FR3079553A1

FR3079553A1 - Ensemble pour turbomachine

Info

Publication number: FR3079553A1
Application number: FR1852852A
Authority: FR
Inventors: Philippe Guy Onfray Remi; Andre Pierre Frossard Benoit; Clement Miraton
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-10-04
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: GB2574107A8; US10934884B2; FR3079553B1; US20190301299A1; GB201904348D0; GB2574107B; GB2574107A

Abstract

L'invention concerne un ensemble (50) pour turbomachine comprenant une rangée annulaire d'aubes de stator d'axe (B) longitudinal comportant des aubes à calage variable comprenant chacune une pale (6) radiale reliée à au moins une de ses extrémités à un pivot (14) s'étendant radialement et étant engagé en rotation autour de son axe (A) dans un anneau (16), caractérisé en ce qu'une pièce tubulaire (26) est montée coaxialement autour du pivot (14), ladite pièce tubulaire (26) comprenant une première zone annulaire (26a) montée serrée sur le pivot (14) et une deuxième zone annulaire (26b) comprenant un renflement annulaire (28) s'étendant sensiblement radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe (A) du pivot (14), le renflement annulaire (28) et le pivot (14) définissant un espace annulaire (30).

Description

ENSEMBLE POUR TURBOMACHINE

DOMAINE [001] La présente invention concerne un ensemble pour turbomachine, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion.

CONTEXTE [002] Une turbomachine peut comprendre un ou plusieurs compresseurs, comprenant une alternance de rangées annulaires d’aubes mobiles ou roues de rotor et de rangées annulaires d’aubes fixes de stator. Le terme « stator » dans l’expression « aube de stator » désigne une aube qui ne se déplace pas autour de l’axe longitudinal de la turbomachine. Les aubes de stator peuvent être du type à calage variable afin de régler leur position angulaire autour de leurs axes pour optimiser l’écoulement des gaz dans le moteur de la turbomachine.

[003] La figure 1 représente une rangée annulaire d’aubes de stator 2 à calage variable pouvant être comprise dans une turbomachine, et en particulier dans un compresseur haute pression.

[004] Chaque aube de stator 4 à calage variable comprend une pale 6 reliée à un pivot cylindrique 8,14 à chacune de ses extrémités radialement internes externe, visibles sur les figures 1 à 3. Ces pivots interne et externe 8, 14 définissent un axe longitudinal A, visible sur la figure 2, axe de rotation de l’aube de stator 4 à calage variable et s’étendent respectivement radialement vers l’intérieur et radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe longitudinal de la turbomachine qui correspond à l’axe autour duquel les pièces tournantes sont destinées à être mises en rotation.

[005] Le pivot radialement externe 8 de chaque aube de stator à calage variable est fixé à anneau de commande 10. En particulier, pour chaque rangée annulaire d’aubes 2 de stator à calage variable, les pivots externes 8 sont reliés par une biellette 12 à un anneau de commande 10 monté autour d’un carter annulaire externe de la turbomachine et qui est lui-même relié par un levier à un arbre de commande actionné par un vérin.

[006] Comme cela est visible sur la figure 2, le pivot interne 14 formé à l’extrémité radialement interne 14 de chaque aube 4 à calage variable est engagé dans un logement d’un anneau 16, aussi appelé virole annulaire interne. L’anneau 16 délimitant radialement vers l’intérieur la veine d’écoulement du flux d’air primaire et pouvant être sectorisé, comprend une pluralité de logements 18 régulièrement répartis autour de son axe de révolution. Chaque pivot interne 14 de chaque aube 4 de stator à calage variable est ainsi engagé en rotation autour de son axe A dans un des logements 18 de l’anneau 16.

[007] Les aubes 4 de stator à calage variable comprennent en outre une platine 20 reliant la pale 6 au pivot radialement interne 14. Une fois les aubes 4 de stator à calage variable montées sur l’anneau 16, les platines 20 s’engagent dans des alésages 22 de l’anneau 16, coaxiaux aux logements 18 dans lesquels sont montés les pivots internes 14. Les surfaces radialement externes des platines 20 forment avec la face radialement externe de l’anneau une paroi délimitant radialement vers l’intérieur la veine annulaire d’écoulement du flux d’air primaire.

