FR3054006A1 - Ensemble pour la commande d'aubes a calage variable dans une turbomachine - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un ensemble (2), en particulier pour la commande d'aubes à calage variable dans une turbomachine comprenant un anneau (10) de commande entourant un carter (8) de la turbomachine et relié par des biellettes (12) aux aubes à calage variable, et un moyen de pilotage à rotation de l'anneau (10) de commande autour du carter (8), caractérisé en ce qu'il comprend un organe (30) passif à liaison glissière ayant une première extrémité (32) reliée par une liaison pivot glissant à l'anneau (10) de commande et une seconde extrémité (34) reliée par une liaison rotule au carter (8).

Description

Titulaire(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : ERNEST GUTMANN - YVES PLASSERAUD SAS.
k>4) ENSEMBLE POUR LA COMMANDE D'AUBES A CALAGE VARIABLE DANS UNE TURBOMACHINE.
FR 3 054 006 - A1 (£/) L'invention concerne un ensemble (2), en particulier pour la commande d'aubes à calage variable dans une turbomachine comprenant un anneau (10) de commande entourant un carter (8) de la turbomachine et relié par des biellettes (12) aux aubes à calage variable, et un moyen de pilotage à rotation de l'anneau (10) de commande autour du carter (8), caractérisé en ce qu'il comprend un organe (30) passif à liaison glissière ayant une première extrémité (32) reliée par une liaison pivot glissant à l'anneau (10) de commande et une seconde extrémité (34) reliée par une liaison rotule au carter (8).
Figure FR3054006A1_D0001
Figure FR3054006A1_D0002
ENSEMBLE POUR LA COMMANDE D’AUBES A CALAGE VARIABLE DANS UNE TURBOMACHINE
La présente invention concerne un ensemble pour turbomachine comprenant des aubes à calage variable ainsi qu’une turbomachine comprenant un tel ensemble.
Classiquement, un ensemble pour aubes à calage variable comprend une virole dans laquelle les aubes sont montées à rotation autour de leur axe propre, l’orientation des aubes étant appelé le calage.
Pour piloter le calage des aubes, il est connu d’utiliser un anneau de commande coaxial à la virole autour d’un axe longitudinal de la turbomachine et relié au pivot de chacune des aubes par des biellettes solidaires desdits pivots d’aubes. Un moyen de pilotage entraîne l’anneau en rotation, autour de la virole, qui entraîne en pivotement les biellettes autour de leur pivot respectif, permettant ainsi un calage angulaire des aubes par rapport au flux d’air circulant à l’intérieur de la virole.
Du fait de la rigidité de biellettes, le mouvement de l’anneau correspond à la combinaison d’une rotation autour de l’axe longitudinal, induite par le moyen de pilotage, et d’une translation le long du même axe longitudinal.
Lorsque l'ensemble n’est équipé que d’un seul moyen de pilotage, le mouvement de rotation a tendance à générer un déversement axial de l’anneau, c’est-à-dire une torsion de la partie de l’anneau opposée au moyen de pilotage, autour d’un axe radial. Ce déversement doit absolument être évité puisqu’il induit un déplacement plus important des biellettes des aubes situées dans cette partie, conduisant à un calage angulaire différent pour les aubes.
Pour réduire le déversement axial, il serait possible d’ajouter un second moyen de pilotage qui serait positionné circonférentiellement à l’opposé du premier moyen de pilotage.
Toutefois, la présence de deux moyens de pilotage présente quelques inconvénients. En effet, un deuxième moyen de pilotage ajoute une masse supplémentaire qui conduit à une augmentation de la consommation de carburant de la turbomachine. En outre, la présence d’un second moyen de pilotage augmente l’encombrement de l’ensemble à calage variable contrairement à la tendance, suivie par les constructeurs de turbomachine, qui est de réduire les dimensions des composants pour réaliser une turbomachine ayant le moins d’impact possible sur la traînée aérodynamique. Enfin, l’ajout d’un second moyen de pilotage entraîne une maintenance plus importante et plus complexe puisque les pièces du moyen de pilotage sont des pièces mobiles qui s’usent dans le temps.
L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.
