FR3066781A1 - Aubage fixe a section variable de turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un aubage fixe à section variable de turbomachine comprenant, une pluralité d'aubes (15) interposées entre deux faces (16, 17) de guidage écartées l'une de l'autre, un mécanisme (22, 23) de contrôle de position angulaire des aubes, un équipage (22) mobile s'étendant dans un logement (21) ménagé à l'extérieur de la première face (16) de guidage et du passage de fluide de l'aubage fixe, et une pluralité d'entretoises (32) interposées entre les deux faces (16, 17) de guidage, chaque entretoise s'étendant dans un arbre de transmission creux accouplé à une aube (15) et à l'équipage mobile et étant adaptée pour maintenir une paroi (19) d'appui écartée de la deuxième face (17) de guidage d'une distance minimum supérieure à la longueur de l'arbre de transmission.

Description

AUBAGE FIXE À SECTION VARIABLE DE TURBOMACHINE L'invention concerne un aubage fixe à section variable d’une turbomachine, et une turbomachine équipée d’au moins un tel aubage fixe. Elle concerne plus particulièrement un aubage fixe à section d’injection variable de turbine et une turbine comprenant au moins un tel aubage fixe.

Dans tout le texte, on désigne de façon usuelle par « turbomachine » toute machine traversée par un fluide réceptrice (turbine) et/ou génératrice (compresseur, soufflante, ventilateur, pompes) d’énergie fluidique, comprenant un stator et au moins une roue montée rotative par rapport au stator autour d’un axe principal de la machine. Chaque roue est dotée d’un aubage (assemblage d’une pluralité d’aubes), dit aubage mobile, et est en communication de fluide avec un aubage, dit aubage fixe, solidaire du stator. Selon les applications, une turbomachine peut être : axiale ou radiale ; à fluide incompressible (liquide) ou à fluide compressible (air, gaz, vapeurs...). En outre, l’expression « lié rigidement » appliquée à deux organes mécaniques couvre aussi bien tout assemblage rigide d’une pièce formant l’un des organes mécaniques par rapport à une autre pièce formant l’autre organe mécanique, que le fait que les deux organes mécaniques soient formés d’une seule et même pièce rigide moulée ou usinée à partir d’un même bloc de matériau.

En particulier, une turbine est une turbomachine réceptrice d’énergie fluidique comprenant un stator et au moins une roue montée rotative par rapport au stator autour d’un axe principal de la turbine. Chaque roue est dotée d’un aubage mobile alimenté en fluide à partir d’un aubage fixe d’injection solidaire du stator. De même, un compresseur est une turbomachine génératrice d’énergie fluidique comprenant un stator et au moins une roue montée rotative par rapport au stator autour d’un axe principal du compresseur. Chaque roue est dotée d’un aubage mobile délivrant le fluide dans un aubage fixe diffuseur solidaire du stator. Une turbomachine peut également être un turbocompresseur, c’est-à-dire combiner les fonctions de turbine et de compresseur et présenter alors un aubage fixe d’injection de la turbine et un aubage fixe diffuseur du compresseur.

On connaît déjà des turbines dans lesquelles au moins un aubage fixe présente une section variable, et comprend à cet effet : - deux faces (transversales radiales (par rapport à l’axe principal de la turbine) dans le cas d’une turbine radiale ; cylindriques coaxiales (autour de l’axe principal de la turbine) dans le cas d’une turbine axiale), dites faces de guidage, écartées l’une de l’autre et agencées pour former entre elles un passage d’injection de fluide apte à alimenter un aubage mobile de la turbine, - une pluralité d’aubes interposées entre les deux faces de guidage dans ledit passage d’injection, agencées de façon à former, dans le passage d’injection entre elles deux à deux et entre les deux faces de guidage, une pluralité de canaux, - chaque aube étant montée rotative selon un axe de rotation sécant aux faces de guidage, de telle sorte qu’une modification de position angulaire de l’aube entraîne une modification des caractéristiques géométriques de chaque canal délimité par cette aube, - un mécanisme de contrôle de position angulaire des aubes.

Dans un tel aubage fixe à section d’injection variable, un jeu doit nécessairement être ménagé entre les faces de guidage et les aubes de l’aubage fixe pour permettre le mouvement de rotation des aubes et l’ajustement de la section d’injection du passage d’injection sous l’effet du mécanisme de contrôle. Néanmoins, ce jeu entraîne nécessairement des fuites de fluide et une perturbation de l’écoulement principal du fluide à travers l’aubage fixe, et donc des réductions de performance de l’aubage fixe, et, par voie de conséquence, de la turbine. Il est donc nécessaire d’une part de minimiser la valeur du jeu, mais d’autre part d’assurer les possibilités de modification de position angulaire des aubes sous l’effet du mécanisme de contrôle. Or, ce problème se pose avec d’autant plus d’acuité que les éléments constitutifs d’une turbomachine sont soumis à des contraintes thermiques particulièrement sévères (gradients de température, variations de température et de gradients de température selon les conditions de fonctionnement), de sorte qu’il est difficile de maîtriser de tels jeux par une simple précision de fabrication et de construction. Différents dispositifs connus visent à résoudre ce problème technique général.