[008] Les analyses mécaniques démontrent de fortes concentrations de contraintes statiques et dynamiques au niveau du pivot radialement interne 14 des aubes 4 de stator à calage variable. En effet, les efforts de pression aérodynamiques et de vibration appliqués sur l’anneau 16 contribuent à exercer des contraintes sur le pivot interne 14.

[009] Cette situation peut conduire à l’affaiblissement de la pièce, à l’apparition de fissures, voir à la désolidarisation du pivot interne 14 de l’aube 4 de stator à calage variable.

[010] La figure 3 illustre un ensemble 40 comprenant le pivot interne 14 d’une aube 4 de stator à calage variable selon la technique antérieure. L’ensemble 40 comprend ainsi le pivot interne 14 d’une aube 4 de stator à calage variable, ainsi qu’une pièce tubulaire 24, montée coaxialement autour du pivot 14.

[011] La pièce tubulaire 24 est une douille cylindrique à rayon constant sur toute sa hauteur, assemblée frettée sur le pivot interne 14. Ainsi, la pièce tubulaire 24, montée serrée sur toute sa surface en contact avec le pivot 14, permet de limiter l’usure du pivot interne 14 des aubes 4 de stator à calage variable.

[012] Néanmoins, les analyses mécaniques démontrent que les contraintes responsables des usures sur la pièce tubulaire 24 se concentrent principalement au niveau de deux zones de contact accélérant ainsi l’usure de la pièce tubulaire 24, en ces deux zones points de contact.

[013] L’ invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique au problème précité.

RESUME DE L’INVENTION [014] A cette fin, la présente invention propose un ensemble pour turbomachine comprenant une rangée annulaire d’aubes de stator d’axe longitudinal comportant des aubes à calage variable comprenant chacune une pale radiale reliée à au moins une de ses extrémités à un pivot s’étendant radialement et étant engagé en rotation autour de son axe dans un anneau, caractérisé en ce qu’une pièce tubulaire est montée coaxialement autour du pivot, ladite pièce tubulaire comprenant une première zone annulaire montée serrée sur le pivot et une deuxième zone annulaire comprenant un renflement annulaire s’étendant radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe du pivot, le renflement annulaire et le pivot définissant intérieurement avec le pivot un espace annulaire.

[015] Contrairement à la technique antérieure où la pièce tubulaire cylindrique était montée serrée sur toute sa surface en contact avec le pivot, l’invention propose ici que la pièce tubulaire ne comporte une seule zone annulaire de la pièce tubulaire qui soit montée serrée, et comporte également une deuxième zone annulaire comprenant un renflement annulaire qui délimite avec le pivot un espace annulaire permettant une déformation radiale dudit renflement en fonctionnement.

[016] Selon l’invention, la pièce tubulaire peut être montée sur le pivot d’aube de manière à ce que la première zone annulaire soit intercalée le long de l’axe dudit pivot entre le renflement annulaire et une platine de support de la pale.

[017] Ce positionnement de la première zone annulaire de la pièce tubulaire par rapport à la platine permet d’éviter tout mouvement de translation de la pièce tubulaire vers la platine. Un tel mouvement de translation pourrait endommager la platine en fonctionnement.

[018] Selon une autre caractéristique de l’invention, une troisième zone annulaire peut être formée sur la pièce tubulaire le long de l’axe dudit pivot et de manière à ce que la deuxième zone annulaire soit intercalée entre la première zone annulaire et la troisième zone annulaire ; la troisième zone annulaire comprenant une face annulaire radialement interne par rapport à l’axe du pivot en contact avec ledit pivot.