A cet effet, l’invention propose, un ensemble, en particulier pour la commande d’aubes à calage variable dans une turbomachine comprenant un anneau entourant un carter de la turbomachine et relié par des biellettes à des aubes à calage variable, et un moyen de pilotage à rotation de l’anneau de commande autour du carter, cet ensemble étant caractérisé en ce qu’il comprend un organe passif à liaison glissière dont une première extrémité est reliée par une liaison pivot glissant sur l’anneau de commande et une seconde extrémité est reliée par une liaison rotule sur le carter.
Selon l’invention, le vérin passif permet de limiter le déversement axial de l’anneau de commande lorsque celui-ci est déplacé en rotation par le moyen de pilotage, ce qui permet de garantir un pivotement identique de toutes les aubes et par suite un calage angulaire identique des aubes. En pratique, les deux modes de liaison des extrémités du vérin à l’anneau de commande et au carter permettent de limiter la torsion de l’anneau à l’opposé du vérin, en assurant un guidage axial à déplacement de l’anneau à cet endroit.
Selon une autre caractéristique de l’invention, l’organe passif est agencé circonférentiellement à l’opposé du moyen de pilotage de l’anneau. Il est ainsi possible de réduire de manière substantielle la masse de l’ensemble selon l’invention par rapport à un ensemble utilisant deux moyens de pilotage comme dans la technique antérieure tout en évitant le déversement axial de l’anneau de commande.
Avantageusement, l’organe passif comprend un corps portant la première extrémité et dans lequel est montée à translation une tige portant la seconde extrémité.
Selon un aspect, la première extrémité de l’organe passif est montée rotation et à translation autour et selon un axe radial dans une chape d’un premier organe de support solidaire de l’anneau de commande, et la seconde extrémité de l’organe passif est reliée par une liaison rotule à un second organe de support solidaire du carter.
La liaison rotule et le pivotement permettent d’éviter un hyperstatisme de l’organe passif de telle sorte que l’organe passif peut assurer le contrôle du déplacement axial de l’anneau sans risque de rupture et en autorisant toutes les valeurs de calage des aubes à calage variable.
Avantageusement, le premier organe de support est agencé en aval (ou en amont respectivement) des biellettes et le second organe de support est agencé en amont (ou en aval respectivement) des biellettes. Cela permet notamment aux biellettes de pouvoir se déplacer sans risque de venir heurter les organes de support.
De préférence, la seconde extrémité de l’organe passif peut être reliée à une bride du carter pour en faciliter son montage.
Avantageusement, l’organe passif est un vérin de freinage, à gaz ou à ressorts par exemple.
L’invention concerne également une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un ensemble tel que précédemment décrit.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue de profil d’une turbomachine comprenant un carter sur lequel sont montés des anneaux pour la commande d’aubes à calage variable et des moyens de pilotage à rotation de ces anneaux ;
- la figure 2 est une vue de face de la turbomachine de la figure ;
- la figure 3 est une vue de profil montrant un anneau lors d’un déplacement normal et, en traits pointillés, un anneau ayant subi un déversement ;
- la figure 4 est une vue de détail en perspective de dessus d’un ensemble selon l’invention comprenant un carter, des aubes à calage variable, un anneau de commande du calage des aubes, relié aux aubes par des biellettes et un vérin pour limiter le déplacement axial de l’anneau sur le carter ;
- la figure 5 est une vue simplifiée de l’ensemble de la figure 4 dans lequel les aubes ont été calées angulairement ;
- la figure 6 est une vue schématique représentant, en coupe, le vérin de l’ensemble des figures 4 et 5 ;
- La figure 7 est une vue schématique représentant le vérin de la figure 4 dans trois positions différentes.
On a représenté, sur les figures, un ensemble 2 en particulier pour la commande d’aubes 4 à calage variable dans une turbomachine 6, comprenant un carter 8 de la turbomachine 6, un anneau 10 de commande entourant le carter 8 et relié par des biellettes 12 aux aubes 4 à calage variable, et un moyen 14 de pilotage à rotation de l’anneau 10 de commande autour du carter 8. De préférence, le carter 8 est annulaire et présente un axe A longitudinal de symétrie, et l’anneau 10 de commande est coaxial avec le carter 8 et monté autour de celui-ci. Dans l’exemple illustré sur les figures, et notamment sur la figure 1, deux anneaux 10 sont représentés, toutefois on ne parlera que d’un seul anneau 10 dans la suite de la description étant entendu que tous les anneaux 10 de commande sont identiques et fonctionnent de la même manière.
