FR3038666A1 - Anneau de commande d'aubes a calage variable pour une turbomachine - Google Patents

Abstract

Anneau (44) de commande d'aubes à calage variable pour une turbomachine, comportant un corps annulaire (42) configuré pour être monté mobile en rotation d'un carter annulaire (16) de la turbomachine, ledit corps comportant des moyens (46) de liaison à des leviers (34) de raccordement auxdites aubes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des premiers moyens (60, 62, 64) de guidage en direction axiale et/ou hélicoïdale, qui sont portés par ledit corps et qui comportent au moins un doigt (60, 62) sensiblement radial comportant des moyens (62) d'appui axial sur au moins une première surface (72, 74) dudit carter et de glissement sur ladite surface.

Description

Anneau de commande d’aubes à calage variable pour une turbomachine

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un anneau de commande d’aubes à calage variable pour une turbomachine.

ETAT DE L’ART L’état de l’art comprend notamment les documents FR-B1-2 885 968, FR-A1 -2 928 979 et WO-A1 -2009/133297.

Dans la présente demande, on définit l’axe (longitudinal) d’une turbomachine comme étant l’axe de rotation du ou des rotors de son moteur, et en particulier des rotors de ses corps basse et haute pression dans le cas d’une turbomachine à double corps. Les termes tels que interne, externe, radial, axial, etc., font référence à la position d’une pièce par rapport à cet axe.

Les aubes de stator à calage variable (aussi appelées VSV -acronyme de Variable Stator Varies) d’une turbomachine sont portées par un carter annulaire externe, en général d’un compresseur de la turbomachine. Chaque aube comprend une pale qui est reliée à son extrémité radialement externe à un pivot cylindrique radial qui définit l’axe de rotation de l’aube et qui est guidé en rotation dans un orifice correspondant du carter externe. L’extrémité radialement interne de la pale de chaque aube comprend en général un second pivot cylindrique s’étendant le long de l’axe de rotation de l’aube et guidé en rotation dans un orifice d’un carter interne du compresseur. L’extrémité radialement externe du pivot externe de chaque aube est reliée par un levier à un anneau de commande déplacé en rotation autour du carter externe par des moyens d’actionnement à vérin ou analogue. Un anneau de commande comprend un corps annulaire dont l’axe de révolution correspond à l’axe de la turbomachine. Ce corps comporte des moyens de liaison aux leviers précités, qui comprennent en général une rangée annulaire d’orifices sensiblement radiaux dans lesquels sont reçus des pions fixés à des premières extrémités des leviers. Les secondes extrémités des leviers sont fixées aux pivots radialement externes des aubes. La rotation de l’anneau de commande est transmise par les leviers aux pivots externes des aubes et les fait tourner autour de leurs axes. L’anneau peut comprendre en outre des patins de centrage et de guidage du corps en rotation autour de l’axe de la turbomachine, qui sont portés par le corps et coopèrent par appui radial avec le carter.

Le calage angulaire des aubes de stator dans une turbomachine est destiné à adapter la géométrie du compresseur à son point de fonctionnement et notamment à optimiser le rendement et la marge au pompage de cette turbomachine et à réduire sa consommation de carburant dans les différentes configurations de vol.

Chacune de ces aubes est déplaçable en rotation autour de son axe entre une première position « d’ouverture >> ou « de pleine ouverture >> dans laquelle chaque aube s’étend sensiblement parallèlement à l’axe longitudinal de la turbomachine maximisant ainsi la section de passage d’air, et une seconde position « de fermeture >> ou « de quasi-fermeture >> dans laquelle les aubes sont inclinées par rapport à l’axe de la turbomachine et réduisent ainsi la section de passage de l’air à travers l’étage d’aubes.

On a constaté un problème de déversement axial de l’anneau en fonctionnement. Dans la présente demande, on entend par déversement une déformation involontaire de l’anneau. Le déversement axial de l’anneau se traduit directement par une erreur de calage angulaire et donc par un mauvais positionnement des aubes. La loi de déplacement des aubes n’est ainsi pas respectée ce qui a des conséquences néfastes sur les performances aérodynamiques du système.

