FR3088374A1 - Guignol pour turbomachine - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un guignol (1) pour une turbomachine qui présente un premier alésage (11), un deuxième alésage (12) et un troisième alésage (13), le premier alésage (11) étant relié au deuxième alésage (12) par une première branche (21), le deuxième alésage (12) étant relié au troisième alésage (13) par une deuxième branche (22), le troisième alésage (13) étant relié au premier alésage (11) par une troisième branche (23), une quatrième branche (24) reliant la première branche (21) à la deuxième branche (22).

Description

GUIGNOL POUR TURBOMACHINE
DOMAINE DE L'INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUE
La présente invention concerne un guignol pour une turbomachine aéronautique.
Dans le domaine aéronautique, un guignol est un levier coudé présentant trois points de pivot.
En particulier, l’un des trois points de pivots est un point fixe de rotation du guignol permettant de transmettre une force appliquée à l'un des deux autres points de pivot au dernier point de pivot.
Dans le domaine des turbomachines, il est connu d’utiliser un guignol 1 pour relier, par exemple, une tige de vérin à un anneau de commande 301, en pivotant sur un point d’accroche 303 d’un carter 310 côté extérieur de veine d’un compresseur de la turbomachine, comme représenté par exemple sur la figure 1.
Des exemples particuliers de montage de guignols pour la commande d’un anneau d’actionnement de stator à calage variable d’un compresseur de la turbomachine sont divulgués dans le document FR2936565.
D’une manière traditionnelle le guignol est une pièce en titane obtenue par des moyens de fabrication traditionnels par exemple par forgeage puis usinage. Classiquement et dans l’exemple général de montage représenté en figure 1, le guignol sert de bielle de transmission d’effort de commande en étant relié d’une part à un actionneur tel qu’un vérin et d’autre part à l’anneau de commande qui est rotatif autour du carter de manière à actionner des leviers associés à un axe d’aube à calage variable dans un aubage statorique du compresseur. Compte tenu que les aubes à calages variables sont nombreuses et subissent des contraintes aérodynamiques se répercutant sur leurs axes de pivotement, des efforts importants sont susceptibles d’être transmis via le guignol. De plus, des frottements non négligeables sont présents et l’actionneur peut être unique pour par exemple un anneau. Le guignol présente une géométrie sensiblement en L, telle que représentée par exemple sur la figure 2.
Dans une telle géométrie, l’angle du « L » constitue le point de pivot fixe 313 servant en correspondance du point d’accroche 303, l’extrémité longue du « L » présente le point de pivot 312, conformé ici en chape 321, relié à la tige de vérin, et l’extrémité courte du «L» présente le point de pivot 311 relié à l’anneau de commande 301.
Dans une optique de réduction de la consommation d’une turbomachine aéronautique, et donc de la diminution de la masse de la turbomachine (voire de l’aéronef auquel elle est fixée), il apparait nécessaire de réduire la masse du guignol car la densité du titane en fait une pièce lourde par rapport à son volume.
Pour réduire la masse du guignol, le paradoxe suivant se pose : il est délicat de changer de matériau car le titane présente des propriétés de résistance mécanique nécessaires pour cette pièce tout en présentant une densité néanmoins plus faible que l’acier ; mais la géométrie du guignol doit lui permettre de conserver sa fonction de levier à trois points de pivot et de résister aux efforts qui lui sont appliqués.
PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION
Dans ce contexte, la présente invention a pour objectif de fournir un guignol ayant une géométrie adaptée pour avoir une fonction de levier à trois points de pivot, tout en étant adaptée aux contraintes mécaniques et en présentant une masse réduite.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un guignol pour une turbomachine qui présente un premier alésage, un deuxième alésage et un troisième alésage, le premier alésage étant relié au deuxième alésage par une première branche, le deuxième alésage étant relié au troisième alésage par une deuxième branche, le troisième alésage étant relié au premier alésage par une troisième branche, une quatrième branche reliant la première branche à la deuxième branche.
La présence de quatre branches - au lieu de deux dans l’art antérieur - permet d’avoir des branches plus fines tout en présentant une résistance mécanique équivalente voire supérieure aux guignols connus.
Ainsi, la présente invention fournit un guignol ayant une géométrie adaptée pour avoir une fonction de levier à trois points de pivot, tout en étant adaptée aux contraintes mécaniques et en présentant une masse réduite.
La première branche peut présenter une première partie s’étendant du premier alésage à un point de jonction de la première branche avec la quatrième branche, et une deuxième partie s’étendant dudit point de jonction de la première branche avec la quatrième branche au deuxième alésage, la première partie étant sensiblement rectiligne et la deuxième partie étant sensiblement curviligne.
