WO2025257501A1 - Mécanisme de commande d'aubes de stator à calage variable d'une turbomachine et turbomachine - Google Patents

Mécanisme de commande d'aubes de stator à calage variable d'une turbomachine et turbomachine

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WO2025257501A1
WO2025257501A1 PCT/FR2025/050518 FR2025050518W WO2025257501A1 WO 2025257501 A1 WO2025257501 A1 WO 2025257501A1 FR 2025050518 W FR2025050518 W FR 2025050518W WO 2025257501 A1 WO2025257501 A1 WO 2025257501A1
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WO
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control
control mechanism
turbomachine
variable
wall
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PCT/FR2025/050518
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English (en)
Inventor
Jean-Hilaire LEXILUS
Nicolas Gérard Bénito CORNEC
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Publication date
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • TITLE TURBOMACHINE STATOR BLADE CONTROL MECHANISM WITH REINFORCEMENT ELEMENT
  • the present invention relates to the field of turbomachinery comprising variable-pitch stator blades. It relates in particular to a control mechanism for variable-pitch stator blades.
  • Aircraft turbomachinery can be equipped with variable-pitch stator vanes that allow the turbomachinery to adapt to various operating regimes.
  • stator vanes can be located at different points within the turbomachine and are known, for example, by the English acronyms "OGV” for “Outlet Guide Vanes” or “VSV” for “Variable Stator Vanes.” These stator vanes are arranged radially across an airflow of the turbomachine and allow it to be straightened.
  • the turbomachine is equipped with a control mechanism comprising a control ring driven in rotation about the longitudinal axis of the turbomachine and driving the pivoting of the variable-pitch stator blades via control levers.
  • the control levers are connected to the variable-pitch stator blades and to the control ring.
  • the fusible part may not break under lesser mechanical stress, and this can lead to damage to other parts of the control mechanism.
  • the parts of the mechanism most affected are generally the control levers, which can break, deform, and/or disengage from the control ring.
  • DOD Domestic Object Debris
  • the objective of the present invention is to provide a simple and economical solution to reliably ensure the operation of the control mechanism of the variable pitch stator blades in the event of high mechanical stresses.
  • the reinforcing element makes it possible to obtain mechanically strengthened and more robust control levers in the event of high mechanical stresses applied to the stator blades.
  • high mechanical stresses refers to a pumping phenomenon that exerts an aerodynamic force on the variable-pitch stator blades due to violent backflows of airflow and/or the ingestion of foreign bodies that cause impacts on the stator blades.
  • the increased mechanical strength of the control levers will at least limit their deflection under high mechanical stresses, their damage, and their disengagement from the control ring.
  • the reliability of the control mechanism is considerably improved, which makes it possible, on the one hand, to ensure the control of the stator blades in all circumstances (the other parts of the control mechanism are not impacted), and on the other hand, to maintain the aerodynamic performance of the turbomachine.
  • control mechanism also includes one or more of the following features and/or steps, taken alone or in combination:
  • control mechanism includes a control means causing the rotation of the control ring via at least one fusible transmission piece connecting the control ring to the control means.
  • Each control lever is made of titanium, titanium alloy, steel or an organic matrix composite material.
  • each control lever includes an opening receiving at least part of the connecting member.
  • the angle of inclination is strictly greater than 180°C.
  • the angle of inclination is less than 230°.
  • the inclined wall is also inclined relative to the wall of the first section.
  • the inclined wall has an upstream end delimited by an extreme point which is arranged radially outside a portion of the external surface of the first portion.
  • the connecting element is permanently fixed at the level of the second portion.
  • the connecting element is mounted using a ball joint at the level of the second portion.
  • the inclined wall has a thickness approximately equal to the thickness of the second portion.
  • the extreme point is placed at a predetermined height of the first portion which is measured along a radial direction between a plane in which is defined a portion of external surface and a plane passing through the extreme point and parallel to the plane.
  • the first portion is connected to the first end of the variable pitch stator blade.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising variable-pitch stator blades for straightening an airflow circulating in the turbomachine and a stator blade control mechanism having any one of the preceding characteristics.
  • turbomachine comprises at least one stage formed of an annular row of moving blades and an annular row of stator blades, the stator blades being arranged upstream or downstream of the moving blades.
  • the turbomachine comprises, from upstream to downstream along the longitudinal axis, a low-pressure compressor, a high-pressure compressor, a high-pressure turbine and a low-pressure turbine, at least one of the low-pressure compressor, high-pressure compressor, high-pressure turbine, and low-pressure turbine comprising one or more stages.
  • FIG. 1 is a perspective view of an example of a turbomachine to which the invention applies;
  • FIG. 2 is a partial view of a turbomachine module comprising a control mechanism for a row of variable-pitch stator blades according to the invention;
  • FIG. 3 is a detailed and partial view of an example of a variable-pitch stator blade connected to a control ring by means of a control lever according to the invention
  • FIG. 4 illustrates, in perspective, an embodiment of a control lever intended to equip a control mechanism according to the invention
  • FIG. 5 is a side view of the control lever according to figure 4.
  • FIG. 6 is a schematic representation of the forces and displacement imposed on an example of a control lever according to the invention.
  • FIG. 7 is a partial perspective view of another embodiment of a control lever according to the invention.
  • Figure 1 represents a turbomachine 1 having a longitudinal axis X and intended to be mounted on an aircraft (not shown).
  • the turbomachine 1 may be a turboshaft engine, a turbojet engine, a turboprop engine, or may include fan rotor blades or rotor blades of at least one propeller, which may be shrouded or unshrouded.
  • upstream and downstream are defined with respect to the circulation of gases or airflows in the turbomachine and here along the longitudinal axis X.
  • axial and axially are defined with respect to the longitudinal axis X.
  • external is defined with respect to a radial axis Z extending from the longitudinal axis X and with respect to the distance from the longitudinal axis X.
  • the radial axis is perpendicular to the longitudinal axis X.
  • the turbomachine 1 shown in Figure 1 comprises, from upstream to downstream, a low-pressure compressor 2, a high-pressure compressor 3, a combustion chamber 4, a high-pressure turbine 5 and a low-pressure turbine 6.
  • the low-pressure compressor 2 and low-pressure turbine 6 each comprise rotors which are connected by a low-pressure shaft while the high-pressure compressor 3 and high-pressure turbine 5 comprise rotors which are connected by a high-pressure shaft.
  • the turbomachine advantageously, but not limited to, rotor blades or movable blades which rotate around the longitudinal axis X and which can equip the rotors of the low pressure compressors 2, high pressure compressor 3, low pressure turbine 6 and high pressure turbine 5.
  • the turbomachine 1 advantageously, but not exclusively, comprises stator blades or fixed blades which equip, for example, the stators of the low pressure compressor 2, high pressure compressor 3, low pressure turbine 5 and high pressure turbine 6.
  • Stator vanes are known as “rectifiers” or by the English acronym “VSV” for “Variable Stator Vanes”. These allow the flow passing through them to be straightened.
  • the turbomachine 1 comprises an annular row of stator blades 10 arranged, for example, upstream of the low-pressure compressor 2 and at the inlet of the turbomachine 1 at an inlet guide wheel 11.
  • the stator blades 10 are surrounded, for example, by a housing 12 on which they are mounted. pivotally about a mounting axis A.
  • the housing 12 is advantageously centered on the longitudinal axis X.
  • the turbomachine 1 includes a control mechanism 13 configured to change the pitch of the stator blades 9, 10 according to the operating mode of the turbomachine.
  • the control mechanism 13 includes, for example, a control ring 14 that is driven in displacement such that its displacement causes the variable-pitch stator blades 9, 10 to pivot.
