WO2017013326A1 - Étage d'aubes a calage variable pour une turbomachine, turbomachine et procédé de montage associé - Google Patents

Étage d'aubes a calage variable pour une turbomachine, turbomachine et procédé de montage associé Download PDF

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WO2017013326A1
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frustoconical
radially
blade
frustoconical surface
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PCT/FR2016/051766
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Pierre-Alain Francis Claude SEBRECHT
Damien Joseph CELLIER
Cédric Michel Claude CHRETIEN
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Safran Aircraft Engines
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Definitions

  • the present invention relates to a variable pitch blade stage for a turbomachine.
  • the state of the art notably comprises the documents FR-B1 -2,885,968, FR-A1-2,928,979, WO-A1 -2009 / 13,327, FR-A1-2,874,977, FR-A1 -2,892,147. , and FR-A1 -2,890,707.
  • VSV vanes of a turbomachine are carried by an outer annular casing, generally a compressor of the turbomachine.
  • Each blade comprises a blade which is connected at its radially outer end to a radial cylindrical pivot which defines the axis of rotation of the blade and which is guided in rotation in a corresponding chimney of the outer casing.
  • the radially inner end of the blade of each blade generally comprises a second cylindrical pivot extending along the axis of rotation of the blade and guided in rotation in an orifice of an inner casing of the compressor.
  • each blade is connected by a lever to a control ring rotated around the outer casing by cylinder actuating means or the like.
  • the rotation of the control ring is transmitted by the levers to the outer pivots of the blades and rotates about their axes.
  • the angular setting of the stator vanes in a turbomachine is intended to adapt the geometry of the compressor to its operating point and in particular to optimize the efficiency and the pumping margin of this turbomachine and to reduce its fuel consumption in the various flight configurations. .
  • Each of these blades is movable in rotation about its axis between a first "open” or “full open” position in each blade extends substantially parallel to the longitudinal axis of the turbomachine, and a second "closing” or “quasi-closing” position in which the blades are inclined relative to the axis of the turbomachine and thus reduce the section of passage of air through the blade stage.
  • the radially outer pivot of each blade is cylindrical and is centered and guided in rotation in the corresponding chimney of the outer casing by cylindrical bushings.
  • a first bushing is mounted at the radially inner end of the pivot and may comprise an outer annular flange interposed between the blade and the housing, and a second bushing is mounted at the radially outer end of the pivot and may also comprise an outer annular flange. interposed between the housing and the aforementioned lever.
  • the bushings and the pivot are mounted with games in the chimney. These games represent a source of air leaks, which affect the performance of the turbomachine. Furthermore, in operation, the friction forces between the pivot and the sleeves can cause wear of the bushings and an increase of the aforementioned games, and therefore air leaks.
  • the present invention provides a simple, effective and economical solution to this problem.
  • the invention proposes a variable-pitch vane stage for a turbomachine, comprising an annular casing of axis A of revolution and an annular array of vanes extending around said axis A and inside the casing, each vane having a substantially radial blade having a cylindrical pivot at each of its radial ends, the radially outer pivot of each blade being mounted in a radial stack of the housing and centered and guided in this chimney by means of bushings, characterized in that the radially outer pivot of each blade comprises:
  • a first radially inner frustoconical surface whose cone angle is flared radially inwards and which is configured to cooperate with an internal frustoconical surface of a first substantially frustoconical bushing
  • a second radially outer frustoconical surface whose cone angle is flared radially outwardly and which is configured to cooperate with an inner frustoconical surface of a second substantially frustoconical sleeve.
  • the stage according to the invention can comprise one or more of the following characteristics, taken separately from one another or in combination with each other:
  • said first and second frustoconical surfaces are connected to one another by a cylindrical surface of the pivot
  • said first bushing comprises an outer frustoconical surface configured to cooperate with an internal frustoconical surface of the casing of the casing
  • said second bushing comprises an outer frustoconical surface configured to cooperate with an internal frustoconical surface of the casing chimney
  • each of said first and second sleeves comprises a cylindrical or radial rim
  • the closest radial distance between said first and second frustoconical surfaces of the pivot is greater than the most radial distance close between the internal frustoconical surfaces of said first and second sleeves, and
  • the first frustoconical surface of the pivot is defined by a frustoconical portion radially internal to the pivot, which is formed in one piece with the pivot, and the second frustoconical surface of the pivot is defined by an internally threaded ring configured to be screwed onto a frustoconical portion radially outer externally threaded pivot.
  • the present invention also relates to a turbomachine for an aircraft, comprising at least one stage as described above.
  • the present invention further relates to a method of mounting a stage as described above, wherein it comprises the steps of, for each blade, to:
  • the second frustoconical surface defined by the ring is preferably spaced radially from the internal frustoconical surface of the second sleeve.
