Brevet FR2941998A1 — publié le 20100813

B08-5091FR 1 Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY ENSEMBLE DE DOUILLE ET DE RESSORT-MOTEUR POUR AUBE MOBILE DE TURBINE Invention de : DAVIS Brian Michael WOOD Billy T. REIMELS Gregory William LORENZI Louis Bruno ENSEMBLE DE DOUILLE ET DE RESSORT-MOTEUR POUR AUBE MOBILE DE TURBINE La présente invention est relative de façon générale à des aubes directrices d'entrée à calage variable pour turbines à gaz et, plus particulièrement, à des douilles et des ressorts-moteurs pour de telles aubes. Les turbines à gaz comportent souvent des aubes directrices d'entrée en forme d'aubes profilées pour diriger le flux d'entrée vers une soufflante ou un compresseur en aval. Dans certaines applications, les aubes directrices io d'entrée ont un angle effectif variable afin de réduire le débit massique dans la turbine lorsque le nécessitent différentes conditions de fonctionnement. Des parties de la turbine situées près de son extrémité avant, dont les aubes directrices d'entrée, subissent un givrage dans certaines conditions de vol. Ce givre est habituellement éliminé en faisant circuler un flux secondaire 15 d'air sur ou à travers les aubes directrices d'entrée. Malheureusement, l'utilisation d'air de prélèvement a une incidence directe sur le rendement de la turbine et nécessite des tuyaux et une robinetterie lourds, résistant à des températures élevées. Pour le dégivrage, on sait utiliser un chauffage électrique, par exemple 20 à l'aide de bagues collectrices pour faire passer un courant électrique d'une tête de rotor d'hélicoptère aux pales du rotor. Cependant, les aubes directrices d'entrée à calage variable doivent réagir à de grands efforts produits par des gaz, de tels efforts n'existant pas dans d'autres applications, et doivent ainsi être soutenues fermement au niveau de leur point de rotation, ce qui 25 complique d'alimentation électrique. En outre, les douilles d'aubes directrices doivent être logées dans un espace exigu. Ces inconvénients et d'autres de la technique antérieure sont résolus par la présente invention, qui propose un ensemble de douille et de ressort- 30 moteur pour aube directrice d'entrée qui assure le degré de liberté en rotation de l'aube directrice d'entrée et fournit un courant électrique à un élément chauffant pour réaliser une protection de l'aube directrice d'entrée contre le givre. Selon un premier aspect de l'invention, un ensemble de douille pour 35 aubage profilé de turbine, apte à pivoter autour d'un tourillon, comprend : une douille pourvue d'un alésage destiné à recevoir le tourillon et un premier conducteur s'étendant depuis la douille et conçu pour être connecté à un élément chauffant disposé sur l'aubage profilé ; un boîtier placé par-dessus la douille et ayant un second conducteur s'étendant depuis le boîtier pour permettre une connexion à une source extérieure d'électricité, la douille pouvant tourner par rapport au boîtier ; et un conducteur souple monté électriquement entre le premier conducteur et le second conducteur de manière à pouvoir passe passer un courant électrique du second conducteur au premier conducteur. io Selon un autre aspect de l'invention, un ensemble d'aubage profilé pour turbine à gaz comprend : un aubage profilé de turbine monté sur un carter extérieur de la turbine ; un ensemble de douille porté par le carter extérieur et disposé par-dessus un tourillon de l'aubage profilé de façon à transmettre de l'aubage profilé au carter extérieur les efforts produits par les gaz, l'ensemble 15 de douille comprenant : une douille pourvue d'un premier alésage qui reçoit le tourillon, une première jonction électrique portée par une surface extérieure de la douille, et un premier conducteur s'étendant depuis la première jonction électrique ; un boîtier qui contient la douille pour qu'elle tourne dans celui-ci, le boîtier ayant une seconde jonction électrique et un second conducteur qui 20 s'étend depuis la seconde jonction électrique pour assurer la connexion électrique à une source d'électricité ; un ressort-moteur connecté électriquement à la première jonction électrique et à la seconde jonction électrique de façon qu'un courant électrique passe de la seconde jonction électrique à la première jonction électrique ; et un élément chauffant disposé 25 sur une surface extérieure de l'aubage profilé et connecté électriquement au second conducteur par l'intermédiaire de l'ensemble de douille. