Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02815337 2013-04-19
WO 2012/052649
PCT/FR2011/052290
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DISPOSITIF HYDRAULIQUE DE CHANGEMENT DE PAS
D'HELICE
La présente invention concerne un dispositif hydraulique d'un
dispositif de commande de changement de pas d'hélice.
Le domaine de l'invention est celui des systèmes munis d'une hélice,
tel qu'une éolienne, un ventilateur industriel, mais aussi les turbomachines
et
les turboréacteurs munis d'une soufflante comprenant une pluralité d'aubes
ou de pales à angles de calage variable.
D'une façon connue, une turbomachine comporte un ou plusieurs
étages d'aubes à calage variable qui sont montés entre des roues de rotor
d'un compresseur. Ces aubes à calage variable sont portées par le stator de
la turbomachine et sont réglables en position autour de leur axe pour
optimiser l'écoulement des gaz dans le moteur de la turbomachine. Ainsi, la
variation du calage des aubes permet d'augmenter les performances et
d'améliorer le rendement du moteur d'une turbomachine durant toutes les
phases de son fonctionnement, du décollage à l'atterrissage.
Ce calage variable permet en outre de faire varier le régime de l'hélice
ou de la soufflante pour obtenir la poussée désirée, sans modifier celui de la
turbine qui est en général calé à son régime maximum continu, voire, lors de
l'atterrissage, d'inverser cette poussée remplaçant ainsi les systèmes
conventionnels lourds et complexes d'inversion de poussée.
Les dispositifs de commande de variation de pas d'hélice ou de
soufflante sont des actionneurs hydrauliques (vérins entraînant chacun des
pieds d'aubes) qui procurent la force nécessaire pour orienter les aubes
dans la position désirée.
Chaque aube à calage variable comporte un pivot cylindrique à
chacune de ses extrémités, ces pivots définissant l'axe de rotation de l'aube.
Le pivot radialement externe de l'aube est engagé dans une cheminée
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cylindrique d'un carter annulaire externe qui est relié au moyen d'une
biellette à un anneau de commande monté autour du carter annulaire.
L'anneau de commande est quant à lui relié par un levier à un arbre de
commande actionné par un vérin hydraulique. De façon générale, l'arbre de
commande s'étend parallèlement à l'axe du carter et peut être relié à un ou
plusieurs anneaux de façon à commander un ou plusieurs étages d'aubes
avec un seul vérin.
La tige du vérin hydraulique est reliée à l'arbre de commande par un
bras radial solidaire de l'arbre de commande provoquant, par déplacement
linéaire de la tige du vérin, la rotation de chacun des anneaux autour du
carter. La rotation d'un anneau de commande est transmise par les billettes
correspondantes aux pivots externes des aubes d'un étage les faisant
tourner autour de leurs axes.
La tige du vérin comporte à son extrémité une chape permettant
d'assurer une liaison avec une rotule formant l'extrémité du bras radial
solidaire de l'arbre de commande. La liaison entre la chape et la rotule est
assurée au moyen d'une liaison vis-écrou.
En fonction des contraintes de volume et d'architecture de la
soufflante, il arrive que l'environnement proche du vérin hydraulique n'offre
que le volume nécessaire à l'écrou ainsi qu'a sa cinématique lors du
fonctionnement du vérin hydraulique. Ce volume n'est par conséquent pas
suffisant pour pouvoir installer, positionner, ou encore maintenir
correctement l'écrou lors des opérations de montage ou démontage du vérin
hydraulique par exemple lors des opérations de maintenance.
Ainsi, durant les opérations de manutention du vérin hydraulique,
l'opérateur se trouve dans la nécessité de démonter différentes pièces
avoisinantes afin de libérer un espace suffisamment important pour que
l'opérateur puisse accéder à l'écrou de la liaison vis-écrou et ainsi pouvoir
le
manipuler et le démonter aisément.
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Dans ce contexte, l'invention vise à résoudre les problèmes
mentionnés ci-dessus, en proposant un dispositif hydraulique de
changement de pas d'aubes permettant d'assurer un montage et/ou un
démontage rapide du dispositif, par exemple lors d'une opération de
maintenance, tout en s'affranchissant du démontage d'autres pièces
avoisinantes.
A cette fin, l'invention propose un dispositif hydraulique de
changement de pas d'hélice comportant une tige de piston actionnée par un
fluide hydraulique, ladite tige de piston comportant à son extrémité une
chape apte à assurer une liaison pour la transmission des mouvements de
ladite tige de piston en vue d'un changement de pas d'au moins une hélice,
ledit dispositif hydraulique étant caractérisé en ce qu'il comporte un écrou
fileté maintenu en position sur ladite chape de ladite tige de piston par des
moyens de maintien, ledit écrou étant apte à coopérer avec une tige filetée
pour réaliser une liaison.
