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Levier de commande du calage angulaire d'une aube de stator
dans une turbomachine
~ La présente invention concerne un levier de commande du calage
angulaire d'une aube de stator dans une turbomachine et un compresseur
de turbomachine comprenant une pluralité d'aubes de stator à angle de
calage variable équipées de ces leviers de commande.
Le réglage du calage angulaire des aubes de stator dans une
turbomachine telle qu'un turboréacteur est destiné à optimiser le rendement
de cette turbomachine et à réduire sa consommation en carburant dans les
différentes configurations de vol.
Ce réglage est effectué au moyen d'un levier qui comprend une
première extrémité montée fixement sur un pivot de l'aube pour l'entraîner
en rotation autour de son axe longitudinal, une deuxième extrémité
comportant un pion cylindrique de montage sur un anneau de commande
qui entoure extérieurement le stator de la turbomachine et qui est
déplaçable en rotation autour de l'axe longitudinal du stator par un moyen
moteur tel qu'un vérin ou un moteur électrique, et une partie intermédiaire
plate reliant les première et deuxième extrémités du levier.
Le levier de commande qui est entraîné en rotation par l'anneau de
commande et qui est fixé sur le pivot de l'aube, est soumis à des forces de
flexion et de torsion qui s'exercent principalement au niveau de sa partie
intermédiaire et de sa deuxième extrémité.
En fonctionnement de la turbomachine, ces leviers de commande
sont soumis à des vibrations dues notamment aux passages des aubes de
rotor devant les aubes de stator, les fréquences de ces vibrations variant
avec la vitesse de rotation du rotor.
On a constaté que ces fréquences pouvaient coïncider avec un
mode vibratoire des leviers précités, et que les contraintes résultantes
subies par les leviers pouvaient provoquer l'apparition de criques ou de
fissures dans ces leviers, notamment dans la zone reliant leur partie
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intermédiaire à leur deuxième extrémité reliée à l'anneau de commande,
avec un risque de rupture des levïers.
Une solution permettant d'éviter cet inconvénient grave consisterait à
surdimensionner chaque levier pour éviter toute apparition de criques ou
fissures et donc éviter tout risque de rupture du levier. Ceia conduirait -
cependant à augmenter de façon correspondante la raideur du levier, ainsi
que la puissance nécessaire pour déplacer le levier puisque tout
déplacement du levier se traduit par une déformation du levier en flexion et
en torsion. Comme l'énergie consommée par l'actionnement des leviers est
prélevée sur l'énergie fournie par la turbomachine, une telle solution serait
très désavantageuse.
La présente invention a pour but d'éviter l'apparition de criques ou
fissures dans un levier du type précité, sans modifier de façon sensible la
raideur de ce levier.
EòIe propose à cet effet un levier de commande du calage angulaire
d'une aube de stator, en particulier dans un compresseur de turbomachine,
comprenant une première extrémité destinée à être montée fixement sur un
pivot d'aube, une deuxième extrémité comportant un pion cylindrique de
montage sur un moyen d'entrainement, et une partie intermédiaire plate
reliant les première et deuxième extrémités, ladite première extrémité ayant
une épaisseur et une largeur supérieures à celles de la partie intermédiaire
et de la deuxième extrémité du levier, caractérisé en ce que les formes et
dimensions de la partie intermédiaire et de la deuxième extrémité sont
déterminées pour augmenter les fréquences propres du levier en flexion et
en torsion au-dessus des fréquences vibratoires de la turbomachine en
amont du levier et pour conserver la raideur du levier.
En augmentant les fréquences propres du levier en flexion , et en
torsion au-delà des fréquences vibratoires de la turbomachine en amont du
levier, on évite que le levier puisse entrer en résonance pendant le
fonctionnement de la turbomachine, et en conservant sa raideur, on
n'augmente pas la puissance nécessaire à son actionnement et on ne
dégrade pas le fonctionnement de la turbomachine.
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On évite ainsi tout risque d'apparition de criques ou de fissures dans
le levier de commande en fatigue vibratoire.
Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, la deuxième
extrémité du levier de commande a une épaisseur supérieure à celle de la
partie intermédiaire, et la partie intermédiaire a localement une largeur -
inférieure à celle de ia deuxième extrémité du levier.