Dans un premier type de solutions connues, les faces de guidage sont rappelées élastiquement au contact des aubes, par exemple sous l’effet d’au moins un ressort de rappel. En variante ou en combinaison, les aubes peuvent être dotées de lames mobiles venant au contact des faces de guidage pour limiter les fuites. Ces solutions présentent l’inconvénient d’entraîner des frottements et des usures qui nuisent au rendement de la machine et à sa longévité.

Dans un deuxième type de solutions connues, qui peut être combiné au précédent, des entretoises sont interposées entre les deux faces de guidage pour les maintenir écartées l’une de l’autre d’une distance minimale correspondant à la longueur des entretoises.

Lorsque le mécanisme de contrôle est accouplé à chaque aube par un arbre de transmission coaxial à l’axe transversal de l’aube, les entretoises sont placées dans le passage d’injection, et sont donc susceptibles de perturber l’écoulement du fluide, au détriment des performances de l’aubage fixe.

Si les entretoises sont placées à l’intérieur de certaines aubes de l’aubage fixe, il est alors nécessaire de décentrer la transmission entre le mécanisme de contrôle et chaque aube par rapport à l’axe de rotation de l’aube, ce qui nécessite donc au moins un autre axe cinématique de rotation, au détriment d’une complexité mécanique, d’une augmentation du nombre des pièces mobiles, et donc des frottements et des usures dans la turbomachine.

Par ailleurs, il est à noter que dans ces solutions connues, l’aubage fixe ne permet pas d’assurer une fonction de confinement de l’aubage mobile en cas de séparation d’une aube ou d’explosion de l’aubage. En effet, les aubes de l’aubage fixe sont des pièces en alliage léger insuffisantes à elles seules pour assurer cette fonction de confinement. En outre, dans le deuxième type de solutions connues susmentionné, le nombre d’entretoises est insuffisant pour assurer la fonction de confinement. Or, il est souhaitable, à l’instar des aubage fixe à section d’injection non variable dont les aubes sont fixées par des vis ou boulons en acier, d’assurer cette fonction de confinement à des fins de sécurité. L'invention vise donc à pallier l’ensemble de ces inconvénients en proposant un aubage fixe ( c’est-à-dire solidaire du stator) à section variable dans lequel les jeux de fonctionnement sont parfaitement maîtrisés sans aucune perturbation de l’écoulement du fluide dans le passage de fluide ménagé par l’aubage fixe, et ce avec un mécanisme de contrôle de la position angulaire des aubes accouplé à chaque aube par un arbre de transmission coaxial à l’axe transversal de rotation de l’aube.

Elle vise ainsi à proposer un aubage fixe à section variable qui soit particulièrement fiable, simple, peu coûteux, de grande longévité et présente un bon rendement dans toutes les conditions de fonctionnement.

Elle vise également à proposer un tel aubage fixe qui puisse assurer une fonction de confinement de l’aubage mobile en cas de rupture au moins partielle de ce dernier. L’invention vise plus particulièrement à proposer un aubage fixe à section d’injection variable de turbine présentant les mêmes avantages. L’invention vise également à proposer une turbomachine -notamment une turbine- présentant les mêmes avantages. L'invention concerne donc un aubage fixe à section variable de turbomachine comprenant : - deux faces, dites faces de guidage, écartées l’une de l’autre et agencées pour former entre elles un passage de fluide en communication de fluide avec un aubage mobile de la turbomachine, - une pluralité d’aubes interposées entre les deux faces de guidage dans ledit passage de fluide, agencées de façon à former, dans le passage de fluide entre elles deux à deux et entre les deux faces de guidage, une pluralité de canaux, - chaque aube étant montée rotative par rapport aux faces de guidage de telle sorte qu’une modification de position angulaire de l’aube entraîne une modification des caractéristiques géométriques de chaque canal délimité par cette aube, - un mécanisme de contrôle de position angulaire des aubes, - une pluralité d’entretoises agencées de façon à maintenir les deux faces de guidage écartées l’une de l’autre, - chaque entretoise s’étendant à travers une aube, caractérisé en ce que : - ledit mécanisme comprend : o un équipage mobile s’étendant dans un logement ménagé à l’extérieur dudit passage de fluide, ce logement étant disposé entre l’une des deux faces de guidage, dite première face de guidage, et une paroi, dite paroi d’appui, écartée à distance constante de ladite première face de guidage, à l’opposé de l’autre face de guidage, dite deuxième face de guidage, o pour chaque aube traversée par une entretoise, un arbre de transmission creux accouplé à l’aube et à l’équipage mobile de façon à permettre un contrôle de la position angulaire de l’aube par l’équipage mobile, cet arbre de transmission creux présentant une première extrémité axiale débouchante du côté de ladite paroi d’appui, et une deuxième extrémité axiale débouchante du côté de la deuxième face de guidage, - chaque entretoise s’étend à l’intérieur de l’arbre de transmission creux d’une aube, débouche axialement au-delà de chaque extrémité axiale de l’arbre de transmission creux, et est adaptée pour maintenir la deuxième face de guidage écartée de ladite paroi d’appui d’une distance minimum déterminée par la longueur axiale de cette entre toi se.