La deuxième partie de la première branche peut être strictement convexe ou strictement concave.
Une longueur de la première partie de la première branche peut être inférieure à trois fois une longueur de la deuxième partie de la première branche.
La deuxième branche peut présenter une première partie comprise entre le deuxième alésage et un point de jonction de la quatrième branche avec la deuxième branche, et une deuxième partie comprise entre ledit point de jonction et le troisième alésage, une longueur de ladite première partie étant inférieure ou égale à une longueur de ladite deuxième partie.
Le deuxième alésage peut comprendre deux anneaux coaxiaux et la première branche et la deuxième branche présentent chacune une région d’extrémité en fourche pour relier lesdits deux anneaux.
La deuxième branche peut être sensiblement curviligne.
La deuxième branche peut être strictement convexe ou strictement concave.
La quatrième branche peut être sensiblement rectiligne.
La troisième branche peut être sensiblement rectiligne.
Une longueur de la troisième branche peut être strictement inférieure à : une longueur de la première branche, une longueur de la deuxième branche et une longueur de la quatrième branche.
Selon une disposition particulière, un premier voile de matière peut relier, la deuxième partie de la première branche, la première partie de la deuxième branche et la quatrième branche.
Selon une autre disposition particulière un deuxième voile de matière peut relier, la première partie de la première branche, la deuxième partie de la deuxième branche, la troisième branche et la quatrième branche.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne une turbomachine comprenant 5 au moins un guignol selon l’invention.
La turbomachine peut comprendre un compresseur comprenant au moins un aubage statorique d’aubes à calage variable, le guignol étant adapté à la commande d’un anneau d’actionnement desdites aubes de stator à calage variable du compresseur.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un guignol selon l’invention, mis en oeuvre par fabrication additive dudit guignol.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :
- La figure 1 est une représentation en perspective, d’un guignol de l’art antérieur fixé à une turbomachine ;
- La figure 2 est une représentation en perspective d’un guignol de l’art antérieur ;
La figure 3 est une représentation en perspective d’un guignol selon un mode de réalisation possible de l’invention ;
- La figure 4 est une représentation schématique des alésages et du tracé des branches selon un mode de réalisation possible de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Guignol
En référence à la figure 3, l’invention concerne un guignol 1 pour une turbomachine.
Il est entendu que dans le présent document, on définit par guignol un levier coudé présentant trois points de pivot.
En particulier, l’un des trois points de pivots est un point fixe de rotation du guignol permettant de transmettre une force appliquée à l'un des deux autres points de pivot au dernier point de pivot.
Le guignol 1 présente essentiellement trois alésages 11, 12, 13 et quatre branches 21, 22, 23, 24. Par alésage, on entend un élément sensiblement cylindrique apte à recevoir un arbre (dans une cavité également sensiblement cylindrique coaxiale), i.e. chaque alésage présente une forme d’anneau. Comme l’on verra, le deuxième alésage 12 est préférentiellement dédoublé, c’est à dire qu’il comprend deux anneaux 121 et 122 coaxiaux. En effet, c’est l’alésage destiné à recevoir l’extrémité d’un vérin, entre ces deux anneaux 121, 122 qui peuvent constituer une chape de pivot.
Par branche, on entend un élément de liaison rigide sensiblement allongé, i.e. l’ensemble du guignol constitue une pièce solide et les alésages 11, 12, 13 sont fixes les uns par rapport aux autres grâce aux branches 21, 22, 23, 24.
De façon préférée, le troisième alésage 13 est « plus épais » que les premier et deuxième alésages 11, 12 (c’est-à-dire que son anneau a une paroi présentant une épaisseur supérieure à celle des anneaux des autres alésages) car c’est l’alésage qui est destiné à servir de point de rotation du guignol en fonctionnement, et donc à subir les contraintes les plus fortes.
Un premier alésage 11 est relié au deuxième alésage 12 par une première branche 21.
Le deuxième alésage 12 est relié à un troisième alésage 13 par une deuxième branche 22.
Le troisième alésage 13 est relié au premier alésage 11 par une troisième branche 23.
Une quatrième branche 24 relie la première branche 21 à la deuxième branche 22.
Ainsi, schématiquement le guignol 1 présente une architecture en triangle avec la quatrième branche 24 traversant le triangle pour relier la première branche 21 et la deuxième branche 22. On a donc un premier point de jonction 210 de la première branche 21 avec la quatrième branche 24 et un deuxième point de jonction 220 de la deuxième branche 22 avec la quatrième branche 24.
