Brevet FR2698405A1 — publié le 19940527

TURBOMACHINE A PLUSIEURS ETAGES D'AUBES DE STATOR A ORIENTATION VARIABLE. DESCRIPTION L'invention concerne une turbomachine équipée de plusieurs étages d'aubes de stator à orientation ou a ng le de calage variable. On connaît i t des compresseurs et des turbines dont les étages d'aubes fixes, liées au stator, sont susceptibles de pivoter autour d'un axe radial, ce qui modifie les caractéristiques d'écoulement du flux des gaz comprimés et améliore ainsi le rendement de La machine à certains régimes en évitant des pompages. Cette disposition se retrouve pou r des étages uniques d'aubes ou des groupes d'étages : les brevets français 1 230 393, 1 238 098 et 1 990 020 donnent des exemples de réalisation de cette seconde famille de conception ; on constate qu'un anneau de commande concentrique au stator reçoit les extrémités de leviers de commande des aubes. Les déplacements de l'anneau de commande en direction de l'axe de la machine ou en rotation autour de cet axe entra,nent les leviers et font pivoter les a ubes. Dans un certain nombre de réalisations, les leviers sont articulés à des points fixes de l'anneau de commande, ce qui implique qu'on ne peut déplacer celui-ci que si tous les étages d'aubes sont identiques et présentent en particulier des leviers de même longueur ; or il est souvent avantageux, afin de parvenir à un réglage plus fin des caractéristiques de fonctionnement de la machine à tous les regimes de rotation du rotor, que les pivotements diffèrent pour les divers étages concernés, ce qui impose d'utiliser des leviers de longueurs différentes.Une tel le construction est cinématiquement possible si les leviers sont terminés par des pivots radiaux qui pénètrent dans des gorges circonférentielles de l'anneau de commande et y coulissent, ce qui est choisi dans certains des brevets signalés (où les étages d'aubes sont cependant identiques), mais les conditions de service ne seraient pas très bonnes si on devait déplacer certains des leviers jusqu'à des orientations proches des longitudinales, car les frottements seraient susceptibles de coincer le mécanisme. Cette conception n'est d'ailleurs possible que si l'anneau est mobile en translation axiale. Le même reproche de risques de coincements peut être adressé aux systèmes où on utilise des anneaux de commande particuliers à chaque étage et unis par des mécanismes de renvoi : i Is sont compliqués, lourds et peu fiables dans les conditions d'un service normal de La machine où les températures élevées provoquent des dilatations thermiques importantes qui accroissent les défauts d'ajustement et d'assemblage des éléments. On a cherché en concevant l'invention à réaliser un système de commande simple et pratique de plusieurs étages d'aubes subissant des pivotements d'angles différents pou r chaque étage, et on a pour cela conservé l'idée d'utiliser un anneau de commande unique auquel les levier s sont reliés par des articulations. Les leviers sont désormais montés coulissants dans les articulations pour tous les étages ou, dans un genre de réalisation un peu différent, pour tous les étages à l'exception d'un seul, dont les leviers sont reliés aux articulations sans pouvoir coulisser. Les I e v i e rs peuvent a i ns i a c qué r i r des longueurs différentes pour chaque étage entre le raccordement à l'aube et le point de liaison à l'anneau de commande. On a également cherché à faciliter les montages et les démontages des éléments, notamment en ce qui concerne les liaisons de certaines au moins des aubes à l'anneau de commande par les leviers c ou li ssant s. Les aubes concernées sont aménagées de sorte qu'elles pivotent autour d'un tourillon muni d'un perçage occupé par un des leviers, les leviers qui occupent les perçages comprenant au moins un rétrécissement de section ; des douilles comportant au moins un évidement engagé dans les rétrécissements de section entourent les tourillons, les douilles étant constituées de sorte qu'elles soient maintenues bloquées par les leviers sur les touri lIons par l'engagement de portions des douilles adjacentes aux évidements dans es les rétrécissements de section des leviers, empêchant ainsi