Grâce à l'invention, le démontage du vérin hydraulique, par exemple
lors d'une opération de manutention, est réalisé rapidement pas simple
dévissage de la tige filetée permettant de désolidariser le vérin hydraulique
de l'arbre de commande. Le démontage du vérin est réalisé sans démontage
d'autres pièces avoisinantes malgré une architecture complexe n'autorisant
pas un accès à l'écrou de serrage de la liaison vis-écrou.
Le dispositif hydraulique de changement de pas d'hélice selon
l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques
ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons
techniquement possibles :
- ledit écrou fileté est un écrou auto-freinant ;
- lesdits moyens de maintien sont formés par la coopération d'une
platine métallique solidaire dudit écrou fileté et d'une bague à
encoches solidaire de ladite chape comportant des moyens élastiques
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aptes à recevoir et à maintenir ladite platine métallique ;
- lesdits moyens élastiques sont formés par des pattes élastiques
comportant chacune au moins une encoche ;
- ladite platine métallique comporte des protubérances aptes à
coopérer avec lesdites encoches desdites pattes élastiques par
clipsage ou par agrafage ;
- ledit dispositif comporte des moyens pour bloquer la rotation de ladite
bague à encoches par rapport à ladite chape ;
- ledit écrou fileté comporte deux pattes faisant saillies radialement par
rapport à l'axe de rotation dudit écrou fileté aptes à coopérer avec
deux ouvertures agencées dans ladite platine métallique ;
- ledit sous-ensemble formé par ladite platine métallique et par ledit
écrou fileté comporte des moyens pour bloquer la rotation dudit sous-
ensemble par rapport à ladite bague à encoches ;
- ledit dispositif hydraulique est apte au changement de pas d'aubes à
calage variable de soufflante de turbomachine.
L'invention a également pour objet un dispositif de commande de
changement de pas d'hélice comportant un dispositif hydraulique de
changement de pas selon l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus
clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif
et
nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une tige d'un dispositif
hydraulique de changement de pas d'aubes à calage variable
selon un premier exemple de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective de la tige de piston illustrée
à la figure 1 solidarisée à un arbre de commande d'un dispositif de
commande ;
- la figure 3 est une vue éclatée d'un écrou prisonnier solidarisée sur
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la tige de piston illustrée à la figure 1 :
- la figure 4 est une vue en perspective d'une tige de piston d'un
dispositif hydraulique de changement de pas d'aubes à calage
variable selon un deuxième exemple de réalisation.
5 Dans
toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes
numéros de référence sauf précision contraire.
La figure 1 est une vue en perspective d'une tige de piston d'un
dispositif hydraulique de changement de pas d'aubes à calage variable selon
un premier exemple de réalisation de l'invention.
De façon connue, le vérin hydraulique 100 est formé par un corps 10
et par une tige de piston 20 actionnée par la pression d'un fluide hydraulique
circulant à l'intérieur du corps 10 du vérin 100.
La tige de piston 20 comporte à son extrémité libre une chape 30
sensiblement en forme de U qui est destinée à être reliée à l'arbre de
commande via un bras radial solidaire de l'arbre de commande provoquant,
par déplacement linéaire de la tige 20 du vérin, la rotation indirecte des
aubes de la soufflantes.
La chape 30 comporte deux orifices 32 coaxiaux traversant de part et
d'autre les branches du U de la chape 30. L'espace 33 formé entre les deux
branches du U est destiné à recevoir l'extrémité d'un bras radial 50 de
l'arbre
de commande, appelé rotule, tel qu'illustré à la figure 2.
Sur la face extérieure de la branche supérieure du U illustrée à la
figure 1, la chape 30 comporte un écrou fileté 41 maintenu en position par
des moyens de maintien 40. L'écrou fileté est apte à coopérer avec une tige
filetée (non représentée) introduite au travers de l'orifice 32 de la branche
inférieure du U. De façon préférentielle, l'écrou fileté 41 est un écrou auto-
freinant.
Les moyens de maintien 40 sont formés par :
- une platine métallique 42 formée à partir d'une tôle métallique et
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rendu solidaire à l'écrou fileté 41 par pliage ;
- une bague métallique 43 comportant des moyens élastiques 44 aptes
à maintenir en position la platine métallique 42 par agrafage ou par
clipsage.
Tel qu'illustré à la figure 3, la bague métallique 43 présente une base
47 sensiblement perpendiculaire comportant un orifice apte à recevoir une
bague de sertissage 46. Les moyens élastiques 44 sont agencés en saillies
par rapport à la base 47, et en bordure de celle-ci, formant des pattes
élastiques dans lesquelles des encoches 48 sont agencées de façon à
réaliser une fonction de clipsage ou d'agrafage.
La bague métallique 43 est solidarisée sur la chape en forme de U par
exemple par frettage de la bague de sertissage 46 dans l'orifice 32 de la
branche supérieure du U de la chape 30.
