Brevet FR2481361A1 — publié le 19811030

La présente invention concerne une roue hélice de turbine, à pales orientables pour faire varier le pas de l'hélice, et par là les caractéristiques de fonctionnement de la turbine. De façon usuelle les pales orientables des roues hélices sont chacune assemblées sur un tourillon, lui-même monté dans le moyeu de la roue selon un axe perpendiculaire à l'axe général de la roue. Les figu- res 1 et 2 annexées donnent un exemple d'un tel montage usuel. La figure 1 représente de façon simplifiée, en coupe longitudinale selon l'axe de la roue, l'articulation d'une pale et de son tourillon sur le moyeu de la roue. La figure 2, qui est une vue partielle selon 11-II de la figure 1, montre le levier de commande de l'orientation de la pale. Ici la pale 1 est assemblée par des vis 2 sur le tourillon 3.- L'ensemble est tenu sur le corps du moyeu par les deux paliers 5 et 6, respectivement sur la partie extérieure 8 du corps du moyeu et sur la partie intérieure 9, et par la butée 10 en appui sur la partie extérieure S. En outre, et de façon également usuelle, le corps du tourillon 3 com- porte, latéralement, une partie 12 formant levier, plus visible sur la figure 2, et dont l'extrémité est destinée à être reliée à-une biellette de manoeuvre. Le dispositif de manoeuvre d'orientation des pales est ici illustré de façon simplifiée par la tige centrale 14 reliée à un servo- moteur non représenté et permettant le déplacement axial de la tige. Un plateau 16 lié à la tige 14 supporte, pour chaque pale, l'une des extrémités des biellettes 17 dont l'autre extrémité est articulée sur le levier 12. En service la pale est soumise à un système de forces qui peuvent se décomposer en: - une composante tangentielle, perpendiculaire à la fois à l'axe de la turbine et à l'axe du tourillon; c'est elle qui détermine le couple moteur de la turbine, - une poussée radiale, perpendiculaire à l'axe du tourillon, mais paral- lèle à l'axe de la turbine, - une composante centrifuge, parallèle à l'axe du tourillon. Dans la roue la composante tangentielle et la poussée radiale sont équilibrées par réaction des deux paliers 5 et 6; le couple résul- tant de ces deux composantes, et qui tend à faire tourner la pale autour de l'axe de son tourillon, est équilibré par l'effort du servomoteur 248 136 1 appliqué sur le levier 12 du tourillon. La composante centrifuge est équilibrée par la réaction de la partie externe du corps du moyeu par l'intermédiaire de la butée 10. Cette disposition usuelle présente de nombreux inconvénients du fait en premier lieu des forces centrifuges très importantes, pouvant atteindre plusieurs milliers de tonnes, que l'on peut observer en cas d'emballement de grosses turbines. Ces forces centrifuges sont en effet transmises à une coque 8 de diamètre important et comportant pour chaque pale une ouverture de grand diamètre correspondant au diamètre du pied de la pale. La présence de nombreux orifices de grand diamètre réduit la résistance de cette coque 8, dont le calcul se fait suivant la théorie des coques trouées de grandes dimensions; il en résulte une déformation du corps externe du moyeu, et un basculement du plan de la butée 10, ce qui peut entraîner une dissymétrie de la répartition des pressions sur la butée. Ceci conduit à imposer des épaisseurs importantes pour la jupe sphérique du moyeu, et à réaliser le corps du moyeu par moulage. En outre, en raison du grand diamètre de l'anneau de butée 10, le couple de frottement résistant à l'effort de règlage d'inclinaison de la pale est important, et exige un servomoteur puissant et des organes de transmission également importants. Tout ceci s'ajoute pour donner au moyeu un diamètre important, au détriment du diamètre disponible pour les pales. La présente invention apporte une solution nouvelle au montage des tourillons de pales sur le moyeu d'une roue hélice. Elle s'applique à une roue hélice à pales orientables, dans laquelle chaque pale, engagée dans un palier formé dans la partie exté- rieure du moyeu de la roue, est solidaire d'un tourillon d'axe perpen- diculaire à l'axe de la roue, tenu à son autre extrémité par un palier sur un élément intérieur du