WO2024056961A1 - Secteur d'un distributeur pour une turbine d'une turbomachine d'aéronef - Google Patents

Secteur d'un distributeur pour une turbine d'une turbomachine d'aéronef Download PDF

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WO2024056961A1
WO2024056961A1 PCT/FR2023/051347 FR2023051347W WO2024056961A1 WO 2024056961 A1 WO2024056961 A1 WO 2024056961A1 FR 2023051347 W FR2023051347 W FR 2023051347W WO 2024056961 A1 WO2024056961 A1 WO 2024056961A1
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WO
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blade
sector
distributor
external
axis
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/051347
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English (en)
Inventor
Thomas Tsassis
Josserand Jacques André BASSERY
Samuel Laurent Noël Mathieu JUGE
Ba-Phuc TANG
Elsa Maxime
Arthur DE CASTRO
Original Assignee
Safran Aircraft Engines
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines filed Critical Safran Aircraft Engines
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line

Definitions

  • the present invention relates to a sector of a distributor for a turbine of an aircraft turbomachine, and more generally to a distributor comprising such sectors.
  • a turbomachine turbine comprises at least one stage comprising a fixed bladed distributor and a movable bladed wheel.
  • the distributor comprises an external crown and an internal crown coaxial along an axis X, the external and internal crowns being connected to each other by an annular row of blades.
  • Such a distributor is usually sectored and comprises an annular row of sectors placed end to end around the axis X, each sector comprising for example two or three blades with fixed pitch.
  • the sectorization of the distributor necessarily implies the presence of a misalignment, however small, between the sectors around the X axis. This misalignment can for example be noted by the presence of steps between two successive sectors, at the level of the crowns .
  • misalignment implies that the passage section of the distributor is not homogeneous around the X axis, to the detriment of the efficiency of the turbomachine.
  • steps created by this misalignment generate disturbances within the flow, which also have a negative impact on the efficiency of the turbomachine.
  • the objective of the present invention is therefore to provide a simple, effective and economical solution making it possible to respond at least partially to the aforementioned problems.
  • the invention thus proposes a sector of a distributor for a turbine of an aircraft turbomachine, the sector comprising an external platform and an internal platform coaxial along an axis they the external and internal platforms, characterized in that the blade has variable pitch around an axis of rotation Y of the blade, the blade comprising an aerodynamic body delimited radially by a head and a foot, the head being placed with a first functional game in an opening of the external platform, the foot being placed with a second functional game in a cavity of the internal platform, the axis of rotation Y of the blade being located downstream of the head and the foot.
  • Such an adjustment can be carried out throughout the life of the engine, i.e. for example during engine assembly or during engine maintenance.
  • Such positioning of the axis of rotation Y generally makes it possible to optimize the passage section of the distributor.
  • the sector according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation from each other or in combination with each other:
  • the blade is guided in rotation around its axis of rotation Y via a cylindrical portion of the blade which is inserted in an orifice of the external platform and a spherical portion of the blade which is inserted in a housing of the internal platform;
  • the pitch of the blade is adjusted via a control element which is integral with the blade and which is arranged outside the external platform, the control element being guided by a guide device placed between the control element control and the external platform;
  • control element is fixed on an external face of the blade head
  • the guiding device comprises an armature in which carrier balls and/or a self-lubricating pad are housed;
  • each pin being partly housed in a hole in the foot and partly housed in a groove in the cavity;
  • the sector includes several blades which each connect the external and internal platforms, each of the blades having variable pitch around its axis of rotation Y.
  • the present invention also relates to a distributor for a turbine of an aircraft turbomachine, the distributor comprising a plurality of sectors as described previously, the sectors being placed end to end around the axis X.
  • the present invention also relates to a turbine of an aircraft turbomachine comprising a distributor as described above.
  • the present invention further relates to an aircraft turbomachine comprising a distributor as described above or a turbine as described above.
  • the present invention finally relates to a method of mounting or maintaining a distributor as described above, the method comprising at least the step consisting of: a1) adjusting the timing of the blades of the sectors, so as to homogenize the passage section of the distributor which is defined between the external and internal platforms of the sectors.
  • Figure 1 is a partial axial half-section view of a turbomachine comprising a distributor according to the invention
  • Figure 2 is a detailed perspective view of a sector of the distributor illustrated in Figure 1;
  • FIG.3 Figure 3 is a detail and perspective view of the external and internal platforms of the sector illustrated in Figure 2;
  • Figure 4 is a first detail and perspective view of a blade from the sector illustrated in Figure 2;
  • Figure 5 is a second detail and perspective view of a blade from the sector illustrated in Figure 2;
  • Figure 6 is a perspective view illustrating a first step of a method of mounting the sector illustrated in Figure 2;
  • FIG.7 Figure 7 is a detail and perspective view of the first stage;
  • Figure 8 is a perspective view illustrating a second step of the sector assembly method illustrated in Figure 2;
  • Figure 9 is a perspective view illustrating a third step of the sector assembly method illustrated in Figure 2;
  • Figure 10 is a perspective view illustrating a fourth step of the sector assembly method illustrated in Figure 2;
  • Figure 11 is a perspective view illustrating a fifth step of the sector assembly method illustrated in Figure 2;
  • Figure 12 is a first detail and perspective view of the fifth step
  • FIG.13 Figure 13 is a second detail and perspective view of the fifth step
  • Figure 14 is a top view illustrating a step of a method of assembly or maintenance of a distributor according to the invention.