[019] Ainsi, la pièce tubulaire est conformée de manière à être montée serrée sur le pivot par l’intermédiaire de sa première zone annulaire, la troisième zone annulaire définissant un jeu annulaire avec le pivot. Lorsque le pivot équipé de la pièce tubulaire est monté dans un logement de l’anneau, la face annulaire de la troisième zone annulaire est alors mise en contact avec le pivot du fait de la déformation du renflement annulaire. En outre, la face annulaire radialement interne est ainsi en vis-à-vis radial du pivot par rapport à l’axe du pivot.

[020] Le jeu annulaire est, par conséquent, adapté de sorte à assurer un glissement adéquat et dépend des couples des matériaux composant la pièce tubulaire et des conditions de fonctionnement de ladite turbomachine. [021] Une fois l’ensemble monté sur l’anneau, le jeu annulaire entre la troisième zone de la pièce tubulaire et le pivot n’est plus visible.

[022] La face annulaire radialement interne peut être arrondie convexe.

[023] Une telle géométrie de la face annulaire radialement interne de la troisième zone annulaire permet, lors des mouvements de translation du pivot, d’éviter de frotter sur celui-ci et assurer un meilleur glissement du pivot. [024] Le renflement annulaire peut comprendre une face radialement interne par rapport à l’axe du pivot qui est concave et une face radialement externe par rapport à l’axe du pivot qui est convexe.

[025] La première zone peut être formée à une première extrémité de la pièce tubulaire.

[026] La troisième zone peut également être formée à une seconde extrémité de la pièce tubulaire.

[027] Le pivot peut être formé à l’extrémité radialement interne de l’aube à par rapport à l’axe longitudinal.

[028] L’anneau peut en outre comprendre une pluralité de logements régulièrement répartis autour de l’axe de l’anneau et recevant chacun une douille dans laquelle est engagée une pièce tubulaire entourant un pivot.

[029] En particulier, au montage, le renflement annulaire vient en contact avec une face radialement interne de la douille, par rapport à l’axe du pivot. Cela induit un blocage du pivot dans la douille selon une direction perpendiculaire à l’axe du pivot. Egalement, l’extrémité de la pièce tubulaire opposée à celle portant la première zone annulaire de la pièce tubulaire est ainsi mise en contact avec le pivot.

[030] L’invention concerne également un compresseur de turbomachine, tel qu’un compresseur haute pression, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un ensemble tel que décrit ci-dessus.

[031] L’ invention concerne en outre une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant au moins un ensemble tel que décrit ci-dessus ou un compresseur tel que défini au paragraphe précédent.

[032] L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES la figure 1 est une vue schématique en perspective et partielle d’une rangée annulaire d’aubes des stators ;

la figure 2 est une vue schématique en perspective d’une aube de stator à calage variable isolée et montée sur un anneau ;

la figure 3 est une vue coupe longitudinale d’un ensemble comprenant le pivot interne d’une aube de stator à calage variable selon la technique antérieure, et monté sur l’anneau ;

la figure 4 est une vue coupe longitudinale d’un ensemble comprenant le pivot interne d’une aube de stator à calage variable selon l’invention, avant le montage sur l’anneau ;

la figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale de l’ensemble de la figure 4 monté sur l’anneau.

DESCRIPTION DETAILLEE [033] On se réfère maintenant aux figures 4 et suivantes en relation avec l’invention, les figures 1 à 3 ayant déjà été décrites précédemment et concernent la technique connue.

[034] La figure 4 illustre un ensemble 50 comprenant le pivot interne 14 d’une aube 4 de stator à calage variable selon l’invention, avant le montage sur l’anneau 16. Comme dans la technique antérieure, l’ensemble 50 comprend en outre une pièce tubulaire 26.

[035] La pièce tubulaire 26 de l’invention se distingue de celle de la technique antérieure par sa géométrie. En effet, la pièce tubulaire 26 selon l’invention comprend une première zone 26a annulaire montée serrée, c’està-dire frettée, autour du pivot 14. La pièce tubulaire 26 selon l’invention comprend en outre une deuxième zone annulaire 26b. La deuxième zone annulaire comprend un renflement annulaire 28 s’étendant radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe A du pivot et définissant intérieurement avec le pivot 14 un espace annulaire 30.

