L'invention se rapporte au domaine des aubes orientables de turbomachine axiale. Plus précisément, l'invention concerne la liaison pivot entre une virole interne et une aube orientable de turbomachine. L'invention a également trait à une turbomachine axiale, notamment un turboréacteur d'avion ou un turbopropulseur d'aéronef.
Spécifiquement, l'invention concerne un ensemble pour stator de turbomachine axiale, une turbomachine et un procédé d'assemblage d'un ensemble pour stator de turbomachine.
De manière courante, plusieurs rangées d'aubes orientables peuvent équiper un carter statorique de compresseur de turboréacteur. De telles aubes peuvent pivoter pendant le fonctionnement du moteur. Leurs pales cambrées basculent par rapport au flux primaire qu'elles traversent, ce qui permet d'adapter leur action en fonction du régime moteur et des conditions de vol. La plage de fonctionnement et le rendement sont ainsi étendus.
Dans une optique de simplification de montage, ou tout simplement pour que le montage soit physiquement possible, la virole interne qui est suspendue aux aubes orientables peut être scindée en deux parties axiales. Ces deux parties peuvent se réunir afin de renfermer les paliers tournants autour des tourillons internes des aubes orientables.
Le document
L'invention a pour objectif de résoudre au moins un des problèmes posés par l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif d'améliorer le maintien d'un palier articulant une aube orientable par rapport à une virole. L'invention a également pour objectif de proposer une solution simple, résistante, légère, économique, fiable, facile à produire, commode d'entretien, étanche, et d'inspection aisée.
L'invention a pour objet un ensemble pour stator de turbomachine axiale, notamment pour compresseur de turbomachine, l'ensemble comprenant : une virole, éventuellement une virole interne, qui est divisée axialement en deux parties ; une poche formée dans la virole ; un palier disposé dans la poche ; et une aube orientable montée de manière pivotante dans le palier autour d'un axe de pivotement ; la virole comprenant une interface de séparation axiale des parties qui est décalée axialement de l'axe de pivotement de l'aube orientable; remarquable en ce que le palier comprend un orifice traversant et excentré axialement.
Selon un mode avantageux de l'invention, le palier assure une étanchéité entre l'aube orientable et la virole interne, éventuellement le palier remplit totalement la poche.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'interface de séparation délimite axialement le palier, l'une des parties comprenant éventuellement une surface circulaire plate en contact du palier.
Selon un mode avantageux de l'invention, le palier est plus long axialement que large selon la circonférence, et/ou plus large qu'épais radialement.
Selon un mode avantageux de l'invention, la poche comprend un fond étanche, éventuellement en contact du palier.
Selon un mode avantageux de l'invention, le palier comprend deux faces latérales généralement parallèles, lesdites faces s'étendant éventuellement sur la majorité de la longueur axiale dudit palier.
Selon un mode avantageux de l'invention, la poche est majoritairement ou totalement formée dans l'une des parties, éventuellement dans la partie amont. Selon un mode avantageux de l'invention, la partie aval comprend un joint annulaire, éventuellement avec un matériau abradable, qui est séparé axialement et/ou radialement du palier.
Selon un mode avantageux de l'invention, le palier comprend une face externe avec une surface plane et circulaire.
Selon un mode avantageux de l'invention, le palier comprend des moyens de blocage en rotation, notamment une face plane, coopérant avec une cloison de poche.
Selon un mode avantageux de l'invention, le palier comprend une portion en surépaisseur radiale formant partiellement la surface externe de la virole.
L'invention a également pour objet une turbomachine comprenant un ensemble pour stator, remarquable en ce que l'ensemble est conforme à l'invention, préférentiellement la turbomachine comprend un carter intermédiaire avec un moyeu interne.
Selon un mode avantageux de l'invention, le carter intermédiaire comprend une face aval ; l'ensemble étant monté sur ladite face aval.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'une des parties de la virole est en contact du moyeu interne, et/ou l'une des parties de la virole est à distance axialement du moyeu interne.
L'invention a également pour objet un procédé d'assemblage d'un ensemble pour stator de turbomachine, l'ensemble comprenant une virole externe, une virole interne avec une poche occupée par un palier tournant en liaison avec une aube orientable, la virole interne étant scindée axialement en une première partie et en une deuxième partie, le procédé comprenant les étapes suivantes : (b) mise en place d'une première partie de virole ; (c) introduction radiale de l'aube orientable dans un support ; (d) engagement radial du palier à l'intérieur de l'aube orientable ; le palier comprenant une face de guidage axial; remarquable en ce que le procédé comprend en outre une étape (e) montage de la deuxième partie en glissant contre la face de guidage axial du palier ; l'ensemble étant conforme à l'invention.