  • Figure 15 is a front view of the step illustrated in Figure 14.
  • an aircraft turbomachine 1 is partially shown, the turbomachine 1 being for example a turbojet, a turboprop or a turboshaft engine.
  • the turbomachine 1 conventionally comprises from upstream to downstream, depending on the direction of gas flow, at least one compressor, a combustion chamber 2 and at least one turbine 3.
  • the turbomachine 1 comprises a high pressure turbine 3 arranged directly downstream of the combustion chamber 2 and a low pressure turbine (not shown) arranged downstream of the high pressure turbine 3.
  • the high pressure turbine 3 comprises a single high pressure stage comprising a distributor 4 and a movable wheel 5.
  • the distributor 4 is arranged directly downstream of the combustion chamber 2 and the wheel 5 is arranged directly downstream of the distributor 4.
  • the wheel 5 is movable in rotation around a longitudinal axis of the turbomachine 1.
  • the distributor 4 is annular and sectorized, and thus comprises a plurality of sectors 6 placed end to end around the axis X.
  • the distributor 4 and the sectors 6 of the distributor 4 are also defined along the axis X.
  • Each sector 6 comprises an external platform 7 and an internal platform 8 coaxial along the axis
  • said at least one blade 9 of sector 6 has variable pitch around an axis of rotation Y of the blade 9.
  • the blade 9 comprises an aerodynamic body 11 delimited radially by a head 12 and a foot 13.
  • the head 12 is placed with a first functional clearance in an opening 14 of the external platform 7.
  • the foot 13 is placed with a second functional clearance in a cavity 15 of the internal platform 8.
  • the axis of rotation Y of the blade 9 is located downstream of head 12 and foot 13.
  • a sector 6 can obviously comprise several blades 9 (for example two or three) which each connect the external and internal platforms 7, 8, each of the blades 9 having variable pitch around its axis of rotation Y.
  • Such an adjustment can be carried out throughout the life of the engine, i.e. for example during engine assembly or during engine maintenance.
  • Such positioning of the axis of rotation Y generally makes it possible to optimize the passage section of the distributor.
  • the distributor 4 (or sector 6) according to the invention could be installed in the low pressure turbine of the turbomachine 1.
  • axial or “axially” means any direction parallel to the X axis, and “radial” or “radially” any direction perpendicular to the X axis.
  • the external and internal platforms 7, 8 delimit a vein 10 in which the gases resulting from the combustion of the air/fuel mixture flow.
  • upstream and downstream are defined in relation to the direction of gas flow in the turbomachine 1.
  • the external and internal platforms 7, 8 are each in the form of an arc around the axis X.
  • Each sector 6 comprises two blades 9 with variable pitch, each of the blades 9 being adjustable around its axis of rotation Y.
  • the axis of rotation Y of a blade is substantially radial.
  • the pitch of a blade 9 is generally quantified via a pitch angle.
  • the adjustment of the pitch of the blades 9 can be independent or common, and in other words the blades 9 can be adjusted independently of each other, or in a common way.
  • the adjustment of the pitch of the blades 9 can be manual or automatic.
  • the distributor 4 comprises a control device comprising for example one or more actuators and one or more mechanisms, the mechanism(s) connecting the actuator(s) to the blades 9. Adjusting the pitch of the blades 9 is carried out when the engine is stopped, for example during assembly or maintenance.
  • each blade 9 comprises an aerodynamic body 11 delimited radially by a head 12 and a foot 13.
  • the head 12 is placed with a first functional clearance in an opening 14 of the external platform 7 and the foot 13 is placed with a second functional game in a cavity 15 of the internal platform 8.
  • the first and second functional games are positive and dimensioned to allow adjustment of the calibration over a predetermined range (for example plus or minus five degrees relative to a reference position).
  • each blade 9 is located downstream of its head 12 and its foot 13.
  • each blade 9 is delimited transversely by a leading edge 16 and a trailing edge 17, the leading edge 16 being arranged upstream of the trailing edge 17 following the direction of gas flow around the blade 9.
  • the leading and trailing edges 16, 17 are connected to each other by an intrados face 18 and an extrados face 19 of the body 11, these faces intrados and extrados 18, 19 being curved, and respectively concave and convex.
  • each blade 9 has a contour or profile similar to that of the body 11, with reduced dimensional characteristics.
  • the head 12 extends radially in the extension of the body 11 and is surrounded by a shoulder 20.
  • Each opening 14 of the external platform 7 is through and has a contour or profile similar to that of the head 12, with increased dimensional characteristics .
  • each blade 9 has a contour or profile similar to that of the body 11, with reduced dimensional characteristics.
  • the foot 13 extends radially in the extension of the body 11 and is surrounded by a shoulder 21.
  • Each cavity 15 of the internal platform 8 is blind and has a contour or profile similar to that of the foot 13, with increased dimensional characteristics.
  • each blade 9 is hollow and comprises two interior chambers 22 separated by a partition 23. These chambers 22 are supplied by a flow of air which bypasses the combustion chamber 2, the air flow being evacuated from the chambers 22 by perforations 24 made in the body 11 of the blade 9, so as to join the flow of circulating gas in vein 10.
  • a perforated jacket 25 is mounted in each of the chambers 22 ( Figure 14).
  • each blade 9 is guided in rotation around its axis of rotation Y via a cylindrical portion 26 of the blade 9 which is inserted in an orifice 27 of the external platform 7 and a spherical portion 28 of the blade 9 which is inserted in a housing 29 of the internal platform 8.