Selon le premier mode de réalisation de l'invention illustré à la figure
1, la chape comporte une face 34 servant d'appui à la bague métallique 43
est réalisant ainsi une fonction d'anti-rotation de la bague métallique 43.
Cette face d'appui 34 est obtenue par la réalisation d'un méplat sur la chape
30 apte à former un appui plan pour la bague métallique 43.
La platine métallique 42 est formée à partir d'une tôle métallique plane
de forme sensiblement rectangulaire comportant deux ouvertures, par
exemple de forme rectangulaire et disposées de façon parallèle.
L'écrou 41 comporte un partie supérieure filetée et une base sur
laquelle deux pattes 45 font saillies radialement par rapport à l'axe de
rotation de l'écrou 41, la forme des pattes 45 étant complémentaires de la
forme des ouvertures de la platine métallique 42.
La platine métallique 42 est rendue solidaire de l'écrou 41 par pliage
des bords latéraux de la tôle métallique de part et d'autre de l'écrou et de
sorte que les pattes 45 faisant saillies traversent les deux ouvertures de la
platine métallique 42. Ainsi, la platine métallique 42 est solidaire des
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mouvements de l'écrou fileté 41.
La platine métallique 42 comporte également des protubérances 49
aptes à coopérer avec les pattes élastiques 44 de la bague métallique et
plus précisément avec les encoches 48 des pattes élastiques 44.
Ainsi, le sous-ensemble formé par l'écrou 41 et la platine 42 est inséré
dans la bague métallique 43, solidaire de la chape, jusqu'à l'introduction des
protubérances de la platine métallique 42 dans les encoches 48 des pattes
élastiques 44.
Les protubérances 49 de la platine métallique 42 et les encoches 48
correspondantes peuvent être de tailles et de formes différentes à partir du
moment où elles réalisent une fonction de clipsage ou d'agrafage entre la
platine 42 et la bague 43.
Bien entendu, le sous-ensemble platine-écrou peut être désolidarisé
de la bague métallique 43, et plus particulièrement des pattes élastiques 44,
au moyen d'un outil spécifique permettant d'écarter suffisamment les pattes
élastiques 44 pour désengager les protubérances 49 des encoches 48.
Ainsi, l'écrou 41 est rendu imperdable, maintenu en position sur la
chape 30 tout en garantissant un certain jeu de fonctionnement entre le
sous-ensemble et la bague métallique 43. Le jeu de fonctionnement permet
ainsi de placer précisément l'écrou 41, par auto-centrage, en fonction de la
position de la tige filetée et ainsi pouvoir réaliser la fonction de vissage
entre
l'écrou et la tige filetée. En effet, la tige filetée est une tige calibrée
qui
permet de supprimer les jeux dans les orifices 32 de la chape 30.
A cet effet, l'orifice 32 de la branche inférieure du U comporte une
bague 31 dont le diamètre est également calibré pour recevoir la tige filetée
calibrée (non représentée).
Une fonction supplémentaire d'anti-rotation est assurée entre le sous-
ensemble platine-écrou et la bague métallique 43 par positionnement entre
deux pattes élastiques 44 de la bague métallique 43 les pattes 45 faisant
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saillies. Ainsi la rotation du sous-ensemble platine-écrou est bloquée d'une
part par les moyens élastiques et d'autre part par l'espacement des pattes
élastiques 44 autorisant le passage des pattes 45 faisant saillies et formant
des butées latérales.
La figure 4 est une vue en perspective d'une tige de piston d'un
dispositif hydraulique de changement de pas d'aubes à calage variable selon
un deuxième exemple de réalisation.
Dans ce deuxième exemple de réalisation, la fonction anti-rotation de
la bague métallique 143 par rapport à la chape 30 est réalisée par la
géométrie particulière de la bague métallique 143.
A cet effet, la bague métallique 143 comporte une excroissance de
matière au niveau de sa base 147 de façon à déborder de la face d'appui de
la chape 30. Au niveau de cette excroissance de matière, la bague
métallique 143 comporte une protubérance 150 faisant saillie et dirigée vers
l'intérieur de la chape 30 apte à bloquer tout déplacement par rotation de la
bague métallique 143 par rapport à la chape 30.
L'invention a été principalement décrite pour un dispositif hydraulique
de changement de pas d'aubes à calage variable de soufflante de
turbomachine ; toutefois, l'invention est également applicable à tout système
muni d'hélices tel que les éoliennes, les ventilateurs industriels ou encore
les
turboréacteurs.
Les autres avantages de l'invention sont notamment les suivants :
- réduction des coûts de réalisation ;
- réduction du temps de réalisation ;
- simplification de la gamme de fabrication ;
- réduction des coûts des outillages ;
- réduction des coûts matière.