Dans un aubage fixe selon l’invention, chaque entretoise s’étendant à l’intérieur d’un arbre de transmission creux d’une aube n’interfère pas avec l’écoulement du fluide dans le passage de fluide. Néanmoins, le jeu de fonctionnement permettant la rotation de chaque aube pour l’ajustement de la section de l’aubage est parfaitement contrôlé et le montage de chaque aube reste particulièrement simple. Le mécanisme de contrôle de position angulaire est également simple et fiable.

La position angulaire de chaque aube est ainsi contrôlée par ce mécanisme, et en particulier par l’équipage mobile permettant, via l’arbre de transmission de chaque aube, d’une part un entraînement en rotation de l’aube pour un ajustement de sa position angulaire et un maintien de la position angulaire de l’aube ainsi ajustée. Cet équipage mobile est lui-même contrôlé en position et mis en mouvement par tout dispositif d’actionnement motorisé, lui-même piloté par un automatisme approprié permettant de faire varier la section de l’aubage fixe de la turbomachine en fonction de diverses conditions de fonctionnement de cette dernière, selon toute variante bien connue en soi.

Dans un aubage fixe selon l’invention, chaque entretoise coopère d’un côté avec une portion de ladite paroi d’appui qui s’étend axialement en regard et au-delà de la première extrémité axiale de l’arbre de transmission creux, et, de l’autre côté, avec une portion de paroi formant ladite deuxième face de guidage qui s’étend axialement en regard et au-delà de la deuxième extrémité axiale de l’arbre de transmission creux. Ainsi, l’entretoise maintient ladite portion de ladite paroi d’appui écartée de ladite portion de paroi formant ladite deuxième face de guidage d’une distance minimum supérieure à la longueur de l’arbre de transmission. L’arbre de transmission creux étant accouplé à la fois à l’aube et à l’équipage mobile, traverse nécessairement la première face de guidage. En conséquence ladite portion de ladite paroi d’appui qui s’étend au-delà de la première extrémité axiale de l’arbre de transmission creux s’étend également nécessairement au-delà de ladite première face de guidage, du côté opposé à la deuxième face de guidage. Ainsi, en particulier, dans un aubage fixe selon l’invention chaque entretoise ne coopère pas directement par contact avec la première face de guidage, ni avec une portion de pièce interposée entre cette première face de guidage et ledit logement. Plus particulièrement, chaque entretoise n’est pas interposée directement en butée axiale entre les deux faces de guidage. Néanmoins, la première face de guidage étant écartée à distance constante de la paroi d’appui -notamment liée rigidement à ladite paroi d’appui- est donc solidaire de ladite paroi d’appui, de sorte que l’entretoise qui est adaptée pour maintenir la paroi d’appui écartée de la deuxième face de guidage d’une distance minimum, maintient de ce fait également la première face de guidage écartée de la deuxième face de guidage d’une distance minimum, permettant ainsi de contrôler le jeu d’écartement entre les deux faces de guidage.

Chaque entretoise présente donc une première extrémité axiale s’étendant axialement au-delà de la première extrémité axiale de l’arbre de transmission creux, cette première extrémité axiale de l’entretoise coopérant avec ladite paroi d’appui (par contact de butée axiale, ou en étant formé d’une seule et même pièce que cette paroi d’appui). Chaque entretoise présente également une deuxième extrémité axiale s’étendant axialement au-delà de la deuxième extrémité axiale de l’arbre de transmission creux, cette deuxième extrémité axiale de l’entretoise coopérant avec ladite paroi formant ladite deuxième face de guidage (par contact de butée axiale, ou en étant formée d’une seule et même pièce que cette paroi formant ladite deuxième face de guidage).

Chaque entretoise coopère avec ladite paroi d’appui et avec ladite paroi formant ladite deuxième face de guidage de façon à maintenir ladite paroi d’appui écartée de la deuxième face de guidage de ladite distance minimum déterminée de façon à ménager un jeu de fonctionnement pour le mécanisme de contrôle et sa transmission. Toute variante de réalisation de cette coopération peut être envisagée dans un aubage fixe selon l’invention dès lors que cette fonction d’écartement de ladite distance minimum est assurée par cette coopération. En particulier, il suffit que ladite entretoise soit rigide en compression axiale, coopère avec ladite paroi d’appui et avec ladite paroi formant ladite deuxième face de guidage à chacune de ses extrémités axiales (forme une butée axiale ou soit formé d’une seule et même pièce que la paroi d’appui et/ou que la paroi formant ladite deuxième face de guidage) pour exercer cette fonction, et soit compatible avec le montage mécanique de l’ensemble.

Ainsi, de nombreuses variantes de réalisation et d’assemblage peuvent être envisagées entre chaque entretoise et ladite paroi d’appui et ladite paroi formant la deuxième face de guidage, ces différentes variantes d’assemblage assurant cette fonction d’écartement. Ainsi, une telle entretoise peut être choisie parmi un cylindre, un goujon ou une tige filetée (présentant des extrémités filetées coopérant avec des écrous ou des taraudages), une vis, un boulon, un rivet, une tige rigide formée d’une seule pièce avec ladite paroi d’appui et/ou avec ladite paroi formant la deuxième face de guidage et une combinaison de telles structures.