Le carter 8 présente des cheminées 16 dans lesquelles sont fixés des écrous 18 solidaires des aubes 4, écrous 18 définissant un axe A1 de rotation des aubes 4 pour entraîner leur calage.
Les biellettes 12 sont solidarisées, à une première extrémité 20, aux écrous 18 des aubes 4, et, à une seconde extrémité 22, à l’anneau 10 de commande. Toutefois, on précisera que la liaison entre les biellettes 12 et l’anneau 10 de commande est une liaison rotule permettant d’autoriser un mouvement de rotation entre les biellettes 12 et l’anneau 10 de commande.
Ainsi, lorsque l’anneau 10 de commande est entraîné en rotation par le moyen 14 de pilotage à rotation, les biellettes 12 pivotent par rapport à l’anneau et sont entraînées par leur seconde extrémité 22 à suivre l’anneau 10 de commande, de sorte que, par leur solidarisation avec les écrous 18 des aubes 4, le mouvement des biellettes 12 implique la rotation des aubes 4 autour de leur axe A1 respectif.
De préférence, l’ensemble 2 comprend, pour chaque anneau 10 de commande, un unique moyen 14 de pilotage qui comprend notamment un premier support 24 solidaire d’un anneau 10 de commande, un second support 26 solidaire du carter 8 et un actionneur 28, en l’espèce un vérin, monté à rotation, par deux extrémités, sur chacun du premier support 24 et du second support 26. Lorsque l’actionneur 28 est actionné, il induit à l’anneau 10 de commande un mouvement de rotation autour de l’axe A longitudinal du carter 8 qui, comme expliqué ci-avant, provoque la rotation des aubes 4 par l’intermédiaire des biellettes 12.
On comprend ainsi qu’un seul moyen 14 de pilotage est utilisé pour chaque anneau 10 de commande. Cela permet notamment de réduire l’encombrement de l’ensemble 2 et de limiter le poids de cet ensemble 2.
L’on se réfère maintenant à la figure 3.
Le mouvement de l’anneau 10 de commande, lors du calage des aubes 4, est alors une combinaison d’une rotation autour de l’axe A longitudinal, induite par le moyen 14 de pilotage, et d’une translation T le long du même axe A longitudinal, induite par les biellettes 12 qui sont indéformables.
La présence d’un unique moyen 14 de pilotage pour chaque anneau et le mouvement combiné de l’anneau 10 de commande induit alors un déversement de l’anneau 10 de commande. On définit le déversement comme une déformation incontrôlée de l’anneau 10 de commande, dans le cas présent un vrillage de l’anneau 10 de commande. On voit, par la représentation en pointillés de l’anneau 10 de commande sur la figure 3, que le déversement est maximal en une portion radialement opposée au premier support 24 solidaire de l’anneau 10 de commande. Ce déversement maximal est la conséquence du mouvement axial des biellettes 12 qui tendent à faire se déplacer axialement l’anneau 10 de commande plus que nécessaire, notamment à cause de l’indéformabilité des biellettes 12. Au contraire, le déversement de l’anneau 10 de commande est nul ou quasi nul au niveau du moyen 14 de pilotage qui guide l’anneau 10 de commande dans son déplacement. Ainsi, il parait évident que doubler le nombre de moyens 14 de pilotage, en les opposant l’un à l’autre, serait une solution envisageable pour limiter le déversement de l’anneau 10 de commande, toutefois, l’utilisation de deux moyens 14 de pilotage augmente le poids de la turbomachine et, surtout, augmente l’encombrement de l’ensemble 2.
Sur la figure 3, l’anneau 10 en position dite normale, c’est-à-dire sans déversement, est référencé 10a et l’anneau 10 déversé est référencé 10b.