Selon le mode de réalisation ici présenté, les branches 21, 22, 23 et 24 sont des tiges sensiblement cylindriques, mais on comprendra qu’elles peuvent être de n’importe quelle section, et notamment parallélépipédique.
D’une manière particulièrement avantageuse, la première branche 21 présente deux parties 211 et 212, pouvant être qualifiées de tronçons. Une première partie 211 s’étend du premier alésage 11 au point de jonction 210 de la première branche 21 avec la quatrième branche 24. Une deuxième partie 212 s’étend dudit point de jonction 210 de la première branche 21 avec la quatrième branche 24 au deuxième alésage 12.
D’une manière similaire, la deuxième branche 22 présente une première partie 221 comprise entre le deuxième alésage 12 et le point de jonction 220 de la quatrième branche 24 avec la deuxième branche, et une deuxième partie 222 comprise entre ledit point de jonction 220 et le troisième alésage 13. Ces deux parties 221 et 222, peuvent être qualifiées de tronçons.
Préférentiellement, la première partie 211 est sensiblement rectiligne et la deuxième partie 212 est sensiblement curviligne.
Selon le mode de réalisation présenté en figure 3, la deuxième partie 212 est strictement convexe, cependant, selon un autre mode de réalisation, elle pourrait être strictement concave.
La deuxième branche 22 est sensiblement curviligne. Selon le mode de réalisation présenté en figure 3, la deuxième branche 22 est strictement convexe. Cependant, selon un autre mode de réalisation, la deuxième branche 22 pourrait être strictement concave. De façon préférée, les courbures des première et deuxième parties 221, 222 de la deuxième branche 22 coïncident.
Préférentiellement, la troisième branche 23 est sensiblement rectiligne.
De même, la quatrième branche 24 est préférentiellement sensiblement rectiligne.
Selon une disposition particulièrement avantageuse, une longueur L2n de première la partie de la première branche 21 est inférieure à trois ou quatre fois une longueur L212 de la deuxième partie 212 de la première branche 21. La longueur étant ici définie comme la cote longitudinale curviligne de chaque partie ou chaque branche.
En sus, une longueur L22i de la première partie 220 de la deuxième branche 22 peut être inférieure ou égale à une longueur L222 de la deuxième partie 222.
En outre, une longueur L23 de la troisième branche est strictement inférieure à : une longueur L2i de la première branche 21, une longueur L22 de la deuxième branche et une longueur L24 de la quatrième branche. La troisième branche 23 est donc la moins longue des quatre branches 21, 22, 23 et 24.
Par ailleurs, selon le mode de réalisation ici présenté, le deuxième alésage 12 comprend comme expliqué deux anneaux 121 et 122 coaxiaux. En conséquence, la première branche 21 et la deuxième branche 22 présentent chacune une région d’extrémité en fourche pour relier lesdits deux anneaux 121 et 122, i.e. les branches 21,22 se terminent en « Y ».
Dans les figures, le guignol est « creux » c’est-à-dire qu’il y a un jour entre les branches 11, 12, 13, mais selon deux modes de réalisations distincts ou cumulatifs, non représentés, un premier voile de matière pourrait relier la deuxième partie 212 de la première branche 21, la première partie 221 de la deuxième branche 22 et la quatrième branche 24. De plus, un deuxième voile de matière pourrait relier la première partie 211 de la première branche 21, la deuxième partie 222 de la deuxième branche 22, la troisième branche 23 et la quatrième branche 24. Par voile, on entend une membrane en particulier dans un plan médian du guignol permettant en particulier de rigidifier encore davantage l’ensemble.
Le guignol 1 peut avantageusement être réalisé en titane, la finesse des branches permettant un gain de masse, alors que leurs positions et leurs formes permettent une résistance mécanique optimale, mais également en d’autres métaux, voire en des matières polymère en fonction des exigences mécaniques (poids, rigidité, résistance thermique, au frottement, etc.).
Comme l’on verra, le présent guignol est préférentiellement réalisé par fabrication additive, mais on comprendra qu'il peut être moulé ou usiné.
Turbomachine
La présente invention concerne aussi une turbomachine comprenant au moins un guignol 1. De manière générale, le guignol est dans la cinématique de commande des aubes statoriques à calage variable d’un compresseur par exemple haute pression. Il est une pièce intermédiaire entre le vérin d’actionnement et l’anneau de commande de l’aubage desdites aubes statoriques.
Procédé de fabrication
L’invention concerne aussi un procédé de fabrication du guignol par fabrication additive. Ainsi le guignol 1 peut être réalisé en poudre de titane fondue couche par couche.