[036] Le renflement annulaire 28 de la deuxième zone est défini par une face radialement interne 28a par rapport à l’axe du pivot qui est concave et une face radialement externe 28b par rapport à l’axe du pivot qui est convexe. Un tel renflement 28 peut être obtenu par exemple par une déformation d’une pièce tubulaire cylindrique, formant alors une zone annulaire bombée. La pièce tubulaire 26 peut en outre présenter une épaisseur constante de sa première à sa deuxième extrémité. L’épaisseur est de l’ordre par exemple de 1,5 mm, en fonction du matériau constitutif de la pièce tubulaire.

[037] Un telle géométrie de la pièce tubulaire 26, qui était dans la technique antérieure montée serrée sur toute sa longueur sur le pivot, permet en fonctionnement, de garantir la souplesse et l’amortissement de la liaison entre le pivot 14 et l’anneau 16. Une telle souplesse permet de décharger les contraintes statiques opérant au niveau de la liaison. Un tel amortissement permet, de plus, de réduire les contraintes vibratoires opérant au niveau de la liaison.

[038] La pièce tubulaire 26, en tant que pièce d’usure, permet avec une telle géométrie, d’améliorer la durée de vie des aubes 4 de stator à calage variable et en particulier des pivots internes 14. Elle réduit ainsi une partie des contraintes exercées dans la zone de raccordement entre le pivot 14 et la pale 6 des aubes 4 de stator à calage variable.

[039] En outre, la géométrie de la pièce tubulaire 26 permet de mieux maîtriser les zones où les contraintes subies par la pièce tubulaire 26 se concentrent, et ainsi de répartir les contraintes subies par la pièce tubulaire 26 sur une surface, et non en des points de contact, afin de ralentir l’usure de cette pièce tubulaire 26.

[040] Comme illustré sur la figure 4, la pièce tubulaire 26 est montée sur le pivot 14 d’aube de manière à ce que la première zone annulaire 26a soit intercalée le long de l’axe A dudit pivot entre le renflement annulaire 28 et une platine 20 de support de la pale 6. En positionnant de cette manière la pièce tubulaire 26 autour du pivot 14, le risque de translation de la pièce tubulaire 26 vers la platine 20, pouvant endommager la platine 20, est réduit. [041] Une troisième zone annulaire 26c, visible sur la figure 4, est formée sur la pièce tubulaire 26. La troisième zone annulaire 26c est disposée de manière à ce que la deuxième zone annulaire 26b soit intercalée entre la première zone annulaire 26a et la troisième zone annulaire 26c.

[042] La troisième zone annulaire 26c est délimitée intérieurement par une face annulaire 32 radialement interne par rapport à l’axe A du pivot 14. La face annulaire 32 radialement interne par rapport à l’axe A du pivot 14 de la troisième zone 26c définit avec le pivot 14 un jeu annulaire dépendant des couples matériaux utilisés pour la conception de la pièce tubulaire 28 et des conditions de fonctionnement de ladite turbomachine, de sorte à assurer un glissement adéquat.

[043] La figure 4 représente une position intermédiaire de montage dans laquelle la présence du jeu annulaire j est visible. Grâce au jeu j entre la troisième zone annulaire 26c et le pivot 14, la pièce tubulaire 26 peut se détendre ou se resserrer radialement en fonction des efforts appliqués par le pivot 14 qu’elle subit. Lorsque l’ensemble est monté sur l’anneau 16, ce jeu annulaire j entre la troisième zone annulaire 26c et le pivot 14 disparait (Figure 5).

[044] La face annulaire 32 radialement interne par rapport au pivot de la troisième zone 26c peut être arrondie convexe. La forme arrondie convexe de la face annulaire 32 permet en particulier d’éviter de frotter sur le pivot 14 lors de ses mouvements de translation et assure, de plus, un meilleur glissement du pivot 14.