Comme on le voit sur les figures 4 et 5, l’ensemble 2 comprend un organe 30 à liaison glissière. Tel qu’illustré sur les figures, l’organe 30 à liaison glissière est en l’espèce un vérin 30 passif, ci-après vérin 30, dont une première extrémité 32 est reliée par une liaison pivot glissant sur l’anneau 10 de commande et une seconde extrémité 34 est reliée par une liaison rotule sur le carter 8, autour d’axes A2, A3 respectivement, sensiblement radiaux passant par la première extrémité 32 et la seconde extrémité 34 respectivement. Il est entendu que les axes A2, A3 sont radiaux lorsque les biellettes 12 sont sensiblement parallèles à l’axe A de la turbomachine 6.
On entend par passif que le vérin 30 n’est pas piloté ou commandé.
Le vérin 30 est alors circonférentiellement opposé au moyen 14 de pilotage pour limiter le déversement de l’anneau 10 de commande comme nous le verrons ci-après. Ce vérin 30 permet alors de limiter le déplacement axial de l’anneau 10 de commande sur le carter 8 au déplacement axial induit par l’actionneur 28, c’est-à-dire le vérin de pilotage. Lorsque l’anneau 10 de commande est entraîné en rotation, un éventuel déversement est contré par le déplacement à translation de la tige 38 dans le corps 36 du vérin 30 de sorte que le déversement est interrompu. Le vérin 30 comprend un corps 36 portant la première extrémité 32 et dans lequel est montée à translation une tige 38 portant la seconde extrémité 34.
Comme on le voit plus en détail sur la figure 6, la première extrémité 32 du vérin 30 est montée en liaison pivot glissant dans une chape 40 d’un premier organe 42 de support solidaire de l’anneau 10 de commande et la seconde extrémité 34 du vérin 30 est reliée par une liaison 44 rotule à un second organe 46 de support solidaire du carter 8.
La liaison 44 rotule permet que le vérin 30 puisse suivre le mouvement de l’anneau 10 de commande. En effet, étant donné que le vérin 30 est solidaire de l’anneau 10 de commande en un point fixe, la trajectoire de la première extrémité 32 du vérin 30 est la combinaison d’un mouvement de translation T le long de l’axe A longitudinal et de rotation autour de l’axe A longitudinal. La liaison 44 rotule permet ainsi d’éviter un hyper-statisme du vérin 30, qui serait nuisible à son fonctionnement et pourrait provoquer sa rupture dans le pire des cas.
Avantageusement, le premier organe 42 de support est agencé axialement en aval (ou en amont respectivement) des biellettes 12 et le second organe 46 de support est agencé en amont (ou en aval respectivement) des biellettes 12. On précisera que par axialement on entend suivant une direction axiale, c’est-à-dire le long de l’axe A longitudinal.
Un tel agencement permet notamment un gain de compacité de l’ensemble 2 et un gain de poids puisque le vérin 30 est passif, donc plus simple de conception, de réalisation et plus faible en poids qu’un vérin piloté.
Les organes 42, 46 de support sont des pièces rapportées sur le carter 8 et l’anneau 10 de commande et fixés notamment au moyen de boulons 48, c’est-à-dire par un ensemble vis et écrou, par rivetage ou par soudage par exemple.
Avantageusement, le second organe 46 de support est solidarisé à une bride 50 du carter 8.
La figure 7 montre, de manière schématique, la position du vérin 30 passif pour une position maximal d’écartement de l’anneau 10 de commande par rapport au carter 8 et, en pointillés, deux positions du vérin 30 pour une position d’écartement minimal dudit anneau 10 de commande.
Lorsque l’anneau 10 de commande est en position maximale d’écartement, les aubes 4 sont dans une orientation angulaire convenant à une majorité de phases d’utilisation de la turbomachine et les biellettes 12 sont sensiblement parallèles à l’axe 1 longitudinal. Pour certaines phases d’utilisation de la turbomachine, il est nécessaires que les aubes 4 aient une orientation particulière pouvant aller jusqu’à une orientation maximale dans laquelle le vérin 30 de l’ensemble forme un angle a avec l’axe A longitudinal. La couverture angulaire du vérin 30 est donc égale à deux fois a, c’est-à-dire le déplacement de chaque côté de l’axe A longitudinal. De préférence, a est compris entre -30° en ouverture et + 30° en fermeture.
On retiendra que dans la majorité des cas, le vérin 30 est sensiblement parallèle à l’axe A longitudinal.
