Brevet FR3039226A1 — publié le 20170127

Etage d'aubes à calage variable pour une turbomachine DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un étage d'aubes à calage variable pour une turbomachine. ETAT DE L'ART L'état de l'art comprend notamment les documents FR-B1-2 885 968, FR-A1-2 928 979, WO-A1-2009/133297, FR-A1-2 874 977, FR-A1-2 892 147, et FR-A1-2 890 707. Les aubes de stator à calage variable (aussi appelées VSV - acronyme de Variable Stator Vanes) d'une turbomachine sont portées par un carter annulaire externe, en général d'un compresseur de la turbomachine. Chaque aube comprend une pale qui est reliée à son extrémité radialement externe à un pivot cylindrique radial qui définit l'axe de rotation de l'aube et qui est guidé en rotation dans une cheminée correspondante du carter externe. L'extrémité radialement interne de la pale de chaque aube comprend en général un second pivot cylindrique s'étendant le long de l'axe de rotation de l'aube et guidé en rotation dans un orifice d'un carter interne du compresseur. L'extrémité radialement externe du pivot externe de chaque aube est reliée par un levier à un anneau de commande déplacé en rotation autour du carter externe par des moyens d'actionnement à vérin ou analogue. La rotation de l'anneau de commande est transmise par les leviers aux pivots externes des aubes et les fait tourner autour de leurs axes. Le calage angulaire des aubes de stator dans une turbomachine est destiné à adapter la géométrie du compresseur à son point de fonctionnement et notamment à optimiser le rendement et la marge au pompage de cette turbomachine et à réduire sa consommation de carburant dans les différentes configurations de vol. Chacune de ces aubes est déplaçable en rotation autour de son axe entre une première position « d'ouverture » ou « de pleine ouverture » dans 3039226 2 laquelle chaque aube s'étend sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la turbomachine, et une seconde position « de fermeture » ou « de quasi-fermeture » dans laquelle les aubes sont inclinées par rapport à l'axe de la turbomachine et réduisent ainsi la section de passage 5 de l'air à travers l'étage d'aubes. Dans la technique actuelle, le pivot radialement externe de chaque aube est cylindrique et est centré et guidé en rotation dans la cheminée correspondante du carter externe par des douilles cylindriques. Une première douille est montée à l'extrémité radialement interne du pivot et 10 peut comprendre un rebord annulaire externe intercalé entre la pale et le carter, et une seconde douille est montée à l'extrémité radialement externe du pivot et peut également comprendre un rebord annulaire externe intercalé entre le carter et le levier précité. Du fait des tolérances de fabrication et pour autoriser le montage du 15 pivot externe de l'aube dans la cheminée du carter, les douilles et le pivot sont montés avec des jeux dans la cheminée. Ces jeux représentent une source de fuites d'air, qui altèrent les performances de la turbomachine. Par ailleurs, en fonctionnement, les forces de frottement entre le pivot et les douilles peuvent entraîner une usure des douilles et une augmentation des 20 jeux précités, et donc des fuites d'air. La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose un étage d'aubes à calage variable pour une 25 turbomachine, comportant un carter annulaire d'axe A de révolution et une rangée annulaire d'aubes s'étendant autour dudit axe A et à l'intérieur du carter, chaque aube comportant une pale sensiblement radiale comportant un pivot cylindrique à chacune de ses extrémités radiales, le pivot radialement externe de chaque aube étant monté dans une cheminée 30 radiale du carter et centré et guidé dans cette cheminée au moyen de 3039226 3 douilles, caractérisé en ce que le pivot radialement externe de chaque aube comprend : - une première surface tronconique radialement interne dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'intérieur et qui est configurée pour 5 coopérer avec une surface tronconique interne d'une première douille sensiblement tronconique, et - une deuxième surface tronconique radialement externe dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'extérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne d'une deuxième douille 10 sensiblement