Ce phénomène est particulièrement visible dans le cas de moyens d’actionnement mono-vérin c'est-à-dire dans le cas où l’anneau est actionné par l’intermédiaire d’un unique vérin. On constate alors un déversement de l’anneau qui se traduit par une déformation importante de l’anneau dans une zone diamétralement opposée à celle reliée au vérin. Ce phénomène est en outre amplifié par l’utilisation d’un carter dans un matériau à fort taux de dilatation. Ce type de carter se dilate très vite lors de la poussée moteur. Ces fortes dilatations sont en général compensées par l’utilisation d’un anneau dont le corps est réalisé en aluminium. L’aluminium, qui se déforme davantage que l’acier, accentue le phénomène de déversement.

La présente invention propose une solution à ce problème de la technologie antérieure, qui est simple, efficace et économique.

EXPOSE DE L’INVENTION L’invention propose un anneau de commande d’aubes à calage variable pour une turbomachine, comportant : - un corps annulaire d’axe A de révolution et configuré pour être monté mobile en rotation autour dudit axe et d’un carter annulaire de la turbomachine, ledit corps comportant des moyens de liaison à des leviers de raccordement auxdites aubes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre : - des premiers moyens de guidage en direction axiale et/ou hélicoïdale selon ledit axe, qui sont portés par ledit corps et qui comportent au moins un doigt sensiblement radial par rapport audit axe et comportant des moyens d’appui axial configurés pour coopérer par appui (axial) avec au moins une première surface dudit carter et par glissement avec ladite surface. L’anneau selon l’invention est ainsi configuré pour coopérer par appui axial avec le carter afin de limiter voire d’empêcher le déversement axial précité. L’anneau selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l’anneau comprend en outre des seconds moyens de centrage et de guidage du corps en rotation autour dudit axe, qui sont portés par ledit corps et comportent des moyens d’appui radial configurés pour coopérer par appui (radial) avec une seconde surface dudit carter et par glissement avec ladite surface, - lesdits moyens d’appui axial comprennent une douille sensiblement radiale par rapport audit axe, - ledit doigt comporte un pion sensiblement radial qui traverse un orifice dudit corps et dont l’extrémité radialement externe est filetée et reçoit un écrou, et l’extrémité radialement interne porte ladite douille, - ladite douille est montée libre en rotation sur ladite extrémité radialement interne du pion, et - ladite douille comprend une collerette annulaire à une extrémité radialement externe.

La présente invention concerne également un système de commande d’aubes à calage variable pour une turbomachine, comportant un carter annulaire d’axe A de révolution, au moins un anneau tel que décrit ci-dessus monté mobile en rotation autour dudit carter, et au moins une rangée annulaire d’aubes à calage variable s’étendant sensiblement radialement par rapport audit axe et reliées audit corps afin qu’une rotation de l’anneau autour du carter entraîne une rotation des aubes autour d’axes sensiblement radiaux, caractérisé en ce que ledit carter comprend au moins une rainure de logement et de guidage dudit au moins un doigt.

La coopération du doigt de l’anneau avec la rainure du carter permet de limiter voire d’empêcher le déversement axial précité.

Le système selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - ladite rainure est formée dans un bossage du carter, - ladite rainure a une forme générale en arc de cercle, - ladite rainure est délimitée par deux surfaces périphériques en portions de cylindres, qui sont configurées pour coopérer avec lesdits moyens d’appui axial, - le système comprend des moyens d’actionnement dudit au moins un anneau pour le déplacer en rotation autour du carter, et dans lequel : - lesdits moyens d’actionnement comprennent un unique vérin, ledit doigt et ladite rainure étant sensiblement diamétralement opposés audit vérin par rapport audit axe, ou - lesdits moyens d’actionnement comprennent deux vérins diamétralement opposés par rapport audit axe, un premier jeu d’un doigt et d’une rainure étant situé entre les deux vérins à mi-distance de ceux-ci et étant diamétralement opposé à un second jeu d’un doigt et d’une rainure par rapport audit axe, - ladite rainure a un rayon médian sensiblement égal à la distance axiale entre un premier plan transversal passant par lesdits axes de rotation des aubes et un second plan transversal passant par ledit doigt.

La présente invention concerne également une turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un anneau ou un système tel que décrit ci-dessus.

DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d’un système de commande d’aubes à calage variable de turbomachine, selon la technique antérieure ; - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques en perspective du carter du système de la figure 1, vu respectivement de côté et de face depuis l’aval ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective d’un anneau de commande respectivement sans (à gauche) et avec (à droite) déversement axial ; - la figure 5 est une vue schématique partielle en perspective d’un système de commande d’aubes à calage variable de turbomachine, selon l’invention ; - la figure 6 est une demi-vue schématique en coupe axiale du système de la figure 5 ; et - la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 6 et illustrant une variante de réalisation de l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE

En figure 1, on a représenté schématiquement, en coupe axiale, une partie d’un compresseur haute-pression 10 d’une turbomachine, en particulier d’une turbomachine d’aéronef, à plusieurs étages, chaque étage comprenant une rangée annulaire d’aubes mobiles 12 portées par le rotor (non représenté) de la turbomachine et une rangée annulaire d’aubes fixes 14 formant redresseurs portées par un carter 16 du stator de la turbomachine, l’orientation angulaire des aubes 14 étant réglable pour optimiser l’écoulement gazeux dans le compresseur 10.

Chaque aube 14 comprend une pale 18 et un pivot cylindrique 20 radialement externe, relié par un disque ou « platine >> 22 s’étendant perpendiculairement à l’axe 24 de l’aube dans un logement 26 correspondant du carter 16. La surface radialement interne 28 du disque est alignée avec la paroi interne 30 du carter pour ne pas s’opposer à l’écoulement gazeux.

Dans la technique antérieure, le pivot cylindrique 20 de chaque aube 14 s’étend à l’intérieur d’une cheminée cylindrique radiale 32 du carter 16 et son extrémité radialement externe est reliée par un levier 34 à un anneau de commande 36 qui entoure le carter 16 et qui est relié à des moyens d’actionnement (non représentés en figure 1) permettant de le faire tourner dans un sens ou dans l’autre autour de l’axe longitudinal du carter 16 pour entraîner les aubes 14 d’une rangée annulaire en rotation autour de leurs axes 24.

Les aubes 14 sont déplaçables en rotation autour de leurs axes 24 entre une position dite de pleine fermeture et une position dite de pleine ouverture.

Dans la position de pleine fermeture, les pales 18 des aubes 14 sont inclinées par rapport à l’axe longitudinal de la turbomachine, c'est-à-dire que la corde de chaque aube (ligne qui relie le bord d’attaque au bord de fuite) est sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal de la turbomachine. Les pales 18 définissent entre elles une section minimale de passage d’air dans la veine. Les aubes 14 sont amenées dans cette position lorsque la turbomachine est à bas régime ou au ralenti, le débit d’air s’écoulant dans le compresseur ayant alors une valeur minimale.

Dans la position de pleine ouverture, les pales 18 des aubes 14 s’étendent sensiblement parallèlement à l’axe de la turbomachine, c'est-à-dire que la corde de chaque aube est sensiblement parallèle à l’axe longitudinal de la turbomachine. La section de passage d’air entre les pales 18 soit maximale. Les aubes 14 sont amenées dans cette position lorsque la turbomachine est au régime plein gaz, le débit d’air s’écoulant dans le compresseur ayant alors une valeur maximale.

Le carter 16 peut comprendre à sa périphérie externe des pistes 38 en saillie de centrage et de guidage des anneaux 36, qui sont ici schématiquement représentées par des traits pointillés.

Le carter 16 porte les moyens 40 d’actionnement des anneaux 36. Dans le cas représenté aux figures 2 et 3, les moyens d’actionnement comprennent un (unique) vérin 40, par exemple hydraulique, comportant un corps fixé au carter 16 et une tige de piston reliée par des moyens appropriés aux anneaux 36. Le vérin 40 est ici monté sur le carter 16 de façon à ce que sa tige de piston s’étende sensiblement parallèlement à un axe A de révolution du carter 16, qui est l’axe de la turbomachine.

En fonctionnement, le vérin 40 rétracte ou déploie sa tige de piston, ce qui entraîne une rotation des anneaux 36 autour du carter 16 et de l’axe A. Cette rotation est accompagnée d’un léger déplacement axial de l’anneau, qui subit ainsi un mouvement sensiblement hélicoïdal selon l’axe A. Ce déplacement axial est imposé par les leviers 34 qui tournent autour des axes 24.

La figure 4 représente un anneau 36 en position libre sans contrainte, à gauche sur le dessin. Cet anneau 36 s’étend dans un plan transversal, c'est-à-dire perpendiculaire à l’axe A. La figure 4 représente également un anneau 36’ ayant subi un déversement axial, à droite sur le dessin. Cet anneau 36’ ne s’étend plus dans un plan transversal. Il est globalement voilé.