Selon un aspect, le vérin 30 est un vérin de freinage à gaz ou à ressorts qui freine les mouvements d’entrée et de sortie de la tige 38 dans le corps 36 de sorte à limiter la déformation de l’anneau 10 lorsqu’il est déplacé par l’actionneur 28. Dans le cas d’un vérin à ressort, le tarage du ressort sera choisi en conséquence pour régler la vitesse de déplacement de la tige 38 du vérin 30 par rapport au corps 36, afin d’autoriser le déplacement axial de l’anneau 10 de commande tout en le contrôlant. En revanche, dans le cas d’un ressort à gaz, ce sont les soupapes d’évacuation du gaz du corps 36 du vérin 30 qui détermineront la vitesse de déplacement de la tige 38 par rapport au corps 36.
Lors du fonctionnement de la turbomachine, lorsque le moyen 14 de pilotage est activé, l’actionneur 28 fait pivoter l’anneau 10 de commande autour de l’axe A longitudinal, l’anneau 10 de commande entraîne alors, à son tour, les biellettes 12 qui font pivoter les aubes 4.
En pivotant autour de l’axe A1 des écrous 18 des aubes 4, les biellettes 12 ont tendance à déplacer l’anneau 10 de commande de manière incontrôlée par rapport au déplacement induit par le moyen 14 de pilotage. Le vérin 30 permet alors de contrôler le déplacement de l’anneau 10 de commande, de telle sorte que la translation le long de l’axe A longitudinal soit sensiblement identique en tout point de l’anneau 10 de commande.
Ainsi, il n’y a pas de déversement de l’anneau 10 de commande et, donc, pas de risque de rupture de l’anneau 10 de commande ni de besoin d’une maintenance préventive ou curative sur l’ensemble de la turbomachine 6.
De plus, l’utilisation d’un vérin 30, permet de limiter l’encombrement de l’ensemble 2 et donc de la turbomachine 6, par rapport à l’utilisation d’un second moyen 14 de pilotage circonférentiellement opposé au premier.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Ensemble (2), en particulier pour la commande d’aubes (4) à calage variable dans une turbomachine (6) comprenant un anneau (10) de commande entourant un carter (8) de la turbomachine (6) et relié par des biellettes (12) aux aubes (4) à calage variable, et un moyen (14) de pilotage à rotation de l’anneau (10) de commande autour du carter (8), caractérisé en ce qu’il comprend un organe (30) passif à liaison glissière ayant une première extrémité (32) reliée par une liaison pivot glissant à l’anneau (10) de commande et une seconde extrémité (34) reliée par une liaison rotule au carter (8).
  2. 2. Ensemble (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’organe (30) passif est agencé circonférentiellement sensiblement à l’opposé du moyen (14) de pilotage de l’anneau.
  3. 3. Ensemble (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’organe (30) passif comprend un corps (36) portant la première extrémité (32) et dans lequel est monté à translation une tige (38) portant la seconde extrémité (34).
  4. 4. Ensemble (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première extrémité (32) de l’organe (30) passif est montée à rotation et à translation autour et selon un axe (A3) radial dans une chape (40) d’un premier organe (42) de support solidaire de l’anneau (10) de commande.
  5. 5. Ensemble (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde extrémité (34) de l’organe (30) passif est reliée par une liaison (44) rotule à un second organe (46) de support solidaire du carter (8).
  6. 6. Ensemble (2) selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le premier organe (42) de support est agencé en aval (ou en amont respectivement) des biellettes (12) et le second organe (46) de support est agencé en amont (ou en aval respectivement) des biellettes (12).
  7. 7. Ensemble (2) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la seconde extrémité (34) de l’organe (30) passif est reliée à une bride (50) du carter (8).
  8. 8. Ensemble (2) selon l’une quelconque des revendications 5 précédentes dans lequel l’organe (30) passif est un vérin de freinage.
  9. 9. Ensemble (2) selon la revendication 8 dans lequel le vérin de freinage est un vérin à gaz ou un vérin à ressorts.
  10. 10. Turbomachine (6), telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un
    10 ensemble (2) selon l’une des revendications 1 à 9.
    1/3
    ΛθΟ6
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