Brevet FR3085060A1 — publié le 20200221

ANNEAU DE GUIDAGE D'AUBES A CALAGE VARIABLE ET PROCEDE DE MONTAGE DUDIT ANNEAU Domaine technique : La présente invention concerne les roues d'aubes à calage variable dans une turbomachine. Il vise plus particulièrement les moyens de maintien desdites aubes à calage variable. IO Etat de l'art : Les compresseurs de turbomachine, notamment, peuvent comporter des redresseurs avec des aubes à calage variable pour adapter le fonctionnement du redresseur aux conditions d'utilisation de la turbomachine. Dans un tel cas, les aubes du redresseur sont mobiles autour d'axes radiaux montés 15 extérieurement sur le carter du compresseur et, intérieurement, sur un anneau intérieur. L'ensemble maintient l'alignement de la rangée annulaire d'aubes du redresseur. De préférence, le système de commande du calage des aubes est monté sur le carter, l'anneau intérieur étant alors configuré pour laisser pivoter les axes des aubes. Il est donc nécessaire de prévoir des dispositifs supportant les frottements liés au pivotement 20 des arbres des aubes qui s'insèrent dans la structure d'anneau pour ne pas dégrader l'intégrité de cette structure. En plus de ses fonctions structurales et mécaniques vis-à-vis des aubes du redresseur, l'anneau intérieur supporte des moyens d'étanchéité qui coopèrent avec des viroles de la ligne rotor située radialement à l'intérieur de l'anneau. Ce dispositif 25 empêche les fuites de gaz entre les étages successifs du compresseur. Pour l'optimisation des turbomachines, il existe un besoin d'augmenter le rayon des viroles de la ligne rotor. L'espace réservé à l'anneau intérieur du redresseur avec les moyens d'étanchéité est donc très limité. De plus, il est important de tenir compte des contraintes de montage du 30 compresseur. La ligne rotor et les redresseurs forment deux structures imbriquées qui doivent s'ajuster précisément. L'anneau intérieur du redresseur n'est pas accessible lorsque l'ensemble est monté. Il existe donc un besoin de concevoir un système dont on puisse assembler les différents éléments avant le montage final. 2 L'invention a pour but de proposer une solution pour la réalisation d'un anneau interne d'un étage de turbomachine avec des aubes à calage variable qui réponde à la fois aux contraintes de conception évoquées et aux contraintes de montage sur la turbomachine. Présentation de l'invention: L'invention concerne un anneau de guidage d'aubes à calage variable et de support d'un revêtement abradable pour une turbomachine d'aéronef, cet anneau s'étendant autour d'un axe et comportant des orifices sensiblement radiaux dans lesquels sont montées des douilles de guidage destinées à recevoir chacune un pivot d'une des aubes, caractérisé en ce qu'il comprend : Une couronne radialement interne qui est sectorisée et porte ledit revêtement abradable, Une virole annulaire radialement externe qui est sectorisée et comprend lesdits orifices de montage des douilles, chaque secteur de virole étant monté autour d'un secteur de couronne par une liaison en coulissement circonférentiel, ledit secteur de couronne comprenant des moyens d'immobilisation en rotation des douilles de ce secteur de virole autour dudit axe. Le fait de monter par coulissement circonférentiel la partie de l'anneau devant accueillir les arbres des aubes du redresseur sur la partie de l'anneau supportant l'abradable diminue l'extension radiale de l'anneau intérieur de guidage et libère donc de la place pour réaliser le joint d'étanchéité avec le rotor passant à l'intérieur de l'anneau. De plus, en installant les moyens d'immobilisation des douilles sur le secteur de couronne interne, on peut diminuer encore un peu plus l'extension radiale dudit anneau intérieur de guidage. Avantageusement, chaque secteur de couronne comprend une patte cylindrique configurée pour être engagée dans une encoche transversale des douilles de chaque secteur de virole monté autour de ce secteur de couronne, en vue de l'immobilisation en rotation desdites douilles. De préférence, ladite patte cylindrique coopère avec une gorge cylindrique complémentaire pratiquée dans le secteur de virole, de manière à former un élément de 3 la liaison par coulissement circonférentiel du secteur de virole autour du secteur de couronne. Cette configuration simplifie la conception de l'anneau et rend sa réalisation encore plus compacte. 