les leviers de coulisser dans les perçages, et qu'elles puissent être dégagées des leviers en les déformant par des zones élastiques des douilles. Diverses réalisations de l'invention conformes à cette définition ont été conçues et vont maintenant être exposées en détail par le commentaire des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif - la figure 1 illustre partiellement un turbocompresseur en coupe longitudinale ; - les figures 2 et 3 sont des schémas d'un réalisation de l'invention ; - les figures 4 et 5 illustrent une première réalisation de liaison entre une aube et un levier ; - les figures 6 et 7 illustrent une deuxième réalisation de liaison entre une aube et un levier ; - les figures 8 et 9 i Ilustrent une troisième réalisation de liaison entre une aube et un levier, et - la figure 10 représente une quatrième réalisation de liaison entre une aube et un levier. On distingue sur la figure 1 un stator 1 et un rotor 2 concentriques, celui-ci étant entouré par celui-là. Le rotor 2 porte des aubes mobiles 3 qui lui sont rigidement reliées et tournent donc autour de son axe X de rotation. Les aubes mobiles 3 sont responsables de la compression des gaz s'écoulant dans une veine annulaire 4 qui correspond à l'intervalle entre le rotor 2 et le stator 1, et elles sont disposées obliquement de manière à repousser les gaz vers l'extrémité de sortie de la veine annulaire 4, à la droite de la figure 1. Le stator 1 porte quant à lui des aubes pivotantes 5 qui s'étendent également dans la veine annulaire 4. Toutes les aubes 3 et 5 sont réparties en étages où elles sont disposées suivant des circonférences de la machine, et les étages d'aubes mobiles 3 alternent avec les étages d'aubes pivotantes 5 en direction longitudinale. Les aubes pivotantes 5 sont des aubes de redressement de l'écoulement des gaz et s'étendent en principe sensiblement longitudinalement, mais il apparaît que de légers ajustements de leur orientation conduisent à un meilleur rendement de la machine à certains régimes de rotation du rotor 2. C'est pourquoi leur extrémité 6 enfoncée dans le stator 1 est, dans ce genre de conception, composée d'un tourillon 7 d'axe Y radial qui est engagé dans un palier 8 du stator 1 et d'un levier 9 qui aboutit par une extrémité au tourillon 7 auquel il est rigidement lié, comme on le verra plus loin, et par son autre extrémité à un anneau de commande 20 mobile et tournant autour de l'axe X. Les moyens qui l'entraînent peuvent être mécaniques ou pneumatiques mais sont classiques et ne sont pas représentés ici. On se reporte à présent à la figure 2. L'anneau de commande 20 des figures 2 et 3 comporte trois couronnes 31, 32 et 39 auxquelles les leviers de deux étages d'aubes pivotantes 5 sont reliés. Cependant, il faut distinguer les leviers 33 de la couronne 31, qui sont classiquement munis d'une poignée 34 en forme de pivot radial engagé dans des évidements 35 de la couronne 31 et qui sont vissés par leur autre extrémité aux tours lIons 7, des leviers 36 associés aux couronnes 32 et 39, qui coulissent dans des perçages de pivots évidés 37 aptes à tourner autour d'axes radiaux dans des logements cylindriques 38 des couronnes 32 et 39.Cette disposition reste c inématiquemeit admissible si on ajoute des étages d'aubes ave c des levier semblables aux leviers 33 (de même longueur, de même orientation et articulés sans coulisser à l'anneau de commande 20) ou si on ajoute des étages d 'aubes avec des leviers articulés en coulissant à l'anneau de commande 20, comme les leviers 36. Les orientations et les longueurs des leviers de ces étages peuvent être choisis librement et différer d'un étage à l'autre, ce qui implique que les rotations des aubes 5 associées aux leviers 36 seront aussi différentes. Il est encore possible de recourir aux leviers 36 coulissants pour tous les étages d'aubes 5 commandés par l'anneau 20. On remarque sur la figure 3, où la représentation de la couronne 39 est omise, qu une empreinte en creux 29 est ménagée sur la couronne 32 à chaque pivot évidé 37 pour que les leviers 36 tournent sans être gênés par la matière de la couronne 32. On se reporte maintenant aux figures 4 et 5. Le s leviers 36 