L'augmentation de l'épaisseur de la deuxième extrémité du levier de
commande permet de mieux supporter les contraintes lors du sertissage du
pion cylindrique, et de limiter l'apparition et la propagation de criques ou
de
fissures. Elle entraîne une augmentation de la raideur globale du levier, qui
est compensée par une diminution locale de la largeur de la partie
intermédiaire de sorte que le levier de commande conserve la même
raideur et nécessite la même puissance d'actionnement qu'auparavant.
Dans ce mode de réalisation, la partie intermédiaire du levier est
d'épaisseur constante et est reliée aux extrémités du levier par des zones
d'épaisseur progressivement croissante.
L'augmentation progressïve de l'épaisseur des zones de liaison aux
extrémités du levier permet de réduire les concentrations locales de
contraintes.
La partie intermédiaire du levier a des bords longitudinaux incurvés
de forme concave qui permettent des transitions progressives entre des
portions de largeurs différentes en évitant des concentrations de
contraintes dans des parties du levier dont la largeur varierait brutalement
et de façon discontinue.
La forme et les dimensions du levier de commande sont donc
optimisées dynamiquement pour augmenter les fréquences propres du
levier en flexion et en torsion au-delà des fréquences vibratoires de la
turbomachine en amont, et statiquement en réduisant les concentrations
locales de contraintes.
Par ailleurs, le levier de commande selon l'invention est
avantageusement soumis au moins partiellement à un grenaillage, ce
traitement permettant de durcir la surface du levier et ainsi de le protéger
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contre des chocs ou des coups éventuels pendant sa manipulation et son
montage sur le pivot d'aube et sur l'anneau de commande, ces chocs et
ces coups pouvant être à l'origine de criques ou de microfissures.
L'invention propose également un compresseur de turbomachine,
par exemple de turboréacteur comprenant une pluralité d'aubes à calage -
variable équipées de leviers de commande du type précité.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à
la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en
référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'un levier de
commande du calage angulaire d'une aube de stator dans un étage de
compresseur d'une turbomachine ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un levier de
commande selon la technique antérieure ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un levier de
commande selon l'invention.
En figure 1, on a représenté une partie d'un compresseur haute-
pression 10 d'une turbomachine, dans laquelle chaque étage du
compresseur comprend une rangée d'aubes directrices 12 montées sur le
stator et une rangée d'aubes 14 portées par le rotor.
Les aubes 12 du stator sont des redresseurs dont l'orientation ou
calage angulaire est réglable à l'aide de leviers de commande 16 entraînés
par un anneau de commande 18 actionné par des moyens moteurs (non
représentés) du type vérin ou moteur électrique.
Chaque levier de commande 16 comprend une première extrémité
20 fixée sur un pivot radial 22 d'une aube 12, guidé en rotation dans un
palier 24 monté dans une cheminée radiale d'un carter externe 26, une
deuxième extrémité 28 et une partie intermédiaire plate 30 reliant les
extrémités 20 et 28.
La deuxième extrémité 28 du levier de commande 16 porte un pion
cylindrique 32 qui est serti sur cette extrémité 28 et est guidé en rotation
dans une douille cylindrique 34 de l'anneau de commande 18.
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Un déplacement angulaire de l'anneau de commande 18 autour de
l'axe du carter 26 se traduit par une rotation des leviers 16 autour des axes
36 des pivots 22 et par l'entra7nement en rotation des aubes 12 autour de
ces axes 36, ainsi que par des déformations en flexion et en torsion des
5 leviers 16. -
Comme on le voit mieux en figure 2, la première extrémité 20 du
levier 16 a une épaisseur et une largeur supérieures à celles de la partie
intermédiaire 34 et de la deuxième extrémité 28 du levier 16. Par exemple,
l'épaisseur de la première extrémité 20 est d'environ 10 mm et sa largeur
est d'environ 22 mm.
La deuxième extrémité 28 du levier 16 qui porte le pion cylindrique
32 de montage sur l'anneau de commande 18 présente un bord circulaire
s'étendant sur environ 180° autour de la tête sertie du pion
cylindrique 32.
Par exemple, l'épaisseur de la deuxième extrémité est d'environ 1,1 mm et
sa largeur est d'environ 10 mm.
La partie intermédiaire 34 qui relie les première et deuxième
extrémités 20 et 28 a la même épaisseur que la deuxième extrémité 28 et
une forme triangulaire et est reliée à la première extrémité 20 par une zone
de liaison 38 d'épaisseur progressivement croissante. Par exemple,
l'épaisseur de la partie intermédiaire 34 est d'environ 1,1 mm et sa largeur
varie entre environ 10 et 22 mm.