Par ailleurs, dans un aubage fixe selon l’invention, toutes les aubes peuvent être dotées d’un arbre de transmission creux recevant une entretoise. En variante, seulement une partie des aubes est dotée d’un arbre de transmission creux recevant une entretoise, une autre partie des aubes étant dotée d’un arbre de transmission accouplé à l’aube et audit équipage mobile mais qui n’est pas nécessairement creux.

Chaque aube d’un aubage fixe selon l’invention est guidée en rotation entre les deux faces de guidage selon un axe théorique de rotation sécant avec les faces de guidage, notamment normal aux deux faces de guidage (orthogonal aux deux faces de guidage lorsque ces dernières sont planes ; orthogonal à la tangente à chaque face de guidage lorsque ces dernières sont cylindriques de révolution coaxiales autour de l’axe principal de la turbomachine). Rien n’empêche dans certains modes de réalisation possibles d’un aubage fixe selon l’invention que chaque aube soit guidée en rotation selon cet axe théorique de rotation entre les deux faces de guidage par ledit arbre de transmission de l’aube, ce dernier étant guidé en rotation, par exemple par des paliers ou roulements, par rapport respectivement à la paroi d’appui et à la paroi formant la deuxième face de guidage.

Cela étant, dans certains modes de réalisation préférentiels de l’invention chaque aube est montée rotative par rapport auxdites faces de guidage par un axe (tige rigide matérialisant ledit axe théorique de rotation) traversant cette aube et lié rigidement à ladite pièce formant la deuxième face de guidage et à ladite paroi d’appui, ledit mécanisme contrôlant la position angulaire de chaque aube autour de cet axe. En outre, l’arbre de transmission creux de chaque aube traversée par une entretoise est traversé axialement par l’axe de cette aube. Ainsi, l’aube est guidée en rotation par le fait que l’arbre de transmission est guidé en rotation autour de l’axe de l’aube, ce dernier s’étendant à l’intérieur de l’arbre de transmission. L’axe de chaque aube est lié rigidement à ladite paroi formant la deuxième face de guidage et à ladite paroi d’appui, et donc à des parois solidaires des deux faces de guidage, respectivement. Avantageusement et selon l’invention, l’axe de chaque aube, ainsi que la paroi formant la deuxième face de guidage et la paroi d’appui, sont en acier, notamment en acier à haute résistance, permettant d’assurer le confinement de l’aubage mobile de la turbomachine en cas de rupture au moins partielle de ce dernier.

Rien n’empêche que l’axe d’au moins une aube soit formé d’une seule et même pièce que ladite paroi formant la deuxième face et/ou que la paroi d’appui. Bien entendu, pour permettre le montage après fabrication de l’aube autour de son axe, l’une au moins de ladite paroi formant la deuxième face de guidage et de la paroi d’appui n’est pas formée d’une seule et même pièce que l’axe de l’aube mais est au contraire assemblée à l’axe de l’aube, notamment par un assemblage formant encastrement. En variante, il est possible de fabriquer l’aube directement montée autour de son axe, par fabrication additive (impression tridimensionnelle).

De même, chaque entre toise peut être formée d’une pièce distincte de la paroi formant la deuxième face et de la paroi d’appui ; ou d’une seule et même pièce avec la paroi formant la deuxième face ; ou d’une seule et même pièce avec la paroi d’appui ; ou d’une seule et même pièce avec la paroi formant la deuxième face et avec la paroi d’appui (par fabrication additive).

Dans certains modes de réalisation possibles selon l’invention, l’axe de chaque aube est formé d’une tige rigide rapportée assemblée par vissage à la paroi d’appui et/ou à ladite paroi formant la deuxième face de guidage, cette tige rigide étant choisie parmi une vis, un boulon et un goujon.

En outre, dans certains modes de réalisation possibles de l’invention, chaque entretoise est formée par l’axe de l’aube traversée par cette entretoise, cet axe étant formé par exemple par une vis ou un goujon fileté à ses deux extrémités. Ainsi, l'entretoise et l'axe de l'aube sont formés d'une seule et même pièce. Chaque extrémité filetée de l’axe de l’aube est assemblée par un écrou ou un taraudage à la paroi d’appui ou à la dite paroi formant la deuxième face de guidage. S’il s’agit d’un écrou, cette extrémité filetée présente un épaulement radial venant en butée axiale contre un épaulement en regard de la paroi d’appui ou de ladite paroi formant la deuxième face de guidage, de façon à maintenir l’écartement selon ladite distance minimum. S’il s’agit d’un taraudage, une telle butée axiale par épaulement n’est pas nécessaire, la liaison d’une extrémité filetée avec un tel taraudage permet un blocage axial selon les deux directions axiales de l’axe, et donc maintient l’écartement selon ladite distance minimum.

Selon d’autres modes de réalisation possibles d’un aubage fixe selon l’invention, chaque entretoise est un cylindre s’étendant autour de l’axe d’une aube, ce cylindre étant interposé entre la paroi formant la deuxième face de guidage et la paroi d’appui de façon à maintenir cette paroi d’appui et ladite première face de guidage écartées de la deuxième face de guidage d’une distance minimum déterminée par la longueur de ce cylindre. Ainsi, dans ces modes de réalisation, l’arbre de transmission creux d’une aube s’étend autour de l’entretoise qui s’étend autour de l’axe de l’aube. Une telle entretoise est une pièce distincte de l’axe de l’aube, qui traverse l’aube et donc n’interfère pas avec l’écoulement de fluide dans le passage de fluide et est compatible avec un guidage en rotation de l’aube par un arbre de transmission creux coaxial à l’entretoise et à l’axe de l’aube.