  • the radially outer frustoconical surface of the pivot does not bear against the frustoconical surface of the second bush when the radially internal frustoconical surface of the pivot is in support on the frustoconical surface of the first sleeve, and vice versa.
  • the first case (the frustoconical surface radially external pivot is not supported on the frustoconical surface of the second sleeve) occurs when the pressure in the vein on the radially outer end (such as the outer plate ) of the blade is greater than that on its radially inner end (inner plate).
  • the pressure is always greater in the crankcase than outside the crankcase.
  • the pressure can vary along the radial height of the blade.
  • the pressure applied to the inner plate will tend to bring the blade closer to the axis of the turbine engine and there will be contact at the level of the blade.
  • second socket exitternal
  • the contact will be established at the first bushing (internal) if there is more pressure in the head than at the bottom of the blade.
  • the blades are then biased radially outwardly and the frustoconical radially inner surfaces of their pivots abut on the first sockets.
  • the second case (the frustoconical surface radially external pivot is supported on the frustoconical surface of the second sleeve) occurs when the pressure in the vein on the outer plate of the blade is less than that on its internal platinum.
  • the vanes are then biased radially inwardly and the frustoconical radially outer surfaces of their pivots bear against the second sockets.
  • FIG. 1 is a diagrammatic half-view of a variable-pitch blade stage, according to the prior art
  • FIGS. 2a to 2C are diagrammatic half-views of a variable-pitch blade stage, according to the invention
  • FIGS. 3a and 3b are diagrammatic half-views of a variable-pitch blade stage, according to the invention, and respectively illustrate the cases of non-wear and wear of the guide bushes of the external pivots of the blades
  • FIGS. 4 to 4C are diagrammatic half-views of a variable-pitch blade stage, according to the invention, and illustrate stages of mounting this stage, and
  • FIGS. 5a to 5C are diagrammatic half-views of bushings for the stage according to the invention.
  • FIG. 1 represents the prior art of the invention, in which is shown diagrammatically, in axial section, a part of a stage of blades 10 with variable pitch.
  • This blade stage 10 is part of a high-pressure compressor of a turbomachine, in particular an aircraft turbomachine, which comprises a succession of stages or grids of stator vanes 10 with variable timing and stages or grids of rotor blades.
  • Each stage comprises an annular row of blades 10 carried by a stator casing 12, which surrounds the vanes 10.
  • Each blade 10 comprises a blade 14 and a cylindrical pivot 16,
  • the radially outer pivot 16 is connected to the blade by a disk or a "plate" 20 which extends perpendicularly to the axis 22 of the blade, in a corresponding housing 24 of the housing 12.
  • the outer pivot 16 extends inside a chimney 26 of the housing 12, which passes radially through the housing 12 and opens at its radially inner end into the housing 24.
  • the radially inner pin 18 is connected to the blade 14 by a disk or a "plate” 28 which extends perpendicular to the axis 22 of the blade, in a housing 30 corresponding to a housing ring 32.
  • the pivot 18 extends inside an orifice 34 of the housing 12, which passes through radially housing and opens at its radially outer end in the housing 30.
  • each blade 14 is connected at its radially outer end to one end of a lever 36, the opposite end of which is connected to a control ring 38, which surrounds the housing 12 and which is connected to means of rotation. actuation (not shown) for rotating in one direction or the other about the longitudinal axis of the housing 12 to drive the blades 10 of a stage about their axes 22.
  • the blades 14 are movable in rotation about their axes 22 between a fully closed position and a fully open position.
  • the blades 18 of the blades are inclined relative to the longitudinal axis of the turbomachine and define between them a minimum section of air passage in the vein.
  • the blades 10 are brought into this position when the turbomachine is at low speed or idle, the flow of air flowing in the compressor then having a minimum value.
  • the blades 14 of the blades extend substantially parallel to the axis of the turbomachine so that the air passage section between the blades is maximum.
  • the blades 10 are brought into this position when the turbomachine is at full throttle, the flow of air flowing into the compressor then having a maximum value.
  • a first bushing 40 is mounted around a radially inner portion of the pivot 16 and comprises an inner cylindrical surface 40a cooperating with the outer cylindrical surface of the pivot 16, and an outer cylindrical surface 40b cooperating with the inner cylindrical surface of the chimney 26.
  • the first sleeve 40 comprises at its radially inner end an outer annular flange 44 interposed between the plate 20 and the bottom of the housing 24.
  • a second bush 42 is mounted around a radially outer portion of the pivot 16 and comprises an inner cylindrical surface 42a cooperating with the outer cylindrical surface of the pivot 16, and an outer cylindrical surface 42b cooperating with the inner cylindrical surface of the chimney 26.