  • the displacement of the control ring 14 in this example is advantageously a rotation about the longitudinal axis X as well as a translation about this same longitudinal axis X.
  • the control ring 14 is advantageously arranged around the housing 12 and is preferably centered on the longitudinal axis X.
  • the control mechanism 13 includes a control means 15 that causes the control ring 14 to move.
  • the control means 15 is an actuator such as a cylinder.
  • the control means 15 includes a movable part 16 that moves relative to a fixed body 17. The latter is fixed, for example, to the housing 12. The movable part 16 moves in translation along the longitudinal axis X.
  • control means 15 is connected to a fluidic power supply source (not shown) to supply chambers (not shown) which are formed between the fixed body 17 and the moving member 16.
  • the control mechanism 13 includes a transmission part that is connected via a pivoting joint to the control means 15 and to the control ring 14.
  • the transmission part is fusible.
  • fusible means that the part can break following an impact and/or high mechanical stress.
  • the fusible part may include areas with a restricted cross-section to facilitate its breakage.
  • the control mechanism 13 comprises a connecting rod 18 or a turnbuckle having a first articulated end 18a, for example on the control ring 14 and a second end 18b articulated for example on a first arm 19a of a right-angle lever 19 connected to the control means 15.
  • the connecting rod 18 may have an adjustable length, that is to say the length measured between its first end 18a and its second end 18b may vary.
  • the right-angle lever 19 includes, for example, a second arm 19b pivotally articulated on the moving part 16 (for example, a cylinder rod).
  • the fusible linkage can be the right-angle lever 19 or the connecting rod 18.
  • the connecting rod 18 and the right-angle lever 19 allow the movement of the moving part 16 of the actuator to be transmitted to the control ring 14.
  • the control mechanism 13 further advantageously includes control levers 20 which connect each variable pitch stator blade 10 to the control ring 14 so that the rotation of the control ring 14 (via the control means) causes the stator blades to pivot around the pitch axis A.
  • stator blades 10 pivot simultaneously under the action of the control means 15.
  • each stator blade 10 extends, for example, radially between a first end 10a and a second end 10b.
  • the first end 10a is pivotally mounted, for example, on the housing 12, and the second end 10b is pivotally mounted, for example, on a radially internal annular ferrule (not shown).
  • the first end 10a passes through an opening 12a through the wall of the housing 12 on both sides and extends radially outwards from the housing 12.
  • the first end 10a and the second end 10b are advantageously each in the form of a pivot.
  • FIGS 4 and 5 illustrate an embodiment of a control lever 20.
  • the control lever 20 comprises, for example, a body 21 elongated along an elongation direction DA.
  • Each elongated body 21 extends between a first portion 22 and a second portion 23, which are connected by a central portion 24.
  • the elongated body 21 is generally delimited by a peripheral edge 25.
  • the peripheral edge 25 is connected, for example, to a radially external surface 26 and a radially internal surface 27.
  • the radially internal surface 27 and the radially external surface 26 are here opposite each other along a radial direction DR. In the installed position, the radial direction DR is parallel to the radial axis Z.
  • the first portion 22 is connected to the first end 10a of a variable-pitch stator blade 10.
  • the first portion 22 advantageously includes an orifice 28 which passes through its wall on both sides in the radial direction DR.
  • the orifice 28 opens in particular onto the radially external surface 26 of the elongated body 21.
  • the body 21 includes a recess 29 (shown in dashed lines in Figure 5) which opens onto the radially internal surface 27.
  • the orifice 28 also advantageously opens into this recess 29. The latter allows at least a portion of the pivot of the first end 10a to be received.
  • the recess 29 has an overall rectangular cross-section. This allows for a plane-to-plane connection between the recess and the pivot of the first end 10a, which permits improved torque transmission. Of course, other shapes are possible.
  • the orifice 28 advantageously has a circular cross-section with an axis B.
  • the first end 10a of the stator blade 10 is fixed to the first portion 22 by means of fasteners.
  • These fasteners may be bolts with, for example, a threaded rod passing through the orifice 28 and the recess 29, and screwing into a threaded bore of the first end 10b.
  • Another type of fastener allowing for quick disassembly and assembly is of course conceivable.
  • the first portion 22 comprises a first maximum thickness e1 measured along the radial direction RD.
  • the first thickness e1 is, for example, between 8 mm and 20 mm.
  • a portion of the radially internal surface 27a is defined in a plane (perpendicular to the radial direction) which is offset, for example, from the plane in which a portion of the radially internal surface 27b of the second portion 23 is defined, and possibly from the plane of the central portion 24.
  • the first thickness e1 is advantageously measured between the portion of the radially internal surface 27a and a portion of the radially external surface 26a at the level of the first portion 22.
  • the first portion 22 may have a predetermined length L1 which may be equal to a length L2 of the second portion 23 or to a length L3 of the central portion 24. Alternatively, the lengths L1, L2 and L3 may be different. By way of example, the length L1 is between 20 mm and 50 mm [0044]
  • the width of the control lever body 20, measured along the transverse direction DT decreases from the first portion 22 to the second portion 23.
  • the second portion 23 comprises a second thickness e2 which is less than the first thickness e1 of the first portion 22.
  • the second thickness e2 may be between 0.8 mm and 4 mm.
  • the second thickness e2 is advantageously measured between the radially internal surface portion 27b and a radially external surface portion 26b at the level of the second portion 23.
  • the length L2 of the second portion 23 can be identical to a length L2A of the second portion of a prior art control lever.
  • the length L2A of the second portion of the prior art control lever can be between 10 mm and 40 mm.
  • the length L2 can be between 0.8*L2A and 1.2*L2A. This allows, for example, the arrangement of the surrounding parts to be maintained.
  • the second portion 23 is advantageously connected to the control ring 14.
  • the second portion 23 comprises, for example, an orifice 30 (shown in dashed lines in Figure 5) passing through the wall on both sides in the radial direction DR and opening onto both the radially internal surface 27 and the radially external surface 26.
  • the orifice 30 advantageously has a circular cross-section with axis C and a predetermined diameter.
  • a connecting member 31 (shown in Figures 4 and 7) passes, for example, at least partially through the orifice 30 so as to allow connection with the control ring 14.
  • the connecting member 31 is advantageously, but not exclusively, permanently fixed to the second portion 23.
  • the connecting member 31 may be a pin which comprises, for example, a head 32 (for example, of circular cross-section) from which extends a straight cylindrical body 33 (having an axis D parallel to the radial axis or radial direction DR).
  • the head 32 advantageously has a diameter D32 greater than that of the cylindrical body D33.
  • the head 32 may be crimped, for example, at the orifice 30.
  • the cylindrical body 33 extends on the side of the radially internal surface 27. In other words, the pin is stationary relative to the control lever 20.
  • the control lever 20 is made, for example, of a metallic material.
  • the metallic material may be titanium or a titanium alloy, steel, or an organic matrix composite material (for example, with a three-dimensionally woven fibrous reinforcement). Titanium or titanium alloy It exhibits good thermomechanical properties and very good corrosion resistance.
  • control lever 20 is advantageously made from a single piece (from material or monolithic).
  • control lever 20 is manufactured from a block of metal material which is machined.
  • control lever 20 is produced by an additive manufacturing or selective powder melting process.
  • Additive manufacturing makes it possible to obtain complex and three-dimensional parts by fusing layers of powder with the least possible material loss.
  • SLM selective laser melting
  • EBM electron beam melting
  • CLAD direct laser additive construction
  • EBAM electron beam additive manufacturing
  • LMD laser metal deposition
  • SLS selective laser sintering
  • the additive manufacturing technique used is laser powder bed fusion “SLM” also known by the English acronym “LBM” for “Laser Beam Melting”.
  • the manufacturing process is carried out by an additive manufacturing installation, not shown.