moyeu, et muni de biellettes latérales de manoeuvre en rotation, la roue comportant en outre des moyens internes pour agir simultanément sur l'ensemble des biellettes et faire ainsi varier l'inclinaison de toutes les pales. Selon l'invention la partie centrale interne du moyeu comporte un croisillon à autant de branches que de pales, chaque branche étant constituée par un tourillon radial prolongé par une partie filetée; chaque tourillon de pale est creux et engagé par son extrémité sur un tourillon de croisillon avec interposition d'un palier, et chaque touril- lon de pale est maintenu sur le tourillon de croisillon par un écrou engagé sur une partie filetée, avec interposition d'une butée entre les 248 1361 surfaces conjuguées respectivement de l'écrou et du tourillon de pale. Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, pour le cas d'une roue à quatre pales, le croisillon est- constitué par un noyau portant deux tourillons diamétralement opposés, et traversé, perpendiculairement à l'axe de ces deux premiers tourillons, par un arbre bloqué dans le noyau et dont les deux extrémités constituent les deux autres tourillons. Egalement selon une forme préférentielle de réalisation, les biellettes de manoeuvre des pales sont articulées sur le corps mobile d'un vérin axial dont le piston et la tige fixes sont solidaires du croisillon dans l'axe de la roue. L'invention sera mieux comprise en se référant -a un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté par les autres figures annexées. La figure 3 est homologue à la figure 1, mais présente la solution nouvelle selon l'invention. La figure 4 donne le détail du croisillon, selon IV-IV de la figure 3. Dans cette solution nouvelle la pale 21 est de la même façon assemblée sur un tourillon 23, et l'ensemble est tenu dans la partie externe 28 du corps du moyeu par un palier 25. Le moyeu est muni dans sa partie centrale d'un croisillon fixe 29 qui, pour chaque pale, comporte un tourillon radial 31 prolongé par une partie filetée 32. Le tourillon 23 est engagé par son alésage d'extrémité sur le tourillon 31 du croi- sillon, o il est tenu radialement par le palier 26. Le tourillon 23 est maintenu axialement sur le tourillon 31 par un écrou 33 engagé sur la tige 32 avec interposition d'une butée axiale 30. Le croisillon 29 est ici constitué en deux pièces (figure 4) dont un noyau 39 qui porte deux tourillons 31 opposée en alignement, chacun prolongé par une partie filetée 32. Le noyau 39 est percé d'un alésage perpendiculaire à l'axe de ces deux tourillons, pour recevoir un arbre transversal 40 dont les deux extrémités constituent également des tourillons 31-32. L'arbre 40 est positionné et bloqué dans l'alésage du noyau 39 par un épaulement sur l'un des tourillons 31, et un manchon 41 en appui sur l'autre face du noyau. En revenant à la figure 3, on verra que chaque tourillon 23, et par là chaque pale 21, est commandé- en rotation par le déplace- ment axial d'un corps de vérin 44 qui porte à sa base des bossages 45 sur lesquels sont articuléesles biellettes 37 de manoeuvre. Le corps 44 fermé par le chapeau 43, *se déplace sur une tige 46 fixe, solidaire 248 136 du croisillon 29, lui-même solidaire du moyeu 28. Le piston 47, soli- daire de la tige 46, sépare les deux chambres du vérin, comportant chacune respectivement un conduit d'alimentation 48 ou 49. On a simplement repré- senté ici le débouché des conduits 48 et 49, qui sont de faqon usuelle raccordés à un distributeur lui même alimenté en huile sous pression. Selon que l'on alimente l'une ou l'autre des deux chambres, on déplace axialement le corps 44 pour règler l'orientation des pales 21. On verra facilement que dans cette disposition la composante tan- gentielle et la poussée radiale des efforts sur la pale sont, comme dans la disposition usuelle, équilibrées par la réaction des paliers 25 et 26 et par l'effort du servomoteur transmis par les biellettes 37. Mais la composante centrifuge est ici transmise, sous forme d'une simple trac- tion, sur la branche 31-32 du croisillon. Ainsi les forces centrifuges importantes sont appliquées à une pièce de relativement petites dimensions, que l'on peut facilement dimen- sionner