  • the second bush 42 comprises at its radially outer end an outer annular flange 46 interposed between the free radially outer end of the chimney 26 and the aforementioned end of the lever 36.
  • the blades 1 10 of the stage of Figures 2a to 2c differ from those described above with reference to Figure 1, essentially by their external pins 1 16, the sleeves 140, 142 for guiding these pivots, and by the chimneys 126 of the housing 1 12.
  • the outer pivot 1 16 of each blade 1 10 comprises here:
  • a first radially inner frustoconical surface 150 whose cone angle is flared radially inwards and which is configured to cooperate with an internal frustoconical surface 152 of the first substantially frustoconical sleeve 140, and
  • a second radially outer frustoconical surface 154 whose cone angle is flared radially outwardly and which is configured to cooperate with an inner frustoconical surface 156 of the second substantially frustoconical sleeve 142.
  • the first bushing 140 includes an outer frustoconical surface 158 configured to cooperate with an internal frustoconical surface 160 of the casing 126 of the casing, and the second bushing 142 comprises an outer frustoconical surface 162 configured to cooperate with an internal frustoconical surface 164 of the chimney 126.
  • crankcase Figure 3a
  • the chimney 126 includes an inner cylindrical surface 166 extending between the radially outer end of the surface 160 and the radially inner end of the surface 164.
  • the pivot 1 16 comprises an outer cylindrical surface 168 extending between the radially outer end of the surface 150 and the radially inner end of the surface 154.
  • the first bushing 140 comprises at its radially outer end a cylindrical rim whose outer cylindrical surface cooperates with the internal cylindrical surface 166 of the chimney 126.
  • the second bushing 142 comprises at its radially inner end a cylindrical rim whose outer cylindrical surface cooperates with the internal cylindrical surface 166 of the chimney 126.
  • the length (or radial distance) L1 of the outer cylindrical surface 168 of the pivot 1 16 is greater than that L2 of the internal cylindrical surface 166 of the chimney 126, so that an axial clearance vis-à-vis the axis 122 or radial vis-à-vis the axis A is provided for mounting between the pivot 1 16 and the sleeves 140, 142.
  • the blades 1 10 may be in the position as illustrated in Figure 2a.
  • the blades When the pressure on the outer plate of the blade is greater than that on its inner plate, the blades are biased radially outwardly and bear against their frustoconical surfaces on the first sockets 140 ( Figure 2b). Conversely, when the pressure on the inner plate of the blade is greater than that on its outer plate, the blades are biased radially inwardly and bear against their frustoconical surfaces on the second sockets 142 ( Figure 2c). .
  • FIG. 3a is similar to FIG. 2c and FIG. 3b shows what happens in case of wear of a socket, here the first socket 140.
  • the socket 140 When the socket 140 is worn out, its radial thickness (relative to axis 22) decreases.
  • the pressure on the outer plate of the blade is greater than that on its inner plate, the blades are biased radially outwardly and bear against their frustoconical surfaces on the first sockets, even if they are worn (FIG. 3b).
  • the invention thus maintains the seal between the pivot and the housing when the guide bushes of this pivot are worn. Because of the wear of the bushing 140, the blade could be caused to move further radially outwardly, as compared to the case where the bushing is not worn, as shown in the drawings.
  • Figure 3b shows the specific case of a "radial" wear of the first bushing, that is to say that this sleeve is worn over its entire periphery.
  • the case where the second sleeve would be worn is also possible.
  • "axial" or unilateral wear is also possible, whether of the first and / or second bushing. This type of wear is characterized by a localized axial portion of wear of the bushing.
  • the blade may be caused to undergo a radially outward movement or even a spill which results in an inclination of the pivot of the blade relative to the housing chimney. Even in these cases, the watertightness is ensured.
  • Figures 4a to 4c show steps of mounting a stage according to the invention.
  • the bushes 140, 142 are mounted in the chimney 126 of the casing 1 12.
  • the first bushing 140 is mounted in a radially internal portion of the chimney, by radial translation of the inside. outward, so that his cylindrical flange is inserted at the internal cylindrical surface of the chimney 126.
  • the second bushing 142 is mounted in a radially outer portion of the chimney, by radial translation from the outside to the inside, so that its flange cylindrical is inserted at the inner cylindrical surface of the chimney 26.
  • the blade 1 10 is then positioned in the housing and its pivot 1 16 is inserted into the chimney, moving it radially from the inside to the outside. It can be seen in FIG. 4b that the pivot 1 16 is provided with its first external frustoconical surface 150 but devoid of its second external frustoconical surface 154.
