Brevet FR2928979A1 — publié le 20090925

Dispositif de commande d'aubes à calage variiable dans une turbomachine La présente invention concerne un dispositif de commande d'aubes à calage variable dans une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une turbomachine comprend un ou plusieurs étages d'aubes de redresseur 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 leurs axes pour optimiser l'écoulement des gaz dans le moteur de la turbomachine. Une aube à calage variable comprend un pivot cylindrique à chacune de ses extrémités, ces pivots définissant l'axe de rotation de l'aube. Le pivot radialement externe est engagé dans une cheminée cylindrique d'un carter de la turbomachine et est relié par une biellette à un anneau de commande entraîné en rotation autour du carter par un vérin. La rotation de l'anneau est transmise par les biellettes aux pivots externes des aubes et les fait tourner autour de leurs axes. La tige de piston du vérin peut être reliée directement à un point d'articulation sur l'anneau. Lorsque le cylindre du vérin est monté fixe sur le carter de la turbomachine, l'axe du vérin doit être aussi tangentiel que possible à l'anneau, pour limiter les efforts transversaux appliqués sur la tige du vérin lors du déplacement de l'anneau. Le désalignement maximal admissible est de +/-6° entre l'axe de la tige de piston du vérin et une tangente à l'anneau, au niveau du point d'articulation précité, afin que les efforts transversaux appliqués sur la tige du vérin représentent moins de 10% environ de l'effort axial transmis par le vérin. II est alors parfois impossible de monter le vérin au voisinage immédiat du point d'articulation sur l'anneau de commande, et il faut alors relier la tige du vérin à l'anneau de commande par une tige de liaison. Toutefois, dans ce cas, le désalignement des axes du vérin et de la tige de liaison peut atteindre 30° environ, voire plus, ce qui génère des efforts transversaux trop importants sur la tige du vérin lors de ses déplacements. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de la technique actuelle, en autorisant le montage du vérin à distance du point d'articulation sur l'anneau de commande. Elle propose à cet effet un dispositif de commande d'aubes à calage variable dans une turbomachine, comprenant un anneau entourant un carter de la turbomachine et relié par des biellettes aux aubes à calage variable, et un vérin dont une tige de piston est reliée à l'anneau pour le déplacer en rotation autour du carter, caractérisé en ce que le vérin est monté pivotant sur le carter autour d'un axe parallèle à l'axe du carter, et sa tige de piston est reliée à l'anneau par une tige de liaison dont une première extrémité est articulée sur la tige de piston et une deuxième extrémité est articulée sur l'anneau, autour d'axes parallèles à l'axe du carter, l'axe d'articulation de l'extrémité de la tige de piston et de la première extrémité de la tige de liaison étant relié au carter par un moyen de guidage le maintenant à une distance sensiblement constante du carter. Selon l'invention, le moyen de guidage fixé au carter reprend les efforts transversaux à l'extrémité de la tige de piston reliée à la tige de liaison, de sorte que l'angle entre la tige de piston et la tige de liaison peut être quelconque. De plus, le moyen de guidage assure une unicité de position de l'anneau de commande pour une extension donnée de la tige de piston du vérin. L'invention permet en outre de monter la tige de liaison de façon parfaitement tangentielle par rapport à l'anneau, même si le désalignement entre l'axe du vérin et la tige de liaison est de 30° ou plus. Le dispositif de commande selon l'invention peut alors être logé plus facilement dans l'espace annulaire situé entre le carter et une paroi externe entourant le carter et délimitant la veine de passage du flux secondaire dans la turbomachine. La tige du vérin et la première extrémité de la tige de liaison peuvent être montées sur l'axe d'articulation par des systèmes rotulants. Le cylindre du vérin peut également être articulé sur le carter par un système rotulant. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen de guidage est monté pivotant sur le carter autour d'un axe parallèle à l'axe du carter. Ce moyen de guidage est par exemple un bras rigide dont une extrémité porte l'axe d'articulation des extrémités de la tige de piston et de la tige de liaison, et dont l'autre extrémité est montée pivotante sur le carter. Dans un autre mode de réalisation, le moyen de guidage est fixe sur le carter et comprend une lumière de guidage de l'axe d'articulation des extrémités de la tige de piston et de la tige de liaison, cette lumière étant sensiblement parallèle à la surface cylindrique du carter. La lumière de guidage peut être rectiligne, ou en arc de cercle centré sur l'axe du carter. L'axe de pivotement du cylindre du vérin peut être porté par un moyen de support fixé sur le carter, ce moyen de support comprenant par exemple deux pattes parallèles entre lesquelles est agencé le cylindre du vérin. Le vérin est du type hydraulique, pneumatique, ou électrique. Les pattes de support du vérin peuvent être reliées entre elles et être formées d'une seule pièce, ou être indépendantes l'une de l'autre. Les extrémités de l'axe de pivotement du vérin sont par exemple engagées dans des systèmes rotulants portés par ces pattes. L'invention concerne également un compresseur de turbomachine, comprenant au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus, ainsi qu'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant au moins un dispositif du type précité. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 à 3 sont des vues schématiques en perspective d'un dispositif de commande d'aubes à calage variable selon l'invention, - la figure 4 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 3, -les figures 5 à 7 sont des vues schématiques en perspective d'une variante de réalisation du dispositif de commande d'aubes à calage variable selon l'invention, - la figure 8 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 7. Le dispositif de commande d'aubes à calage variable représenté aux figures 1 à 4 est monté sur un carter 10 sensiblement cylindrique d'un compresseur haute-pression d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Le carter 10 porte un ou plusieurs étages d'aubes à calage variable qui ne sont pas représentées dans les dessins, les aubes d'un étage étant régulièrement réparties autour de l'axe de révolution du carter. De façon connue, chaque aube comprend une pale reliée à son extrémité radialement externe à un pivot cylindrique radial qui s'étend le long de l'axe de rotation de l'aube et qui est engagé dans une cheminée cylindrique 12 du carter. L'extrémité radialement externe de ce pivot est reliée à une extrémité d'une biellette (non représentée) dont l'autre extrémité est reliée à un anneau 14 du dispositif de commande. L'anneau 14 entoure le carter 10 et est déplaçable en rotation autour du carter 10 par un vérin 16 du type hydraulique, pneumatique ou électrique qui est porté par un moyen de support 17 fixé sur le carter 10. La tige de piston 18 du vérin est reliée par une tige de liaison 24 à un axe d'articulation 42 porté par une chape 44 de l'anneau, cet axe 42 étant parallèle à l'axe du carter 10. Le déplacement de la tige de piston 18 du vérin 16 entraîne un déplacement angulaire de l'anneau 14 autour de l'axe du carter 10, qui se traduit par l'entraînement en rotation des aubes à calage variable autour de leurs axes, comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit. Comme représenté, la tige de liaison 24 est sensiblement tangente à l'anneau. Si le vérin 16 était aligné tangentiellement à l'anneau 14 (au niveau de l'axe d'articulation 42), il serait écarté radialement du carter et ne pourrait pas être logé dans l'espace annulaire 30 défini par le carter 10 et une paroi annulaire externe 32 entourant le carter 10 et délimitant intérieurement la veine annulaire de passage du flux secondaire dans la turbomachine. La présente invention permet de résoudre ce problème grâce à un moyen de liaison de l'extrémité de la tige de piston 18 au carter, ce moyen de liaison 33 étant destiné à reprendre les efforts transversaux appliqués sur la tige de piston 18 du vérin en fonctionnement. Le vérin 16 est articulé sur le carter 10 autour d'un axe 34 porté par le cylindre du vérin et engagé dans des orifices correspondants du moyen de support 17. Cet axe 34 est sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal du vérin 16 et parallèle à l'axe du carter 10. Le moyen de support du vérin 16 est formé par des pattes 17 qui sont fixées à leurs extrémités radialement internes sur le carter 10, et qui comprennent à leurs extrémités radialement externes des orifices de montage de paliers dans lesquels sont reçues les extrémités de l'axe 34 de pivotement du vérin, lorsque ces orifices de montage sont bien alignés l'un avec l'autre. En variante, les pattes 17 peuvent porter des systèmes rotulants dans lesquels sont reçues les extrémités de l'axe 34, ces systèmes rotulants étant destinés à rattraper un éventuel désalignement axial entre les orifices précités des pattes 17. Ces pactes 17 peuvent être indépendantes et fixées indépendamment l'une de l'autre sur le carter 10, par exemple par des vis, ou font partie d'un étrier en U dont la partie médiane est appliquée et fixée sur le carter 10, par exemple par des vis. La tige de piston 18 du vérin comprend à son extrémité libre une chape 40 en U qui porte un axe d'articulation 