  • the cylindrical and spherical portions 26, 28 define the axis of rotation Y of the blade 9.
  • the spherical part provides guidance while providing additional degrees of freedom which are necessary to cope with the deformations caused by thermal expansions, so as to avoid seizure in rotation of the blade 9.
  • the cylindrical portion 26 is located directly downstream of the head 12 and projects outwards from the body 11.
  • the spherical portion 28 is located directly downstream of the foot 13 and projects inwards from the body 11.
  • a bearing can be inserted between the cylindrical portion 26 and the orifice 27, so as to optimize the rotational guidance of the blade 9.
  • a bearing can be inserted between the spherical portion 28 and the housing 29.
  • the timing of each blade 9 is adjusted via a control element 30 which is integral with the blade 9 and which is arranged outside the external platform 7.
  • the control element 30 is guided by a guiding device 31 placed between the control element 30 and the external platform 7.
  • the guide device 31 comprises an armature 34 in which carrier balls 35 and/or a self-lubricating pad are housed.
  • a self-lubricating pad is for example made of sintered metal (for example bronze) and includes pores incorporating lubricant (for example oil).
  • control element 30 is in the form of a collar 30 whose outline or profile is similar to that of the head 12 (or opening 14).
  • the collar 30 is fixed on a free external face 32 of the head 12 of the blade 9, for example by brazing.
  • the collar 30 is perforated to allow the air supply to the interior chambers 22.
  • the collar 30 includes a finger 33 which can serve as a handle when the adjustment is manual and independent, or as a connection interface when the adjustment is common and carried out by a control device.
  • the guide device 31 borders the opening 14 and comprises a frame 34 in which carrier balls 35 are housed.
  • the carrier balls 35 are distributed regularly in the frame 34, so as to guide the collar 30 uniformly.
  • the guide device 31 is attached to the external platform 7, and inserted between the flange 30 and the external platform 7.
  • the fixing of the flange 30 ensures the radial retention of the blade 9 relative to the external platform 7.
  • the foot 13 of each blade 9 is held radially in the corresponding cavity 15 via several pins 36, each pin 36 being partly housed in a hole 37 of the foot 13 and partly housed in a groove 38 of the cavity 15.
  • each blade 9 is held radially in the corresponding cavity 15 via three distributed pins 36, namely a first pin 36 at the level of the leading edge 16 , a second pin 36 at the level of the intrados face 18, and a third pin 36 at the level of the extrados face 19.
  • the pins 36 are inserted through the interior chambers 22 and fixed to the blade 9, for example by brazing.
  • the grooves 38 made in the cavity 15 are oblong and dimensioned to allow adjustment of the timing over a predetermined range (for example plus or minus five degrees relative to a reference position).
  • the external platform 7 of each sector 6 comprises an upstream sealing system 39 configured to come into axial support with an external wall 40 of the combustion chamber 2, and a downstream sealing system 41 configured to come into axial support with a turbine casing 42.
  • the internal platform 8 of each sector 6 comprises an upstream sealing system 43 configured to come into axial support with an internal wall 44 of the combustion chamber 2, and two fixing lugs 45 configured to be secured to an envelope 46 surrounding the combustion chamber 2.
  • the distributor 4 also includes one or more sealing plates (not shown) between two directly adjacent sectors 6 at the level of the external and internal platforms 7, 8, so as to minimize intersector leaks.
  • the blades 9 or the external and internal platforms 7, 8 of a sector 6 have complex shapes, these parts can for example be manufactured via an additive manufacturing process (for example by selective fusion on a powder bed) or via a process lost wax casting.
  • a sector 6 as illustrated in the figures and as described above is mounted by an assembly method comprising the steps consisting of: a) attaching a guide device 31 to the external platform 7, for each of the blades 9; (figures 6 and 7) b) jointly place the head 12 of the blade 9 in an opening 14 of the external platform 7 and the associated cylindrical portion 26 in an orifice 27 of the external platform 7, for each of the blades 9; (figure 8) c) fix a collar 30 on the external face 32 of the head 12 of the blade 9, for each of the blades 9; (figure 9) d) jointly place the feet 13 of the blades 9 in the cavities 15 of the internal platform 8 and the associated spherical portions 28 in the housings 29 of the internal platform 8; (figure 10) e) insert each of the three pins 36 into a hole 37 of the foot 13 of the blade 9 and into an associated groove 38, for each of the blades 9; (figures 11 -13) f) fix the three pins 36 to the blade 9, for each of the
  • Step c) can be carried out by brazing or welding the collar 30 on the head 12 of the blade 9.
  • Step e) the pins 36 are inserted through the interior chambers 22.
  • Step f) can be carried out by brazing or welding the pins 36 to the interior surfaces defining the chambers 22, the soldering or welding being carried out in the interior chambers 22.
  • the distributor 4 as described above is mounted by an assembly method comprising at least the step consisting of: a1) adjusting the timing of the blades 9 of the sectors 6, so as to homogenize the passage section of the distributor 4 which is defined between the external and internal platforms 7, 8 of sectors 6 (figures 14 and 15).
  • the sectors 6 of the distributor 4 can be placed end to end around the axis X.
  • step a1) the finger 33 of each blade 9 is actuated in a tangential or circumferential direction (in one direction or the other), so as to adjust the timing of the blade 9.