La présente invention permet de limiter voire d’empêcher ce phénomène grâce à un anneau équipé de moyens de guidage en direction axiale et/ou hélicoïdale, qui comportent au moins un doigt sensiblement radial et comportant des moyens d’appui axial sur au moins une surface du carter et de glissement sur cette surface.

Dans l’exemple de réalisation de l’invention représenté aux figures 5 et 6, le corps 42 de l’anneau 44 comprend : - des premiers orifices radiaux 46 traversants de logement de premiers pions cylindriques 48 portés par des premières extrémités des leviers 34 dont des secondes extrémités sont montées sur les pivots 20 radialement externes des aubes, - des seconds orifices radiaux 50 traversants de logement de seconds pions 52 de support de patins 54 ; chaque pion 52 a une orientation radiale et comporte une extrémité radialement interne reliée au patin 54 et une extrémité radialement externe filetée et qui reçoit un écrou 56 destiné à prendre appui sur la périphérie externe du corps 42 ; les patins 54 prennent appui radialement sur des pistes du carter 16, telles que celles 38 représentées en traits pointillés en figure 1, et - des troisième orifices radiaux 58 traversants de logement de troisièmes pions 60 de support de douilles 62 ; chaque pion 60 a une orientation radiale et comporte une extrémité radialement interne reliée à la douille 62 et une extrémité radialement externe filetée et qui reçoit un écrou 64 destiné à prendre appui sur la périphérie externe du corps 42.

Chaque douille 62, mieux visible à la figure 6, a une forme générale cylindrique et comprend à son extrémité radialement externe une collerette annulaire externe 66. Elle comprend un alésage central traversé par l’extrémité radialement interne du pion 60. Elle est montée sur le pion 60 de façon à pouvoir tourner librement autour de l’axe du pion. L’ensemble formé par le pion 60 et la douille 62 forme le doigt précité.

La figure 7 représente une variante de réalisation dans laquelle la douille 62’ est dépourvue de collerette à son extrémité radialement externe.

La douille 62 est engagée dans une rainure 68 en arc de cercle du carter 16. La rainure 68 est formée dans un bossage 70 du carter 16. Elle débouche radialement vers l’extérieur. Elle comprend deux surfaces périphériques 72, 74 en portion de cylindre et en regard l’une de l’autre, sur lesquelles la douille 62 est apte à coopérer par appui axial et glissement. Les surfaces 72, 74 s’étendent autour d’un même axe qui est ici situé sensiblement dans le plan transversal P1 passant par les axes 24 des aubes. Les extrémités circonférentielles des surfaces 72, 74 sont reliées les unes aux autres. La rainure 68 a une étendue angulaire autour de l’axe précité, de l’ordre de 30 à 60° environ. Elle a un rayon médian R, mesuré entre l’axe précité et une ligne imaginaire passant au milieu de la rainure (c'est-à-dire à mi-distance des surfaces 72, 74), qui est sensiblement égal à la distance entre le plan transversal P1 et le plan transversal P2 parallèle à P1 et passant par les pions 60. Cette distance est sensiblement égale à la longueur de la partie active d’un levier 34, mesurée entre l’axe de son pion 48 et l’axe du pivot 20 de l’aube à laquelle il est relié.

Le bossage 70 comprend une surface radialement externe 76 définissant un bord périphérique de la rainure 68 et sur laquelle peut coopérer par appui et/ou glissement la collerette 66 de la douille.

Dans le cas précité où les moyens d’actionnement de l’anneau 44 comprennent un seul vérin, l’anneau 44 peut être équipé d’un seul doigt ou pion 60. Le pion 60 et la rainure 68 sont de préférence diamétralement opposés par rapport au vérin.

Dans le cas où les moyens d’actionnement comprennent deux vérins diamétralement opposés, l’anneau 44 est de préférence équipé de deux doigts ou pions 60 diamétralement opposés. Les pions 60 et les vérins sont de préférence régulièrement répartis autour de l’axe de la turbomachine, de façon à avoir un système isostatique.