  • the first frustoconical surface 150 of the pivot 1 16 is defined by a frustoconical portion radially internal pivot, which is formed integrally with the pivot.
  • the second frustoconical surface 152 of the pivot is defined by an internally threaded ring 170 configured to be screwed onto a radially outer portion with an external thread 172 of the pivot.
  • the outer pivot 1 16 of the blade is inserted into the chimney 126 until the first frustoconical surface 150 of the pivot bears against the internal frustoconical surface 152 of the first bushing 140 (FIG. 4b).
  • the ring 170 is then transferred to the pivot and is screwed onto the externally threaded portion 172 of the pivot.
  • the second frustoconical surface defined by the ring is radially spaced from the internal frustoconical surface of the second sleeve.
  • FIGS. 5a to 5c illustrate alternative embodiments of sockets 142 for the stage according to the invention, which are applicable to sockets 140.
  • the sockets 142 of Figure 5a is similar to that previously described and includes a cylindrical rim 142a at one of its longitudinal ends. It is understood that it is the cooperation between the frustoconical portion of the sleeve 142 and the frustoconical surface of the chimney 126, which will ensure the retention of the bushing in the chimney (along the axis of the bushing).
  • the bushing 142 'of FIG. 5b comprises an external annular flange 142b at one of its longitudinal ends, which is intended to bear against the free radially external end of the chimney 126, for example, as is the case with the socket of Figure 1. This flange 142b can cooperate with the chimney to ensure retention of the bushing in the chimney (along the axis of the bushing) and ensure a possible contact between the crankcase of the housing and the control lever of the blade.
  • the bushing 142 "of Figure 5c comprises an outer annular flange 142b at one of its longitudinal ends and a cylindrical flange 142a at its opposite longitudinal end.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Etage d'aubes (110) à calage variable pour une turbomachine, chaque aube comportant une pale (114) comprenant : une première surface tronconique (150) radialement interne dont l'angle de cône est évasé radialement vers l'intérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne (152) d'une première douille (140) sensiblement tronconique, et une deuxième surface tronconique radialement externe (154) dont l'angle de cône est évasé radialement vers l'extérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne (156) d'une deuxième douille (142) sensiblement tronconique.

Description

ÉTAGE D'AUBES A CALAGE VARIABLE POUR UNE TURBOMACHINE, TURBOMACHINE ET PROCÉDÉ DE MONTAGE ASSOCIÉ
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un étage 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, WO-A1 -2009/133297, FR-A1 -2 874 977, FR-A1 -2 892 147, et FR-A1 -2 890 707.
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 une cheminée correspondante 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. 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.
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, 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.
Dans la technique actuelle, le pivot radialement externe de chaque aube est cylindrique et est centré et guidé en rotation dans la cheminée correspondante du carter externe par des douilles cylindriques. Une première douille est montée à l'extrémité radialement interne du pivot et peut comprendre un rebord annulaire externe intercalé entre la pale et le carter, et une seconde douille est montée à l'extrémité radialement externe du pivot et peut également comprendre un rebord annulaire externe intercalé entre le carter et le levier précité.
Du fait des tolérances de fabrication et pour autoriser le montage du pivot externe de l'aube dans la cheminée du carter, les douilles et le pivot sont montés avec des jeux dans la cheminée. Ces jeux représentent une source de fuites d'air, qui altèrent les performances de la turbomachine. Par ailleurs, en fonctionnement, les forces de frottement entre le pivot et les douilles peuvent entraîner une usure des douilles et une augmentation des jeux précités, et donc des fuites d'air.
La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention propose un étage d'aubes à calage variable pour une turbomachine, comportant un carter annulaire d'axe A de révolution et une rangée annulaire d'aubes s'étendant autour dudit axe A et à l'intérieur du carter, chaque aube comportant une pale sensiblement radiale comportant un pivot cylindrique à chacune de ses extrémités radiales, le pivot radialement externe de chaque aube étant monté dans une cheminée radiale du carter et centré et guidé dans cette cheminée au moyen de douilles, caractérisé en ce que le pivot radialement externe de chaque aube comprend :
- une première surface tronconique radialement interne dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'intérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne d'une première douille sensiblement tronconique, et
- une deuxième surface tronconique radialement externe dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'extérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne d'une deuxième douille sensiblement tronconique.
La coopération de surfaces tronconiques du pivot externe de chaque aube avec des surfaces tronconiques de douilles permet d'assurer une étanchéité entre le pivot et les douilles, même si des jeux doivent être prévus au montage entre ces éléments. Cette coopération a de plus l'avantage de ne pas être affectée par l'usure des douilles, comme cela sera expliqué dans le détail dans ce qui suit.