Selon un mode avantageux de l'invention, lors de l'étape (b) mise en place d'une première partie, ladite partie coopère avec un dispositif d'étanchéité du rotor de la turbomachine.
De manière générale, les modes avantageux de chaque objet de l'invention sont également applicables aux autres objets de l'invention. Dans la mesure du possible, chaque objet de l'invention est combinable aux autres objets. Les objets de l'invention sont également combinables aux modes de réalisation de la description, qui en plus sont combinables entre eux.
L'invention optimise le maintien des paliers grâce à leur asymétrie qui se répercute sur les parties de la virole. Décaler l'interface entre les parties permet également d'offrir plus d'espace d'utilisation d'un outil provisoire de maintien des douilles. En outre, le contour des paliers leur permet de mieux gagner leur place dans les poches. Le stator est plus économique à produire.
La configuration des parties de virole ; comme le caractère remplissant des paliers ; augmente l'étanchéité et donc le rendement de la turbomachine. La forme close du fond des poches accroit encore l'étanchéité, tout en augmentant la rigidité de la partie correspondante.
Dans la description qui va suivre, les termes interne et externe renvoient à un positionnement par rapport à l'axe de rotation d'une turbomachine axiale. La direction axiale correspond à la direction le long de l'axe de rotation de la turbomachine. La direction radiale est perpendiculaire à l'axe de rotation. L'amont et l'aval sont en référence au sens d'écoulement principal du flux dans la turbomachine.
La
Un ventilateur d'entrée communément désigné fan, ou soufflante, 16 est couplé au rotor 12 et génère un flux d'air qui se divise en un flux primaire 18 traversant les différents niveaux sus mentionnés de la turbomachine, et un flux secondaire 19 traversant un conduit annulaire (partiellement représenté) en générant une poussée utile à la propulsion d'un avion.
La
Le compresseur comprend un stator 20 avec une virole externe 22 monobloc qui peut former le carter externe du compresseur. La virole externe 22 est d'un seul tenant. Elle décrit une boucle fermée. Elle présente une continuité de matière circulaire et/ou une homogénéité circulaire. Elle peut être monobloc sur toute sa longueur. Elle peut comprendre une portion venue de matière.
Le rotor 12 peut comprendre plusieurs rangées d'aubes rotoriques 24, par exemple deux ou trois ou d'avantage de rangées rotoriques (une seule visible). Malgré la rotation du rotor 12, l'inclinaison dans l'espace des cordes des aubes rotoriques 24 reste invariante par rapport à l'axe de rotation 14. Les aubes rotoriques 24 peuvent former un disque monobloc ; c'est-à-dire qu'elles sont indissociables de leur jante support 25. Un tel agencement est également connu sous le terme « blisk ».
Le compresseur 4 comprend plusieurs redresseurs, par exemple au moins deux, ou au moins trois ou au moins quatre redresseurs. Chaque redresseur comprend une rangée annulaire d'aubes statoriques 26. Ces aubes sont statoriques en ce sens qu'elles sont montées sur le stator 20 et restent donc en contact de ce dernier. Les redresseurs sont associés au fan ou à une rangée d'aubes rotoriques 24 pour redresser leurs flux d'air, de sorte à convertir la vitesse du flux en pression statique.
Les aubes statoriques 26 comprennent des aubes statoriques à orientation pilotée 26. Ces aubes orientables 26 s'étendent radialement vers l'intérieur de la virole extérieure 22 et décrivent une rangée annulaire. Ces aubes orientables 26 sont également appelées aubes à calage variable, ou selon l'acronyme anglo-saxon « VSV » pour « Variable Stator Vane ». Leur particularité est qu'elles peuvent pivoter sur elles-mêmes, si bien que l'inclinaison de leurs cordes peut varier par rapport à l'axe de rotation 14 du compresseur 4, et ce pendant son fonctionnement.
Leurs aubes peuvent balayer avec leurs cordes un angle d'au moins 30° entre deux positions extrêmes. Leurs faces intrados et extrados peuvent être plus ou moins exposées au flux primaire 18. Les aubes orientables 26 peuvent pivoter par rapport au flux 18, si bien qu'elles couvrent plus ou moins la veine fluide grâce à leurs pales. Elles peuvent intercepter davantage le flux primaire 18. La largeur circonférentielle qu'elles occupent peut varier. Leur bord d'attaque et leur bord de fuite peuvent se rapprocher ou s'éloigner des aubes de la même rangée. En étant plus ou moins inclinées par rapport au sens d'écoulement général, elles dévient plus ou moins le flux primaire 18 pour moduler le redressement de flux qu'elles procurent. Ainsi, la turbomachine et le compresseur peuvent suivre différentes courbes de rendements lors du fonctionnement. Les aubes statoriques peuvent comprendre d'autres rangées annulaires d'aubes 28 ; ces autres aubes étant éventuellement à orientation fixe ou à orientation pilotée.