5 Chaque secteur de couronne peut comprendre une paroi sensiblement cylindrique ou tronconique de support du revêtement abradable qui est reliée par une première extrémité axiale à une première paroi annulaire et par une deuxième extrémité axiale à une deuxième paroi annulaire, ladite patte cylindrique étant portée par la première paroi annulaire et s'étendant vers la deuxième paroi annulaire. 10 Avantageusement, lesdites première et deuxième parois annulaires définissent entre elles un espace annulaire dans lequel sont au moins partiellement logés lesdits secteurs de virole. Ces parois annulaires permettent de fermer axialement l'espace sous les secteurs de virole et d'éviter des fuites axiales de l'écoulement primaire au niveau de l'anneau 15 interne de guidage. De préférence, le nombre de secteurs de couronne est inférieur au nombre de secteurs de virole et au moins deux secteurs de virole sont montés sur chaque secteur de couronne. Les secteurs de couronne forment l'ossature de l'anneau interne de guidage et l'on 20 peut y monter les secteurs de virole par coulissement circonférentiel pour former des secteurs d'anneau qui seront ensuite assemblés autour du rotor de la turbomachine, pour former un redresseur par exemple. Avantageusement, la couronne comprend deux secteurs de couronne semi circulaires et la virole comprend au moins six, et de préférence dix, secteurs de virole 25 dont une moitié est portée par chaque secteur de couronne. Avantageusement, chaque secteur de couronne comprend une surface cylindrique radialement externe et/ou une surface annulaire radiale d'appui configurée pour coopérer avec une ou des surfaces annulaires complémentaires de chaque secteur de virole. 30 L'invention concerne également un procédé de montage d'un tel anneau, comportant les étapes consistant à : 4 Monter les douilles dans les orifices des secteurs de virole, Monter les secteurs de virole par coulissement circonférentiel autour des secteurs de couronne, de façon à assurer l'immobilisation en rotation des douilles autour de leurs axes de révolution. 5 Brève description des figures : La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : 10 La figure 1 représente schématiquement une demi coupe axiale d'un moteur d'aéronef concernée par l'invention. La figure 2 représente schématiquement une demi coupe axiale d'un redresseur pour un compresseur de moteur du type de celui présenté en figure 1, équipé d'un anneau intérieur de guidage selon l'état de l'art. 15 La figure 3 représente une vue extérieure en perspective d'un assemblage de plusieurs secteurs angulaires d'un anneau intérieur de guidage selon l'invention. La figure 4 représente une coupe axiale d'un secteur angulaire d'un anneau intérieur de guidage selon l'invention. La figure 5 représente le même secteur angulaire d'un anneau intérieur de guidage 20 selon l'invention que dans la figure 4, vu en perspective et coupé selon un plan axial au niveau d'un orifice de réception d'un axe d'aube, avec une douille de maintien dudit axe d'aube installée dans l'orifice. Description d'un mode de réalisation de l'invention : 25 Un exemple de moteur d'aéronef concerné par l'invention, de type turbomachine à double flux, est illustré sur la figure 1. Dans le document, l'amont et l'aval sont compris par rapport au sens de l'écoulement d'air suivant l'axe XO du moteur. Le moteur comprend en amont une hélice de soufflante S entraînant le flux d'air entrant qui se sépare ensuite en un écoulement secondaire, passant autour du compartiment moteur 30 1 et en un écoulement primaire entrant dans ledit compartiment moteur 1. L'écoulement primaire passe par un premier compresseur, dit compresseur basse pression 2, puis un 5 second compresseur, dit compresseur haute pression 3, avant d'entrer dans la chambre de combustion 4, puis d'entraîner plusieurs étages de turbine 5. L'invention concerne ici plus particulièrement un étage de redresseur avec une rangée annulaire d'aubes à calage