Brevet FR2672083A1 — publié le 19920731

Installation de réglage des pales directrices d'une turbine d'un moteur à turbine à gaz ". La présente invention concerne une installation pour régler les pales directrices d'une turbine d'un moteur à turbine à gaz, installation qui comprend à l'extérieur du carter de la turbine, un anneau de réglage reliée par des leviers de réglage aux pales directrices et appuyée en rotation dans la direction périphérique sur un anneau de support par un palier de roulement comportant des organes de roulement, cet anneau de support étant centrée et suspendue de manière thermiquement mobile le long de rayons, radiaux, du carter, et qui sont répartis à la périphérie. Les installations de réglage des pales directrices équipant des carters de turbine sont exposées, du fait des états de fonctionnement variables, par exemple les états de fonctionnement non stationnaires, à des contraintes différentielles thermiques très accentuées et qui nécessitent pour permettre un réglage précis des pales, de manière générale une mise en oeuvre constructive, coûteuse et des efforts importants (réglage) Pour compenser les dilatations thermiques du système de réglage, il faut prévoir des jeux relativement importants ou des élasticités thermiques qui entraînent des imprécisions dans le réglage des pales et une détérioration correspondante du rendement dans le cadre du cycle à aérothermodynamique. Pour assurer un réglage précis des pales directrices indépendamment des variations de température engendrées par des états de fonctionnement différents, il est indispensable de prévoir dans un dispositif connu selon le document DE-36 23 001, de monter l'anneau support ou les anneaux de support de manière isolée thermiquement par plusieurs pattes de liaison réparties à la périphérie sur le carter de la turbine; les pattes sont ainsi reliées directement, latéralement par une bride annulaire aux structures du carter de la turbine et sont prévues dans la direction axiale, radialement au-dessus du carter de la turbine et au voisinage immédiat de celui-ci De plus, les pattes sont les moyens de centrage élastiques dans la direction radiale de l'anneau de support prévu sur ces moyens; l'anneau de support du fait des pattes n'est pas soumis aux influences thermiques considérables en particulier aux dilatations thermiques différentielles dans la direction radiale du carter; dans le cas connu, l'anneau de support est un anneau en forme de U ouvert dans le haut, portant l'anneau de réglage de manière rotative dans la direction périphérique, exclusivement, de manière radiale par des galets dans l'anneau de support Les épaulements de l'anneau de réglage qui entourent axialement/radialement les galets doivent assurer leur guidage précis; toutefois, cela ne doit pas entraîner des forces de frottement ou de réglage relativement importantes En outre, l'installation connue rappelée ci-dessus présente un encombrement radial relativement important qui souvent n'existe pas notamment dans les moteurs a turbine. La présente invention a pour but de développer une installation correspondant à la définition rappelée ci-dessus, qui soit pratiquement libre de toute influence thermique du carter de la turbine et permette un réglage précis des pales avec des forces de réglage comparativement réduites tout en offrant une construction compacte pour le système de réglage et de support A cet effet, l'invention concerne une installation définie ci-dessus caractérisée en ce que: elle est prévue dans un volume réalisé entre le carter de la turbine et un carter extérieur, les rayons du carter sont répartis régulièrement à la périphérie du carter extérieur et viennent en saillie vers l'intérieur du volume, les rayons du carter comportent des manchons à surface extérieure sphérique ou bombée, mobile le long de segments en forme de goujons, manchons dans lesquels vient prendre de façon mobile l'anneau de support avec des cavités de forme courbe correspondante, l'anneau de support est élastiquement déformable dans la direction radiale, les organes de roulement sont des billes par lesquelles l'anneau de support est relié sous précontrainte à l'anneau de réglage. La présente invention crée une installation de réglage de pales relativement légères, de hauteur d'encombrement relativement réduite, à faible frottement et nécessitant des forces de réglage faibles; elle peut se loger entre le carter de la turbine et le carter extérieur et n'est pas pratiquement soumise à aucune influence de température extrêmement élevée, directement, et par suite aux dilatations différentielles correspondantes du carter de la turbine L'anneau de réglage et en principe également l'anneau de support sont montés pratiquement "librement" dans l'intervalle entre le carter de la turbine et le carter extérieur Le palier de roulement à billes constitue une combinaison d'un palier radial et d'un palier axial Sur le plan des gradients de température à passer à l'intérieur du carter, pour le carter de turbine chaud, différemment en fonctionnement jusqu'à un carter extérieur relativement froid, il est avantageux que l'anneau de support soit monté de manière centrée, par des moyens sphériques sur les rayons et que ce palier soit tel que l'anneau de support soit déformable radialement par rapport aux axes correspondants des rayons On peut prévoir au moins trois rayons de même forme répartis à la périphérie Les rayons peuvent être selon l'invention des goujons ou des axes Les volumes du palier de rotation, prévus respectivement dans la direction périphérique entre les billes, constituent des "volumes élastiques" dans lesquels l'anneau de support peut fléchir élastiquement par sa déformation élastique La hauteur radiale de l'anneau de support définit l'élasticité de la précontrainte Celle-ci est choisie pour qu'à toutes les températures prévisibles, les billes soient précontraintes avec une force prédéterminée. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'anneau de support est suspendu de manière mobile dans la direction longitudinale des rayons sur des points de palier sphériques. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les rayons sont radialement en saillie vers l'intérieur et sont répartis régulièrement à la périphérie en étant solidarisés au carter extérieur et comportent des manchons à surface extérieure sphérique ou bombée, mobiles le long de segments en forme de goujons, et ces surfaces sphériques ou bombées viennent avec du jeu dans des cavités de courbure correspondantes de l'anneau de support. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les billes du palier de roulement sont prévues chaque fois au voisinage des rayons ou entre ceux-ci. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'anneau de support ne s'appuie sur l'anneau de réglage que par les billes du palier de roulement. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les billes du palier de roulement sont prévues sur une cage de palier. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la cage de palier est montée à rotation de façon quelconque dans la direction périphérique ou en étant limitée par des butées. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les billes des paliers de roulement sont réalisées en une matière céramique technique qui est notamment réfractaire et résistante à l'abrasion ainsi que légère et faible conductrice de chaleur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la matière céramique technique est du nitrure de silicium pressé à chaud (SSN). Suivant une autre caractéristique de l'invention, la face extérieure du carter extérieur est munie d'une isolation thermique. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, auxquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale médiane, partiellement arrachée montrant l'installation de réglage des pales directrices des deux étages entre le carter extérieur et le carter d'une turbine à deux étages. la figure 2 montre la turbine de la figure 1 limitée dans le dessin aux parties principales de la turbine, avec toutefois l'association d'un arbre d'entraînement prévu sur le carter extérieur et combiné à l'installation de réglage. la figure 3 montre une vue d'ensemble de l'installation, représentée de façon arrachée localement, avec l'installation du carter extérieur dans la direction x à la figure 1, sans les autres parties de la turbine. la figure 4 montre un détail de la figure 3 à échelle agrandie d'une suspension de rayons ainsi que du moyen de centrage de l'anneau de support et d'un rayon au niveau de billes voisines dans la direction périphérique appartenant aux paliers à billes et à la cage correspondante. La figure 1 montre l'installation de réglage des pales directrices 1 ou 2 du premier et du second étage d'une turbine d'un moteur à turbine à gaz; en plus du carter intérieur 3 de la turbine, la figure montre un anneau de réglage 4 couplé par des leviers de réglage 5, 6 aux pales directrices 1, 2 en étant monté à rotation dans la direction périphérique sur un anneau de support 7 Cet anneau est centré en plusieurs points répartis à la périphérie par des moyens thermiquement compatibles; en outre, l'anneau de support 7 est déformable élastiquement dans la direction radiale; il est suspendu et centré de manière mobile radialement sur des rayons 9 reliés au carter extérieur 8 de la turbine ainsi que par un palier de rotation comportant des billes 10 pour l'anneau de réglage 4, la liaison avec ce dernier se faisant avec précontrainte Selon les figures 1 et 4, l'anneau de support 7 est suspendu sur des points de palier sphériques 11, en étant mobile dans la direction longitudinale des rayons 9 Dans la réalisation détaillée de cette dernière caractéristi- que, il est prévu que les rayons 9 sont en saillie radialement vers l'intérieur et fixés sur le carter extérieur 8 en étant répartis régulièrement à la périphérie (figure 3); les rayons comportent des manchons 13 à surface sphérique ou bombée, et sont mobiles le long de segments 12 en forme de goujons (figure 4) et ces surfaces viennent prendre avec du jeu dans des cavités courbes correspondantes de l'anneau de support 7 Le palier sphérique (manchon 13) permet les mouvements nécessaires de l'anneau de support 7 autour: du ou des rayons 9, en toutes les directions tout en assurant un siège coulissant radialement sur les rayons 9 dans chacune de leur direction longitudinale. Suivant la périphérie, les billes 10 du palier à roulement sont prévues chaque fois au voisinage des rayons 9; elles peuvent également être prévues dans la direction périphérique, chaque fois entre les rayons 9. Comme cela apparaît notamment de manière claire selon la figure 4, les billes 10 sont placées ou maintenues dans une cage de palier 14 du palier à roulement Celui-ci peut être monté de manière rotative, de préférence dans la direction périphérique, de manière quelconque entre les deux anneaux 4, 7; des butées peuvent limiter le mouvement de rotation périphérique de la cage 