L'étage 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 :
- lesdites première et deuxième surfaces tronconiques sont reliées l'une à l'autre par une surface cylindrique du pivot,
- ladite première douille comprend une surface tronconique externe configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne de la cheminée du carter, et/ou ladite deuxième douille comprend une surface tronconique externe configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne de la cheminée du carter,
- chacune desdites première et deuxième douilles comprend un rebord cylindrique ou radial,
- la distance radiale la plus proche entre lesdites première et seconde surfaces tronconiques du pivot est supérieure à la distance radiale la plus proche entre les surfaces tronconiques internes desdites première et deuxième douilles, et
- la première surface tronconique du pivot est définie par une partie tronconique radialement interne du pivot, qui est formée d'une seule pièce avec le pivot, et la seconde surface tronconique du pivot est définie par une bague à filetage interne configurée pour être vissée sur une partie tronconique radialement externe à filetage externe du pivot.
La présente invention concerne également une turbomachine pour aéronef, comportant au moins un étage tel que décrit ci-dessus.
La présente invention concerne encore un procédé de montage d'un étage tel que décrit ci-dessus, dans lequel il comprend les étapes consistant, pour chaque aube, à :
- monter lesdites première et deuxième douilles dans la cheminée du carter,
- positionner l'aube dans le carter et insérer son pivot radialement externe dans la cheminée correspondante du carter, en le déplaçant radialement de l'intérieur vers l'extérieur, jusqu'à ce que la première surface tronconique du pivot vienne en appui sur la surface tronconique interne de la première douille,
- rapporter la bague sur le pivot et la visser sur la partie à filetage externe du pivot, jusqu'à obtention d'une distance souhaitée entre lesdites premières et deuxième surfaces tronconiques.
Après vissage, la deuxième surface tronconique définie par la bague est de préférence écartée radialement de la surface tronconique interne de la deuxième douille. On maintient alors un jeu volontairement entre la bague et la deuxième douille. En effet, on évite de préférence qu'il y ait un serrage entre ces éléments pour autoriser et faciliter le pivotement de l'aube.
On comprend ainsi que la surface tronconique radialement externe du pivot n'est pas en appui sur la surface tronconique de la deuxième douille lorsque la surface tronconique radialement interne du pivot est en appui sur la surface tronconique de la première douille, et inversement. Le premier cas de figure (la surface tronconique radialement externe du pivot n'est pas en appui sur la surface tronconique de la deuxième douille) intervient lorsque la pression qui règne dans la veine, sur l'extrémité radialement externe (telle que la platine externe) de l'aube est supérieure à celle sur son extrémité radialement interne (platine interne). La pression est toujours plus importante dans le carter qu'à l'extérieur du carter. Par contre, la pression peut varier le long de la hauteur radiale de l'aube. Ainsi, si la pression en pied de l'aube est plus importante qu'en tête, la pression appliquée sur la platine interne aura tendance à rapprocher radialement l'aube de l'axe de la turbomachine et il y aura contact au niveau de la deuxième douille (externe). Le contact s'établira au niveau de la première douille (interne) en cas de pression plus importante en tête qu'en pied de l'aube. Les aubes sont alors sollicitées radialement vers l'extérieur et les surfaces tronconiques radialement internes de leurs pivots viennent en appui sur les premières douilles. Le second cas de figure (la surface tronconique radialement externe du pivot est en appui sur la surface tronconique de la deuxième douille) intervient lorsque la pression qui règne dans la veine, sur la platine externe de l'aube est inférieure à la celle sur sa platine interne. Les aubes sont alors sollicitées radialement vers l'intérieur et les surfaces tronconiques radialement externes de leurs pivots viennent en appui sur les secondes douilles.
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 d'un étage d'aubes à calage variable, selon la technique antérieure,
- les figures 2a à 2C sont des demi-vues schématiques d'un étage d'aubes à calage variable, selon l'invention, - les figures 3a et 3b sont des demi-vues schématiques d'un étage d'aubes à calage variable, selon l'invention, et illustrent respectivement les cas de non usure et d'usure des douilles de guidage des pivots externes des aubes,
- les figures 4 à 4C sont des demi-vues schématiques d'un étage d'aubes à calage variable, selon l'invention, et illustrent des étapes de montage de cet étage, et
- les figures 5a à 5C sont des demi-vues schématiques de douilles pour l'étage selon l'invention,
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 représente la technique antérieure à l'invention, dans laquelle on a représenté schématiquement, en coupe axiale, une partie d'un étage d'aubes 10 à calage variable.