variable qui se trouve par exemple dans le 5 compresseur haute pression 3 de la figure 1. Le compresseur haute pression 3 est compact avec un faible diamètre, ce qui contraint fortement la conception des éléments à y installer. La figure 2 montre l'installation des aubes dudit redresseur avec un système d'anneau intérieur de guidage selon l'état de l'art. L'aube 6, représentée sur la figure, 10 est montée pivotante autour d'un axe R sensiblement radial. Afin d'adapter son calage, elle est montée sur le carter extérieur 7 du compresseur 3 par un pivot 8 qui est entraîné en rotation par des moyens non représentés. A son extrémité radialement intérieure, l'aube 6 est montée sur un arbre de pivot 9 également centré sur l'axe R de rotation de ladite aube. Un anneau de guidage 10 radialement interne comporte un 15 orifice radial avec une douille 11 dans laquelle vient s'insérer, dans une liaison pivot, l'arbre de pivot 9 de l'aube 6. De cette manière, l'anneau de guidage 10 permet la rotation de l'aube 4 autour de son axe R et maintient cet axe en position. Il assure aussi une fonction structurale de maintien de la rangée annulaire d'aubes 6 du redresseur. Ici, l'anneau de guidage 10 selon l'état de l'art comporte une patte cylindrique 20 interne avec une liaison boulonnée 12 pour supporter une couronne interne 13 portant un abradable 14 qui coopère avec des léchettes 15 montées sur une virole 16 du rotor du compresseur, afin d'assurer une étanchéité axiale sous l'anneau de guidage 10. On constate que ce dispositif a une extension radiale importante, en partie à cause d'une liaison boulonnée 12 entre la partie de l'anneau recevant les arbres de pivot 9 des 25 aubes 6 et la couronne interne 13 supportant l'abradable 14. L'anneau de guidage 17 selon l'invention est fabriqué en plusieurs secteurs circonférentiels autour de son axe de symétrie X. La figure 3, montre le secteur angulaire de l'anneau de guidage qui comprend plusieurs sous-secteurs 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, qui ont été assemblés. On y voit la rangée annulaire d'orifices radiaux 18 30 équipés de leurs douilles 19 pour recevoir les arbres de pivot 9 des aubes 6 décrites précédemment. 6 En référence aux figures 4 et 5, chaque sous-secteur de l'anneau 17 comporte un secteur correspondant d'une virole 20 qui comprend essentiellement une plateforme 21 sensiblement tronconique dont la surface radialement extérieure est conformée de manière à définir la paroi interne de la veine du compresseur 3 au niveau du redresseur 5 entre une première extrémité axiale 21a et une deuxième extrémité axiale 21b. Sur les figures 4 et 5, la première extrémité axiale 21a est sur la gauche et la deuxième extrémité axiale 21 b est sur la droite. Ladite plateforme 21 est percée pour aménager la rangée d'orifices radiaux 18 destinés à laisser passer les arbres pivot 9 des aubes. Une structure annulaire 22 10 partant radialement vers l'intérieur de la plateforme 21 forme les parois 23 des orifices 18. Ces parois 23 ont une section circulaire autour de l'axe radial Y de chaque orifice 18. Chaque orifice 18 comporte une partie formant un logement dans laquelle s'insère une douille cylindrique 24 de section circulaire autour du même axe radial Y, destinée à recevoir l'arbre pivot 9 d'une aube 6 dans une liaison pivotante. Les parois 23 de 15 chaque orifice 18 comportent un épaulement 25 sur lequel s'appuie une bride circulaire 26 à l'extrémité radialement supérieure de la douille 24, de manière à positionner radialement cette dernière lorsqu'on l'introduit dans l'orifice 18 en translation suivant la direction radiale Y. La position de l'épaulement 25 est définie de manière à ce que la position radiale de l'extrémité radiale interne des orifices 18 corresponde à la position 20 radiale de l'extrémité radiale interne des douilles 24 lorsqu'elles sont en position, leur bride 26 posée sur l'épaulement 25. Avantageusement, l'ensemble est configuré pour que la structure annulaire 22 équipée des douilles 24 dans les orifices 18 s'arrête radialement au niveau de l'extrémité radiale interne des arbres pivot 9 des aubes 6, de manière à limiter 25 l'encombrement radial de