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les 30 dessins annexés sur lesquels : la Fig. 1 est une vue en coupe d'une turbine à gaz comprenant un ensemble d'aube directrice d'entrée construit selon la présente invention ; la Fig. 2 est une vue latérale partielle d'un ensemble d'aube directrice d'entrée ; la Fig. 3 est une vue de dessus en coupe d'un ensemble de douille de l'ensemble d'aube directrice d'entrée de la Fig. 2 ; la Fig. 4 est une vue éclatée de l'ensemble de douille de la Fig. 3 ; la Fig. 5 représente une douille de l'ensemble de douille de la fig. 3, placée sur le tourillon de l'aube directrice d'entrée ; la Fig. 6 est une vue en coupe de l'ensemble de douille des figures 3 à 5 ; et la Fig. 7 est une vue latérale de la douille placée sur le tourillon de l'aube directrice d'entrée. i0 Considérant les dessins, sur lesquels des repères identiques désignent les mêmes éléments sur toutes les différentes vues, la Fig. 1 représente une turbine à gaz 10 comprenant un ensemble de soufflante 12, un compresseur haute pression 14, une chambre de combustion 16, une turbine haute pression 15 18 et une turbine basse pression 20, tous montés en série et permettant un écoulement axial des uns vers les autres. L'ensemble de soufflante 12 et la turbine passe pression 20 sont accouplés par un premier arbre 22 et le compresseur 14 et la turbine haute pression 18 sont accouplés par un second arbre 24. 20 Une pluralité d'ensembles 26 d'aubes directrices d'entrée à espacement circonférentiel sont disposés à une entrée de la turbine à gaz 10 et s'étendent entre un carter extérieur 28 (représenté sur la Fig. 2) et un moyeu central 30 pour diriger vers l'aval, jusqu'au compresseur 14, un flux d'air entrant dans la turbine 10. Bien que l'invention soit décrite en référence à un ensemble d'aube 25 directrice d'entrée, il est entendu que les principes de celle-ci peuvent être appliqués à tout aubage profilé ou à toute partie de celui-ci pouvant pivoter dans une turbine à gaz. En fonctionnement, de l'air circule à travers les ensembles 26 d'aubes directrices d'entrée et l'ensemble de soufflante 12 sur un trajet de circulation 30 d'air défini par le moyeu central 30 et le carter extérieur 28, de façon que de l'air comprimé soit envoyé de l'ensemble de soufflante 12 au compresseur haute pression 14. L'air fortement comprimé est ensuite fourni à la chambre de combustion 16. Le flux d'air sortant de la chambre de combustion 16 entraîne les turbines 18 et 20, puis sort de la turbine à gaz 10. Comme représenté sur la Fig. 2, chaque ensemble d'aube directrice d'entrée 26 comporte à la fois une lame de support 32 en forme d'aube profilée et un volet 34 en forme d'aubage profilé. Les lames de support 32 sont espacées sur un pourtour du moyeu 30 (représenté sur la Fig. 1) et constituent une structure de support du carter 28 de manière espacée par rapport au moyeu 30. Les barres ont une forme aérodynamique afin de diriger vers le volet 34 l'air entrant dans l'entrée de la turbine à gaz autour de la barre 32. Chaque lame de support 32 a un talon (non représenté), un bout 35 et une paire de parois latérales 36 et 38 qui sont reliés au niveau d'un bord d'attaque 48 et d'un io bord de fuite 50. Chaque paroi latérale 44 et 46 s'étend sur une distance radiale entre un talon (non représenté) et un bout 52. Les volets 34 sont accouplés de manière pivotante avec le carter extérieur 28 par un tourillon 54 et peuvent tourner autour d'un axe 56 de tourillon. Un ensemble de douille 58 est disposé au-dessus du tourillon 54 entre 15 le tourillon 54 et le carter extérieur 28 pour réagir aux efforts exercés par les gaz depuis le volet 34. Cela permet de mettre les volets 34 dans une position voulue pendant le fonctionnement d'un réacteur afin de modifier un angle d'incidence du flux d'air dirigé vers l'aval en direction de l'ensemble de soufflante 