Avantageusement et selon l’invention chaque entretoise coopère en butée axiale d’un côté contre ladite deuxième face de guidage et, de l’autre côté, contre une face, dite troisième face, de la paroi d’appui, cette troisième face étant orientée à l’opposé de ladite deuxième face de guidage de façon à maintenir l’écartement selon ladite distance minimum déterminée par la longueur de l’entretoise. Ainsi, l’axe de chaque aube traversée par une entretoise est lié rigidement au moins axialement à une paroi formant ladite deuxième face de guidage et à ladite paroi d’appui de façon à serrer l’entretoise entre la deuxième face de guidage et une face, dite troisième face, de la paroi d’appui, cette troisième face étant orientée à l’opposé de ladite deuxième face de guidage. En particulier, la longueur de l’entretoise est supérieure à la longueur de l’arbre de transmission de façon à ménager un jeu de fonctionnement pour le mécanisme de contrôle et sa transmission.

Avantageusement, l’entretoise est également adaptée pour guider l’arbre de transmission en rotation. Rien n’empêche cependant en variante ou en combinaison que l’arbre de transmission creux soit guidé en rotation autrement que par l’entretoise, par exemple par des paliers à ses extrémités ou en partie médiane de l’arbre de transmission, l’arbre de transmission étend guidé en rotation par rapport à la paroi d’appui et/ou par rapport à la paroi formant la deuxième face de guidage et/ou par rapport à une paroi formant la première face de guidage.

Par ailleurs, dans certains modes de réalisation avantageux un aubage fixe selon l’invention comporte une structure formant joint labyrinthe entre l’arbre de transmission de chaque aube et une pièce formant ladite première face de guidage. De même, un aubage fixe selon l’invention comporte une structure formant joint labyrinthe entre l’arbre de transmission de chaque aube et ladite pièce formant ladite deuxième face de guidage.

Une telle structure formant joint labyrinthe ou joint à chicanes peut être formée d’au moins un passage radial ménagé entre deux faces radiales en regard l’une de l’autre, l’une étant solidaire en rotation de l’arbre de transmission, l’autre étant lié rigidement à la dite pièce. Une telle structure formant joint labyrinthe présente en général une pluralité de tels passages radiaux formés par une pluralité de nervures radiales intercalées les unes dans les autres. Elle permet, sans contact relatif, de limiter les fuites de fluide le long de l’arbre de transmission du côté de la première face de guidage et/ou du côté de la deuxième face de guidage.

Les dites faces de guidage d’un aubage fixe selon l’invention sont des faces fixes de la turbomachine, c’est-à-dire des faces liées rigidement au stator de la turbomachine. Cela étant, l’invention s’applique aussi bien à un aubage fixe de turbomachine radiale qu’à un aubage fixe de turbomachine axiale.

Ainsi, avantageusement et selon l’invention, la turbomachine étant une turbomachine radiale comprenant au moins un aubage mobile autour d’un axe de rotation, lesdites faces de guidage sont des faces planes radiales par rapport à l’axe de rotation de la turbomachine.

De même, avantageusement et selon l’invention, la turbomachine étant une turbomachine axiale comprenant au moins un aubage mobile autour d’un axe de rotation, lesdites faces de guidage sont des faces cylindriques de révolution autour de l’axe de rotation de la turbomachine. L'invention s'étend également à une turbomachine -notamment à une turbomachine à air- comprenant au moins un aubage fixe à section variable selon l’invention. Elle s’étend en particulier à une turbine -notamment à une turbine à air-comprenant au moins un aubage fixe à section variable selon l’invention. L'invention concerne également un aubage fixe à section variable et une turbomachine caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est un schéma en demi coupe axiale d’un exemple de turbine radiale selon l’invention, - la figure 2 est un détail de la figure 1 illustrant le montage d’une aube de l’aubage fixe de la turbine selon un premier mode de réalisation de l’invention, - la figure 3 est un schéma en coupe transversale de la figure 1, - la figure 4 est un schéma illustrant un deuxième mode de réalisation d’un aubage fixe selon l’invention, - la figure 5 est un schéma illustrant un troisième mode de réalisation d’un aubage fixe selon l’invention, - la figure 6 est un schéma illustrant un quatrième mode de réalisation d’un aubage fixe selon l’invention.

La turbine selon l’invention représentée figure 1 est une turbine radiale comprenant un corps formant un stator 10, une volute d’entrée 11 alimentant un aubage 12 fixe par rapport au stator 10, cet aubage 12 fixe étant disposé pour alimenter une roue 13 d’aubage mobile en rotation par rapport au stator 10 autour d’un axe 14 principal de la turbine. L’aubage 12 fixe est un aubage à section d’injection variable. Il comprend une pluralité d’aubes 15 montées entre deux faces 16, 17 de guidage fixes par rapport au stator 10 et écartées l’une de l’autre pour former entre elles un passage d’injection de fluide vers la roue 13. Les faces 16, 17 de guidage sont des faces planes radiales par rapport à l’axe 14 principal de la turbine.