20, cet axe 20 étant sensiblement parallèle à l'axe du carter 10. La tige de liaison 24 comporte une première extrémité 22 engagée entre les branches de la chape 40 du vérin et articulée sur l'axe 20. La chape 40 du vérin 16 et l'extrémité 22 de la tige de liaison 24 sont montées sur l'axe d'articulation 20 par l'intermédiaire de paliers ou de systèmes rotulants (non visibles). La seconde extrémité 26 de la tige de liaison 24 est montée pivotante sur l'axe 42 porté par la chape 44 de l'anneau 14. Le moyen de liaison au carter est formé par un bras rigide 33 portant à une première extrémité l'axe d'articulation 20 et monté pivotant à une seconde extrémité sur le carter 10, autour d'un axe parallèle à l'axe du carter 10. La première extrémité du bras 33 comporte un orifice de montage de l'axe d'articulation 20. Cet axe d'articulation 20 comprend une tête plate 48 destinée à être appliquée sur une face latérale correspondante du bras 33. La tête 48 de l'axe 20 comporte un méplat coopérant par butée avec une nervure 50 correspondante du bras pour empêcher la rotation de l'axe 20 dans l'orifice du bras 33 (figure 4). La chape 40 de la tige du vérin 16 et l'extrémité 22 de la tige de liaison pivotent sur la partie cylindrique de l'axe d'articulation 20 qui comprend du côté opposé à la tête 48 une partie filetée recevant un écrou de serrage. La seconde extrémité du bras 33 est montée pivotante sur un axe 52 porté par une chape 54 fixée sur le carter 10, par exemple par des vis. Cet axe 52 est parallèle à l'axe d'articulation 20 et à l'axe du carter (figure 4). Dans les dessins, le bras 33 est dans une position de pivotement intermédiaire dans laquelle il s'étend sensiblement raclialement par rapport à l'axe du carter 10. Le débattement angulaire du bras 33 par rapport à cette position intermédiaire est par exemple de l'ordre de +/-22,5° environ, ce qui correspond à un débattement angulaire de l'anneau 14 de +/-5° environ (référence 56 en figure 1). Le dispositif de commande représenté aux figures 1 à 4 fonctionne de la manière suivante. Le vérin 16 est alimenté pour déplacer sa tige de piston 18 sur une course axiale déterminée. Le déplacement de la tige du vérin est transformé en une rotation de l'anneau autour de l'axe du carter, avec un pivotement du bras 33 autour de l'axe 52, et un pivotement du vérin 16 autour de l'axe 34. Le bras de guidage 33 transmet au carter les efforts radiaux appliqués à l'extrémité de la tige de piston 18 lors de ses déplacements. Dans la variante de réalisation représentée aux figures 5 à 8, le dispositif de commande diffère de celui des figures 1 à 4 notamment par la forme de l'axe d'articulation 120 et par le moyen 133 de liaison de cet axe d'articulation au carter. Ce moyen de liaison comprend un organe en U 133 fixé rigidement sur le carter 10 et comportant une lumière 156 de guidage de l'axe d'articulation. L'organe 133 comprend deux parties latérales reliées entre elles par une partie médiane et fixées à leurs extrémités, par exemple par des vis, sur le carter 10. La partie médiane de l'organe 133 s'étend sensiblement tangentiellement par rapport à une circonférence centrée sur l'axe du carter 10, et la lumière 156 s'étend sur une majeure partie de la longueur ou de la dimension en direction tangentielle de cette partie médiane. La lumière 156 a ici une forme sensiblement rectiligne pour guider l'axe d'articulation 120 le long d'une trajectoire rectiligne. En variante, cette lumière peut avoir une forme en arc de cercle centré sur l'axe du carter 10. La partie médiane de l'organe 133 a en section une forme sensiblement en z et comporte une âme centrale 158 dans laquelle est formée la lumière 156. L'axe d'articulation 120 comprend à une extrémité une tête plate 159 destinée à être appliquée sur une face latérale correspondante de l'organe 133, cette tête 159 comportant des méplats coopérant par butée avec des nervures correspondantes 163 de l'organe pour empêcher la rotation de l'axe 120 par rapport à l'organe. L'axe 120 traverse la lumière 156 et un alésage d'une noix de guidage 160 intercalée entre la chape 40 du vérin et l'âme 158 de l'organe. Cette noix 160 est montée coulissante entre des rebords 161 de l'organe 133 et destinée à coopérer par glissement avec ces rebords 161 pour assurer le guidage de l'axe d'articulation 120 dans la lumière 156 (figure 6). En variante, une seconde noix est traversée par l'axe 120 et montée entre la tête plate 159 de l'axe 120 et l'âme 158 de l'organe. Cette seconde noix est logée entre les nervures 163 dont la dimension axiale peut être augmentée par rapport à l'exemple représenté de façon à assurer à la fois le guidage de la seconde noix et le blocage en rotation de l'axe 120. La noix de guidage 160 peut être recouverte d'un revêtement