tronconique. La coopération de surfaces tronconiques du pivot externe de chaque aube avec des surfaces tronconiques de douilles permet d'assurer une étanchéité entre le pivot et les douilles, même si des jeux doivent être prévus au montage entre ces éléments. Cette coopération a de plus 15 l'avantage de ne pas être affectée par l'usure des douilles, comme cela sera expliqué dans le détail dans ce qui suit. L'étage selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : 20 - lesdites première et deuxième surfaces tronconiques sont reliées l'une à l'autre par une surface cylindrique du pivot, - ladite première douille comprend une surface tronconique externe configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne de la cheminée du carter, et/ou ladite deuxième douille comprend une surface 25 tronconique externe configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne de la cheminée du carter, - chacune desdites première et deuxième douilles comprend un rebord cylindrique ou radial, - la distance radiale la plus proche entre lesdites première et seconde 30 surfaces tronconiques du pivot est supérieure à la distance radiale la plus 3039226 4 proche entre les surfaces tronconiques internes desdites première et deuxième douilles, et - la première surface tronconique du pivot est définie par une partie tronconique radialement interne du pivot, qui est formée d'une seule pièce 5 avec le pivot, et la seconde surface tronconique du pivot est définie par une bague à filetage interne configurée pour être vissée sur une partie tronconique radialement externe à filetage externe du pivot. La présente invention concerne également une turbomachine pour aéronef, comportant au moins un étage tel que décrit ci-dessus. 10 La présente invention concerne encore un procédé de montage d'un étage tel que décrit ci-dessus, dans lequel il comprend les étapes consistant, pour chaque aube, à: - monter lesdites première et deuxième douilles dans la cheminée du carter, 15 - positionner l'aube dans le carter et insérer son pivot radialement externe dans la cheminée correspondante du carter, en le déplaçant radialement de l'intérieur vers l'extérieur, jusqu'à ce que la première surface tronconique du pivot vienne en appui sur la surface tronconique interne de la première douille, 20 - rapporter la bague sur le pivot et la visser sur la partie à filetage externe du pivot, jusqu'à obtention d'une distance souhaitée entre lesdites premières et deuxième surfaces tronconiques. Après vissage, la deuxième surface tronconique définie par la bague est de préférence écartée radialement de la surface tronconique interne de 25 la deuxième douille. On maintient alors un jeu volontairement entre la bague et la deuxième douille. En effet, on évite de préférence qu'il y ait un serrage entre ces éléments pour autoriser et faciliter le pivotement de l'aube. On comprend ainsi que la surface tronconique radialement externe 30 du pivot n'est pas en appui sur la surface tronconique de la deuxième douille lorsque la surface tronconique radialement interne du pivot est en 3039226 5 appui sur la surface tronconique de la première douille, et inversement. Le premier cas de figure (la surface tronconique radialement externe du pivot n'est pas en appui sur la surface tronconique de la deuxième douille) intervient lorsque la pression qui règne dans la veine, sur l'extrémité 5 radialement externe (telle que la platine externe) de l'aube est supérieure à celle sur son extrémité radialement interne (platine interne). La pression est toujours plus importante dans le carter qu'à l'extérieur du carter. Par contre, la pression peut varier le long de la hauteur radiale de l'aube. Ainsi, si la pression en pied de l'aube est plus importante qu'en tête, la pression 10 appliquée sur la platine interne aura tendance à rapprocher radialement l'aube de l'axe de la turbomachine et il y aura contact au niveau de la deuxième douille (externe). Le contact s'établira au niveau de la première douille (interne) en cas de pression plus importante en tête qu'en pied de l'aube. Les aubes sont alors sollicitées radialement vers l'extérieur et les 15 surfaces tronconiques radialement internes de leurs pivots viennent en appui sur les premières douilles. Le second cas de figure (la surface tronconique radialement externe du pivot est en appui sur la surface tronconique de la deuxième douille) intervient lorsque la pression qui règne dans la veine, sur la platine externe de l'aube est inférieure à la celle sur sa 20 platine interne. Les aubes sont alors sollicitées radialement vers l'intérieur et les surfaces tronconiques radialement externes de leurs pivots viennent en appui sur les secondes douilles. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques 25 et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique d'un étage d'aubes à calage variable, selon la technique antérieure, 30 - les figures 2a à 2C sont des demi-vues schématiques d'un étage d'aubes à calage variable, selon l'invention, 3039226 6 - les figures 3a et 3b sont des demi-vues schématiques d'un étage d'aubes à calage variable, selon l'invention, et illustrent respectivement les cas de non usure et d'usure des douilles de guidage des pivots externes des aubes, 5 - les figures 4 à 4C sont des demi-vues schématiques d'un étage d'aubes à calage variable, selon l'invention, et illustrent des étapes de montage de cet étage, et - les figures 5a à 5C sont des demi-vues schématiques de douilles pour l'étage selon l'invention, 10 DESCRIPTION DETAILLEE La figure 1 représente la technique antérieure à l'invention, dans laquelle on a représenté schématiquement, en coupe axiale, une partie d'un étage d'aubes 10 à calage variable. Cet étage d'aubes 10 fait partie d'un compresseur haute-pression 15 d'une turbomachine, en particulier d'une turbomachine d'aéronef, qui comprend une succession d'étages ou grilles d'aubes 10 de stator à calage variable et d'étages ou grilles d'aubes de rotor. Chaque étage comprend une rangée annulaire d'aubes 10 portées par un carter 12 de stator, qui entoure les aubes 10. 20 Chaque aube 10 comprend une pale 14 et un pivot cylindrique 16, 18 à chacune de ses extrémités radiales. Le pivot radialement externe 16 est relié à la pale par un disque ou une « platine » 20 qui s'étend perpendiculairement à l'axe 22 de l'aube, dans un logement 24 correspondant du carter 12. Le pivot externe 16 25 s'étend à l'intérieur d'une cheminée 26 du carter 12, qui traverse radialement le carter 12 et débouche à son extrémité radialement interne dans le logement 24. Le pivot radialement interne 18 est relié à la pale 14 par un disque ou une « platine » 28 qui s'étend perpendiculairement à l'axe 22 de l'aube, 30 dans un logement 30 correspondant d'un anneau de carter 32. Le pivot externe 18 s'étend à l'intérieur d'un orifice 34 du carter 12, qui traverse 3039226 7 radialement le carter et débouche à son extrémité radialement externe dans le logement 30. Le pivot externe 16 de chaque aube 14 est relié à son extrémité radialement externe à une extrémité d'un levier 36 dont l'extrémité opposée 5 est reliée à un anneau de commande 38, qui entoure le carter 12 et qui est relié à des moyens d'actionnement (non représentés) permettant de le faire tourner dans un sens ou dans l'autre autour de l'axe longitudinal du carter 12 pour entraîner les aubes 10 d'un étage autour de leurs axes 22. Les aubes 14 sont déplaçables en rotation autour de leurs axes 22 10 entre une position de pleine fermeture et une position de pleine ouverture. Dans la position de pleine fermeture, les pales 18 des aubes sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine et définissent entre elles une section minimale de passage d'air dans la veine. Les aubes 10 sont amenées dans cette position lorsque la turbomachine est à bas 15 régime ou au ralenti, le débit d'air s'écoulant dans le compresseur ayant alors une valeur minimale. Dans la position de pleine ouverture, les pales 14 des aubes s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de la turbomachine de façon à ce que la section de passage d'air entre les pales soit maximale. Les 20 aubes 10 sont amenées dans cette position lorsque la turbomachine est au régime plein gaz, le débit d'air s'écoulant dans le compresseur ayant alors une valeur maximale. Le pivot externe 16 de chaque aube 10 est centré et guidé dans la cheminée 26 correspondante par deux douilles cylindriques 40, 42. Une 25 première douille 40 est montée autour d'une partie radialement interne du pivot 16 et comprend une surface cylindrique interne 40a coopérant avec la surface cylindrique externe du pivot 16, et une surface cylindrique externe 40b coopérant avec la surface cylindrique interne de la cheminée 26. La première douille 40 comprend à son extrémité radialement interne un 30 rebord annulaire externe 44 intercalé entre la platine 20 et le fond du logement 24. 