la virole 20. Une gorge cylindrique 27 est formée dans la paroi transversale à une première extrémité axiale de la structure annulaire 22, située du côté de la première extrémité axiale 21a de la plateforme 21, à gauche des orifices 18 sur la figure 4. La profondeur axiale de ladite gorge cylindrique 27 est agencée de manière à ce que cette dernière 30 traverse en partie la paroi 23 des orifices 18, donc à avoir une ouverture dans les 7 orifices 18. Circonférentiellement, ladite gorge cylindrique 27 est ouverte au moins d'un côté latéral du secteur angulaire de virole 20. Par ailleurs, chaque douille 24 comporte également une encoche 28 transverse qui est pratiquée sur une partie de leur paroi cylindrique. L'encoche 28 a même épaisseur 5 radiale que la gorge cylindrique 27 de la structure annulaire 22 du secteur de virole 20. De plus, elle est configurée pour être en face de l'ouverture de ladite gorge cylindrique 27 dans la paroi 23 de l'orifice 18 lorsque la douille 24 est installée dans ce dernier. L'encoche 28 traverse la paroi cylindrique de la douille 24. Elle forme donc une ouverture de longueur donnée dans la paroi cylindrique de la douille 24, fermée à ses 10 deux extrémités par ladite paroi. L'encoche 28 de la douille a une profondeur et une longueur adaptées pour que lorsque la douille 24 est tournée dans l'orifice 18 de manière à mettre son encoche 28 en regard du passage de la gorge cylindrique 27 dans la structure annulaire 22, l'ensemble forme une gorge cylindrique de profondeur constante pour le secteur de virole 20 équipé des douilles 24. 15 Le secteur angulaire d'anneau 17 représenté sur la figure 3 correspond à un secteur de couronne 29 autour duquel sont montés les secteurs de virole 20 correspondant aux sous-secteurs 17a à 17e. En référence aux figure 4 et 5, ledit secteur de couronne 29 comprend un secteur de jante 30 dont la paroi radialement externe comprend une surface cylindrique radialement externe 31, formant une butée radiale, agencée pour 20 coopérer avec l'extrémité radiale interne de la structure annulaire 22 portant les orifices 18, de manière à la positionner radialement. Elle comporte aussi une surface annulaire radialement externe 32, formant une butée axiale coopérant avec une paroi transversale de la structure annulaire 22, de manière à la positionner axialement par rapport au secteur de virole 29. Ladite paroi transversale de la structure annulaire 22 25 est tournée vers la deuxième extrémité axiale 21b de la plateforme 21, vers la droite sur les figures. La face radialement interne de la jante 30 comporte une gouttière cylindrique intérieure qui forme le logement pour un joint 33 en matériau abradable destiné à coopérer avec des éléments complémentaires d'une virole de rotor pour former un joint 30 d'étanchéité axiale sous l'anneau 17 interne de guidage du redresseur. 8 A son extrémité axiale correspondant à la première extrémité axiale 21a de la plateforme 21, à gauche sur les figures, la jante 30 porte une première paroi transversale 34 qui s'étend radialement de manière à fermer axialement le passage entre la jante 30 et la première extrémité axiale 21a de la plateforme 21. Ladite 5 première paroi transversale 34 est sensiblement cylindrique ou tronconique. A son extrémité axiale correspondant à la deuxième extrémité axiale 21b de la plateforme 21, à droite sur les figures, la jante 30 porte une deuxième paroi transversale 35 qui s'étend radialement de manière à fermer axialement le passage entre la jante 30 et la deuxième extrémité axiale 21b de la plateforme 21. Ladite 10 deuxième paroi transversale 35 est sensiblement cylindrique ou tronconique. La butée radiale 31 sur la jante 30 est configurée de manière à ce que la première paroi transversale 34 et la deuxième paroi transversale 35 forment un espace annulaire dans lequel s'insère la structure annulaire 22 portant les orifices 18, lorsque la première 21a et la deuxième 21b des extrémité axiales de la plateforme 21 viennent au contact 15 desdits parois transversales. De plus, la première paroi transversale 34 porte une patte cylindrique 36 dirigée vers la seconde paroi transversale 35, vers la droite sur les