[045] La première zone annulaire 26a peut, dans un mode de réalisation particulier, être formée à une première extrémité 34 de la pièce tubulaire 26, en particulier la première extrémité 34 pouvant être radialement à l’extérieur. [046] Dans une autre réalisation de l’invention, la troisième zone 26c peut être formée à une seconde extrémité 36 de la pièce tubulaire 26, en particulier la seconde extrémité 36 pouvant être radialement à l’intérieur.

[047] La pièce tubulaire 26 a par exemple une longueur de sorte à couvrir entre 70 % à 90 % du pivot.

[048] Les première 26a, deuxième 26b et troisième 26c zones annulaire de la pièce tubulaire 26 représente respectivement environ 25%, 60% et 15 % 5 de la longueur totale de la pièce tubulaire.

[049] Le montage de l’ensemble 50 de la figure 4 sur l’anneau 16 est illustré par la figure 5. Comme illustré, une fois l’ensemble monté sur l’anneau 16, le jeu annulaire j entre la troisième zone annulaire 26c et le pivot 14 disparait.

Les logements 18 de l’anneau reçoivent chacun une douille 38 dans laquelle 10 est engagée la pièce tubulaire 26 entourant un pivot 14. La douille 38, pièce d’usure permettant d’améliorer la durée de vie du pivot 14 et de la pièce tubulaire 26 en fonctionnement, est solidaire au logement 18.

Claims

1. Ensemble (50) pour turbomachine comprenant une rangée annulaire d’aubes de stator (2) d’axe (B) longitudinal comportant des aubes (4) à calage variable comprenant chacune une pale (6) radiale reliée à au moins une de ses extrémités à un pivot (8, 14) s’étendant radialement et étant engagé en rotation autour de son axe (A) dans un anneau (16), caractérisé en ce qu’une pièce tubulaire (26) est montée coaxialement autour du pivot (8,14), ladite pièce tubulaire (26) comprenant une première zone annulaire (26a) montée serrée sur le pivot (8,14) et une deuxième zone annulaire (26b) comprenant un renflement annulaire (28) s’étendant sensiblement radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe (A) du pivot (8,14), le renflement annulaire (28) et le pivot (8,14) définissant un espace annulaire (30).

2. Ensemble (50) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce tubulaire (26) est montée sur le pivot (8,14) d’aube (4) de manière à ce que la première zone annulaire (26a) soit intercalée le long de l’axe (A) dudit pivot (8,14) entre le renflement annulaire (28) et une platine (20) de support de la pale (6).

3. Ensemble (50) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une troisième zone annulaire (26c) est formée sur la pièce tubulaire (26) le long de l’axe (A) dudit pivot (8,14) et de manière à ce que la deuxième zone annulaire (26b) soit intercalée entre la première zone annulaire (26a) et la troisième zone annulaire (26c) ; la troisième zone annulaire (26c) comprenant une face annulaire (32) radialement interne par rapport à l’axe (A) du pivot (8,14) en contact avec ledit pivot (8,14).

4. Ensemble (50) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite face annulaire (32) est arrondie convexe.

5. Ensemble (50) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le renflement annulaire (28) comprend une face radialement interne (28a) par rapport à l’axe (A) du pivot (8,14) qui est concave et une face radialement externe (28b) par rapport à l’axe (A) du pivot (8,14) qui est convexe.

6. Ensemble (50) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première zone (26a) est formée à une première extrémité (34) de la pièce tubulaire (26).

7. Ensemble (50) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième zone (26c) est formée à une seconde extrémité (36) de la pièce tubulaire (26).

8. Ensemble (50) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit pivot (14) est formé à l’extrémité radialement interne de l’aube (4) par rapport à l’axe (B) longitudinal.

9. Ensemble (50) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’anneau (16) comprend une pluralité de logements (18) régulièrement répartis autour de l’axe de l’anneau et recevant chacun une douille (38) dans laquelle est engagée une pièce tubulaire (26) entourant un pivot (14).

10. Compresseur de turbomachine, tel qu’un compresseur haute pression, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un ensemble selon l’une des revendications précédentes.

11. Turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant au moins un ensemble selon l’une des revendications 1 à 6 ou un compresseur selon la revendication 10.