12. L'ensemble de douille 58 peut être en n'importe quelle matière 20 subissant les efforts exercés sur le tourillon 54 pendant le fonctionnement. Par exemple, une matière adéquate consiste en un composite comprenant des tiges d'armature en fibres de carbone dans une matrice de résine polyimide. De tels composites sont commercialisés sous l'appellation VESPEL CP par E.I. DuPont de Nemours and Company, à Wilmington, état du Delaware, USA. 25 En référence aux figures 3 à 6, l'ensemble 58 de douille comprend une douille 60 et un boîtier 62. La douille 60 est traversée par un alésage 64 destiné à recevoir le tourillon 54. Des moyens sont prévus pour empêcher la douille 60 et le tourillon 54 de tourner l'un par rapport à l'autre. Dans l'exemple illustré, sur le tourillon 54 est formé un méplat 55 au contact d'un 30 méplat complémentaire 65 présent sur la douille 60. Selon une autre possibilité, d'autres structures connues telles que des cannelures, des dents d'engrènement, des clavettes ou des broches, ou autres, pourraient également servir à cette fin. Des moyens sont aussi prévus pour empêcher le boîtier 62 et le carter 28 de tourner l'un par rapport à l'autre. On pourrait y parvenir, par 35 exemple, par un ajustement serré entre le boîtier 62 et le carter 28, par un ou plusieurs méplats ou parties allongés sur le boîtier 62, ou par des structures telles que des cannelures, des dents d'engrènement, de clavettes ou des broches. Au moins une jonction électrique 66 est encastrée dans ou montée sur la surface extérieure 68 de la douille 60. Des conducteurs électriques 70 s'étendent depuis la jonction 66 jusqu'à un type connu d'élément chauffant 72, représenté sur la Fig. 7, monté sur une surface extérieure du volet 34. Comme représenté sur la Fig. 5, les conducteurs électriques 70 pénètrent dans le volet 34 par des ouvertures 74 et passent à travers l'intérieur du volet 34 pour rejoindre l'élément chauffant 72. D'autres cheminements peuvent être prévus io pour les conducteurs 70, par exemple des caniveaux (non représentés) peuvent être formés dans la surface du volet 34. La jonction électrique 66 et les conducteurs 70 sont en métal ou autre matériau conducteur permettant le passage d'un courant électrique. Le boîtier 62 comporte une paroi latérale 76 avec un alésage central 15 78 qui reçoit la douille 60. L'alésage 78 est obturé par une paroi d'extrémité 80 qui comporte un trou d'extrémité 82 à travers lequel peut s'étendre une extrémité 84 du tourillon 54. Au moins une jonction électrique 86 est encastrée dans ou montée sur la surface de l'alésage 78. Comme représenté sur la Fig. 4, un conducteur électrique 88 part de la jonction électrique 86, traverse 20 le boîtier 62 et sortir du boîtier 62 pour ce connecter à une source d'électricité par l'intermédiaire d'un faisceau de câblages (non représenté). Comme illustré sur la Fig. 3, un conducteur électrique souple tel qu'un ressort-moteur 90 est monté électriquement entre la jonction 66 et la jonction 86. Il faut souligner que le ressort-moteur 90 pourrait être directement 25 connecté aux conducteurs 70 et 88, en supprimant ainsi la nécessité des jonctions 66 et 86. Un guide-câble 92 peut être disposé autour de la douille 60, comme représenté, pour empêcher le ressort-moteur 90 de se couder ou de se vriller. Le ressort-moteur 90 est en métal ou autre matériau conducteur et fait passer de l'électricité de la jonction 86 à la jonction 66 et à l'élément chauffant 30 via les conducteurs 70. Comme représenté sur la Fig. 6, le ressort-moteur 90 est logé dans une gorge 96 formée dans la douille 60 et une gorge 98 formée dans la surface de l'alésage 78 du boîtier 62. Il faut souligner que le ressort-moteur 90 pourrait être logé dans une gorge unique formée soit dans la douille 60 soit dans l'alésage 78. Les gorges 96 et 98 permettent au ressort-moteur 90 35 de se contracter autour de la douille 60 et de se détendre en s'écartant de la douille 60 pendant la rotation du tourillon 54 en raison du mouvement du volet 34. Par exemple, le ressort-moteur 90 doit se contracter quand le tourillon 54 a tourné dans le sens horaire et se détendre quand le tourillon 54 a