figures, radialement positionnée en face de la gorge cylindrique 27 du secteur de virole et ayant une épaisseur lui permettant de s'insérer dans ladite gorge. De plus, la distance axiale entre l'extrémité 20 libre de ladite patte cylindrique 36 et la butée axiale 32 sur la jante 30 du secteur de couronne 29 correspond à la distance axiale entre le fond de la gorge cylindrique 27 et la paroi transversale d'appui de la butée 32 sur le secteur de virole 20. Ainsi, la coopération des deux butées de la jante 30, l'une axiale 32 et l'autre radiale 31, avec l'insertion de la patte cylindrique 36 du secteur de couronne 29 dans la gorge 25 cylindrique 27 du secteur de virole 20 maintient lesdits secteurs solidaires dans les directions radiales et axiales pour former le sous-secteur 17a d'anneau de guidage 17 correspondant. On notera également que l'engagement de la patte cylindrique 17, d'une part maintient radialement en place les douilles 24 dans les orifices 18, d'autre part immobilise lesdites douilles en rotation parce que les extrémités de l'encoche 30 transverse 28 dans les parois des douilles 24 butent sur le bord axial de la patte 27. 9 De la sorte, les liaisons entre le secteur de virole 20 et le secteur de couronne interne 29 positionnent ces derniers l'un par rapport à l'autre dans les directions axiale X et radiale Y mais les laissent libres de tourner l'un par rapport à l'autre autour de l'axe X de l'anneau. Les deux secteurs sont donc montés coulissant circonférentiellement. 5 Le secteur d'anneau de guidage 17 représenté sur la figure 3 est donc formé d'un un secteur de couronne 29 interne portant un élément 33 de joint d'étanchéité, de cinq secteurs de virole 20 correspondant aux cinq sous secteurs, 17a à 17e, et d'un ensemble de douilles 24 correspondant au nombre d'orifices 18 destinés à les accueillir sur les secteurs de virole 20. 10 Le procédé pour assembler un secteur d'anneau de guidage 17 comporte les étapes suivantes. Dans une première étape on monte les douilles 24 dans les orifices 18 de chaque secteur de virole 20 en les introduisant par translation radiale via les orifices 18 dans la plateforme 21 et les faisant tourner dans leur logement de manière à mettre leur 15 encoche 28 en correspondance avec la gorge cylindrique 27 existant dans la première paroi de la structure annulaire 22. Dans une deuxième étape, on monte successivement chaque secteur de virole 20 par coulissement circonférentiel autour du secteur de couronne 29, pour l'amener dans la position correspondant au sous-secteur, 17 à 17e, correspondant. Pour cela, on 20 présente successivement chaque secteur de virole 20 latéralement autour du secteur de couronne 29 de manière à mettre en correspondance l'ouverture latérale de la gorge cylindrique 27 avec la patte cylindrique 36, ainsi que les butées 31, 32, présentes sur la jante 30 avec les parois correspondantes de la structure annulaire 22. On fait ensuite coulisser circonférentiellement le secteur de virole 20 par rapport au secteur de 25 couronne 29 pour l'amener en position. En s'enfonçant dans la gorge cylindrique 27, la patte cylindrique 36 rencontre successivement les douilles 24 présentes dans les orifices 18. Si les douilles 24 ne sont pas exactement en place, il est facile de les faire tourner de manière à ce que leurs encoches 28 ouvrent le passage à la patte cylindrique 36 au cours du coulissement. Lorsque les deux secteurs 20, 29 sont 30 positionnés l'un par rapport à l'autre dans toutes les directions, les douilles 24 sont 10 immobilisées, aussi bien en rotation autour de leur axe de révolution Y que radialement par la présence de la patte annulaire 36. La figure 3 présente un cas où un secteur de couronne 29 supporte cinq secteurs de virole 20 pour former un secteur angulaire de l'anneau intérieur de guidage 17 qui forme 5 un demi-anneau. Ces paramètres peuvent varier. Le nombre de secteurs de virole supportés par un secteur de couronne pour former un demi anneau est de préférence compris entre cinq et six. Cependant, un secteur de couronne peut correspondre à un secteur angulaire plus petit et supporter moins de secteurs de virole. Un procédé pour assembler le compresseur, le rotor du compresseur étant déjà 10 assemblé, comprend tout d'abord la réalisation de deux demi -anneaux de guidage, en assemblant, sur l'exemple, cinq secteurs d'anneau 17a-17e tels que décrits précédemment. Les secteurs d'anneau peuvent être assemblés entre eux par des moyens d'encastrement ou d'emboîtage, connu de l'homme du métier, qui ne sont pas représentés. 