En fonctionnement, l’anneau 44 est déplacé en rotation autour du carter 16 par actionnement du ou des vérins. Il est centré et guidé en rotation sur le carter 16 par coopération des patins 54 avec les pistes 38 du carter 16. Les leviers 34 tournent autour des axes 24 et forcent l’anneau 44 à se déplacer axialement sur une course donnée. Lors de cette course, la douille 62 coopère par appui et glissement avec les surfaces 72, 74 de la rainure 68 pour éviter un déversement axial de l’anneau 44. Les surfaces 72, 74 peuvent comprendre un revêtement anti-usure, par exemple du type T800, afin de limiter les frottements avec la douille 62. La coopération de la douille 62 avec la rainure 68 n’empêche pas (et n’est pas gênée par) la dilation thermique de l’anneau 44 et du carter 16 en fonctionnement.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS

   1. Anneau (44) de commande d’aubes (14) à calage variable pour une turbomachine, comportant : - un corps annulaire (42) d’axe A de révolution et configuré pour être monté mobile en rotation autour dudit axe et d’un carter annulaire (16) de la turbomachine, ledit corps comportant des moyens (46) de liaison à des leviers (34) de raccordement auxdites aubes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre : - des premiers moyens (60, 62, 64) de guidage en direction axiale et/ou hélicoïdale selon ledit axe, qui sont portés par ledit corps et qui comportent au moins un doigt (60, 62) sensiblement radial par rapport audit axe et comportant des moyens (62) d’appui axial configurés pour coopérer par appui avec au moins une première surface (72, 74) dudit carter et par glissement avec ladite surface.
2. 2. Anneau (44) selon la revendication 1, dans lequel il comprend en outre des seconds moyens (52, 54, 56) de centrage et de guidage du corps (42) en rotation autour dudit axe, qui sont portés par ledit corps (42) et comportent des moyens (54) d’appui radial configurés pour coopérer par appui avec une seconde surface dudit carter (16) et par glissement avec ladite surface.
3. 3. Anneau (44) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens d’appui axial comprennent une douille (62) sensiblement radiale par rapport audit axe.
4. 4. Anneau (44) selon la revendication précédente, dans lequel ledit doigt comporte un pion (60) sensiblement radial qui traverse un orifice (58) dudit corps (42) et dont l’extrémité radialement externe est filetée et reçoit un écrou (64), et l’extrémité radialement interne porte ladite douille (62).
5. 5. Anneau (44) selon la revendication précédente, dans lequel ladite douille (62) est montée libre en rotation sur ladite extrémité radialement interne du pion (60).
6. 6. Anneau (44) selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel ladite douille (62) comprend une collerette annulaire (66) à une extrémité radialement externe.
7. 7. Système de commande d’aubes (14) à calage variable pour une turbomachine, comportant un carter annulaire (16) d’axe A de révolution, au moins un anneau (44) selon l’une des revendications précédentes monté mobile en rotation autour dudit axe et dudit carter, et au moins une rangée annulaire d’aubes (14) à calage variable s’étendant sensiblement radialement par rapport audit axe et reliées audit corps afin qu’une rotation de l’anneau autour du carter entraîne une rotation des aubes autour d’axes (24) sensiblement radiaux, caractérisé en ce que ledit carter comprend au moins une rainure (68) de logement et de guidage dudit au moins un doigt (60, 62).
8. 8. Système selon la revendication précédente, dans lequel ladite rainure (68) est formée dans un bossage (70) du carter (16).
9. 9. Système selon la revendication 7 ou 8, dans lequel ladite rainure (68) a une forme générale en arc de cercle, et est délimitée par deux surfaces périphériques (72, 74) en portions de cylindres, qui sont configurées pour coopérer avec lesdits moyens d’appui axial (62).
10. 10. Système selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel il comprend des moyens (40) d’actionnement dudit au moins un anneau (44) pour le déplacer en rotation autour du carter (16), et dans lequel : - lesdits moyens d’actionnement comprennent un unique vérin, ledit doigt (60, 62) et ladite rainure (68) étant sensiblement diamétralement opposés audit vérin par rapport audit axe, ou lesdits moyens d’actionnement comprennent deux vérins diamétralement opposés par rapport audit axe, un premier jeu d’un doigt et d’une rainure étant situé entre les deux vérins à mi-distance de ceux-ci et étant diamétralement opposé à un second jeu d’un doigt et d’une rainure par rapport audit axe.
11. 11. Système selon l’une des revendications 7 à 10, dans lequel ladite rainure (68) a un rayon médian (R) sensiblement égal à la distance axiale entre un premier plan transversal (P1) passant par lesdits axes (24) de rotation des aubes et un second plan transversal (P2) passant par ledit doigt (60, 62).
12. 12. Turbomachine pour aéronef, comportant au moins un anneau (44) selon l’une des revendications 1 à 6 ou un système selon l’une des revendications 7 à 11.