tourné dans le sens anti-horaire. Comme illustré, chaque ensemble 58 de douille comporte un trajet électrique unique pour alimenter un seul élément chauffant à effet Joule. Si on le souhaite, des trajets supplémentaires peuvent être prévus pour créer une redondance ou pour réaliser un chauffage par zones. Tout intervalle entre l'ensemble 58 de douille et le volet 34 est obturé lo hermétiquement pour empêcher la pénétration d'eau ou de corps étrangers risquant de gêner les connexions électriques. Comme représenté sur la Fig. 2, cela se fait en plaçant un joint torique 75 entre le boîtier 62 et le volet 34, mais on pourrait également utiliser d'autres types de joints ou garnitures. 15 REVENDICATIONS1. Ensemble d'aubage profilé pour turbine à gaz, comprenant : (a) un aubage profilé (34) de turbine monté de manière pivotante sur un carter extérieur de la turbine ; (b) un ensemble (58) de douille porté par le carter extérieur (28) et disposé par-dessus un tourillon (54) de l'aubage profilé (34) de façon à transmettre de l'aubage profilé (34) au carter extérieur (28) les efforts produits par les gaz, l'ensemble (58) de douille comprenant : io (i) une douille (60) pourvue d'un premier alésage qui reçoit le tourillon (54), la douille (60) ayant une première jonction électrique portée par une surface extérieure de la douille (60), et un premier conducteur s'étendant depuis la première jonction électrique ; (ii) un boîtier (62) qui contient la douille (60) pour qu'elle tourne 15 dans celui-ci, le boîtier (62) ayant une seconde jonction électrique et un second conducteur qui s'étend depuis la seconde jonction électrique pour assurer la connexion électrique à une source d'électricité ; (iii) un ressort-moteur (90) connecté électriquement à la première jonction électrique et à la seconde jonction électrique ; et 20 (c) un élément chauffant (72) disposé sur une surface extérieure de l'aubage profilé (34) et connecté électriquement au second conducteur par l'intermédiaire de l'ensemble de douille (58). 2. Ensemble d'aubage profilé selon la revendication 1, dans lequel l'élément chauffant (72) est connecté électriquement à la première jonction 25 électrique par le premier conducteur. 3. Ensemble d'aubage profilé selon la revendication 2, dans lequel le premier conducteur traverse un intérieur de l'aubage profilé (34) pour se connecter à l'élément chauffant (72). 4. Ensemble d'aubage profilé selon la revendication 1, dans lequel 30 l'ensemble de douille (58) permet au tourillon (54) de tourner par rapport au carter extérieur (28) tout en permettant le passage d'un courant électrique d'une source d'électricité à l'élément chauffant (72). 5. Ensemble d'aubage profilé selon la revendication 1, dans lequel la première jonction électrique est encastrée dans la surface extérieure de la 35 douille (60). 6. Ensemble d'aubage profilé selon la revendication 1, comprenant en outre une première gorge qui est formée dans et s'étend sur le pourtour de la surface extérieure de la douille (60). 7. Ensemble d'aubage profilé selon la revendication 6, comprenant en outre une seconde gorge formée dans une surface intérieure du boîtier (62) et placée de façon à coopérer avec la première gorge, de sorte que, lorsque pivote l'aubage profilé (34), le ressort-moteur (90) puisse se détendre ou se contracter à l'intérieur des première et seconde gorges. 8. Ensemble d'aubage profilé selon la revendication 1, dans lequel le io ressort-moteur (90) entoure la douille (60) entre la première jonction électrique et la seconde jonction électrique. 9. Ensemble d'aubage profilé selon la revendication 1, comprenant en outre un guide-câble disposé à l'intérieur d'une gorge formée dans la surface extérieure de la douille (60) de façon que le ressort-moteur (90) entoure le 15 guide-câble et la douille (60) sans se vriller. 10. Ensemble d'aubage profilé selon la revendication 1, dans lequel le boîtier (62) comporte une paroi latérale entourant la douille (60) et une paroi d'extrémité placée à une extrémité de la paroi latérale, la paroi d'extrémité comportant un second alésage destiné à recevoir à travers celui-ci une 20 extrémité distale du tourillon (54).