  • Such an additive manufacturing installation comprises, for example, at least one feed hopper containing a powder, here metallic, in particular titanium or a titanium alloy, at least one device for depositing the powder from the feed hopper onto a build platform, and an energy-generating element, such as a laser, which is intended to melt layers of powder.
  • a powder here metallic, in particular titanium or a titanium alloy
  • an energy-generating element such as a laser
  • powder is deposited layer by layer on the build platform, and each layer of powder is melted by the energy-generating element, solidified, and then coated. by other layers of the material. The operation is repeated multiple times to form the control lever.
  • the manufacturing direction of the control lever 20 is oriented in the elongation direction DA, and preferably from the first portion 22 to the second portion 23.
  • the successive layers of powder are arranged along the elongation direction DA.
  • control lever 20 includes at least one reinforcing element 40 which is configured to increase the mechanical strength of the control lever 20.
  • the reinforcement element 40 is advantageously located between the first portion 22 and the second portion 23.
  • the reinforcement element 40 is preferably located at the central portion 23 of the control lever 20.
  • the reinforcing element 40 comprises an inclined wall 41 forming the central portion 24.
  • the inclined wall 41 is connected to a wall of the first portion 22 and to a wall of the second portion 23.
  • the inclined wall 41 is solid.
  • the median plane P1 (perpendicular to the plane of Figure 5) of the wall 41 has an angle of inclination [320] with respect to a median plane P2 (perpendicular to the plane of Figure 5) of the wall of the second portion 23.
  • the wall 41 is advantageously inclined outwards (from the second portion).
  • the inclination angle [320] is strictly greater than 180°.
  • the inclination angle [320] is advantageously oriented towards the inside of the control lever 20.
  • the apex E of the inclination angle [320] is defined in a plane P3 which separates the central portion 24 and the second portion 23 along the extension direction DA.
  • the inclination angle [320] is, for example, between 181 ° and 230°.
  • This configuration makes it possible to condition the path of forces in the event of exceptional mechanical stresses (ingestion, pumping) in such a way that these impose a downward radial force (towards the longitudinal axis of the turbomachine) which will force the control lever to move radially inwards (as opposed to disengaging).
  • the external surface portion 26a of the first portion 22 and the external surface portion 26c of the central portion 24 exhibit surface continuity.
  • the internal surface portion 27b of the first portion 22 and the internal surface portion 27c of the central portion 24 advantageously exhibit surface continuity.
  • the external surface portion 26c of the inclined wall (central portion) and the external surface portion 26b of the second portion exhibit surface continuity.
  • the internal surface portion 26c of the inclined wall (central portion) and the internal surface portion 27b of the second portion exhibit surface continuity.
  • the inclined wall 41 is advantageously also inclined relative to the wall of the first portion 22.
  • the median plane P1 is inclined relative to the plane P4 (in which the surface portion 26a is defined) of the first portion 22 at an angle of inclination 520.
  • the median plane P1 is inclined with respect to the plane of the radially internal surface 27a.
  • the junction zone between the first portion and the central portion includes a curvilinear surface (oriented inwards in the installation situation) connecting the surface 27c and a radial surface attached to the surface 27a.
  • the length L3 corresponding to that of the inclined wall 41 may be identical to a length L3A of the central portion 41 of the anterior art.
  • the length L3A of the central portion of the anterior art may be between 10 mm and 40 mm.
  • the length L3 may be between 0.8*L3A and 1.2*L3A.
  • the length L3 is measured between the plane P3 and a plane PO separating the first portion 22 from the central portion 24.
  • the central portion or inclined wall has a thickness e3 which is substantially equal (plus or minus 10 mm) to the second thickness e2 of the second portion 23.
  • the inclined wall 41 has an extreme point F, located at a point in the connection with the first portion 22.
  • This configuration further optimizes the geometric shape of the lever for radial and preferably inward deformation, which will prevent disengagement of the control lever.
  • the extreme point F is advantageously located at a predetermined height H of the first portion 22 along the radial direction DR.
  • the predetermined height H is advantageously measured between plane P4 and a plane P5 which passes through the point extreme F and parallel to plane P4.
  • the upstream end of the inclined wall 41 is advantageously positioned radially above (outside) the first portion 22.
  • the extreme point F is advantageously located radially outside the vertex E.
  • Figure 6 schematically represents the behavior of a control lever 20 comprising a reinforcing element 40 and subjected to a significant torque following a pumping phenomenon or the ingestion/impact of a foreign object.
  • the control lever 20 is connected to the control ring 14 via the first portion 22 and is connected to a stator vane 10 with variable pitch via the second portion 23.
  • the second portion 23 being blocked at point C’ along the X102 direction, the imposed displacement, induced by the torque exerted on the control lever 20, is converted into a displacement along the Y102 direction with a negative component.
  • the radial displacement of the control lever 20 is limited by a stop.
  • the first portion 22 pivots about the axis B with the torque applied at point A1’.
  • Point C' slides along Y102, and the lengths A1'B' and B'C' would increase, implying that the control lever 20 deforms without disengaging.
  • the length of the second portion, the length of the central portion, and the length of the first portion would increase following the application of a significant torque.
  • the prior art control lever 20 would move along a positive radial component at the second portion. This would cause the control ring pin 14 to disengage.
  • the stiffened central portion limits the radial displacement of the control lever, as well as its deformation and damage.
  • FIG. 7 illustrates another embodiment of a control lever 20.
  • This control lever 20 differs from the previous embodiments and alternative embodiments in that the connecting member 31 is mounted to move relative to the control lever 20. More specifically, the connecting member 31 is mounted, for example, via a ball joint 44 on the second portion 23. To this end, the ball joint 44 is made by means of an outer ring 45 and an inner ring 46. The outer ring 45 is advantageously crimped into the through hole of the second portion 23, while the head 32 of the connecting member is press-fitted into the inner ring 46 of the ball joint 44.
  • the ball joint 44 allows each control lever 20 to move by deforming without significant effort, since the connecting member 31 (here the pin) and the second portion 23 of each control lever 20 can to move one in relation to the other.
  • the control means 15 with its current power can be retained to move the reinforced control levers 20.
  • each control lever 20 at least an increased longitudinal stiffness which will increase its resistance to longitudinal deformation.
  • control levers 20 whose shape is optimized with a stiffening wall (a reinforcing element), deformation of the control lever and partial or total disengagement of the control ring pin 14 are avoided when a high mechanical torque is applied (for example, in the event of pumping and/or ingestion of a foreign body) to the stator blades.

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Abstract

L'invention concerne un mécanisme de commande (13) d'aubes de stator (10) à calage variable d'une turbomachine (1). Ce mécanisme de commande comprend un anneau de commande (14) apte à être entraîné en rotation autour d'un axe longitudinal (X) et des leviers de commande (20) reliant chaque aube de stator à calage variable à l'anneau de commande de sorte que la rotation de l'anneau de commande entraîne le pivotement de chaque aube de stator à calage variable. Chaque levier de commande (20) est monté pivotant sur l'anneau de commande au moyen d'un organe de liaison (30) et comprend un corps (21) allongé suivant une direction d'allongement (DA) entre une première portion (22) et une deuxième portion (23). Le corps comprend une portion centrale (24) reliant la première portion et la deuxième portion. Chaque levier de commande comprenant au moins un élément de renfort (40) configuré de manière à augmenter la résistance mécanique du levier de commande. Selon l'invention, l'élément de renfort comprend une paroi (41) qui est inclinée par rapport à la paroi de la première portion et par rapport à la paroi de la deuxième portion, et qui forme la portion centrale. La paroi inclinée est orientée vers l'extérieur en formant un angle d'inclinaison (β20) dont le sommet (E) est défini dans un plan (P3) séparant la portion centrale et la deuxième portion. La paroi inclinée présente une extrémité amont délimitée par un point extrême (F) qui est situé au niveau d'une zone de liaison avec la première portion et disposé radialement à l'extérieur d'une portion de surface externe (26a) de la première portion. L'invention concerne également une turbomachine comprenant des aubes de stator à calage variable destinées à redresser un flux d'air circulant dans la turbomachine et un tel mécanisme de commande des aubes de stator.

