Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02641017 2008-10-10
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Perfectionnement à un anneau de commande de calage
des aubes fixes d'une turbomachine
L'invention se rapporte à une turbomachine telle que par
exemple un compresseur présentant au moins une couronne d'aubes de
redresseur à calage variable. Elle concerne plus particulièrement un
perfectionnement à l'anneau de commande de l'orientation des aubes à
calage variable. Le perfectionnement permet à la fois d'améliorer la
rigidité et la précision de manoeuvre d'un tel anneau de commande du
positionnement de ces aubes.
On connaît une turbomachine telle que par exemple un
compresseur haute pression d'un turboréacteur d'avion, qui comporte au
moins un étage d'aubes fixes à calage variable agencées
circonférentiellement dans un carter. Classiquement, le compresseur est
constitué d'un rotor comprenant plusieurs étages de pales rotatives,
décalés axialement, entre lesquels sont installés plusieurs étages d'aubes
fixes à calage variable. Chaque étage d'aubes fixes est ainsi constitué
d'une pluralité d'aubes agencées radialement et circonférentiellement dans
le carter en formant une sorte de couronne, ces aubes sont fixes mais
d'orientation réglable. L'orientation des pales doit être identique pour
toute la couronne d'aubes fixes à calage variable ; elle peut être modifiée
en fonction des conditions de fonctionnement.
Pour ce faire, chaque aube comporte un pivot de commande
faisant saillie radialement à l'extérieur dudit carter et chaque pivot est
relié
par un levier à un anneau de commande commun, coaxial audit carter et
monté rotatif à l'extérieur de celui-ci. Généralement, l'anneau est monté
coulissant à la surface extérieure du carter et il est actionné pour pouvoir
tourner autour de son propre axe qui est confondu avec celui de la
turbomachine. Suivant la position des patins de coulissement entre
l'anneau et le carter, et suivant l'emplacement des points d'accrochage
des moyens de commande, les frottements peuvent représenter jusqu'à
30 % de l'effort de manoruvre nécessaire pour déplacer l'ensemble des
aubes. Le comportement de l'anneau lui-même pendant ces déplacements
peut être la source de problèmes. On observe parfois une ovalisation de
l'anneau qui est préjudiciable au fonctionnement.
Généralement, l'anneau est constitué de plusieurs tronçons, par
exemple deux demi-anneaux, assemblés autour du carter. Ainsi,
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FR-2-125 012 décrit un anneau de commande constitué de plusieurs
tronçons assemblés par des éléments en forme de pont, pour former un
anneau complet. Les éléments en forme de pont sont boulonnés entre des
extrémités éloignées des tronçons de l'anneau. L'assemblage entre deux
tronçons d'anneau et un élément en forme de pont est fait par un
boulonnage radial. Les éléments en forme de pont sont relativement
flexibles et se comportent quelque peu comme des charnières souples
accentuant la déformation de l'anneau. Il peut en résulter une dispersion
des angles d'attaque des aubes pouvant atteindre deux degrés ou plus.
Dans le cas où le compresseur fait partie d'un turbopropulseur, ce manque
de précision augmente les risques de pompage du moteur.
L'invention permet à la fois de simplifier et rigidifier
l'assemblage des tronçons constituant l'anneau de commande.
Plus particulièrement, l'invention concerne une turbomachine
comportant un étage d'aubes fixes à calage variable, agencé
circonférentiellement dans un carter, chaque aube comportant un pivot de
commande faisant saillie radialement à l'extérieur dudit carter et chaque
pivot étant relié par un bras à un anneau de commande commun coaxial
audit carter, monté rotatif à l'extérieur de celui-ci, caractérisée en ce que
ledit anneau comporte deux tronçons assemblés par des flasques de
liaison latéraux fixés avec encastrement de part et d'autre desdits
tronçons, au moins au voisinage des extrémités de ceux-ci.
Ainsi, le boulonnage radial des portions d'extrémité des
tronçons, par l'intermédiaire d'un élément en forme de pont, est remplacé
par un boulonnage parallèlement à l'axe, mettant en oeuvre deux flasques
de liaison s'étendant de part et d'autre des tronçons. Il en résulte un
assemblage d'une très grande rigidité et précision, pour un encombrement
moindre.