Typiquement, un model numérique du guignol 1 peut être réalisé pour servir de base à un programme de fabrication additive par une machine de fabrication additive à commande numérique.
Le model numérique du guignol 1 peut être décomposé en une pluralité de plan successifs qui correspondent aux couches de matière qui vont être implémentées.
Ensuite, la machine étale une couche de poudre métallique sur une surface de travail, puis une diode laser, ou une électrode, vient fondre la poudre, point par point en fonction de chaque plan.
La poudre non fondue est évacuée, puis, de la poudre est de nouveau disposée sur la surface de travail et sur la structure déjà fondue.
Ces étapes d’étalement de la poudre et de fusion sont réitérées de sorte que le guignol 1 est fabriqué couche par couche.
D’une manière particulièrement avantageuse, la fabrication additive permet d’obtenir directement une pièce finie (i. e. il n’est pas nécessaire d’avoir une étape de finition comme ce peut être le cas en fonderie) qui présente des caractéristiques mécaniques au moins équivalentes à celles d’une pièce identique réalisée en fonderie.
Ainsi, la fabrication additive permet un gain de temps significatif.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Guignol (1) pour une turbomachine caractérisé en ce qu’il présente un premier alésage (11), un deuxième alésage (12) et un troisième alésage (13), le premier alésage (11) étant relié au deuxième alésage (12) par une première branche (21), le deuxième alésage (12) étant relié au troisième alésage (13) par une deuxième branche (22), le troisième alésage (13) étant relié au premier alésage (11) par une troisième branche (23), une quatrième branche (24) reliant la première branche (21) à la deuxième branche (22).
  2. 2. Guignol (1) selon la revendication 1 dans lequel, la première branche (21) présente une première partie (211) s’étendant du premier alésage (11) à un point de jonction (210) de la première branche (21) avec la quatrième branche (24), et une deuxième partie (212) s’étendant dudit point de jonction (210) de la première branche (21) avec la quatrième branche (24) au deuxième alésage (12), la première partie (211) étant sensiblement rectiligne et la deuxième partie (212) étant sensiblement curviligne.
  3. 3. Guignol (1) selon la revendication 2 dans lequel, la deuxième partie (212) de la première branche (21) est strictement convexe ou strictement concave.
  4. 4. Guignol (1) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel une longueur (L2n) de la première partie (211) de la première branche (21) est inférieure à trois fois une longueur (L212) de la deuxième partie (212) de la première branche (21).
  5. 5. Guignol (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la deuxième branche (22) présente une première partie (221) comprise entre le deuxième alésage (12) et un point de jonction (220) de la quatrième branche (24) avec la deuxième branche (22), et une deuxième partie (222) comprise entre ledit point de jonction (202) et le troisième alésage (13), une longueur (L221) de ladite première partie (221) étant inférieure ou égale à une longueur (L222) de ladite deuxième partie (222).
  6. 6. Guignol (1) selon les revendications 2 et 5 en combinaison, dans lequel un premier voile de matière relie la deuxième partie (212) de la première branche (21), la première partie (221) de la deuxième branche (22) et la quatrième branche (24), et/ou un deuxième voile de matière relie la première partie (211) de la première branche (21), la deuxième partie (222) de la deuxième branche (22), la troisième branche (23) et la quatrième branche (24).
  7. 7. Guignol (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le deuxième alésage (12) comprend deux anneaux coaxiaux (121,122) et la première branche (21) et la deuxième branche (22) présentent chacune une région d’extrémité en fourche pour relier lesdits deux anneaux (121, 122).
  8. 8. Guignol (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, la deuxième branche (22) est sensiblement curviligne.
  9. 9. Guignol (1) selon la revendication 8, dans lequel la deuxième branche (22) est strictement convexe ou strictement concave.
  10. 10. Guignol (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel, la quatrième branche (24) est sensiblement rectiligne.
  11. 11. Guignol (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel, la troisième branche (23) est sensiblement rectiligne.
  12. 12. Guignol (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel une longueur de la troisième branche (23) est strictement inférieure à : une longueur de la première branche (21), une longueur de la deuxième branche (22) et une longueur de la quatrième branche (24).
  13. 13. Turbomachine comprenant au moins un guignol (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
  14. 14. Turbomachine selon la revendication précédente, comprenant un
    10 compresseur comprenant au moins un aubage statorique d’aubes à calage variable, le guignol étant adapté à la commande d’un anneau d’actionnement desdites aubes de stator à calage variable du compresseur.
  15. 15 15. Procédé de fabrication d’un guignol (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce qu’il est mis en oeuvre par fabrication additive dudit guignol (1).
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