Description

Description
TITRE : MECANISME DE COMMANDE D’AUBES DE STATOR DE TURBOMACHINE AVEC UN ELEMENT DE RENFORT
Domaine technique de l’invention
[0001 ] La présente invention concerne le domaine des turbomachines comprenant des aubes de stator à calage variable. Elle vise en particulier un mécanisme de commande des aubes de stator à calage variable.
Arrière-plan technologique
[0002] Les turbomachines d’aéronef peuvent être équipées d’aubes de stator à calage variable qui permettent aux turbomachines de s’adapter à divers régimes de fonctionnement. Ces aubes de stator peuvent être placées à différents endroits dans la turbomachine et sont connues par exemple sous l’acronyme anglais « OGV» pour « Outlet Guide Vanes » ou « VSV » pour Variable Stator Vanes. Ces aubes de stator sont disposées radialement à travers un flux d’air de la turbomachine et permettent de le redresser.
[0003] A cet effet, la turbomachine est équipée d’un mécanisme de commande qui comprend un anneau de commande entraîné en rotation autour de l’axe longitudinal de la turbomachine et entraînant le pivotement des aubes de stator à calage variable via des leviers de commande. Les leviers de commande sont reliés aux aubes de stator à calage variable et à l’anneau de commande.
[0004] Dans le cas d’aubes de stator à calage variable équipant une roue directrice d’entrée d’air, laquelle est placée en amont du compresseur basse pression, le mécanisme de commande comprend une pièce fusible qui est placée entre l’anneau de commande et un moyen de commande agissant sur la rotation de l’anneau de commande. La pièce fusible est configurée pour se rompre en cas de fortes contraintes mécaniques appliquées sur les aubes à calage variable afin d’éviter de détériorer le moyen de commande. Les contraintes mécaniques sollicitent toutes les pièces du mécanisme de commande et sont par exemple dues au pompage (violent reflux d’air vers l’amont de la turbomachine) ou aux chocs/ingestions d’un corps étranger connus sous l’acronyme anglais « FOD » pour « Foreign Object Debris ». Un tel exemple de mécanisme de commande est décrit dans le document FR-A1 -2794801 et dans les documents FR-A1-2875559, US-A1-2018/031001, FR-A1-2882570, FR-A1-2877059, FR-A1- 2793521.
[0005] Cependant, la pièce fusible peut ne pas se rompre en cas de sollicitations mécaniques de moindre importance et cela peut engendrer une détérioration des autres pièces du mécanisme de commande. Les pièces du mécanisme les plus impactées sont généralement les leviers de commande qui peuvent se rompre, se déformer et/ou se désengager vis-à-vis de l’anneau de commande.
[0006] L’endommagement des leviers de commande peut entraîner un défaut de calage des aubes de stator à calage variable engendrant d’une part, une perte de performance de la turbomachine et d’autre part, des chocs entre les aubes de stator à calage variable adjacentes qui peuvent dans ce cas conduire à la rupture des aubes elles-mêmes. La rupture de ces aubes de stator peut libérer des portions d’aube qui sont connues sous l’acronyme anglais « DOD » pour « Domestic Object Debris » et lesquelles peuvent endommager des pièces voisines telles qu’un bras de carter, des aubes mobiles etc.
[0007] Il existe par conséquent un besoin de résoudre tout ou partie des inconvénients précités.
Résumé de l’invention
[0008] L’objectif de la présente invention est de fournir une solution simple et économique permettant d’assurer de manière fiable le fonctionnement du mécanisme de commande des aubes de stator à calage variable en cas de sollicitations mécaniques élevées.
[0009] Nous parvenons à cet objectif conformément à l’invention grâce à un mécanisme de commande d’aubes de stator à calage variable d’une turbomachine, ce mécanisme de commande comprenant un anneau de commande apte à être entraîné en rotation autour d’un axe longitudinal et des leviers de commande reliant chaque aube de stator à calage variable à l’anneau de commande de sorte que la rotation de l’anneau de commande entraîne le pivotement de chaque aube de stator à calage variable, chaque levier de commande étant monté pivotant sur l’anneau de commande au moyen d’un organe de liaison et comprenant un corps allongé suivant une direction d’allongement entre une première portion et une deuxième portion, le corps comprenant une portion centrale reliant la première portion et la deuxième portion, chaque levier de commande comprenant au moins un élément de renfort configuré de manière à augmenter la résistance mécanique du levier de commande, l’élément de renfort comprenant une paroi qui est inclinée au moins par rapport à la paroi de la deuxième portion et qui forme la portion centrale, la paroi inclinée étant orientée vers l’extérieur en formant un angle d’inclinaison dont le sommet est défini dans un plan séparant la portion centrale et la deuxième portion.
[0010] Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, l’élément de renfort permet d’obtenir des leviers de commande mécaniquement renforcés et plus robustes en cas de sollicitations mécaniques élevées appliquées sur les aubes de stator. Nous entendons dans la présente description par l’expression « sollicitations mécaniques élevées » un phénomène de pompage qui exerce un effort aérodynamique sur les aubes de stator à calage variable dû aux reflux violents d’un flux d’air et/ou des ingestions de corps étrangers qui entraînent des chocs sur les aubes de stator. La résistance mécanique renforcée des leviers de commande limitera au moins leurs flexions en cas de sollicitations mécaniques élevées, leurs endommagements et leurs désengagements vis-à-vis de l’anneau de commande. La fiabilité du mécanisme de commande est améliorée considérablement ce qui permet, d’une part d’assurer la commande des aubes de stator en toutes circonstances (les autres pièces du mécanisme de commande ne sont pas impactées), et d’autre part de maintenir les performances aérodynamiques de la turbomachine.
[0011 ] A cela s’ajoute le fait que le raidissement apporté aux leviers de commande limite l’augmentation de la masse et n’implique pas de modifications structurelles importantes sur eux-mêmes ni même sur les pièces environnantes.
[0012] Le mécanisme de commande comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le mécanisme de commande comprend un moyen de commande provoquant la rotation de l’anneau de commande via au moins une pièce de transmission fusible reliant l’anneau de commande au moyen de commande.
- chaque levier de commande est réalisé en titane, en alliage de titane, en acier ou dans un matériau composite à matrice organique.
- la deuxième portion de chaque levier de commande comprend un orifice recevant au moins en partie l’organe de liaison.
- l’angle d’inclinaison est strictement supérieur à 180°C.
- l’angle d’inclinaison est inférieur à 230°.
- la paroi inclinée est également inclinée par rapport à la paroi de la première portion.
- la paroi inclinée présente une extrémité amont délimitée par un point extrême qui est disposé radialement à l’extérieur d’une portion de surface externe de la première portion.
- l’organe de liaison est fixé à demeure au niveau de la deuxième portion.
- l’organe de liaison est monté suivant une liaison rotule au niveau de la deuxième portion.
- - la paroi inclinée est pleine.
- - la paroi inclinée présente une épaisseur sensiblement égale à une épaisseur de la deuxième portion.
- - le point extrême est disposé à une hauteur prédéterminée de la première portion qui est mesurée suivant une direction radiale entre un plan dans lequel est définie d’une portion de surface externe et un plan passant par le point extrême et parallèle au plan.
- - la première portion est reliée à la première extrémité de l’aube de stator à calage variable.