Les aubes 15 de l’aubage fixe sont réparties autour de la roue 13 et interposées entre les deux faces 16, 17 de guidage dans ledit passage d’injection de façon à former, dans ce dernier entre elles deux à deux et entre les deux faces 16, 17 de guidage, une pluralité de canaux d’injection délivrant le fluide radialement vers la roue 13. L’une des faces de guidage, dite première face 16 de guidage, est formée par un flasque 18 radial annulaire solidaire du stator 10. Ce flasque 18 annulaire est fixé rigidement, par exemple par des vis ou boulons, à une paroi 19 d’appui formée par un flasque radial. Un logement 21 annulaire est ménagé entre le flasque 18 annulaire et la paroi 19 d’appui à l’extérieur dudit passage d’injection, du côté et à l’extérieur de la première face 16 de guidage, le flasque 18 annulaire formant la première face 16 de guidage séparant cette première face 16 de guidage de ce logement 21 annulaire.

Ce logement 21 annulaire s’étend entre une face, dite troisième face 25, radiale annulaire de la paroi 19 d’appui orientée dans le même sens que la première face 16 de guidage, et une face, dite quatrième face 26, radiale annulaire du flasque 18 annulaire opposée à la première face 16 de guidage et orientée en sens opposé à cette dernière. L’autre face de guidage, dite deuxième face 17 de guidage, est formée par un flasque 20 radial annulaire qui est constitué d’une portion de paroi délimitant la volute d’entrée 11 de la turbine.

Le logement 21 annulaire reçoit un équipage 22 mobile adapté pour recevoir et transmettre à chacune des aubes 15 de l’aubage fixe, un mouvement moteur d’entraînement en rotation de ces aubes 15, et pour contrôler la position angulaire de chacune des aubes 15.

Chaque aube 15 est accouplée, solidaire en rotation, d’un arbre 23 de transmission creux qui est également accouplé à l’équipage 22 mobile de telle sorte que cet équipage 22 mobile contrôle la position angulaire de l’arbre 23 de transmission creux et de l’aube 15, c’est-à-dire peut entraîner en rotation cet arbre 23 de transmission creux ou le maintenir dans une position angulaire prédéterminée. Cet accouplement en rotation de l’aube 15 par rapport à l’arbre 23 de transmission peut être obtenu de toute façon appropriée, par exemple par clavetage, cannelures, soudure, usinage dans un même bloc... il en va de même de l’accouplement de l’arbre 23 de transmission par rapport à l’équipage 22 mobile. L’arbre 23 de transmission creux s’étend entre l’équipage 22 mobile et l’aube 15, et donc traverse la première face 16 de guidage et un alésage ménagé à travers le flasque 18 formant cette première face 16 de guidage. L’arbre 23 de transmission creux comprend un alésage interne cylindrique de révolution autour d’un axe 24 théorique orthogonal aux faces 16, 17 de guidage, qui constitue aussi un axe théorique de rotation de cet arbre 23 de transmission et de l’aube 15 correspondante.

Cet alésage interne de l’arbre 23 de transmission creux est traversé axialement par un axe (tige rigide), dit axe 27 d’aube, fixé au flasque 20 présentant la deuxième face 17 de guidage et à la paroi d’appui 19, cet axe 27 d’aube matérialisant l’axe 24 théorique de rotation de l’aube 15 et déterminant la position de cet axe 24 théorique de rotation de l’aube 15 par rapport aux deux faces de guidage 16, 17.

Avantageusement, chacun des axes 27 d’aube de chacune des aubes 15, ainsi que le flasque 20 présentant la deuxième face 17 de guidage et la paroi 19 d’appui sont formées en alliage métallique à haute résistance, par exemple en acier, de façon à pouvoir résister à une rupture au moins partielle de l’aubage mobile et à retenir les éventuelles débris ou pièce libres résultant d’une telle rupture à l’encontre de la force centrifuge, réalisant ainsi un confinement de sécurité de l’aubage mobile. L’arbre 23 de transmission présente une première extrémité 33 axiale débouchante au-delà de l’équipage 22 mobile, du côté de ladite paroi 19 d’appui, orientée vers ladite troisième face 25 de la paroi 19 d’appui, et une deuxième extrémité 34 axiale débouchante au-delà de l’aube 15, du côté de la deuxième face 17 de guidage, orientée vers la deuxième face 17 de guidage.

Dans le premier mode de réalisation représenté, l’axe 27 d’aube est formé d’une vis 28 dont la tête 29 est en appui dans un lamage 31du flasque 20 formant la deuxième face 17 de guidage, et dont l’extrémité filetée coopère avec un taraudage 30 ménagé dans la paroi 19 d’appui, cette vis 28 étant adaptée pour serrer axialement le flasque 20 formant la deuxième face de guidage et la paroi 19 d’appui. En outre, une entretoise 32 formée d’un cylindre de révolution autour de l’axe 24 théorique de rotation est interposée entre l’axe 27 d’aube et l’arbre 23 de transmission, à l’intérieur de l’alésage interne de ce dernier.