  • the distributor 4 as described above is maintained by a maintenance process comprising at least the step consisting of: a1) adjusting the timing of the blades 9 of the sectors 6, so as to homogenize the passage section of the distributor 4 which is defined between the external and internal platforms 7, 8 of sectors 6 (figures 14 and 15).
  • step a1) the finger 33 of each blade 9 is actuated in a tangential or circumferential direction (in one direction or the other), so as to adjust the timing of the blade 9.

Landscapes

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Abstract

Secteur (6) d'un distributeur pour une turbine d'une turbomachine d'aéronef, le secteur (6) comprenant une plateforme externe (7) et une plateforme interne (8) coaxiales suivant un axe (X), le secteur (6) comprenant en outre au moins une pale (9) qui relie entre elles les plateformes externe et interne (7, 8), caractérisé en ce que la pale (9) est à calage variable autour d'un axe de rotation (Y) de la pale (9), la pale (9) comprenant un corps (11) aérodynamique délimité radialement par une tête et un pied, la tête étant placée avec un premier jeu fonctionnel dans une ouverture de la plateforme externe (7), le pied étant placé avec un second jeu fonctionnel dans une cavité de la plateforme interne (8), l'axe de rotation (Y) de la pale (9) étant situé en aval de la tête et du pied.

Description

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Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à un secteur d’un distributeur pour une turbine d’une turbomachine d’aéronef, et plus généralement à un distributeur comprenant de tels secteurs.
Arrière-plan technique
Classiquement, une turbine de turbomachine comprend au moins un étage comportant un distributeur aubagé fixe et une roue aubagée mobile.
Plus précisément, le distributeur comprend une couronne externe et une couronne interne coaxiales suivant un axe X, les couronnes externe et interne étant reliées l’une à l’autre par une rangée annulaire de pales.
Un tel distributeur est habituellement sectorisé et comprend une rangée annulaire de secteurs mis bout à bout autour de l’axe X, chaque secteur comprenant par exemple deux ou trois pales à calage fixe.
La sectorisation du distributeur implique obligatoirement la présence d’un désalignement, aussi petit soit-il, entre les secteurs autour de l’axe X. Ce désalignement peut par exemple être constaté par la présence de marches entre deux secteurs successifs, au niveau des couronnes.
Un tel désalignement implique que la section de passage du distributeur n’est pas homogène autour de l’axe X, au détriment du rendement de la turbomachine. En outre, les marches créées par ce désalignement génèrent des perturbations au sein de l’écoulement, qui ont également un impact négatif sur le rendement de la turbomachine.
Pour corriger ou minimiser ce désalignement, il est possible d’effectuer diverses opérations d’usinage à l’issue du montage du distributeur. Toutefois de telles opérations sont complexes à mettre en œuvre et augmentent considérablement le temps de fabrication du distributeur, au détriment de la productivité. Il est bon de noter que les opérations d’usinage précitées sont uniquement autorisées lors de la fabrication du moteur, et autrement dit avant sa mise en service.
En outre, les motoristes constatent que la section de passage optimale dépend de nombreux paramètres (par exemple environnement extérieur, nombre d’heures de fonctionnement du moteur, etc.), et qu’il serait profitable de pouvoir régler cette section passage tout au long de la durée de vie du moteur, ce qui n’est pas possible actuellement.
L’objectif de la présente invention est donc d’apporter une solution simple, efficace et économique permettant de répondre au moins partiellement aux problématiques précitées.
L’art antérieur comprend également le document US2009/067978A1 .
Résumé de l'invention
L’invention propose ainsi un secteur d’un distributeur pour une turbine d’une turbomachine d’aéronef, le secteur comprenant une plateforme externe et une plateforme interne coaxiales suivant un axe X, le secteur comprenant en outre au moins une pale qui relie entre elles les plateformes externe et interne, caractérisé en ce que la pale est à calage variable autour d’un axe de rotation Y de la pale, la pale comprenant un corps aérodynamique délimité radialement par une tête et un pied, la tête étant placée avec un premier jeu fonctionnel dans une ouverture de la plateforme externe, le pied étant placé avec un second jeu fonctionnel dans une cavité de la plateforme interne, l’axe de rotation Y de la pale étant situé en aval de la tête et du pied.
La mise en place de pales à calage variable sur le distributeur permet de régler la section de passage du distributeur en réglant le calage des différentes pales.
Un tel réglage permet ainsi d’homogénéiser la section de passage du distributeur, au bénéfice du rendement de la turbine, et de manière plus générale de la turbomachine.
Un tel réglage peut être réalisé tout au long de la durée de vie du moteur, à savoir par exemple lors du montage du moteur ou lors de la maintenance du moteur.
Un tel positionnement de l’axe de rotation Y permet de manière générale d’optimiser la section de passage du distributeur.
Le secteur 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 :
- la pale est guidée en rotation autour de son axe de rotation Y via une portion cylindrique de la pale qui est insérée dans un orifice de la plateforme externe et une portion sphérique de la pale qui est insérée dans un logement de la plateforme interne ;
- le calage de la pale est réglé via un élément de commande qui est solidaire de la pale et qui est disposé à l’extérieur de la plateforme externe, l’élément de commande étant guidé par un dispositif de guidage placé entre l’élément de commande et la plateforme externe ;
- l’élément de commande est fixé sur une face externe de la tête de la pale ;
- le dispositif de guidage comprend une armature dans laquelle sont logées des billes porteuses et/ou un patin autolubrifiant ;
- le pied de la pale est maintenu radialement dans la cavité via plusieurs pions, chaque pion étant en partie logé dans un trou du pied et en partie logé dans une rainure de la cavité ;
- le secteur comprend plusieurs pales qui relient chacune les plateformes externe et interne, chacune des pales étant à calage variable autour de son axe de rotation Y.