son t reliés aux touri I lon s 7 d'une manière qui permet de les démonter et de les remonter rapidement. Ils sont tout d'abord enfoncés dans un perçage 40 des tourillons 7 qui s'étend perpendiculairement à l'axe de rotation des aubes pivotantes 5 et dans le prolongement du perçage des pivots évidés 37. Ils I s sont muni s de deux rétrécissements de section : une gorge 41 et un amincissement d'extrémité 42 obtenu par décolletage, qui sont situés aux affleurements des leviers 36 aux bouts du perçage 40. On remarque que les tourillons 7 associés aux leviers 36 sont cylindriques jusqu'à leur extrémité éloignée des aubes pi votantes 5, alors que les tourillons 7 associés aux leviers 33 classiques sont d 'une constitution plus complexe, avec une section carré e autour de laquelle une collerette 80, qui présente un trou central de même forme, est engagée afin d'assurer la rotation du tourillon 7, et une extrémité filetée qui reçoit un écrou 81 retenant le levier 33 en bloquant la collerette 80. La liaison des leviers 36 aux tourillons 7 est réalisée pour chacun d'eux par une douille 43 engagée autour du tourbillon 7. Il s'agit d'une bague terminée en bas par une collerette 44 d'appui ou de butée contre un palier lisse 45 autour duquel le tourillon 7 pivote. La douille 43 comporte de plus deux rainures longitudinales 46 (orientées dans l'axe du tourillon 7 quand la douille 43 est montée sur lui) et d.iamétralement opposées, qui la partagent en deux lobes 47 semblables et débouchent sur l'extrémité de la douille 43 opposée à la collerette 44. Les rainures longitudinales 46 sont plus étroites que la section de n 'importe quel endroit du levier 36, sauf à leur extrémité inférieure, qui forme un élargissement 48 p lus large que les rétrécissements de section du levier 36 mais toujours p lus étroit que la section du levier 36 ailleurs. La douille 43 est en métal élastique et peut être déformée sans dommage en écartant les lobes 47 pour ouvrir les rainures longitudinales 46 et autoriser le coulissement du levier 36 dans les élargissements 48, qui ont été agrandis, pour le monter ou le démonter. Des oreilles 49 sont prévues au bord supérieur des lobes 47 pour dépasser des tourillons 7 et permettre d'écarter par un outil tel qu'une pince. Quand les lobes 47 sont relâchés, la douille 43 revient à son état originel et les rétrécissements du levier 36 sont retenus dans les étargissements 48. Dans la réalisation des figures 6 et 7, la douille 43 unique est remplacée par une douille double composée d'une douille interne 50 et d'une douille externe 51 concentriques et empilées autour de l'extrémité du tourillon 7. La douille interne 50 porte une collerette inférieure 52 identique en nature et en fonction à la collerette précédente 44, mais elle est dépourvue de rainures longitudinales, ne comporte que deux évidements 53 circulaires traversés par le levier 36 et de plus grand diamètre, si bien que le passage du levier 36 ne provoque aucune déformation. La rétention du levier 36 introduit dans le perçage 40 et les évidements 53 est assurée par la douille externe 51, qui est une bague à contour discontinu entaillé par une rainure longitudinale 54 unique qui s'étend d'une extrémité à l'autre de la douille externe 51.La douille externe 51 comporte en outre un évidement 55 diamétralement opposé à la rainure longitudinale 54 et deux oreilles 56 à angle droit de la rainure longitudinale 54 et de l'évidement 55, qui consistent en des renflements longitudinaux vers l'extérieur de la matière de la douille externe 51. Quand les douilles 50 et 51 sont montées ensemble, l'évidement 55 est devant un des évidements 53 et le levier 36 le traverse. Les oreilles 56 sont devant des sillons 57 longitudinaux ménagés sur la surface extérieure d'une collerette supérieure 58. Les branches d'un outi I tel qu'une pince peuvent etre glissées dans les creux formés par les sillons 57 et les oreilles 58. On peut alors écarter la douille externe 51 en ouvrant la rainure longitudinale 54, ce qui la dégage de la gorge 41 du levier 36, dans laquelle ses bords pénètrent quand la douille externe 51 enserre la douille externe 50, après quoi la douille externe 51 est retirée en