[0013] L’invention concerne également une turbomachine comprenant des aubes de stator à calage variable destinées à redresser un flux d’air circulant dans la turbomachine et un mécanisme de commande des aubes de stator présentant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
[0014] Suivant une caractéristique avantageuse de la turbomachine, celle-ci comprend au moins un étage formé d’une rangée annulaire d’aubes mobiles et d’une rangée annulaire des aubes de stator, les aubes de stator étant disposées en amont ou en aval des aubes mobiles.
[0015] Suivant une autre caractéristique avantageuse, la turbomachine comprend d’amont en aval suivant l’axe longitudinal, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une turbine haute pression et une turbine basse pression, au moins l’un des compresseur basse pression, compresseur haute pression, turbine haute pression, et turbine basse pression comprenant un ou plusieurs étages.
Brève description des figures
[0016] L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
- La figure 1 est une vue en perspective d’un exemple de turbomachine à laquelle s’applique l’invention ; - La figure 2 est une vue partielle d’un module de turbomachine comprenant un mécanisme de commande d’une rangée d’aubes de stator à calage variable selon l’invention ;
- La figure 3 est une vue de détails et partielle d’un exemple d’aube de stator à calage variable reliée à un anneau de commande au moyen d’un levier de commande selon l’invention ;
- La figure 4 illustre, en perspective, un mode de réalisation d’un levier de commande destiné à équiper un mécanisme de commande selon l’invention ;
- La figure 5 est une vue de côté du levier de commande selon la figure 4 ;
- La figure 6 est une représentation schématique des efforts et du déplacement imposé à un exemple de levier de commande selon l’invention ; et
- La figure 7 est une vue en perspective et partielle d’un autre mode de réalisation d’un levier de commande selon l’invention.
Description détaillée de l’invention
[0017] La figure 1 représente une turbomachine 1 présentant un axe longitudinal X et destinée à être montée sur un aéronef (non représenté). La turbomachine 1 peut être un turbomoteur, un turboréacteur, un turbopropulseur, ou encore comprendre des aubes de rotor de soufflante ou des aubes de rotor d’au moins une hélice qui sont carénées ou non carénées.
[0018] Dans la présente invention, et de manière générale, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation des gaz ou des flux d’air dans la turbomachine et ici suivant l’axe longitudinal X. Les termes « axial » et « axialement » sont définis par rapport à l’axe longitudinal X. Les termes « externe », « extérieur », « intérieur », « interne » et « radial » sont définis par rapport à un axe radial Z qui s’étend depuis l’axe longitudinal X et au regard de l’éloignement par rapport à l’axe longitudinal X. L’axe radial est perpendiculaire à l’axe longitudinal X.
[0019] La turbomachine 1 qui est représentée sur la figure 1 comprend, d’amont en aval, un compresseur basse pression 2, un compresseur haute pression 3, une chambre de combustion 4, une turbine haute pression 5 et une turbine basse pression 6. Les compresseur basse pression 2 et turbine basse pression 6 comprennent chacun des rotors qui sont reliés par un arbre basse pression tandis que les compresseur haute pression 3 et turbine haute pression 5 comprennent des rotors qui sont reliés par un arbre haute pression. [0020] La turbomachine comprend de manière avantageuse, mais non limitativement, des aubes de rotor ou aubes mobiles qui tournent autour de l’axe longitudinal X et qui peuvent équiper les rotors des compresseurs basse pression 2, compresseur haute pression 3, turbine basse pression 6 et turbine haute pression 5.
[0021 ] La turbomachine 1 comprend de manière avantageuse, mais non limitativement, des aubes de stator ou aubes fixes qui équipent par exemple les stators des compresseur basse pression 2, compresseur haute pression 3, turbine basse pression 5 et turbine haute pression 6.
[0022] Dans la présente description, nous entendons par le terme « aube de stator » ou « aube fixe », une aube qui n’est pas entraînée en rotation autour de l’axe longitudinal X de la turbomachine. En d’autres termes, l’aube de stator est distincte et contraire à une aube de rotor ou aube mobile de la turbomachine.
[0023] Avantageusement, les aubes de stator et les aubes de rotor sont agencées de manière générale sous forme de rangées annulaires. Les rangées annulaires d’aubes de stator sont disposées en amont et/ou en aval des rangées annulaires d’aubes de rotor suivant l’axe longitudinal X. Une rangée annulaire d’aubes de stator et une rangée annulaire d’aubes de rotor forment par exemple un étage.
[0024] Les aubes de stator sont connues sous le terme de « redresseur » ou de l’acronyme anglais « VSV » pour « Variable Stator Vanes ». Celles-ci permettent de redresser le flux qui les traverse.
[0025] Dans l’exemple de réalisation de la figure 1 , la turbomachine 1 comprend une soufflante 7 ou une hélice comprenant une rangée annulaire d’aubes de rotor 8 qui sont placées en amont du compresseur basse pression 2 et une rangée annulaire d’aubes de stator 9 qui sont placées en aval des aubes de rotor 8. Les aubes de stator 9 sont des aubes de guidage de sortie qui sont connues sous l’acronyme anglais « OGV » pour « Outlet Guide Vane ». Les aubes de rotor 8 et les aubes de stator 9 sont carénées. Les aubes de stator 9 s’étendent avantageusement à travers un flux secondaire généré par la soufflante 7 et dans le présent exemple, radialement à l’extérieur du compresseur basse pression 2 lequel est traversé par un flux primaire généré également par la soufflante 7.
[0026] Dans un autre exemple de réalisation représenté sur les figures 2 et 3, la turbomachine 1 comprend une rangée annulaire d’aubes de stator 10 qui est agencée par exemple en amont du compresseur basse pression 2 et à l’entrée de la turbomachine 1 au niveau d’une roue directrice d’entrée 1 1. Les aubes de stator 10 sont entourées par exemple par un carter 12 sur lequel celles-ci sont montées de manière pivotante suivant un axe de calage A. Le carter 12 est avantageusement centré sur l’axe longitudinal X.
[0027] Avantageusement, au moins une rangée annulaire des aubes de stator 9, 10 équipant la turbomachine est à calage variable. C’est-à-dire que les aubes 9, 10 peuvent pivoter autour d’un axe de manière à modifier un angle d’incidence par rapport au flux d’air circulant à travers le carter. Le réglage de l’angle d’incidence augmente ou diminue le débit et ainsi la vitesse du flux d’air.
[0028] A cet effet et comme cela est représenté sur la figure 2, la turbomachine 1 comprend un mécanisme de commande 13 qui est configuré pour changer le calage des aubes de stator 9, 10 en fonction du mode de fonctionnement de la turbomachine. [0029] Le mécanisme de commande 13 comprend par exemple un anneau de commande 14 qui est entraîné en déplacement de sorte que son déplacement entraîne le pivotement des aubes de stator 9, 10 à calage variable. Le déplacement de l’anneau de commande 14 dans le présent exemple est avantageusement une rotation autour de l’axe longitudinal X ainsi qu’une translation autour de ce même axe longitudinal X. L’anneau de commande 14 est avantageusement disposé autour du carter 12 et est de préférence centré sur l’axe longitudinal X.
[0030] Le mécanisme de commande 13 comprend un moyen de commande 15 qui provoque le déplacement de l’anneau de commande 14. Avantageusement, le moyen de commande 15 est un actionneur tel un vérin. Le moyen de commande 15 comprend un organe mobile 16 qui se déplace par rapport à un corps fixe 17. Ce dernier est fixé par exemple sur le carter 12. L’organe mobile 16 se déplace ici en translation suivant l’axe longitudinal X.
[0031 ] Avantageusement, mais non limitativement, le moyen de commande 15 est relié à une source d’alimentation fluidique (non représentée) pour alimenter des chambres (non représentées) qui sont formées entre le corps fixe 17 et l’organe mobile 16.