La présente invention concerne encore un distributeur pour une turbine d’une turbomachine d’aéronef, le distributeur comprenant une pluralité de secteurs tels que décrits précédemment, les secteurs étant mis bout à bout autour de l’axe X. La présente invention concerne également une turbine d’une turbomachine d’aéronef comprenant un distributeur tel que décrit précédemment.
La présente invention concerne en outre une turbomachine d’aéronef comprenant un distributeur tel que décrit précédemment ou une turbine telle que décrite précédemment.
La présente invention concerne enfin un procédé de montage ou de maintenance d’un distributeur tel que décrit précédemment, le procédé comprenant au moins l’étape consistant à : a1 ) régler le calage des pales des secteurs, de manière à homogénéiser la section de passage du distributeur qui est définie entre les plateformes externe et interne des secteurs.
Brève 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 :
[Fig.1] la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale d’une turbomachine comprenant un distributeur selon l’invention ;
[Fig.2] la figure 2 est une vue de détail en perspective d’un secteur du distributeur illustré sur la figure 1 ;
[Fig.3] la figure 3 est une vue de détail et en perspective des plateformes externe et interne du secteur illustré sur la figure 2 ;
[Fig .4] la figure 4 est une première vue de détail et en perspective d’une pale du secteur illustré sur la figure 2 ;
[Fig.5] la figure 5 est une seconde vue de détail et en perspective d’une pale du secteur illustré sur la figure 2 ;
[Fig.6] la figure 6 est une vue en perspective illustrant une première étape d’un procédé de montage du secteur illustré sur la figure 2 ;
[Fig.7] la figure 7 est une vue de détail et en perspective de la première étape ; [Fig.8] la figure 8 est une vue en perspective illustrant une seconde étape du procédé de montage du secteur illustré sur la figure 2 ;
[Fig.9] la figure 9 est une vue en perspective illustrant une troisième étape du procédé de montage du secteur illustré sur la figure 2 ;
[Fig.10] la figure 10 est une vue en perspective illustrant une quatrième étape du procédé de montage du secteur illustré sur la figure 2 ;
[Fig.11] la figure 11 est une vue en perspective illustrant une cinquième étape du procédé de montage du secteur illustré sur la figure 2 ;
[Fig.12] la figure 12 est une première vue de détail et en perspective de la cinquième étape ;
[Fig.13] la figure 13 est une seconde vue de détail et en perspective de la cinquième étape ;
[Fig.14] la figure 14 est une vue de dessus illustrant une étape d’un procédé de montage ou de maintenance d’un distributeur selon l’invention ;
[Fig.15] la figure 15 est une vue de face de l’étape illustrée sur la figure 14.
Description détaillée de l'invention
Sur la figure 1 est représentée partiellement une turbomachine 1 d’aéronef, la turbomachine 1 étant par exemple un turboréacteur, un turbopropulseur ou un turbomoteur.
La turbomachine 1 comprend classiquement d’amont en aval, selon le sens d’écoulement des gaz, au moins un compresseur, une chambre de combustion 2 et au moins une turbine 3.
Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1 , la turbomachine 1 comprend une turbine 3 haute pression disposée directement en aval de la chambre de combustion 2 et une turbine basse pression (non représentée) disposée en aval de la turbine 3 haute pression. La turbine 3 haute pression comprend un unique étage haute pression comportant un distributeur 4 et une roue 5 mobile. Le distributeur 4 est disposé directement en aval de la chambre de combustion 2 et la roue 5 est disposée directement en aval du distributeur 4. La roue 5 est mobile en rotation autour d’un axe X longitudinal de la turbomachine 1 .
Le distributeur 4 est annulaire et sectorisé, et comprend ainsi une pluralité de secteurs 6 mis bout à bout autour de l’axe X. Le distributeur 4 et les secteurs 6 du distributeur 4 sont également définis suivant l’axe X.
Chaque secteur 6 comprend une plateforme externe 7 et une plateforme interne 8 coaxiales suivant l’axe X. Le secteur 6 comprend en outre au moins une pale 9 qui relie entre elles les plateformes externe et interne 7, 8.
Selon l’invention, ladite au moins une pale 9 du secteur 6 est à calage variable autour d’un axe de rotation Y de la pale 9. La pale 9 comprend un corps 11 aérodynamique délimité radialement par une tête 12 et un pied 13. La tête 12 est placée avec un premier jeu fonctionnel dans une ouverture 14 de la plateforme externe 7. Le pied 13 est placé avec un second jeu fonctionnel dans une cavité 15 de la plateforme interne 8. L’axe de rotation Y de la pale 9 est situé en aval de la tête 12 et du pied 13.
Un secteur 6 peut bien évidemment comprendre plusieurs pales 9 (par exemple deux ou trois) qui relient chacune les plateformes externe et interne 7, 8, chacune des pales 9 étant à calage variable autour de son axe de rotation Y.
La mise en place de pales à calage variable sur le distributeur permet de régler la section de passage du distributeur en réglant le calage des différentes pales.
Un tel réglage permet ainsi d’homogénéiser la section de passage du distributeur, au bénéfice du rendement de la turbine, et de manière plus générale de la turbomachine.