En fonctionnement du compresseur haute-pression, les fréquences
propres des leviers 16 en flexion et en torsion peuvent coïncider avec les
fréquences vibratoires de la partie amont du compresseur et provoquer
alors des vibrations importantes des leviers 16 se traduisant par la
formation de criques ou de fissures, en particulier au niveau des zones de
sertissage des pions cylindriques 32 sur les secondes extrémités 28 des
leviers 16. Cette fréquence vibratoire dépend de la vitesse de rotation du
rotor et est de 6500 Hz environ pour un exemple particulier de compresseur
haute-pression considéré.
Selon l'invention, les formes et dimensions de la partie intermédiaire
34 et de la deuxième extrémité 28 sont modifiées pour que les fréquences
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propres du levier 16 en flexion et en torsion soient supérieures aux
fréquences vibratoires de la partie amont du compresseur, sans augmenter
de façon sensible la raideur du levier.
La figure 3 représente schématiquement et en perspective un
exemple de réalisation d'un levier de commande 40 selon l'invention.
La deuxième extrémité 42 du levier 40 a une épaisseur supérieure à
celle de la deuxième extrémité 28 du levier 16 de la technique antérieure
afin de mieux supporter les contraintes dues au sertissage du pion
cylindrique 32 et retarder la propagation de criques ou de fissures. Par
exemple, cette épaisseur est de 1,8 mm environ.
La forme de la deuxième extrémité 42 a également été modifiée par
augmentation de l'étendue angulaire de son bord arrondi qui s'étend sur
plus de 180°. Ce bord arrondi peut présenter un ou plusieurs rayons de
courbure variant par exemple entre 6 et 15 mm.
La partie intermédiaire 44 du levier 40 est d'épaisseur constante,
supérieure à celle de la partie intermédiaire 34 du levier 16 de la technique
antérieure mais inférieure à celle de la deuxième extrémité 42 du levier 40.
Par exemple, l'épaisseur de la partie intermédiaire 44 du levier 40 est de
1,4 mm environ.
L'augmentation de raideur du levier 40 due à l'augmentation de
l'épaisseur de la partie intermédiaire 44 et de la deuxième extrémité 42 est
compensée par une diminution de la largeur d'au moins une portion 46 de
la partie intermédiaire 44 du levier 40, ce qui permet de conserver (a même
raideur globale que dans la technique antérieure, cette portion 46 étant
reliée à la deuxième extrémité 42 du levier.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la portion 46 a une
largeur de 8 mm environ, inférieure à celle de la deuxième extrémité- 42 et
est délimitée par des bords longitudinaux sensiblement parallèles.
La partie intermédiaire 44 du levier 40 est reliée à la première
extrémité 48 par une zone de liaison 50 de faible longueur et d'épaisseur
progressivement croissante qui est pour l'essentiel identique à la zone de
liaison 38 du levier 16 de la technique antérieure et dont l'épaisseur varie
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entre celle de la partie intermédiaire 44 du levier 40 et celle de sa première
extrémité 48.
Une autre zone 52 d'épaisseur progressivement croissante relie la
portion 46 de la partie intermédiaire 44 à ia deuxième extrémité 42 du levier
~ 40.
Les bords 54, 56 des zones de liaison 50 et 52 et de la partie
intermédiaire 44 sont incurvés et concaves et reliés aux bords rectilignes
de la portion 46 précitée. Les bords 54 peuvent présenter un ou plusieurs
rayons de courbure qui sont typiquement compris entre 6 et 15 mm par
exemple, et ies bords 56 peuvent également présenter un ou plusieurs
rayons de courbure qui sont typiquement compris entre 15 et 30 mm par
exemple. Les rayons de courbure des bords 54, 56 augmentent donc de la
deuxième extrémité 42 du levier 40 vers la première extrémité 48.
Le levier de commande 40 selon l'invention est de préférence traité
au moins partiellement par grenaillage, par exemple sur la partie
intermédiaire 44 et/ou sur la deuxième extrémité 42 du levier 40. Ce
traitement permet de durcir la surface du levier et donc d'améliorer sa
protection contre des chocs ou des coups qui peuvent notamment
intervenir pendant le montage du levier de commande 40 et qui peuvent
provoquer des amorces de criques ou de fissures.
Le levier de commande 40 selon l'invention est réalisé
avantageusement en titane.