antifriction ou être constituée entièrement en matériau anti-friction. En variante, elle peut être montée entre les rebords 161 de l'organe 133 par l'intermédiaire de paliers à roulements. Comme dans le mode de réalisation des figures 1 à 4, la chape 40 du vérin 16 et l'extrémité 22 de la tige de liaison 24 sont montées pivotantes sur la partie cylindrique de l'axe d'articulation 120. Cette partie cylindrique comprend à son extrémité opposée à la noix 160 une partie filetée recevant un écrou de serrage. Dans les dessins, l'axe d'articulation 120 est dans une position intermédiaire au milieu de la lumière de l'organe 133. Le déplacement en translation de l'axe d'articulation 120 dans cette lumière représente environ un débattement angulaire de 10° autour de l'axe du carter (référence 162 en figure 5). Le dispositif de commande représenté aux figures 5 à 8 fonctionne de la manière suivante. Le déplacement axial de la tige de piston 18 du vérin 16 provoque un déplacement de la tige de liaison 24, et une rotation de l'anneau 14 autour de l'axe du carter 10. Le déplacement de la tige 18 provoque également une translation rectiligne de l'axe d'articulation 120 dans une direction sensiblement tangente à une circonférence centrée sur l'axe du carter, avec un glissement ou un roulement de la noix de guidage 160 entre les rebords 161 de l'organe 133, avec un pivotement du vérin 16 autour de l'axe 34. Dans un exemple de réalisation, la course de déplacement de la tige 18 du vérin 16 est de l'ordre de 50-60mm environ, et le débattement angulaire des aubes à calage variable autour de leurs axes est de 70° environ (pour un étage particulier d'aubes dont le débattement angulaire est relativement important).5 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande d'aubes à calage variable dans une turbomachine, comprenant un anneau (14) entourant un carter (10) de la turbomachine et relié par des biellettes aux aubes à calage variable, et un vérin (16) dont une tige de piston (18) est reliée à l'anneau pour le déplacer en rotation autour du carter, caractérisé en ce que le vérin est monté pivotant sur le carter autour d'un axe (34) parallèle à M'axe du carter, et sa tige de piston est reliée à l'anneau par une tige de liaison (24) dont une première extrémité (22) est articulée sur la tige de piston et une deuxième extrémité (26) est articulée sur l'anneau, autour d'axes parallèles à l'axe du carter, l'axe (20, 120) d'articulation de l'extrémité de la tige de piston et de la première extrémité de la tige de liaison étant relié au carter par un moyen de guidage (33, 133) le maintenant à une distance sensiblement constante du carter. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige de liaison (24) est orientée tangentiellement par rapport à l'anneau (14). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de guidage (33) est monté pivotant sur le carter (10) autour d'un axe parallèle à l'axe du carter. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de guidage comprend un bras rigide (33) dont une extrémité porte l'axe d'articulation (20) des extrémités de la tige de piston (18) et de la tige de liaison (24) et dont l'autre extrémité est montée pivotante sur le carter (10). 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de guidage (133) est fixé sur le carter (10) et comprend une lumière (156) de guidage de l'axe d'articulation (120) des extrémités de la tige de piston (18) et de la tige de liaison (24), cette lumière étant sensiblement parallèle à la surface cylindrique du carter (10). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la lumière (156) est rectiligne. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la lumière est en arc de cercle centré sur l'axe du carter (10). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige de piston (18) et la première extrémité (22) de la tige de liaison (22) sont montées sur l'axe d'articulation (20, 120) par des systèmes rotulants. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième extrémité (26) de la tige de liaison (24) pivote sur un axe (42) porté par une chape (44) de l'anneau (14). 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe de pivotement (34) du vérin (16) est porté par un moyen de support fixé sur le carter (10), ce moyen de support comprenant deux pattes (17) parallèles entre lesquelles est agencé le cylindre du vérin. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les pattes (17) portent des systèmes rotulants recevant les extrérnités de l'axe (34) de pivotement du vérin. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vérin (16) est du type hydraulique, pneumatique, ou électrique. 13. Compresseur de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes. 14. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications 1 à 12.