Un tel réglage peut être réalisé tout au long de la durée de vie du moteur, à savoir par exemple lors du montage du moteur ou lors de la maintenance du moteur.
Un tel positionnement de l’axe de rotation Y permet de manière générale d’optimiser la section de passage du distributeur.
L’exemple illustré n’est en rien limitatif, le distributeur 4 (ou le secteur 6) selon l’invention pourrait être mis en place dans la turbine basse pression de la turbomachine 1 .
Par convention dans la présente demande, on entend par « axial » ou « axialement » toute direction parallèle à l’axe X, et par « radial » ou « radialement » toute direction perpendiculaire à l’axe X.
En outre, par convention dans la présente demande, les termes « interne » et « externe » sont définis radialement par rapport à l’axe X.
Les plateformes externe et interne 7, 8 délimitent une veine 10 dans laquelle s’écoulent les gaz issus de la combustion du mélange air/carburant.
Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine 1.
Tel qu’illustré sur les figures, les plateformes externe et interne 7, 8 se présentent chacune sous la forme d’un arc de cercle autour de l’axe X. Chaque secteur 6 comprend deux pales 9 à calage variable, chacune des pales 9 étant réglable autour de son axe de rotation Y. L’axe de rotation Y d’une pale est sensiblement radial. Le calage d’une pale 9 est généralement quantifié via un angle de calage. Le réglage du calage des pales 9 peut être indépendant ou commun, et autrement dit les pales 9 peuvent être réglées indépendamment les unes des autres, ou de façon commune. Le réglage du calage des pales 9 peut être manuel ou automatique. Dans le cas d’un réglage automatique, le distributeur 4 comprend un dispositif de commande comportant par exemple un ou plusieurs actionneurs et un ou plusieurs mécanismes, le ou les mécanismes reliant le ou les actionneurs aux pales 9. Le réglage du calage des pales 9 est effectué lorsque le moteur est à l’arrêt, par exemple lors du montage ou lors de la maintenance.
Tel qu’indiqué ci-dessus, chaque pale 9 comprend un corps 11 aérodynamique délimité radialement par une tête 12 et un pied 13. La tête 12 est placée avec un premier jeu fonctionnel dans une ouverture 14 de la plateforme externe 7 et le pied 13 est placé avec un second jeu fonctionnel dans une cavité 15 de la plateforme interne 8. Les premier et second jeux fonctionnels sont positifs et dimensionnés pour permettre le réglage du calage sur une plage prédéterminée (par exemple plus ou moins cinq degrés par rapport à une position de référence).
Tel qu’indiqué ci-dessus, l’axe de rotation Y de chaque pale 9 est situé en aval de sa tête 12 et de son pied 13.
Tel qu’illustré sur les figures 4 et 5, le corps 11 de chaque pale 9 est délimité transversalement par un bord d’attaque 16 et un bord de fuite 17, le bord d’attaque 16 étant disposé en amont du bord de fuite 17 suivant le sens d’écoulement des gaz autour de la pale 9. Les bords d’attaque et de fuite 16, 17 sont reliés l’un à l’autre par une face intrados 18 et une face extrados 19 du corps 11 , ces faces intrados et extrados 18, 19 étant incurvées, et respectivement concave et convexe.
La tête 12 de chaque pale 9 présente un contour ou profil semblable à celui du corps 11 , avec des caractéristiques dimensionnelles réduites. La tête 12 s’étend radialement dans le prolongement du corps 11 et est entouré par un épaulement 20. Chaque ouverture 14 de la plateforme externe 7 est traversante et présente un contour ou profil semblable à celui de la tête 12, avec des caractéristiques dimensionnelles augmentées.
Le pied 13 de chaque pale 9 présente un contour ou profil semblable à celui du corps 11 , avec des caractéristiques dimensionnelles réduites. Le pied 13 s’étend radialement dans le prolongement du corps 11 et est entouré par un épaulement 21. Chaque cavité 15 de la plateforme interne 8 est borgne et présente un contour ou profil semblable à celui du pied 13, avec des caractéristiques dimensionnelles augmentées.
Tel qu’illustré sur les figures et notamment les figures 4, 5, 11 et 14, pour faire face aux fortes températures de l’espace environnant, chaque pale 9 est creuse et comprend deux chambres 22 intérieures séparées par une cloison 23. Ces chambres 22 sont alimentées par un flux d’air qui contourne la chambre de combustion 2, le flux d’air étant évacué des chambres 22 par des perforations 24 réalisées dans le corps 11 de la pale 9, de manière à rejoindre le flux de gaz circulant dans la veine 10. Pour optimiser la distribution du flux d’air, une chemise 25 perforée est montée dans chacune des chambres 22 (figure 14).
Avantageusement, chaque pale 9 est guidée en rotation autour de son axe de rotation Y via une portion cylindrique 26 de la pale 9 qui est insérée dans un orifice 27 de la plateforme externe 7 et une portion sphérique 28 de la pale 9 qui est insérée dans un logement 29 de la plateforme interne 8. Les portions cylindrique et sphérique 26, 28 définissent l’axe de rotation Y de la pale 9.
La partie sphérique assure le guidage tout en apportant des degrés de liberté supplémentaires qui sont nécessaires pour faire face aux déformations engendrées par les dilations thermiques, de manière à éviter le grippage en rotation de la pale 9.