[0032] Le mécanisme de commande 13 comprend une pièce de transmission qui est reliée via une articulation pivotante au moyen de commande 15 et à l’anneau de commande 14. Avantageusement, la pièce de transmission est fusible. Par le terme « fusible », il est entendu que la pièce peut se rompre suite à un choc et/ou une sollicitation mécanique élevée. La pièce fusible peut comprendre des zones avec une restriction de section pour faciliter sa rupture.
[0033] Suivant un exemple de réalisation, le mécanisme de commande 13 comprend une biellette 18 ou un ridoir ayant une première extrémité 18a articulée par exemple sur l’anneau de commande 14 et une deuxième extrémité 18b articulée par exemple sur un premier bras 19a d’un levier équerre 19 relié au moyen de commande 15. La biellette 18 peut présenter une longueur réglable, c’est-à-dire que la longueur mesurée entre sa première extrémité 18a et sa deuxième extrémité 18b peut varier.
[0034] Le levier équerre 19 comprend par exemple un deuxième bras 19b articulée de manière pivotante sur l’organe mobile 16 (par exemple une tige du vérin). La pièce de transmission fusible peut être le levier équerre 19 ou la biellette 18. La biellette 18 et le levier équerre 19 permettent de transmettre le mouvement de l’organe mobile 16 de l’actionneur à l’anneau de commande 14.
[0035] Le mécanisme de commande 13 comprend en outre avantageusement des leviers de commande 20 qui relient chaque aube de stator 10 à calage variable à l’anneau de commande 14 de manière à ce que la rotation de l’anneau de commande 14 (via le moyen de commande) entraîne le pivotement des aubes de stator autour de l’axe de calage A.
[0036] Avantageusement, mais non limitativement, les aubes de stator 10 pivotent simultanément sous l’action du moyen de commande 15.
[0037] En référence à la figure 3, chaque aube de stator 10 s’étend par exemple radialement entre une première extrémité 10a et une deuxième extrémité 10b. La première extrémité 10a est montée pivotante par exemple sur le carter 12 et la deuxième extrémité 10b est montée pivotante par exemple sur une virole annulaire radialement interne (non représentée). Avantageusement, la première extrémité 10a traverse une ouverture 12a traversant la paroi du carter 12 de part et d’autre et s’étend radialement vers l’extérieur depuis le carter 12. La première extrémité 10a et la deuxième extrémité 10b se présentent avantageusement chacune sous la forme d’un pivot.
[0038] Les figures 4 et 5 représentent un mode de réalisation d’un levier de commande 20. Le levier de commande 20 comprend par exemple un corps 21 allongé suivant une direction d’allongement DA. Chaque corps 21 allongé s’étend entre une première portion 22 et une deuxième portion 23 qui sont reliées par une portion centrale 24. Le corps 21 allongé est globalement délimitée par une bordure périphérique 25. La bordure périphérique 25 est reliée par exemple à une surface radialement externe 26 et à une surface radialement interne 27. La surface radialement interne 27 et la surface radialement externe 26 sont ici opposées suivant une direction radiale DR. En situation d’installation, la direction radiale DR est parallèle à l’axe radial Z. [0039] Suivant l’exemple représenté, la première portion 22 est reliée à la première extrémité 10a d’une aube de stator 10 à calage variable. La première portion 22 comprend avantageusement un orifice 28 qui traverse la paroi de celle-ci de part et d’autre suivant la direction radiale DR. L’orifice 28 débouche en particulier sur la surface radialement externe 26 du corps 21 allongé.
[0040] Le corps 21 comprend dans cet exemple de réalisation un évidement 29 (représenté en pointillé sur la figure 5) qui débouche sur la surface radialement interne 27. L’orifice 28 débouche également de manière avantageuse dans cet évidement 29. Ce dernier permet de recevoir au moins une portion du pivot de la première extrémité 10a. L’évidement 29 présente une section globale de forme rectangulaire. Cela permet de réaliser une liaison plan-plan entre l’évidement et le pivot de la première extrémité 10a qui autorise un meilleur passage des couples. Bien entendu, d’autres formes sont envisageables. L’orifice 28 présente avantageusement une section circulaire ayant un axe B.
[0041 ] De manière avantageuse, la première extrémité 10a de l’aube de stator 10 est fixée sur la première portion 22 grâce à des organes de fixation. Ces derniers peuvent être des boulons avec par exemple une tige filetée traversant l’orifice 28 et l’évidement 29, et se vissant dans un alésage fileté de la première extrémité 10b. Un autre type d’organe de fixation permettant un démontage et un montage rapides est bien entendu envisageable.
[0042] Avantageusement, la première portion 22 comprend une première épaisseur e1 maximale mesurée suivant la direction radiale RD. La première épaisseur e1 est comprise entre 8 mm et 20 mm par exemple. Au niveau de la première portion 22, une portion de la surface radialement interne 27a est définie dans un plan (perpendiculaire à la direction radiale) qui est décalé par exemple du plan dans lequel est définie une portion de surface radialement interne 27b de la deuxième portion 23 et éventuellement du plan de la portion centrale 24. La première épaisseur e1 est avantageusement mesurée entre la portion de surface radialement interne 27a et une portion de surface radialement externe 26a au niveau de la première portion 22.
[0043] La première portion 22 peut présenter une longueur L1 prédéterminée qui peut être égale à une longueur L2 de la deuxième portion 23 ou à une longueur L3 de la portion centrale 24. De manière alternative, les longueurs L1 , L2 et L3 peuvent être différentes. A titre d’exemple, la longueur L1 est comprise entre 20 mm et 50 mm [0044] De manière avantageuse, mais non limitativement, la largeur du corps du levier de commande 20, mesurée suivant la direction transversale DT, décroit de la première portion 22 à la deuxième portion 23.
[0045] La deuxième portion 23 comprend une deuxième épaisseur e2 qui est inférieure à la première épaisseur e1 de la première portion 22. La deuxième épaisseur e2 peut être comprise entre 0.8 mm et 4 mm. La deuxième épaisseur e2 est avantageusement mesurée entre la portion de surface radialement interne 27b et une portion de surface radialement externe 26b au niveau de la deuxième portion 23.
[0046] En référence à la figure 5 et avantageusement, la longueur L2 de la deuxième portion 23 peut être identique à une longueur L2A de la deuxième portion d’un levier de commande de l’art antérieur. La longueur L2A de la deuxième portion du levier de commande de l’art antérieur peut être comprise entre 10 mm et 40 mm. Suivant une autre alternative, la longueur L2 peut être comprise en 0,8*L2A et 1 ,2*L2A. Cela permet de conserver l’agencement des pièces environnantes par exemple.
[0047] La deuxième portion 23 est avantageusement reliée à l’anneau de commande 14. Pour cela, la deuxième portion 23 comprend par exemple un orifice 30 (représenté sur la figure 5 en pointillé) traversant la paroi de part et d’autre suivant la direction radiale DR et débouchant à la fois sur la surface radialement interne 27 et sur la surface radialement externe 26. L’orifice 30 présente avantageusement une section circulaire d’axe C avec un diamètre prédéterminé. Un organe de liaison 31 (représente sur les figures 4 et 7) traverse par exemple au moins en partie l’orifice 30 de manière à permettre la liaison avec l’anneau de commande 14.
