement, il est par exemple possible de fretter les bagues de roulement par chauffage de l'anneau puis de déformer le plus petit diamètre 12b des logements radiaux 12 jusqu'à avoir un diamètre légèrement plus grand que celui des bagues de roulement (typiquement, quelques dixièmes de millimètres) pour permettre le montage.

L'invention propose ainsi de corriger la déformation des logements radiaux 12, plutôt que d'essayer d'empêcher ou de limiter cette déformation en modifiant directement la structure de l'anneau d'hélice 10, ce qui impacte négativement la masse, comme cela est généralement proposé dans les anneaux d'hélice 9 conventionnels. La solution proposée est donc simple à mettre en oeuvre et n'impacte en outre pas l'encombrement ni le poids global de l'anneau d'hélice 10.

Claims

REVENDICATIONS1. Anneau d'hélice (10) de turbomachine (1) à pales (P) à calage variable, l'anneau d'hélice (10) comprenant un corps annulaire (11) sensiblement coaxial avec un axe (A) principal et une pluralité de logements radiaux (12) uniformément répartis autour de l'axe (A) principal, chaque logement radial (12) étant configuré pour recevoir un palier (13) pour un pied (14) d'une pale (P) afin de permettre le calage variable de la pale (P), l'anneau d'hélice (10) étant caractérisé en ce que les logements radiaux (12) présentent, dans un plan tangent (T) au corps annulaire (11), une section sensiblement ovoïde.
2. Anneau d'hélice (10) selon la revendication 1, dans lequel la section des logements radiaux (12) est elliptique.
3. Anneau d'hélice (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la section sensiblement ovoïde présente un plus grand diamètre (12a) et un plus petit diamètre (12b), le plus grand diamètre (12a) s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe (A) principal de l'anneau d'hélice (10).
4. Anneau d'hélice (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la section sensiblement ovoïde présente un plus grand diamètre (12a) et un plus petit diamètre (12b), le plus petit diamètre (12b) s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe (A) principal de l'anneau d'hélice (10).
5. Anneau d'hélice (10) selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel le palier (13) comprend une bague de roulement externe et une différence entre le plus grand diamètre (12a) et le plus petit diamètre (12b) de la section sensiblement ovoïde est comprise entre 0.5 et 1% d'un diamètre de la bague de roulement externe.
6. Anneau d'hélice (10) selon la revendication 5, dans lequel le diamètre de la bague de roulement externe est de l'ordre de 200 mm et la différence entre le plus grand diamètre (12a) et le plus petit diamètre (12b) 5 est comprise entre 1 mm et 2 mm.
7. Anneau d'hélice (10) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le palier (13) présente, dans le plan tangent (T) à l'anneau d'hélice (10), une section sensiblement circulaire. 10
8. Anneau d'hélice (10) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le corps annulaire (11) est de forme polygonale.
9. Turbomachine (1) à pales (P) à calage variable, comprenant un 15 anneau d'hélice (10) selon l'une des revendications 1 à 8.
10. Turbomachine (1) selon la revendication 9, dans laquelle l'hélice (9) est non carénée. 20