Selon un mode de réalisation possible, lesdits tronçons
présentent des creusures latérales dans lesquelles s'encastrent lesdits
flasques de liaison.
Avantageusement, un tel flasque de liaison est un segment
annulaire chanfreiné pour définir des surfaces tronconiques tandis que les
creusures latérales ont un profil en creux correspondant, c'est-à-dire
présentant aussi des flancs opposés tronconiques.
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Selon un mode de réalisation inverse, un tel flasque de liaison
est un segment annulaire comportant une creusure dans laquelle
s'encastrent les portions d'extrémité desdits tronçons de l'anneau.
Dans ce cas, les tronçons de l'anneau peuvent être
avantageusement chanfreinés pour définir quatre surfaces tronconiques
deux à deux superposées coaxialement et la creusure précitée de chaque
flasque peut comporter deux facettes tronconiques correspondantes,
coopérant respectivement avec de telles surfaces tronconiques deux à
deux superposées coaxialement.
Les surfaces tronconiques, coopérant au montage pendant le
serrage des boulons, facilitent le positionnement des pièces les unes par
rapport aux autres.
Les flasques de liaison sont boulonnés de part et d'autre des
portions d'extrémité adjacentes desdits tronçons à raison d'au moins un
boulon pour chaque portion d'extrémité. Généralement, on prévoit deux
boulons pour chaque portion d'extrémité.
Il est à noter que pour améliorer la précision de l'assemblage,
une vis de boulon est ajustée au trou de chaque portion d'extrémité du
tronçon d'anneau dans lequel elle est engagée. Si l'assemblage comporte
plus d'un boulon par portion d'extrémité du tronçon d'anneau, l'ajustage
d'une seule vis de boulon par tronçon d'anneau est généralement suffisant
pour obtenir la précision recherchée.
Par ailleurs, l'anneau comporte au moins une chape de
manoeuvre ou analogue par laquelle l'effort de manoeuvre entraînant sa
rotation lui est transmis.
Selon une caractéristique avantageuse, la chape présente un
socle fixé latéralement avec encastrement à l'anneau, de façon analogue à
un flasque latéral précité. Par exemple, le socle forme lui-même l'un
desdits flasques latéraux.
Dans le cas où des creusures latérales sont définies de part et
d'autre de l'anneau, en considérant sa longueur axiale, on peut procéder
en pratiquant deux gorges à flancs tronconiques de part et d'autre d'un
anneau complet à section radiale rectangulaire ou carrée, puis en coupant
cet anneau en plusieurs tronçons, par exemple et de préférence en deux
demi-anneaux et en reconstituant l'anneau autour du carter en
assemblant les tronçons au moyen de flasques de liaison latéraux en vis-à-
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vis boulonnés aux extrémités des tronçons. Dans ce cas, les creusures
latérales précitées s'étendent sur toute la circonférence de l'anneau ainsi
reconstitué.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-
ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre donnée
uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés
dans lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle en perspective d'une partie
d'un compresseur du type comprenant une couronne d'aubes fixes à
calage réglable, une seule aube et son bras étant représentés sur le
dessin, pour plus de clarté ;
- la figure 2 est une coupe II-II de la figure 1; et
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 2, illustrant une
variante.
Sur les figures 1 et 2, on a représenté une partie d'une
turbomachine, en l'occurrence un compresseur 11 comportant, dans un
carter 13, une couronne d'aubes fixes 15 à calage variable , réglable par la
rotation d'un anneau de commande 17 monté en rotation à l'extérieur du
carter. L'anneau de commande comporte deux faces cylindriques 19, 20
coaxiales. La face inférieure 19 repose sur la surface extérieure du carter,
par l'intermédiaire de patins de glissement (non visibles sur les dessins).
Le centre de l'anneau se situe sur l'axe de rotation de la turbomachine.
Une seule aube 15 est visible sur la figure 1.