la faisant passer autour de la collerette supérieure 58. Il est alors possible de retirer le levier 36 puis la douille interne 50.Cette dernière a pou r but essentiel de retenir la douille externe 51 entre les deux collerettes 52 et 58, dont la dernière est un moyen de butee longitudinale. La réalisation des figures 8 et 9 comporte encore une douille interne 60 et une douille externe 61 c oncentriques et s uccessivement engagées sur l'extrémité du tourillon 7. La douille interne 60, qui est encore terminée par une collerette 62 de butée sur le palier lisse 45, possède ici deux rainures circonférentielles et diamétralement opposées 63 dont chacune est composée d'une portion mince 64 et d'un élargissement 65 à une extrémite. Pour réaliser le montage du levier 36, on le fait coulisser dans le perçage 40 et les élargissements 65, apres quoi la douille interne 60 est tournee pour que les portions minces 64 viennent enserrer les rétrécissements de section ; elles sont juste assez larges pou r les contenir mais plus étroites que les autres sections du levier 36, si bien que le levier 36 ne peut plus être e extrait. La douille externe 61 est destinée à maintenir le montage du levier 36 en s'opposant à une rotation contraire et accidentelle de la douille interne 60. Elle comporte pour cela deux entailles longitudinales 67 diamétralement opposées à son extrémité inférieure, destinées à chevaucher le levier 36 et, au bas de sa face interne, une gorge de verrouillage 68 qui est destinée 9 s'encliqueter par déformation élastique au montage sur une collerette 69 de la douille interne 60. Il faut donc presser sur la douille externe 61 pour la solidariser à la douille interne 60 en direction longitudinale. Aucun desserrage accidentel n'est a lors possible. On préfère conformer la douille externe 61 en forme de cabochon, c'est-adire avec une face supérieure 70 plane sur laquelle le pressage est exercé sans dommage.La face supérieure 70 présente cependant un perçage central 71 par lequel on peut introduire par-dessous la face supérieure 70 un outil d'arrachement de la douille externe 61, qui est en matériau élastique tendre tel que du plastique, alors que la douille interne 60 est en métal. On prévoit des méplats 72 sur la face interne de la douille externe 61 et 66 sur la face externe de la collerette 62. Ils viennent face à face au montage de la douille externe 61 et s'opposent à toute rotation de celle-ci . Les rétrécissements de section du levier 36 restent donc maintenus dans les intersections des entailles longitudinales 67 et des port ions minces 64 des rainures circonférentielles 63. Les méplats 66 de la douille interne 60 servent aussi à faciliter la rotation de celle-ci sur le tourillon 7. Une dernière réalisation est donnée sur la figure 10. Elle n'implique qu'une seule douille 75 comportant une collerette 76 inférieure et deux évidements 77 diamétralement opposés. Une saignée hélicoi'dale 78 serpente sur la paroi de la douille 75 et l'entaille entre la collerette 76 et les évidements 77. Cette région forme une zone compressible élastiquement de la douille 75. La douille 75 est en métal et élastique. Elle est d'un diamètre suffisant pour coulisser autour du tourillon 7 avec du jeu. Quand la collerette 76 bute contre le palier lisse 45, on presse la douille 75 pour que les évidements 77 viennent devant le perçage 40 en aplatissant la douille 75 à l'endroit de la saignée hélicoidale 78. On glisse alors le levier 36 dans le perçage 40 et les évidements 77 jusqu a ce que les rétrécissements de section viennent devant ces derniers. La douille 75 est alors relâchée ; les bords inférieurs 79 des évidements 77 s'engagent dans les rétrécissements de section, ce qui bloque le levier 36 à son emplacement. Une nouvelle pression sur la douille 75 est nécessaire pour débloquer le levier 36. On conçoit de ces exemples que de nombreux autres exemples de réalisation peuvent être envisages pour relier les leviers 36 aux tourillons 7 de façon à autoriser des démontages et remontages rapides et faciles, suivant le même principe consistant à utiliser une douille ou un ensemble de douilles enfilées autour d'un tourillon pour b loquer le levier passant à travers des évidements des douilles par l'engagement de portions des douilles adjacentes aux évidements dans des rétrécissements de la section du levier, tout en empêchant la disjonction des douilles et du levier à moins d'appliquer des efforts volontaires sur les douilles pour les déformer elastiquement d'une manière appropriée en ouvrant ou en déplaçant les évidements. En effet, les portions engagées dans les rétrécissements du levier interdisent qu'il ne coulisse, et le levier verrouille les douilles sur le tourillon. REVENDICATIONS. 