3039226 8 Une deuxième douille 42 est montée autour d'une partie radialement externe du pivot 16 et comprend une surface cylindrique interne 42a coopérant avec la surface cylindrique externe du pivot 16, et une surface cylindrique externe 42b coopérant avec la surface cylindrique interne de la 5 cheminée 26. La deuxième douille 42 comprend à son extrémité radialement externe un rebord annulaire externe 46 intercalé entre l'extrémité radialement externe libre de la cheminée 26 et l'extrémité précitée du levier 36. Cette technologie présente des problèmes d'étanchéité, évoqués 10 dans ce qui précède, qui sont résolus par l'invention. Les figures 2a et suivantes illustrent des modes de réalisation de l'invention. Les aubes 110 de l'étage des figures 2a à 2c diffèrent de celles décrites ci-dessus en référence à la figure 1, essentiellement par leurs 15 pivots externes 116, les douilles 140, 142 de guidage de ces pivots, et par les cheminées 126 du carter 112. Le pivot externe 116 de chaque aube 110 comprend ici : - une première surface tronconique radialement interne 150 dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'intérieur et qui est configurée pour 20 coopérer avec une surface tronconique interne 152 de la première douille 140 sensiblement tronconique, et - une deuxième surface tronconique radialement externe 154 dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'extérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne 156 de la deuxième douille 25 142 sensiblement tronconique. La première douille 140 comprend une surface tronconique externe 158 configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne 160 de la cheminée 126 du carter, et la deuxième douille 142 comprend une surface tronconique externe 162 configurée pour coopérer avec une 30 surface tronconique interne 164 de la cheminée 126 du carter (figure 3a). 3039226 9 La cheminée 126 comprend une surface cylindrique interne 166 s'étendant entre l'extrémité radialement externe de la surface 160 et l'extrémité radialement interne de la surface 164. De la même façon, le pivot 116 comprend une surface cylindrique 5 externe 168 s'étendant entre l'extrémité radialement externe de la surface 150 et l'extrémité radialement interne de la surface 154. La première douille 140 comprend à son extrémité radialement externe un rebord cylindrique dont la surface cylindrique externe coopère avec la surface cylindrique interne 166 de la cheminée 126. La deuxième 10 douille 142 comprend à son extrémité radialement interne un rebord cylindrique dont la surface cylindrique externe coopère avec la surface cylindrique interne 166 de la cheminée 126. Dans l'exemple représenté et de façon avantageuse, la longueur (ou distance radiale) L1 de la surface cylindrique externe 168 du pivot 116 est 15 supérieure à celle L2 de la surface cylindrique interne 166 de la cheminée 126, de façon à ce qu'un jeu axial vis-à-vis de l'axe 122 ou radial vis-à-vis de l'axe A soit prévu au montage entre le pivot 116 et les douilles 140, 142. A l'équilibre des pressions entre l'intérieur et l'extérieur du carter 112, les aubes 110 peuvent être dans la position telle qu'illustrée à la figure 20 2a. Lorsque la pression sur la platine externe de l'aube est plus importante que celle sur sa platine interne, les aubes sont sollicitées radialement vers l'extérieur et viennent en appui par leurs surfaces tronconiques sur les premières douilles 140 (figure 2b). A contrario, lorsque la pression sur la platine interne de l'aube est plus importante que celle sur sa platine 25 externe, les aubes sont sollicitées radialement vers l'intérieur et viennent en appui par leurs surfaces tronconiques sur les deuxièmes douilles 142 (figure 2c). La figure 3a est similaire à la figure 2c et la figure 3b montre ce qui se passe en cas d'usure d'une douille, ici la première douille 140. Lorsque 30 la douille 140 est usée, son épaisseur radiale (par rapport à l'axe 22) diminue. 