Tel qu’illustré sur les figures 4 et 5, la portion cylindrique 26 se trouve directement en aval de la tête 12 et fait saillie vers l’extérieur depuis le corps 11 . La portion sphérique 28 se trouve directement en aval du pied 13 et fait saillie vers l’intérieur depuis le corps 11 .
Un palier peut être intercalé entre la portion cylindrique 26 et l’orifice 27, de manière optimiser le guidage en rotation de la pale 9. De la même manière, un palier peut être intercalé entre la portion sphérique 28 et le logement 29. Avantageusement, le calage de chaque pale 9 est réglé via un élément de commande 30 qui est solidaire de la pale 9 et qui est disposé à l’extérieur de la plateforme externe 7. L’élément de commande 30 est guidé par un dispositif de guidage 31 placé entre l’élément de commande 30 et la plateforme externe 7.
Avantageusement, le dispositif de guidage 31 comprend une armature 34 dans laquelle sont logées des billes porteuses 35 et/ou un patin autolubrifiant. Un patin autolubrifiant est par exemple réalisé en métal fritté (par exemple en bronze) et comprend des pores incorporant du lubrifiant (par exemple de l’huile).
Tel qu’illustré sur les figures, l’élément de commande 30 se présente sous la forme d’une collerette 30 dont le contour ou profil est semblable à celui de la tête 12 (ou de l’ouverture 14). La collerette 30 est fixée sur une face externe 32 libre de la tête 12 de la pale 9, par exemple par brasage. La collerette 30 est ajourée pour permettre l’alimentation en air des chambres 22 intérieures. La collerette 30 comprend un doigt 33 qui peut servir de poignée lorsque le réglage est manuel et indépendant, ou d’interface de liaison lorsque le réglage est commun et réalisé par un dispositif de commande.
Tel qu’illustré sur les figures, le dispositif de guidage 31 borde l’ouverture 14 et comprend une armature 34 dans laquelle sont logées des billes porteuses 35. Les billes porteuses 35 sont réparties de manière régulière dans l’armature 34, de manière à guider la collerette 30 de façon uniforme. Le dispositif de guidage 31 est rapporté sur la plateforme externe 7, et intercalé entre la collerette 30 et la plateforme externe 7. La fixation de la collerette 30 assure le maintien radial de la pale 9 par rapport à la plateforme externe 7. Avantageusement, le pied 13 de chaque pale 9 est maintenu radialement dans la cavité 15 correspondante via plusieurs pions 36, chaque pion 36 étant en partie logé dans un trou 37 du pied 13 et en partie logé dans une rainure 38 de la cavité 15.
Tel qu’illustré sur les figures et notamment les figures 11 à 13, le pied 13 de chaque pale 9 est maintenu radialement dans la cavité 15 correspondante via trois pions 36 répartis, à savoir un premier pion 36 au niveau du bord d’attaque 16, un second pion 36 au niveau de la face intrados 18, et un troisième pion 36 au niveau de la face extrados 19. Les pions 36 sont insérés par les chambres 22 intérieures et fixés à la pale 9, par exemple par brasage. Les rainures 38 réalisées dans la cavité 15 sont oblongues et dimensionnées pour permettre le réglage du calage sur une plage prédéterminée (par exemple plus ou moins cinq degrés par rapport à une position de référence). Tel qu’illustré sur la figure 1 , la plateforme externe 7 de chaque secteur 6 comprend un système d’étanchéité amont 39 configuré pour venir en appui axial avec une paroi externe 40 de la chambre de combustion 2, et un système d’étanchéité aval 41 configuré pour venir en appui axial avec un carter de turbine 42. La plateforme interne 8 de chaque secteur 6 comprend un système d’étanchéité amont 43 configuré pour venir en appui axial avec une paroi interne 44 de la chambre de combustion 2, et deux pattes de fixation 45 configurées pour être solidarisées à une enveloppe 46 entourant la chambre de combustion 2.
Le distributeur 4 comprend également une ou plusieurs plaquettes d’étanchéité (non représentées) entre deux secteurs 6 directement adjacents au niveau des plateformes externe et interne 7, 8, de manière à minimiser les fuites intersecteurs.
Pour des raisons de clarté, les différents systèmes d’étanchéité 39, 41 , 43 ne sont pas représentés sur les figures 2 à 15.
Les pales 9 ou les plateformes externe et interne 7, 8 d’un secteur 6 présentent des formes complexes, ces pièces peuvent par exemple être fabriquées via un procédé de fabrication additive (par exemple par fusion sélective sur lit de poudre) ou via un procédé de moulage en cire perdue.
Un secteur 6 tel qu’illustré sur les figures et tel que décrit précédemment est monté par un procédé de montage comprenant les étapes consistant à : a) rapporter un dispositif de guidage 31 sur la plateforme externe 7, pour chacune des pales 9 ; (figures 6 et 7) b) placer conjointement la tête 12 de la pale 9 dans une ouverture 14 de la plateforme externe 7 et la portion cylindrique 26 associée dans un orifice 27 de la plateforme externe 7, pour chacune des pales 9 ; (figure 8) c) fixer une collerette 30 sur la face externe 32 de la tête 12 de la pale 9, pour chacune des pales 9 ; (figure 9) d) placer conjointement les pieds 13 des pales 9 dans les cavités 15 de la plateforme interne 8 et les portions sphériques 28 associées dans les logements 29 de la plateforme interne 8 ; (figure 10) e) insérer chacun des trois pions 36 dans un trou 37 du pied 13 de la pale 9 et dans une rainure 38 associée, pour chacune des pales 9 ; (figures 11 -13) f) fixer les trois pions 36 à la pale 9, pour chacune des pales 9 ; g) monter les systèmes d’étanchéité amont et aval 39, 41 sur la plateforme externe 7, et le système d’étanchéité amont 43 sur le plateforme interne 8. L’étape a) peut être réalisée en brasant ou soudant l’armature 34 à la plateforme externe 7.