De préférence, l’entretoise 32 présente une surface externe cylindrique de révolution pouvant participer au guidage en rotation de l’arbre 23 de transmission autour de l’axe 24 théorique. L’entretoise 32 peut être bloquée en rotation par rapport à l’axe 27 d’aube, bien que ce blocage ne soit pas nécessaire. L’entretoise 32 présente une première extrémité 35 axiale en contact de butée axiale avec ladite troisième face 25 de la paroi 19 d’appui, et une deuxième extrémité 36 axiale en contact de butée axiale avec la deuxième face 17 de guidage. L’entretoise 32 présente une longueur axiale supérieure à la longueur axiale de l’arbre 23 de transmission et débouche donc axialement au-delà de chaque extrémité 33, 34 axiale de l’arbre 23 de transmission creux. De la sorte, l’entretoise 32 fait office d’organe d’écartement maintenant ladite troisième face 25 de la paroi 19 d’appui écartée de la deuxième face 17 de guidage d’une distance supérieure à la longueur de l’arbre 23 de transmission creux, de façon à ce qu’un jeu de fonctionnement aussi faible que possible mais non nul soit ménagé entre l’arbre 23 de transmission creux et la troisième face 25 de la paroi 19 d’appui et la deuxième face 17 de guidage, pour permettre la rotation de l’arbre 23 de transmission et de l’aube 15 autour de l’axe 24 théorique de rotation.

En outre, la longueur axiale de l’entretoise 32 est adaptée, compte tenu des positions respectives de ladite troisième face 25 de la paroi 19 d’appui et de la première face 16 de guidage, pour maintenir les deux faces 16, 17 de guidage écarté l’une de l’autre d’une distance minimum supérieure à l’épaisseur axiale de l’aube 15, pour qu’un jeu de fonctionnement aussi faible que possible mais non nul soit aussi ménagé entre l’aube 15 et les deux faces 16, 17 de guidage pour permettre la rotation de l’aube 15 entre les deux faces 16, 17 de guidage autour de l’axe 24 théorique de rotation.

Dans le deuxième mode de réalisation représenté figure 4 l’arbre 23 de transmission est formé d’une seule pièce avec l’aube 15 et la vis du premier mode de réalisation est remplacée par un boulon comprenant une vis 38 et une extrémité axiale filetée serrée axialement par un écrou 39. En outre, la paroi 19 d’appui est formée d’une seule pièce avec le flasque 18 formant la première face 16 de guidage.

Le troisième mode de réalisation représenté figure 5 diffère du précédent par le fait que le boulon 38, 39 et l’entretoise 32 sont remplacés par un cylindre 40 en une seule pièce faisant à la fois office d’axe d’aube, d’entretoise formant organe d’écartement et guidant l’arbre de transmission creux et l’aube 15 en rotation autour de son axe 24 théorique de rotation. Ce cylindre 40 est encastré à ses extrémités axiales dans la deuxième face 17 de guidage et dans la troisième face 25 de la paroi 19 d’appui, respectivement. Un ressort 37 de compression est interposé entre le stator 10 et le flasque 20 formant la deuxième face 17 de guidage et la paroi 19 d’appui est elle-même en appui contre un flasque du stator 10, de sorte que le flasque 20 formant la deuxième face 17 de guidage et la paroi 19 d’appui sont comprimés axialement par le ressort 37 mais maintenus à distance axiale déterminée par le cylindre 40.

Le quatrième mode de réalisation représenté figure 6 diffère du précédent par le fait que l’arbre 23 de transmission creux est guidé en rotation non pas autour du cylindre 40, mais par des paliers 41, respectivement 42 ménagés dans le flasque 20 présentant la deuxième face 17 de guidage et dans la paroi 19 d’appui. En outre, l’axe d’aube est formé par une tige 43 formée d’une seule pièce avec le flasque 20, traversant la paroi d’appui et présentant une extrémité axiale filetée recevant un écrou 44 de serrage. L’extrémité axiale de cette tige 43 présente, du côté de la paroi 19 d’appui, un épaulement 45 venant axialement en appui contre un lamage 46 de la paroi 19 d’appui pour maintenir cette dernière écartée axialement de la deuxième face 17 de guidage comme indiqué ci-dessus.

En outre, un joint 47 de type à chicanes est ménagé entre le flasque 18 présentant la première face 16 de guidage et l’arbre 23 de transmission creux. De même, un joint 48 de type à chicane est ménagé entre le flasque 20 présentant la deuxième face 17 de guidage et l’arbre 23 de transmission creux, dans le palier 41. Également, pour améliorer le guidage de l’aube 15 en rotation et limiter les fuites de fluide du côté du flasque 18, l’aube 15 peut présenter un disque 49 logé et guidé en rotation dans un lamage 50 ménagé en creux dans la deuxième face 17 de guidage.