303 922 6 10 Lorsque la pression sur la platine externe de l'aube est plus importante que celle sur sa platine interne, les aubes sont sollicitées radialement vers l'extérieur et viennent en appui par leurs surfaces tronconiques sur les premières douilles, mêmes si elles sont usées (figure 5 3b). L'invention permet ainsi de maintenir l'étanchéité entre le pivot et le carter lorsque les douilles de guidage de ce pivot sont usées. Du fait de l'usure de la douille 140, l'aube pourrait être amenée à se déplacer davantage radialement vers l'extérieur, par rapport au cas où la douille n'est pas usée, comme on le voit sur les dessins. 10 La figure 3b montre le cas spécifique d'une usure « radiale » de la première douille, c'est-à-dire que cette douille est usée sur toute sa périphérie. Le cas où la deuxième douille serait usée est également envisageable. Par ailleurs, une usure « axiale » ou unilatérale est également possible, que ce soit de la première et/ou de la deuxième 15 douille. Ce type d'usure se caractérise par une portion axiale localisée d'usure de la douille. Selon la pression dans la veine du compresseur, l'aube peut être amenée à subir un déplacement radialement vers l'extérieur voire un déversement qui se traduit par une inclinaison du pivot de l'aube par rapport à la cheminée du carter. Même dans ces cas, 20 l'étanchéité est assurée. En fonction de l'état d'usure des douilles, il est envisageable, par exemple au cours d'une opération de maintenance, de resserrer la deuxième douille sur le pivot de l'aube pour compenser cette usure. Il est possible d'équiper la deuxième douille de moyens d'anti-rotation pour 25 empêcher son desserrage en fonctionnement. Les figures 4a à 4c montrent des étapes de montage d'un étage selon l'invention. Lors d'une première étape représentée à la figure 4a, les douilles 140, 142 sont montées dans la cheminée 126 du carter 112. La première 30 douille 140 est montée dans une partie radialement interne de la cheminée, par translation radiale de l'intérieur vers l'extérieur, de façon à ce que son 3039226 11 rebord cylindrique soit inséré au niveau de la surface cylindrique interne de la cheminée 126. La seconde douille 142 est montée dans une partie radialement externe de la cheminé, par translation radiale de l'extérieur vers l'intérieur, de façon à ce que son rebord cylindrique soit inséré au 5 niveau de la surface cylindrique interne de la cheminée 26. L'aube 110 est ensuite positionnée dans le carter et son pivot 116 est inséré dans la cheminée, en le déplaçant radialement de l'intérieur vers l'extérieur. On constate sur la figure 4b que le pivot 116 est pourvu de sa première surface tronconique externe 150 mais dépourvu de sa deuxième 10 surface tronconique externe 154. La première surface tronconique 150 du pivot 116 est définie par une partie tronconique radialement interne du pivot, qui est formée d'une seule pièce avec le pivot. Au contraire, la seconde surface tronconique 152 du pivot est définie par une bague 170 à filetage interne configurée pour être 15 vissée sur une partie radialement externe à filetage externe 172 du pivot. Le pivot externe 116 de l'aube est inséré dans la cheminée 126 jusqu'à ce que la première surface tronconique 150 du pivot vienne en appui sur la surface tronconique interne 152 de la première douille 140 (figure 4b). 20 On rapporte ensuite la bague 170 sur le pivot et on la visse sur la partie à filetage externe 172 du pivot. Dans la position vissée, la deuxième surface tronconique définie par la bague est écartée radialement de la surface tronconique interne de la deuxième douille. Les figures 5a à Sc illustrent des variantes de réalisation de douilles 25 142 pour l'étage selon l'invention, qui sont applicables aux douilles 140. La douilles 142 de la figure 5a est similaire à celle précédemment décrite et comprend un rebord cylindrique 142a à l'une de ses extrémités longitudinales. On comprend que c'est la coopération entre la portion tronconique de la douille 142 et la surface tronconique de la cheminée 126, 30 qui va assurer la retenue de la douille dans la cheminée (le long de l'axe de la douille). 