Cet étage d'aubes 10 fait partie d'un compresseur haute-pression d'une turbomachine, en particulier d'une turbomachine d'aéronef, qui comprend une succession d'étages ou grilles d'aubes 10 de stator à calage variable et d'étages ou grilles d'aubes de rotor.
Chaque étage comprend une rangée annulaire d'aubes 10 portées par un carter 12 de stator, qui entoure les aubes 10.
Chaque aube 10 comprend une pale 14 et un pivot cylindrique 16,
18 à chacune de ses extrémités radiales.
Le pivot radialement externe 16 est relié à la pale par un disque ou une « platine » 20 qui s'étend perpendiculairement à l'axe 22 de l'aube, dans un logement 24 correspondant du carter 12. Le pivot externe 16 s'étend à l'intérieur d'une cheminée 26 du carter 12, qui traverse radialement le carter 12 et débouche à son extrémité radialement interne dans le logement 24.
Le pivot radialement interne 18 est relié à la pale 14 par un disque ou une « platine » 28 qui s'étend perpendiculairement à l'axe 22 de l'aube, dans un logement 30 correspondant d'un anneau de carter 32. Le pivot externe 18 s'étend à l'intérieur d'un orifice 34 du carter 12, qui traverse radialement le carter et débouche à son extrémité radialement externe dans le logement 30.
Le pivot externe 16 de chaque aube 14 est relié à son extrémité radialement externe à une extrémité d'un levier 36 dont l'extrémité opposée est reliée à un anneau de commande 38, qui entoure le carter 12 et qui est relié à des moyens d'actionnement (non représentés) permettant de le faire tourner dans un sens ou dans l'autre autour de l'axe longitudinal du carter 12 pour entraîner les aubes 10 d'un étage autour de leurs axes 22.
Les aubes 14 sont déplaçables en rotation autour de leurs axes 22 entre une position de pleine fermeture et une position de pleine ouverture.
Dans la position de pleine fermeture, les pales 18 des aubes sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine et définissent entre elles une section minimale de passage d'air dans la veine. Les aubes 10 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 14 des aubes s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de la turbomachine de façon à ce que la section de passage d'air entre les pales soit maximale. Les aubes 10 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 pivot externe 16 de chaque aube 10 est centré et guidé dans la cheminée 26 correspondante par deux douilles cylindriques 40, 42. Une première douille 40 est montée autour d'une partie radialement interne du pivot 16 et comprend une surface cylindrique interne 40a coopérant avec la surface cylindrique externe du pivot 16, et une surface cylindrique externe 40b coopérant avec la surface cylindrique interne de la cheminée 26. La première douille 40 comprend à son extrémité radialement interne un rebord annulaire externe 44 intercalé entre la platine 20 et le fond du logement 24. Une deuxième douille 42 est montée autour d'une partie radialement externe du pivot 16 et comprend une surface cylindrique interne 42a coopérant avec la surface cylindrique externe du pivot 16, et une surface cylindrique externe 42b coopérant avec la surface cylindrique interne de la cheminée 26. La deuxième douille 42 comprend à son extrémité radialement externe un rebord annulaire externe 46 intercalé entre l'extrémité radialement externe libre de la cheminée 26 et l'extrémité précitée du levier 36.
Cette technologie présente des problèmes d'étanchéité, évoqués dans ce qui précède, qui sont résolus par l'invention.
Les figures 2a et suivantes illustrent des modes de réalisation de l'invention.
Les aubes 1 10 de l'étage des figures 2a à 2c diffèrent de celles décrites ci-dessus en référence à la figure 1 , essentiellement par leurs pivots externes 1 16, les douilles 140, 142 de guidage de ces pivots, et par les cheminées 126 du carter 1 12.
Le pivot externe 1 16 de chaque aube 1 10 comprend ici :
- une première surface tronconique radialement interne 150 dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'intérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne 152 de la première douille 140 sensiblement tronconique, et
- une deuxième surface tronconique radialement externe 154 dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'extérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne 156 de la deuxième douille 142 sensiblement tronconique.
La première douille 140 comprend une surface tronconique externe 158 configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne 160 de la cheminée 126 du carter, et la deuxième douille 142 comprend une surface tronconique externe 162 configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne 164 de la cheminée 126 du carter (figure 3a). La cheminée 126 comprend une surface cylindrique interne 166 s'étendant entre l'extrémité radialement externe de la surface 160 et l'extrémité radialement interne de la surface 164.
De la même façon, le pivot 1 16 comprend une surface cylindrique externe 168 s'étendant entre l'extrémité radialement externe de la surface 150 et l'extrémité radialement interne de la surface 154.