14. Les billes 10 du palier de roulement peuvent être avantageusement réalisées en une céramique technique qui est notamment réfractaire et résistante à l'abrasion tout en étant légère et peu conductrice de chaleur; un matériau approprié à cet usage est par exemple du nitrure de silicium pressé à chaud (SSN). Pour des températures relativement faibles, les billes peuvent également être réalisées en un acier usuel par exemple un acier pour palier de roulement. Selon la figure 2, l'installation de réglage des pales directrices 1, 2 peuvent comporter un arbre 15 entraîné par un moteur et qui est monté à rotation dans la direction longitudinale dans les éléments de structure du carter extérieur 8; un galet 17 prévu sur le prolongement 16 de l'arbre pénètre dans la cavité ouverte par le haut d'une fourche 18 reliée elle-même solidairement à l'anneau de réglage 4; une force de réglage induite par l'arbre 15 entraîne ainsi un mouvement de réglage concentrique à l'axe pour l'anneau de réglage 4 qui est ainsi mis dans une position angulaire appropriée pour les pales directrices 1, 2 par l'intermédiaire des leviers de réglage 5, 6 Aux deux extrémités, l'anneau de réglage 4 comporte des manchons axiaux 19, 20 de même forme, distants dans la direction périphérique, et dans lesquels viennent prendre une extrémité 21, 22 des leviers de réglage 5, 6 qui sont entraînés en même temps dans l'espace L'autre extrémité des leviers de réglage 5, 6 est reliée à l'extrémité supérieure des tourillons 23, 24 correspondants des pales directrices 1, 2 montées dans des douilles 25, 26 du carter Les pales des deux rotors 27, 28 des deux étages de la turbine portent les références 29 et 30 (figure 1). La transmission du mouvement de rotation de l'arbre de réglage 15 à l'anneau de réglage 4 peut également au niveau du galet 17 et de la fourche 18 par un levier monté respectivement en 15 et 4 ou encore par un segment de roues dentées vers les pièces et 4. Même si les caractéristiques dessinées et/ou décrites ci-dessus appartenant à l'invention ne sont pas explicitement revendiquées, elles font néanmoins partie de l'invention. Les figures 1 et 2 montrent que le carter extérieur peut être muni avantageusement sur sa face extérieure d'une isolation thermique 31. REVENDICATIONS ) Installation pour régler les pales directrices d'une turbine d'un moteur à turbine à gaz, installation qui comprend à l'extérieur du carter ( 3) de la turbine, un anneau de réglage ( 4) reliée par des leviers de réglage ( 5, 6) aux pales directrices ( 1, 2) et appuyée en rotation dans la direction périphérique sur un anneau de support ( 7) par un palier de roulement comportant des organes de roulement ( 10), cet anneau de support étant centré et suspendu de manière thermiquement mobile le long de rayons ( 9), radiaux, du carter, et qui sont répartis à la périphérie installation caractérisée en ce que elle est prévue dans un volume réalisé entre le carter ( 3) de la turbine et un carter extérieur ( 8), les rayons ( 9) du carter sont répartis régulièrement à la périphérie du carter extérieur ( 8) et viennent en saillie vers l'intérieur du volume, les rayons ( 9) du carter comportent des manchons ( 13) à surface extérieure sphérique ou bombée, mobile le long de segments ( 12) en forme de goujons, manchons dans lesquels vient prendre de façon mobile l'anneau de support ( 7) avec des cavités de forme courbe correspondante, l'anneau de support ( 7) est élastiquement déformable dans la direction radiale, les organes de roulement ( 10) sont des billes par lesquelles l'anneau de support ( 7) est relié sous précontrainte à l'anneau de réglage ( 4). ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'anneau de support ( 7) est suspendu de manière mobile dans la direction longitudinale des rayons ( 9) sur des points de palier ( 11) sphériques. il ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les rayons ( 9) sont radialement en saillie vers l'intérieur et sont répartis régulièrement à la périphérie en étant solidarisés au carter extérieur ( 8)et comportent des manchons ( 13) à surface extérieure sphérique ou bombée, mobiles le long de segments ( 12) en forme de goujons, et ces surfaces sphériques ou bombées viennent avec du jeu dans des cavités de courbure correspondantes de l'anneau de support. ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les billes ( 7) du palier de roulement sont prévues chaque fois au voisinage des rayons ( 9) ou entre ceux-ci. ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'anneau de support ( 7) ne s'appuie sur l'anneau de réglage ( 4) que par les billes ( 10) du palier de roulement. 60) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les billes ( 10) du palier de roulement sont prévues sur une cage de palier ( 14). ) Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la cage de palier ( 14) est montée à rotation de façon quelconque dans la direction périphérique ou en étant limitée par des butées. ) Installation selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les billes ( 10) des paliers de roulement sont réalisées en une matière céramique technique qui est notamment réfractaire et résistante à l'abrasion ainsi que légère et faible conductrice de chaleur. ) Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la matière céramique technique est du nitrure de silicium pressé à chaud (SSN). ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la face extérieure du carter extérieur ( 8) est munie d'une isolation thermique ( 31).