L’étape c) peut être réalisée en brasant ou soudant la collerette 30 sur la tête 12 de la pale 9.
Lors de l’étape e), les pions 36 sont insérés par les chambres 22 intérieures. L’étape f) peut être réalisée en brasant ou soudant les pions 36 aux surfaces intérieures définissant les chambres 22, les brasures ou soudures étant réalisées dans les chambres 22 intérieures.
Le distributeur 4 tel que décrit précédemment est monté par un procédé de montage comprenant au moins l’étape consistant à : a1 ) régler le calage des pales 9 des secteurs 6, de manière à homogénéiser la section de passage du distributeur 4 qui est définie entre les plateformes externe et interne 7, 8 des secteurs 6 (figures 14 et 15).
Préalablement à l’étape a1 ), les secteurs 6 du distributeur 4 peuvent être mis bout à bout autour de l’axe X.
Tel qu’illustré sur la figure 14 par les flèches, lors de l’étape a1 ), le doigt 33 de chaque pale 9 est actionné suivant une direction tangentielle ou circonférentielle (dans un sens ou dans l’autre), de manière à régler le calage de la pale 9.
Le distributeur 4 tel que décrit précédemment est maintenu par un procédé de maintenance comprenant au moins l’étape consistant à : a1 ) régler le calage des pales 9 des secteurs 6, de manière à homogénéiser la section de passage du distributeur 4 qui est définie entre les plateformes externe et interne 7, 8 des secteurs 6 (figures 14 et 15).
Tel qu’illustré sur la figure 14 par les flèches, lors de l’étape a1 ), le doigt 33 de chaque pale 9 est actionné suivant une direction tangentielle ou circonférentielle (dans un sens ou dans l’autre), de manière à régler le calage de la pale 9.
Pour des raisons de clarté, un seul secteur 6 du distributeur 4 est représenté sur les figures 14 et 15.

Claims

REVENDICATIONS
1. Secteur (6) d’un distributeur (4) pour une turbine (3) d’une turbomachine (1 ) d’aéronef, le secteur (6) comprenant une plateforme externe (7) et une plateforme interne (8) coaxiales suivant un axe (X), le secteur (6) comprenant en outre au moins une pale (9) qui relie entre elles les plateformes externe et interne (7, 8), caractérisé en ce que la pale (9) est à calage variable autour d’un axe de rotation (Y) de la pale (9), la pale (9) comprenant un corps (11 ) aérodynamique délimité radialement par une tête (12) et un pied (13), la tête (12) étant placée avec un premier jeu fonctionnel dans une ouverture (14) de la plateforme externe (7), le pied (13) étant placé avec un second jeu fonctionnel dans une cavité (15) de la plateforme interne (8), l’axe de rotation (Y) de la pale (9) étant situé en aval de la tête (12) et du pied (13).
2. Secteur (6) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la pale (9) est guidée en rotation autour de son axe de rotation (Y) via une portion cylindrique (26) de la pale (9) qui est insérée dans un orifice (27) de la plateforme externe (7) et une portion sphérique (28) de la pale (9) qui est insérée dans un logement (29) de la plateforme interne (8).
3. Secteur (6) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calage de la pale (9) est réglé via un élément de commande (30) qui est solidaire de la pale (9) et qui est disposé à l’extérieur de la plateforme externe (7), l’élément de commande (30) étant guidé par un dispositif de guidage (31 ) placé entre l’élément de commande (30) et la plateforme externe (7).
4. Secteur (6) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’élément de commande (30) est fixé sur une face externe (32) de la tête (12) de la pale (9).
5. Secteur (6) selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de guidage (31 ) comprend une armature (34) dans laquelle sont logées des billes porteuses (35) et/ou un patin autolubrifiant.
6. Secteur (6) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pied (13) de la pale (9) est maintenu radialement dans la cavité (15) via plusieurs pions (36), chaque pion (36) étant en partie logé dans un trou (37) du pied (13) et en partie logé dans une rainure (38) de la cavité (15).
7. Secteur (6) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le secteur (6) comprend plusieurs pales (9) qui relient chacune les plateformes externe et interne (7, 8), chacune des pales (9) étant à calage variable autour de son axe de rotation (Y).
8. Distributeur (4) pour une turbine (3) d’une turbomachine (1 ) d’aéronef, le distributeur (4) comprenant une pluralité de secteurs (6) selon l’une des revendications 1 à 7, les secteurs (6) étant mis bout à bout autour de l’axe (X).
9. Turbine (3) d’une turbomachine (1 ) d’aéronef comprenant un distributeur (4) selon la revendication 8.
10. Turbomachine (1 ) d’aéronef comprenant un distributeur (4) selon la revendication 8 ou une turbine (3) selon la revendication 9.
11 . Procédé de montage ou de maintenance d’un distributeur (4) selon la revendication 8, le procédé comprenant au moins l’étape consistant à : a1 ) régler le calage des pales (9) des secteurs (6), de manière à homogénéiser la section de passage du distributeur (4) qui est définie entre les plateformes externe et interne (7, 8) des secteurs (6).
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