La première douille 140 comprend à son extrémité radialement externe un rebord cylindrique dont la surface cylindrique externe coopère avec la surface cylindrique interne 166 de la cheminée 126. La deuxième douille 142 comprend à son extrémité radialement interne un rebord cylindrique dont la surface cylindrique externe coopère avec la surface cylindrique interne 166 de la cheminée 126.
Dans l'exemple représenté et de façon avantageuse, la longueur (ou distance radiale) L1 de la surface cylindrique externe 168 du pivot 1 16 est supérieure à celle L2 de la surface cylindrique interne 166 de la cheminée 126, de façon à ce qu'un jeu axial vis-à-vis de l'axe 122 ou radial vis-à-vis de l'axe A soit prévu au montage entre le pivot 1 16 et les douilles 140, 142.
A l'équilibre des pressions entre l'intérieur et l'extérieur du carter 1 12, les aubes 1 10 peuvent être dans la position telle qu'illustrée à la figure 2a. Lorsque la pression sur la platine externe de l'aube est plus importante que celle sur sa platine interne, les aubes sont sollicitées radialement vers l'extérieur et viennent en appui par leurs surfaces tronconiques sur les premières douilles 140 (figure 2b). A contrario, lorsque la pression sur la platine interne de l'aube est plus importante que celle sur sa platine externe, les aubes sont sollicitées radialement vers l'intérieur et viennent en appui par leurs surfaces tronconiques sur les deuxièmes douilles 142 (figure 2c).
La figure 3a est similaire à la figure 2c et la figure 3b montre ce qui se passe en cas d'usure d'une douille, ici la première douille 140. Lorsque la douille 140 est usée, son épaisseur radiale (par rapport à l'axe 22) diminue. Lorsque la pression sur la platine externe de l'aube est plus importante que celle sur sa platine interne, les aubes sont sollicitées radialement vers l'extérieur et viennent en appui par leurs surfaces tronconiques sur les premières douilles, mêmes si elles sont usées (figure 3b). L'invention permet ainsi de maintenir l'étanchéité entre le pivot et le carter lorsque les douilles de guidage de ce pivot sont usées. Du fait de l'usure de la douille 140, l'aube pourrait être amenée à se déplacer davantage radialement vers l'extérieur, par rapport au cas où la douille n'est pas usée, comme on le voit sur les dessins.
La figure 3b montre le cas spécifique d'une usure « radiale » de la première douille, c'est-à-dire que cette douille est usée sur toute sa périphérie. Le cas où la deuxième douille serait usée est également envisageable. Par ailleurs, une usure « axiale » ou unilatérale est également possible, que ce soit de la première et/ou de la deuxième douille. Ce type d'usure se caractérise par une portion axiale localisée d'usure de la douille. Selon la pression dans la veine du compresseur, l'aube peut être amenée à subir un déplacement radialement vers l'extérieur voire un déversement qui se traduit par une inclinaison du pivot de l'aube par rapport à la cheminée du carter. Même dans ces cas, l'étanchéité est assurée.
En fonction de l'état d'usure des douilles, il est envisageable, par exemple au cours d'une opération de maintenance, de resserrer la deuxième douille sur le pivot de l'aube pour compenser cette usure. Il est possible d'équiper la deuxième douille de moyens d'anti-rotation pour empêcher son desserrage en fonctionnement.
Les figures 4a à 4c montrent des étapes de montage d'un étage selon l'invention.
Lors d'une première étape représentée à la figure 4a, les douilles 140, 142 sont montées dans la cheminée 126 du carter 1 12. La première douille 140 est montée dans une partie radialement interne de la cheminée, par translation radiale de l'intérieur vers l'extérieur, de façon à ce que son rebord cylindrique soit inséré au niveau de la surface cylindrique interne de la cheminée 126. La seconde douille 142 est montée dans une partie radialement externe de la cheminé, par translation radiale de l'extérieur vers l'intérieur, de façon à ce que son rebord cylindrique soit inséré au niveau de la surface cylindrique interne de la cheminée 26.
L'aube 1 10 est ensuite positionnée dans le carter et son pivot 1 16 est inséré dans la cheminée, en le déplaçant radialement de l'intérieur vers l'extérieur. On constate sur la figure 4b que le pivot 1 16 est pourvu de sa première surface tronconique externe 150 mais dépourvu de sa deuxième surface tronconique externe 154.
La première surface tronconique 150 du pivot 1 16 est définie par une partie tronconique radialement interne du pivot, qui est formée d'une seule pièce avec le pivot. Au contraire, la seconde surface tronconique 152 du pivot est définie par une bague 170 à filetage interne configurée pour être vissée sur une partie radialement externe à filetage externe 172 du pivot.
Le pivot externe 1 16 de l'aube est inséré dans la cheminée 126 jusqu'à ce que la première surface tronconique 150 du pivot vienne en appui sur la surface tronconique interne 152 de la première douille 140 (figure 4b).