[0048] L’organe de liaison 31 est avantageusement, mais non limitativement, fixé à demeure à la deuxième portion 23. L’organe de liaison 31 peut être un pion lequel comprend par exemple une tête 32 (par exemple de section circulaire) depuis laquelle se prolonge un corps cylindrique 33 droit (ayant un axe D parallèle à l’axe radial ou direction radiale DR). La tête 32 présente avantageusement un diamètre D32 supérieur à celui du corps cylindrique D33. La tête 32 peut être sertie par exemple au niveau de l’orifice 30. Le corps cylindrique 33 s’étend du côté de la surface radialement interne 27. En d’autres termes, le pion est immobile par rapport au levier de commande 20. [0049] Le levier de commande 20 est réalisé par exemple dans un matériau métallique. Avantageusement, mais non limitativement, le matériau métallique peut être un titane ou un alliage de titane ou un acier ou un matériau composite à matrice organique (avec par exemple un renfort fibreux tissé en trois dimensions). Le titane ou l’alliage de titane présente de bonnes propriétés thermomécaniques et une très bonne résistance à la corrosion.
[0050] Le levier de commande 20 est réalisé de manière avantageuse d’une seule pièce (venue de matière ou monolithique).
[0051 ] Selon en exemple de réalisation, le levier de commande 20 est fabriqué à partir d’un bloc de matière métallique qui est usiné.
[0052] Préférentiellement, le levier de commande 20 est réalisé par un procédé de fabrication additive ou fusion sélective de poudre. La fabrication additive permet d’obtenir des pièces de formes complexes et en trois dimensions en fusionnant des couches de poudre et en avec le moins de perte de matière possible.
[0053] Il existe plusieurs techniques de fabrication additive dont l’une peut être sélectionnée dans le groupe comprenant la fusion sélective par laser, également désignée par l’acronyme anglais « SLM » pour « Selective Laser Melting » en anglais, la fusion par faisceau d’électrons, également désignée par l’acronyme anglais « EBM » pour « Electron Beam Melting » en anglais, la construction laser additive directe, également désignée par l’acronyme anglais « CLAD » pour « Construction Laser Additive Direct » en anglais, la fabrication additive par faisceau d'électrons, également désignée par l’acronyme anglais « EBAM » pour « Electron Beam Additive Manufacturing » en anglais, la dépose métallique laser, également désignée par l’acronyme anglais « LMD » pour « Laser Metal Déposition» en anglais, le procédé par jet de liant, également désignée par les termes « Binder Jetting » en anglais, ou le frittage sélectif par laser, également désignée par l’acronyme anglais « SLS » pour « Selective Laser Sintering » en anglais.
[0054] De préférence, la technique de fabrication additive utilisée est la fusion laser sur lit de poudre « SLM » aussi connue par l’acronyme anglais « LBM » pour « Laser Beam Melting ».
[0055] De manière avantageuse, mais non limitativement, le procédé de fabrication est réalisé par une installation de fabrication additive, non représentée.
[0056] Une telle installation de fabrication additive comprend, par exemple, au moins un réservoir d’alimentation contenant une poudre, ici métallique, notamment en titane ou en alliage de titane, au moins un organe de dépôt de la poudre du réservoir d’alimentation sur un support de fabrication et un élément de génération d’énergie, tel un laser qui est destiné à faire fondre des couches de poudre. En particulier, de la poudre est disposée couche par couche sur le support de fabrication et chaque couche de poudre est fondue par l’élément de génération d’énergie, solidifiée puis recouverte par d’autres couches du matériau. L’opération est répétée à de multiples reprises pour former le levier de commande.
[0057] Dans le cadre de la fabrication additive, le sens de fabrication du levier de commande 20 est orienté dans la direction d’allongement DA, et de préférence de la première portion 22 vers la deuxième portion 23. En d’autres termes, les couches successives de poudre sont disposées suivant la direction d’allongement DA.
[0058] Comme cela est représenté sur les figures 4 à 7, le levier de commande 20 comprend au moins un élément de renfort 40 qui est configuré de manière à augmenter la résistance mécanique du levier de commande 20.
[0059] Dans le présent exemple, l’élément de renfort 40 est avantageusement situé entre la première portion 22 et la deuxième portion 23. L’élément de renfort 40 est situé de préférence au niveau de la portion centrale 23 du levier de commande 20.
[0060] Avantageusement, mais non limitativement, l’élément de renfort 40 comprend une paroi inclinée 41 formant la portion centrale 24. En d’autres termes, la paroi inclinée 41 est reliée à une paroi de la première portion 22 et à une paroi de la deuxième portion 23.
[0061 ] Avantageusement, mais non limitativement, la paroi inclinée 41 est pleine.
[0062] Comme cela est visible sur la figure 5, le plan médian P1 (perpendiculaire au plan de la figure 5) de la paroi 41 présente un angle d’inclinaison [320 par rapport à un plan médian P2 (perpendiculaire au plan de la figure 5) de la paroi de deuxième portion 23. La paroi 41 est inclinée avantageusement vers l’extérieur (en partant de la deuxième portion).
[0063] Avantageusement, mais non limitativement, l’angle d’inclinaison [320 est strictement supérieur à 180°C. L’angle d’inclinaison [320 est orienté avantageusement vers l’intérieur du levier de commande 20. Préférentiellement, le sommet E de l’angle d’inclinaison [320 est défini dans un plan P3 qui sépare la portion centrale 24 et la deuxième portion 23 suivant la direction d’allongement DA. L’angle d’inclinaison [320 est par exemple compris entre 1810 et 230°. Cette configuration permet de conditionner le chemin le cheminement des efforts en cas de sollicitations mécaniques exceptionnelles (ingestion, pompage) de telle façon que ces dernières imposent un effort radial descendant (vers l’axe longitudinal de la turbomachine) qui imposera au levier de commande un déplacement radial vers l’intérieur (à l’opposé d’un désengagement).
[0064] Préférentiellement, et en référence à la figure 5, la portion de surface externe 26a de la première portion 22 et la portion de surface externe 26c de la portion centrale 24 présentent une continuité de surface. La portion de surface interne 27b de la première portion 22 et la portion de surface interne 27c de la portion centrale 24 présentent avantageusement une continuité de surface. Avantageusement, la portion de surface externe 26c de la paroi inclinée (portion centrale) et la portion de surface externe 26b de la deuxième portion présentent une continuité de surface. De même, optionnellement, la portion de surface interne 26c de la paroi inclinée (portion centrale) et la portion de surface interne 27b de la deuxième portion présentent une continuité de surface.
[0065] Comme cela est visible sur la figure 5, la paroi inclinée 41 est de manière avantageuse également inclinée par rapport à la paroi de la première portion 22. Avantageusement, le plan médian P1 est incliné par rapport au plan P4 (dans lequel est définie la portion de surface 26a) de la première portion 22 suivant un angle d’inclinaison 520.
[0066] Comme cela est également visible sur la figure 5, le plan médian P1 est incliné par rapport au plan de la surface radialement interne 27a. La zone de jonction entre la première portion et la portion centrale comprend une surface curviligne (orientée vers l’intérieur en situation d’installation) reliant la surface 27c et une surface radiale rattachée à la surface 27a.
[0067] Avantageusement, mais non limitativement, la longueur L3 correspondant à celle de la paroi inclinée 41 peut être identique à une longueur L3A de la portion centrale 41 de l’art antérieur. La longueur L3A de la portion centrale de l’art antérieur peut être comprise entre 10 mm et 40 mm. Suivant une autre alternative, la longueur L3 peut être comprise en 0,8*L3A et 1 ,2*L3A. Comme cela est représenté sur la figure 5, la longueur L3 est mesurée entre le plan P3 et un plan PO séparant la première portion 22 de la portion centrale 24.
[0068] Avantageusement, la portion centrale ou paroi inclinée présente une épaisseur e3 qui est sensiblement égale (plus ou moins 10 mm) à la deuxième épaisseur e2 de la deuxième portion 23.