Il va de soi que l’invention peut faire l’objet de très nombreuses autres variantes de réalisation. Ainsi, les faces 16, 17 de guidage ne sont pas nécessairement serrées l’une vers l’autre par les axes d’aube. Elles peuvent en variante ou en combinaison être rappelées élastiquement l’une vers l’autre par un dispositif à ressort ou par tout autre dispositif d’assemblage indépendant des axes des aubes de l’aubage fixe. En outre, les axes d’aube ne sont pas nécessairement tenus rigidement alors deux extrémités axiales, mais peuvent au contraire être liés rigidement soit uniquement aux flasque 20 soit uniquement à la paroi 19 d’appui. Par ailleurs, une entretoise 32 ou 40 peut être prévue à l’intérieur de l’arbre de transmission creux de chacune des aubes 15 de l’aubage fixe, au contraire uniquement à l’intérieur de l’arbre de transmission creux d’une partie seulement des aubes 15 de l’aubage fixe.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS 1/ - Aubage fixe à section variable de turbomachine comprenant : - deux faces, dites faces (16,17) de guidage, écartées l’une de l’autre et agencées pour former entre elles un passage de fluide en communication de fluide avec un aubage mobile de la turbomachine, - une pluralité d’aubes (15) interposées entre les deux faces de guidage dans ledit passage de fluide, agencées de façon à former dans ledit passage de fluide entre elles deux à deux et entre les deux faces de guidage, une pluralité de canaux, - chaque aube (15) étant montée rotative par rapport aux faces de guidage de telle sorte qu’une modification de position angulaire de l’aube entraîne une modification des caractéristiques géométriques de chaque canal délimité par cette aube, - un mécanisme (22, 23) de contrôle de position angulaire des aubes, - une pluralité d’entretoises (32, 40, 43) agencées de façon à maintenir les deux faces de guidage écartées l’une de l’autre, - chaque entretoise (32, 40, 43) s’étendant à travers une aube (15), caractérisé en ce que : - ledit mécanisme (22, 23) comprend : o un équipage (22) mobile s’étendant dans un logement (21) ménagé à l’extérieur dudit passage de fluide, ce logement étant disposé entre l’une des deux faces de guidage, dite première face (16) de guidage, et une paroi, dite paroi (19) d’appui, écartée à distance constante de ladite première face de guidage, à l’opposé de l’autre face de guidage, dite deuxième face (17) de guidage, o pour chaque aube (15) traversée par une entretoise, un arbre (23) de transmission creux accouplé à l’aube (15) et à l’équipage (22) mobile de façon à permettre un contrôle de la position angulaire de l’aube par l’équipage mobile, cet arbre de transmission creux présentant une première extrémité (33) axiale débouchante du côté de ladite paroi (19) d’appui, et une deuxième extrémité (34) axiale débouchante du côté de la deuxième face (17) de guidage, - chaque entretoise (32, 40, 43) s’étend à l’intérieur de l’arbre (23) de transmission creux d’une aube, débouche axialement au-delà de chaque extrémité axiale de l’arbre de transmission creux, et est adaptée pour maintenir la deuxième face (17) de guidage écartée de ladite paroi (19) d’appui d’une distance minimum déterminée par la longueur axiale de cette entretoise.
2. 2/ - Aubage selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque aube (15) est montée rotative par rapport aux faces (16, 17) de guidage par un axe (34, 38, 40, 43) traversant cette aube (19), et en ce que l’arbre (23) de transmission creux de chaque aube traversée par une entretoise (32, 40, 43) est traversé axialement par l’axe (34, 38, 40, 43) de cette aube.
3. 3/ - Aubage selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque entretoise (32) est un cylindre s’étendant autour de l’axe (34, 38) d’une aube, ce cylindre étant interposé entre une paroi formant la deuxième face (17) de guidage et la paroi (19) d’appui de façon à maintenir cette paroi (19) d’appui et la première face (16) de guidage écartées de la deuxième face (17) de guidage d’une distance minimum déterminée par la longueur de ce cylindre.
4. 4/ - Aubage selon la revendication 3 caractérisé en ce que l’axe (34, 38) de chaque aube traversée par une entretoise est lié rigidement au moins axialement à ladite paroi formant ladite deuxième face (17) de guidage et à ladite paroi (19) d’appui de façon à serrer l’entretoise (32) entre ladite paroi formant la deuxième face de guidage et une face, dite troisième face (25), de la paroi (19) d’appui, cette troisième face (25) étant orientée à l’opposé de ladite deuxième face (17) de guidage.
5. 5/ - Aubage selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque entretoise (40, 43) est formée par l’axe (40, 43) de l’aube (15) traversée par cette entre toi se.
6. 6/ - Aubage selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu’il comporte une structure (47) formant joint labyrinthe entre l’arbre (23) de transmission de chaque aube et une pièce (18) formant ladite première face de guidage.
7. 7/ - Aubage selon l’une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu’il comporte une structure (48) formant joint labyrinthe entre l’arbre (23) de transmission de chaque aube et une pièce (20) formant ladite deuxième face (17) de guidage.
8. 8/- Aubage selon l’une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la turbomachine étant une turbomachine radiale comprenant au moins un aubage mobile autour d’un axe (24) de rotation, lesdites faces (16, 17) de guidage sont des faces planes radiales par rapport à l’axe (24) de rotation de la turbomachine.
9. 9/ - Aubage selon l’une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la turbomachine étant une turbomachine axiale comprenant au moins un aubage mobile autour d’un axe de rotation, lesdites faces de guidage sont des faces cylindriques de révolution autour de l’axe de rotation de la turbomachine.
10. 10/ - Turbomachine comprenant au moins un aubage fixe à section variable selon l’une des revendications 1 à 9.
11. 11/- Turbine selon la revendication 10 caractérisée en ce qu’il s’agit d’une turbomachine à air.