On rapporte ensuite la bague 170 sur le pivot et on la visse sur la partie à filetage externe 172 du pivot. Dans la position vissée, la deuxième surface tronconique définie par la bague est écartée radialement de la surface tronconique interne de la deuxième douille.
Les figures 5a à 5c illustrent des variantes de réalisation de douilles 142 pour l'étage selon l'invention, qui sont applicables aux douilles 140.
La douilles 142 de la figure 5a est similaire à celle précédemment décrite et comprend un rebord cylindrique 142a à l'une de ses extrémités longitudinales. On comprend que c'est la coopération entre la portion tronconique de la douille 142 et la surface tronconique de la cheminée 126, qui va assurer la retenue de la douille dans la cheminée (le long de l'axe de la douille). La douille 142' de la figure 5b comprend un rebord annulaire externe 142b à l'une de ses extrémités longitudinales, qui est destiné à prendre appui sur l'extrémité radialement externe libre de la cheminée 126 par exemple, comme c'est le cas de la douille de la figure 1 . Ce rebord 142b peut coopérer avec la cheminée pour assurer la retenue de la douille dans la cheminée (le long de l'axe de la douille) et assurer un possible contact entre la cheminée du carter et le levier de commande de l'aube.
La douille 142" de la figure 5c comprend un rebord annulaire externe 142b à une de ses extrémités longitudinales et un rebord cylindrique 142a à son extrémité longitudinale opposée.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Etage d'aubes (1 10) à calage variable pour une turbomachine, comportant un carter annulaire (1 12) d'axe A de révolution et une rangée annulaire d'aubes s'étendant autour dudit axe A et à l'intérieur du carter, chaque aube comportant une pale (1 14) sensiblement radiale comportant un pivot cylindrique (1 16, 1 18) à chacune de ses extrémités radiales, le pivot radialement externe (1 16) de chaque aube étant monté dans une cheminée radiale (126) du carter et centré et guidé dans cette cheminée au moyen de douilles (140, 142), caractérisé en ce que le pivot radialement externe de chaque aube comprend :
- une première surface tronconique (150) radialement interne dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'intérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne (152) d'une première douille (140) sensiblement tronconique, et
- une deuxième surface tronconique radialement externe (154) dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'extérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne (156) d'une deuxième douille (142) sensiblement tronconique.
2. Etage (1 10) selon la revendication 1 , dans lequel lesdites première et deuxième surfaces tronconiques (150, 154) sont reliées l'une à l'autre par une surface cylindrique (168) du pivot.
3. Etage (1 10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite première douille (140) comprend une surface tronconique externe (158) configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne (160) de la cheminée (126) du carter, et/ou ladite deuxième douille (142) comprend une surface tronconique externe (162) configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne (164) de la cheminée du carter.
4. Etage (1 10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacune desdites première et deuxième douilles (140, 142) comprend un rebord cylindrique (142a) ou radial (142b).
5. Etage (1 10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la distance radiale (L1 ) la plus proche entre lesdites première et seconde surfaces tronconiques (150, 152) du pivot (1 16) est supérieure à la distance radiale (L2) la plus proche entre les surfaces tronconiques internes desdites première et deuxième douilles (140, 142).
6. Etage (1 10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première surface tronconique (150) du pivot est définie par une partie tronconique radialement interne du pivot, qui est formée d'une seule pièce avec le pivot, et la seconde surface tronconique (154) du pivot est définie par une bague (170) à filetage interne configurée pour être vissée sur une partie tronconique radialement externe (172) à filetage externe du pivot.
7. Turbomachine pour aéronef, comportant au moins un étage (1 10) selon l'une des revendications précédentes.
8. Procédé de montage d'un étage (1 10) selon la revendication 6, dans lequel il comprend les étapes consistant, pour chaque aube, à :
- monter lesdites première et deuxième douilles (140, 142) dans la cheminée (126) du carter (1 12),
- positionner l'aube (1 10) dans le carter et insérer son pivot (1 16) radialement externe dans la cheminée correspondante du carter, en le déplaçant radialement de l'intérieur vers l'extérieur, jusqu'à ce que la première surface tronconique du pivot vienne en appui sur la surface tronconique interne de la première douille (140),
- rapporter la bague (170) sur le pivot et la visser sur la partie (172) à filetage externe du pivot, jusqu'à obtention d'une distance souhaitée entre lesdites premières et deuxième surfaces tronconiques.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel, après vissage, la deuxième surface tronconique (154) définie par la bague (170) est écartée radialement de la surface tronconique interne (156) de la deuxième douille (142).
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