pour résister à ces efforts. En outre, les déformations de la butée 30, à peu près équidistante des paliers 25 et 26, restent symétri- ques par rapport à l'axe, et conduisent à une répartition uniforme de la charge sur l'anneau de butée; par ailleurs la réduction du diamètre de la butée a pour conséquence une diminution importante du couple de frot- tement, et permet de réduire aussi la puissance et l'encombrement du mécanisme moteur du manoeuvre. Enfin, on observera que le corps 28, qui n'a plus à supporter les forces centrifuges, n'est plus soumis qu'à la réaction des paliers 25;- il peut donc être sensiblement allégé. En particulier par une diminution importante de l'épaisseur de la coque sphérique entre les alésages por- tant les pieds de pales. Le corps du moyeu peut alors être réalisé par mécano-soudage, au lieu de moulage, ce qui en réduit le coût d'une faqon très appréciable. On peut ainsi donner au moyeu un diamètre plus réduit ce qui permet d'obtenir une plus faible valeur du rapport du diamètre moyen au diamètre des pales, et d'augmenter la puissance rapportée à la surface des pales. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple, mais elle couvre aussi les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes d'exécution, ou par l'utilisation de moyens équivalents. C'est ainsi que l'invention s'appliquerait aussi à une roue à un nombre quelconque de pales,- le croisillon central fixe ayant alors autant de branches que de pales, chaque branche constituant un tourillon 248 1361 de pale correspondant. On observera cependant que la réalisation décrite pour une roue à quatre pales permet une construction particulièrement intéressante du croisillon en deux parties, avec un arbre traversant un noyau, ce qui permet une réalisation mécano-soudée plus économique que par moulage. Dans le cas d'un croisillon monobloc moulé, on pourrait aussi pré- voir un mécanisme de commande d'orientation des pales par une tige axiale du même genre que pour la réalisation usuelle selon la figure 1 et qui dans ce cas traverserait le croisillon. La solution par vérin, illustrée à la figure 3, présente l'avantage d'éviter de faire traverser le croisillon par une tige axiale, c'est-à-dire d'éviter d'affaiblir la partie centrale du croisillon; sa résistance aux efforts centrifuges est alors obtenue avec un moindre encombrement radial. 2 48 13 6 1 REVENDICATIONS 1. Roue hélice à pales orientables, dans laquelle chaque pale, engagée dans un palier formé dans la partie extérieure du moyeu de la roue, est solidaire d'un tourillon d'axe perpendiculaire à-l'axe de la roue, tenu à son autre extrémité par un palier sur un élément intérieur du moyeu, et muni de biellettes latérales de manoeuvre en rotation, la roue comportant en outre des moyens internes pour agir simultanément sur l'ensemble des biellettes et faire ainsi varier l'inclinaison de toutes les pales, caractérisée par le fait que la partie centrale interne du moyeu comporte un croisillon 29 à autant de branches de pales, chaque branche étant constituée par un tourillon radial 31 prolongé par une partie filetée 32, et par le fait que chaque tourillon de pale 23 est creux et engagé par son extrémité sur un touril- lon de croisillon 31 avec interposition d'un palier 26,chaque tourillon de pale 23 étant maintenu sur le tourillon de croisillon 31 par un écrou 33 engagé sur la partie filetée 32, avec interposition d'une butée 30 entre les surfaces conjuguées respectivement de l'écrou 33 et du tourillon de pale 23. 2. Roue hélice à pales orientables selon revendication 1, dans le cas d'une roue à quatre pales, caractérisée par le fait que le croisillon 29 est constitué par un noyau 39 portant deux tourillons 31 diamétralement opposés, et traversé, perpendiculairement à l'axe de ces deux premiers tourillons, par un arbre 40 bloqué dans le noyau 39 et dont les deux extrémités constituent les deux autres tourillons 31. 3. Roue hélice à pales orientables selon revendication 2, caractérisée par le fait que les biellettes 37 de manoeuvre des-pales sont articulées sur le corps mobile 44 d'un vérin axial dont le piston 47 et la tige 46 fixes sont solidaires du croisillon 29 dans l'axe de la roue.