Des perçages 23 orientés radialement sont pratiqués à
intervalle régulier dans l'anneau et débouchent sur sa face supérieure 20
pour recevoir des axes 25 de bras 27 de commande d'orientation des
aubes 15. Les aubes sont agencés circonférentiellement et radialement
dans le carter 13. Chacune comporte un pivot de commande 29 faisant
saillie radialement à l'extérieur du carter, en traversant un alésage 31 de
celui-ci. Chaque pivot est relié à l'anneau de commande par un bras 27
spécifique. Tout cet agencement est classique.
Pour pouvoir être monté à l'extérieur du carter, qui comporte
des brides saillantes, l'anneau est fabriqué en plusieurs tronçons 30a, 30b
(au moins deux demi-anneaux, par exemple) raccordés bout à bout.
Selon une caractéristique importante, les tronçons 30a, 30b de
l'anneau sont assemblés par des flasques de liaison 33, 34 latéraux fixés
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avec encastrement de part et d'autre desdits tronçons, au moins au
voisinage des extrémités de ceux-ci. Dans l'exemple spécifiquement décrit,
lesdits tronçons 30a, 30b comportent des creusures latérales 35, 36 dans
lesquelles s'encastrent lesdits flasques de liaison 33, 34. Un tel flasque de
5 liaison est ici un segment annulaire à section trapézoïdale c'est-à-dire
comportant deux surfaces tronconiques. Dans ce cas, les creusures
latérales 35, 36 ont un profil en creux correspondant, c'est-à-dire qu'elles
comportent deux flancs à surfaces tronconiques complémentaires de celles
des flasques de liaison.
Il est suffisant que les creusures latérales 35, 36 soient
pratiquées aux extrémités des tronçons 30a, 30b (demi-anneaux)
assemblées par les flasques de liaison décrit ci-dessus. Il suffit que ces
creusures aient une longueur suffisante pour accueillir les flasques de
liaison. Cependant, dans le mode de réalisation représenté, les creusures
latérales 35, 36 s'étendent sur toute la circonférence de l'anneau de
commande. Ceci résulte d'un procédé d'usinage avantageux de l'anneau.
Selon ce procédé, on dispose d'un anneau complet à section rectangulaire
et on pratique, en usinant les surfaces annulaires plates (perpendiculaires
à l'axe de rotation) de cet anneau, deux gorges à flancs tronconiques. On
coupe ensuite l'anneau, par exemple en deux parties égales et on pratique
des trous 40 dans les portions d'extrémité des tronçons ainsi constitués.
On pratique des trous 41 correspondants dans les flasques 33, 34. On
réassemble ces tronçons autour du carter au moyen de boulons 44, à
raison d'au moins un boulon 44 par tronçon, ici deux boulons 44 par
tronçon 30b ou 30b, côte à côte.
En outre, un boulon supplémentaire 44a peut être prévu au
milieu des deux flasques 33, 34, en regard de la jonction entre les
tronçons 30a, 30b.
Avec ce mode d'assemblage, la liaison est particulièrement
rigide et les caractéristiques géométrîques et dimensionnelles de l'anneau
sont particulièrement bien maîtrisées et stabilisées dans le temps.
De plus, les creusures latérales 35 continues permettent de
raccorder d'autres éléments à l'anneau de commande, avec le même type
d'assemblage à encastrement, par exemple pour le montage d'au moins
une chape 47 reliée à un vérin de manoeuvre de l'anneau.
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Dans ce cas, la chape présente un socle fixé latéralement avec
encastrement à l'anneau, d'une façon analogue à celle qui est représentée
pour la fixation des flasques latéraux. Avantageusement, le socle 48 forme
une seule pièce avec l'un des flasques latéraux (le flasque 34), comme
représenté.
Dans la variante de la figure 3, chaque flasque de liaison 133,
134 est un segment annulaire comportant une creusure 135, 136 dans
laquelle s'encastrent les portions d'extrémité des tronçons de l'anneau 17.
De préférence, comme représenté, les tronçons de l'anneau
sont chanfreinés pour définir quatre surfaces tronconiques 139a, 139b -
140a, 140b deux à deux superposées coaxialement tandis que la creusure
précitée 135, 136 de chaque flasque 133, 134 comporte deux facettes
tronconiques 143a, 143b correspondantes coopérant respectivement avec
de telles surfaces tronconiques deux à deux superposées coaxialement.