[0069] De manière avantageuse, la paroi inclinée 41 présente un point extrême F, situé au niveau d’une zone de la liaison avec la première portion 22. Cette configuration optimise davantage la forme géométrique du levier pour une déformation radiale et préférentiellement vers l’intérieur qui évitera le désengagement du levier de commande. Le point extrême F est disposé avantageusement à une hauteur H prédéterminée de la première portion 22 suivant la direction radiale DR. La hauteur H prédéterminée est avantageusement mesurée entre le plan P4 et un plan P5 lequel passe par le point extrême F et parallèle au plan P4. En d’autres termes, l’extrémité amont de la paroi inclinée 41 est avantageusement positionnée radialement au-dessus (à l’extérieur) de la première portion 22. Comme cela est également visible sur la figure 5, le point extrême F est situé avantageusement radialement à l’extérieur du sommet E.
[0070] La figure 6 représente schématiquement le comportement d’un levier de commande 20 comprenant un élément de renfort 40 et subissant un couple important suite à phénomène de pompage ou une ingestion/choc d’un objet étranger. Dans cet exemple de représentation dans le plan de la figure 6, le levier de commande 20 est relié à l’anneau de commande 14 via la première portion 22 et est relié à une aube de stator 10 à calage variable via la deuxième portion 23. La deuxième portion 23 étant bloquée au point C’ suivant la direction X102, le déplacement imposé, induit par le couple exercé sur le levier de commande 20, est converti en déplacement suivant la direction Y102 selon une composante négative. En d’autres termes, le déplacement radial du levier de commande 20 est limité par une butée. La première portion 22 pivote autour de l’axe B avec une application du couple au point A1 ’. Le point C’ coulisse selon Y102 et les longueurs A1 ’B’ et B’C’ augmenteraient, ce qui implique que le levier de commande 20 se déforme sans se désengager. A l’inverse, avec un levier de commande selon l’art antérieur, la longueur de la deuxième portion, la longueur de la portion centrale et la longueur de la première portion augmenteraient suite à l’application d’un couple important. Le levier de commande 20 de l’art antérieur se déplacerait selon une composante radiale positive au niveau de la deuxième portion. Cela entraînerait le désengagement du pion de l’anneau de commande 14. En d’autres termes, la portion centrale raidie limite le déplacement radial du levier de commande ainsi que sa déformation et son endommagement.
[0071 ] La figure 7 illustre un autre mode de réalisation d’un levier de commande 20. Ce levier de commande 20 diffère des modes de réalisation et alternatives de réalisation précédents en ce que l’organe de liaison 31 est monté mobile par rapport au levier de commande 20. Plus précisément, l’organe de liaison 31 est monté par exemple suivant une liaison rotule 44 sur la deuxième portion 23. A cet effet, la liaison rotule 44 est réalisée au moyen d’une bague externe 45 et d’une bague interne 46. La bague externe 45 est avantageusement sertie dans l’orifice traversant de la deuxième portion 23 tandis que la tête 32 de l’organe de liaison est frettée dans la bague interne 46 de la liaison rotule 44. La liaison rotule 44 permet à chaque levier de commande 20 de se déplacer en se déformant sans effort important puisque l’organe de liaison 31 (ici le pion) et la deuxième partie 23 de chaque levier de commande 20 peuvent bouger l’un par rapport à l’autre. Le moyen de commande 15 avec sa puissance actuelle peut être conservé pour déplacer les leviers de commande 20 renforcés.
[0072] La configuration du ou des éléments de renfort confère à chaque levier de commande 20 au moins une raideur longitudinale accrue qui augmentera la résistance de celui-ci vis-à-vis d’une déformation longitudinale.
[0073] Avec des leviers de commande 20 dont la forme est optimisée avec une paroi de raidissement (un élément de renfort), les déformations du levier de commande et le désengagement partiel ou total du pion de l’anneau de commande 14 sont évités lors de l’application d’un couple mécanique (moment) élevé appliqué (par exemple en cas de pompage et/ou ingestion d’un corps étranger) sur les aubes de stator.

Claims

Revendications
[1] Mécanisme de commande (13) d’aubes de stator à calage variable d’une turbomachine (1 ), ce mécanisme de commande (13) comprenant un anneau de commande (14) apte à être entraîné en rotation autour d’un axe longitudinal (X) et des leviers de commande (20) reliant chaque aube de stator (10) à calage variable à l’anneau de commande (14) de sorte que la rotation de l’anneau de commande (14) entraîne le pivotement de chaque aube de stator (10) à calage variable, chaque levier de commande (20) étant monté pivotant sur l’anneau de commande (14) au moyen d’un organe de liaison (30) et comprenant un corps (21 ) allongé suivant une direction d’allongement entre une première portion (22) et une deuxième portion (23), le corps (21 ) comprenant une portion centrale (24) reliant la première portion (22) et la deuxième portion (23), chaque levier de commande (20) comprenant au moins un élément de renfort (40) configuré de manière à augmenter la résistance mécanique du levier de commande (20), caractérisé en ce que l’élément de renfort (40) comprend une paroi (41 ) qui est inclinée par rapport à la paroi de la première portion (22) et par rapport à la paroi de la deuxième portion (23), et qui forme la portion centrale (24), la paroi (41 ) inclinée étant orientée vers l’extérieur en formant un angle d’inclinaison (020) dont le sommet (E) est défini dans un plan (P3) séparant la portion centrale (24) et la deuxième portion (23), et en ce que la paroi (41 ) inclinée présente une extrémité amont délimitée par un point extrême (F) qui est situé au niveau d’une zone de liaison avec la première portion (22) et disposé radialement à l’extérieur d’une portion de surface externe (26a) de la première portion (22).
[2] Mécanisme de commande (13) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le mécanisme de commande (13) comprend un moyen de commande (15) provoquant la rotation de l’anneau de commande (14) via au moins une pièce de transmission fusible reliant l’anneau dé commandé (14) au moyen de commande (15).
[3] Mécanisme de commande (13) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque levier de commande (20) est réalisé en titane, en alliage de titane, en acier ou dans un matériau composite à matrice organique.
[4] Mécanisme de commande (13) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième portion (23) de chaque levier de commande (20) comprend un orifice (30) recevant au moins en partie l’organe de liaison (31 ).
[5] Mécanisme de commande (13) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’angle d’inclinaison (020) est strictement supérieur à 180°C.
[6] Mécanisme de commande (13) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’angle d’inclinaison (020) est inférieur à 230°.
[7] Mécanisme de commande (13) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi (41 ) inclinée présente une épaisseur sensiblement égale à une épaisseur de la deuxième portion (23).
[8] Mécanisme de commande (13) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le point extrême (F) est disposé à une hauteur (H) prédéterminée de la première portion (22) qui est mesurée suivant une direction radiale entre un plan P4 dans lequel est définie d’une portion de surface externe (26a) et un plan (P5) lequel passe par le point extrême (F) et parallèle au plan (P4).
[9] Mécanisme de commande (13) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’organe de liaison (31 ) est fixé à demeure au niveau de la deuxième portion (23).
[10] Mécanisme de commande (13) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’organe de liaison (31 ) est monté suivant une liaison rotule (44) au niveau de la deuxième portion (23).
[11 ] Mécanisme de commande (13) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi (41 ) inclinée présente une épaisseur sensiblement égale à une épaisseur de la deuxième portion (23).
[12] Turbomachine (1 ) comprenant des aubes de stator (10) à calage variable destinées à redresser un flux d’air circulant dans la turbomachine et un mécanisme de commande (13) des aubes de stator (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[13] Turbomachine (1 ) selon la revendication 12, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un étage formé d’une rangée annulaire d’aubes mobiles et d’une rangée annulaire des aubes de stator (10), les aubes de stator (10) étant disposées en amont ou en aval des aubes mobiles.
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