3039226 12 La douille 142' de la figure 5b comprend un rebord annulaire externe 142b à l'une de ses extrémités longitudinales, qui est destiné à prendre appui sur l'extrémité radialement externe libre de la cheminée 126 par exemple, comme c'est le cas de la douille de la figure 1. Ce rebord 142b 5 peut coopérer avec la cheminée pour assurer la retenue de la douille dans la cheminée (le long de l'axe de la douille) et assurer un possible contact entre la cheminée du carter et le levier de commande de l'aube. La douille 142" de la figure 5c comprend un rebord annulaire externe 142b à une de ses extrémités longitudinales et un rebord cylindrique 142a 10 à son extrémité longitudinale opposée. REVENDICATIONS1. Etage d'aubes (110) à calage variable pour une turbomachine, comportant un carter annulaire (112) d'axe A de révolution et une rangée annulaire d'aubes s'étendant autour dudit axe A et à l'intérieur du carter, chaque aube comportant une pale (114) sensiblement radiale comportant un pivot cylindrique (116, 118) à chacune de ses extrémités radiales, le pivot radialement externe (116) de chaque aube étant monté dans une cheminée radiale (126) du carter et centré et guidé dans cette cheminée au moyen de douilles (140, 142), caractérisé en ce que le pivot radialement externe de chaque aube comprend : - une première surface tronconique (150) radialement interne dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'intérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne (152) d'une première douille (140) sensiblement tronconique, et - une deuxième surface tronconique radialement externe (154) dont l'angle de cône est évasée radialement vers l'extérieur et qui est configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne (156) d'une deuxième douille (142) sensiblement tronconique. 2. Etage (110) selon la revendication 1, dans lequel lesdites première et deuxième surfaces tronconiques (150, 154) sont reliées l'une à l'autre par une surface cylindrique (168) du pivot. 3. Etage (110) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite première douille (140) comprend une surface tronconique externe (158) configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne (160) de la cheminée (126) du carter, et/ou ladite deuxième douille (142) comprend une surface tronconique externe (162) configurée pour coopérer avec une surface tronconique interne (164) de la cheminée du carter. 4. Etage (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacune desdites première et deuxième douilles (140, 142) comprend un rebord cylindrique (142a) ou radial (142b). 3039226 14 5. Etage (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la distance radiale (L1) la plus proche entre lesdites première et seconde surfaces tronconiques (150, 152) du pivot (116) est supérieure à la distance radiale (L2) la plus proche entre les surfaces tronconiques 5 internes desdites première et deuxième douilles (140, 142). 6. Etage (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première surface tronconique (150) du pivot est définie par une partie tronconique radialement interne du pivot, qui est formée d'une seule pièce avec le pivot, et la seconde surface tronconique (154) du pivot est définie 10 par une bague (170) à filetage interne configurée pour être vissée sur une partie tronconique radialement externe (172) à filetage externe du pivot. 7. Turbomachine pour aéronef, comportant au moins un étage (110) selon l'une des revendications précédentes. 8. Procédé de montage d'un étage (110) selon la revendication 6, dans 15 lequel il comprend les étapes consistant, pour chaque aube, à: - monter lesdites première et deuxième douilles (140, 142) dans la cheminée (126) du carter (112), - positionner l'aube (110) dans le carter et insérer son pivot (116) radialement externe dans la cheminée correspondante du carter, en le 20 déplaçant radialement de l'intérieur vers l'extérieur, jusqu'à ce que la première surface tronconique du pivot vienne en appui sur la surface tronconique interne de la première douille (140), - rapporter la bague (170) sur le pivot et la visser sur la partie (172) à filetage externe du pivot, jusqu'à obtention d'une distance souhaitée entre 25 lesdites premières et deuxième surfaces tronconiques. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel, après vissage, la deuxième surface tronconique (154) définie par la bague (170) est écartée radialement de la surface tronconique interne (156) de la deuxième douille (142). 30