1. Turbomachine comprenant un stator (1) à plusieurs étages d'aubes pivotantes (5) ayant chacune un levier de commande de pivotement, un anneau de commande unique (20) auquel les leviers sont reliés par des articulations (37), caractérisée en ce que les leviers (36) sont montes coulissants dans les articulations. 2. Turbomachine comprenant un stator (1) à plusieurs étages d'aubes pivotantes (5) ayant chacune un levier de commande de pivotement, un anneau de commande unique (20) auquel les leviers sont reliés par des articulations (34, 37), les leviers (33) d'un des étages d'aubes (31) étant reliés aux articulations (34) sans pouvoir coulisser, caractérisée en ce que les leviers (36) des autres étages d'aubes sont montés coulissants dans les articulations (37). 3. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que certaines au moins des aubes pivotent autour d'un tourillon (7) muni d'un perçage (40) occupé par un des leviers, les leviers (36) qui occupent les perçages (40) comprenant au moins un rétrécissement de section (41, 42), et en c e que des douilles comportant au moins un évidement (48, 5 4, 64, 77) entourent les tourillons (7), les douilles étant constituées de sorte qu'elles soient maintenues b loquées par les leviers (36) sur les tourillons (7) par l'engagement de portions des douilles adjacentes aux évidements dans les rétrécissements de section des leviers, empêchant ainsi les leviers (36) de coulisser dans les perçages (40), et qu'elles puissent être dégagées des leviers en les deformant par des zones élastiques (47, 54, 68, 78). 4. Turbomachine suivant la revendication 3, caractérisée en c e que les évidements consistent en des rainures longitudinales (46, 54) s'étendant jusqu'a une des extrémités des douilles (43, 51). 5. Turbomachine suivant la revendication 4, caractérisée en c e que les rainures (46) comportent des élargissements (48) pouvant être ouverts en déformant les douilles de manière à dégager les rétrécissements de section (41, 42) des leviers (36). 6. Tu r bom ac h i ne suivant I a la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte des douilles internes (50) engagées sur les touri lIons (7), entourées par les douilles (51) comportant les rainures longitudinales (54) et munies d'évidements (53) de passage des leviers (36) et de moyens de butée (58) retenant les douilles (51) co comportant les rainures longitudinales (54) 7.Turbomachine suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les évidements consistent en des rainures c irconférentielles (63) munies d'élargissements (65) de passage des leviers (36) et de rétrécissements (64) limités par les portions s'engageant dans les rétrécissements de section des leviers, en ce que des douilles externes (61) munies de rainure s longitudinales (67) sont engagées sur les douilles comportant les rainures ci rconférentielîes, les leviers (36) passant dans les rainures longitudinales, les douilles (60, 61) étant munies de moyens de maintien mutuel en position angulaire (66, 72) et de maintien en position longitudinale par encliquetage (68, 69) . 8. Turbomachine suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les douilles (75) comportent une extrémité d'appui (76) et une zone élastique entre les évidements (77) et l'extrémité d'appui (76), déformable par compression longitudinale de la douille (75). 9. Turbomachine suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la zone élastique est constituée par une saignée helicoidale (78). 10. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les leviers (33, 36) ont des longueurs differentes entre les aubes (5) et l'anneau de commande (20).