15 Ensuite, les deux demi-anneaux peuvent être assemblés autour du rotor de compresseur pour former l'anneau de guidage 17 en le plaçant directement dans la position qu'il doit occuper dans le compresseur 3 pour recevoir la rangée annulaire d'aubes REVENDICATIONS1. Anneau (17) de guidage d'aubes à calage variable et de support d'un revêtement abradable (33) pour une turbomachine d'aéronef, cet anneau (17) s'étendant autour d'un axe (X) et comportant des orifices (18) sensiblement radiaux dans lesquels sont montées des douilles (24) de guidage destinées à recevoir chacune un pivot (9) d'une des aubes (6), caractérisé en ce qu'il comprend : Une couronne (29) radialement interne qui est sectorisée et porte ledit revêtement abradable (33), - Une virole annulaire (20) radialement externe qui est sectorisée et comprend lesdits orifices (18) de montage des douilles (24), chaque secteur de virole (20) étant monté autour d'un secteur de couronne (29) par une liaison en coulissement circonférentiel, ledit secteur de couronne (29) comprenant des moyens d'immobilisation (36) en rotation des douilles (24) de ce secteur de virole (20) autour dudit axe. 2. Anneau (17) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque secteur de couronne (29) comprend une patte cylindrique (36) configurée pour être engagée dans une encoche transversale (28) des douilles (24) de chaque secteur de virole (20) monté autour de ce secteur de couronne (29), en vue de l'immobilisation en rotation desdites douilles. 3. Anneau (17) selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite patte cylindrique (36) coopère avec une gorge cylindrique (27) complémentaire pratiquée dans le secteur de virole (20), de manière à former un élément de la liaison par coulissement circonférentiel du secteur de virole (20) autour du secteur de couronne (29). 4. Anneau (17) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque secteur 30 de couronne (29) comprend une paroi (30) sensiblement cylindrique ou tronconique de support du revêtement abradable (33) qui est reliée par une première extrémité axiale à une première paroi annulaire (34) et par une deuxième extrémité axiale à une deuxième 12 paroi annulaire (35), ladite patte cylindrique (36) étant portée par la première paroi annulaire (34) et s'étendant vers la deuxième paroi annulaire (35). 5. Anneau (17) selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites première 5 (34) et deuxième (35) parois annulaires définissent entre elles un espace annulaire dans lequel sont au moins partiellement logés lesdits secteurs de virole (20). 6. Anneau (17) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de secteurs de couronne (29) est inférieur au nombre de secteurs de virole 10 (20) et qu'au moins deux secteurs de virole (20) sont montés sur chaque secteur de couronne (29). 7. Anneau (17) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couronne comprend deux secteurs de couronne semi circulaires et la virole comprend 15 au moins six, et de préférence dix, secteurs de virole dont une moitié est portée par chaque secteur de couronne. 8. Anneau (17) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque secteur de couronne (29) comprend une surface cylindrique radialement 20 externe (31) et/ou une surface annulaire radiale (32) d'appui configurée pour coopérer avec une ou des surfaces annulaires complémentaires de chaque secteur de virole (20). 9. Procédé de montage d'un anneau (17) selon l'une des revendications 25 précédentes, comportant les étapes consistant à : - Monter les douilles (24) dans les orifices des secteurs de virole, - Monter les secteurs de virole (20) par coulissement circonférentiel autour des secteurs de couronne (29), de façon à assurer l'immobilisation en rotation des douilles autour de leurs axes de révolution.30