Le stator 20 du compresseur 4 comprend une virole interne 30 suspendue aux extrémités internes des aubes orientables 26, mais tout en conservant le caractère pivotant des aubes orientables 26. A cet effet, la virole interne 30 est équipée de paliers tournants 32 qui sont montés autour des tourillons internes 34 des aubes orientables 26. Radialement à l'opposé, les aubes orientables 26 présentent des tourillons externes 36 engagés dans des orifices 38, éventuellement formés au travers de bossages 40. Les tourillons (34 ; 36) peuvent former des tiges cylindriques, et peuvent être venus de matière avec leur pale. Le système de commande des aubes orientables est bien connu de l'homme du métier et ne sera pas détaillé davantage.
Le stator 20 comporte un carter intermédiaire 42, faisant partie de la structure portante de la turbomachine. Ce carter intermédiaire 42 peut recevoir un bec de séparation (non représenté). Le carter intermédiaire 42 peut comprendre une portion externe 44, des bras de carter 46 formant des supports traversant le flux primaire 18, et un moyeu interne 48 qui peut rejoindre la virole interne 30.
La virole externe 22 peut comprendre une paroi annulaire 50 et une bride amont 52 fixée à la portion externe 44 du carter intermédiaire 42. La paroi 50 peut être venue de matière. Elle peut s'étendre tout le long axialement des aubes orientables 26 et éventuellement des autres aubes.
Selon une option de l'invention, la surface interne 56 de la virole externe 22 présente un diamètre interne qui décroit vers l'aval et qui épouse les extrémités externes des aubes rotoriques 24. Cette configuration impose donc de placer les aubes rotoriques 24 dans la virole externe 22 avant de monter les aubes orientables 26 et leur virole interne 30. Le contraire ne serait pas physiquement possible en raison du caractère monobloc de la virole externe 22.
En réponse à cette contrainte technique, la virole interne 30 est scindée. Elle est divisée axialement en une partie amont 60 et en une partie aval 62. Ces parties peuvent chacune former une boucle fermée. Au moins une ou chaque partie (60 ; 62) est monobloc, c'est-à-dire qu'elle(s) présent(ent) une continuité de matière circulaire. Alternativement, l'une d'elle est segmentée angulairement. Toutefois une configuration monobloc améliore la rigidité et le maintien de la virole interne 30 via les tourillons internes 34, qui forment des liaisons pivot ; soit une liaison mécanique à un seul degré de liberté.
Bien qu'une seule aube orientable 26 et qu'un seul palier 32 ne soient visibles, le présent enseignement peut s'appliquer à toute leur rangée.
La
La partie amont 60 et la partie aval 62 sont représentées depuis l'extérieur. La partie amont 60 présente une rangée annulaire de poches 64, quatre d'entre elles étant représentées. Les poches 64 présentent chacune un fond 66 fermé permettant une étanchéité contre la partie aval 62. Elles peuvent se terminer contre l'interface de séparation axiale 68 des parties axiales (60 ; 62). L'interface de séparation axiale 68 peut être un plan perpendiculaire à l'axe de rotation 14, ou être sensiblement conique. Les poches 66 ont des formes de la lettre « U » retournée, les paliers étant de forme complémentaire à celle de ces poches 64. Ces poches 64 sont séparées par des cloisons étanches 69.
La
Le palier 32 est monobloc. Il présente une portion amont hémicylindrique, et une portion aval rectangulaire dotée de faces latérales 70 de guidage axial. Ces faces 70 peuvent être parallèles. Un orifice 72 destiné à recevoir le tourillon interne de l'aube orientable est à l'interface des portions. Une surface plane 74 en forme de disque entoure l'orifice 72. En complément, le palier présente une surépaisseur radiale 76, qui est en élévation par rapport à la surface plane 74. La surépaisseur 76 peut joindre une extrémité axiale du palier, par exemple sa facette aval 78 plane qui permet un blocage en rotation contre la partie aval de la virole.
Bien qu'un seul palier 32 ne soit représenté, cet enseignement peut s'appliquer à toute sa rangée annulaire.
La
L'axe de pivotement 80 est distant de l'interface axiale 68 entre les parties (60 ; 62). Ceci permet de mieux maintenir le palier 32 dans l'une des parties ; en l'occurrence dans la partie amont 60. L'aspect distant peut être mesuré dans la matière de la virole 30.
La surépaisseur 76 affleure l'extérieur de la virole 30. La surépaisseur 76 peut former partiellement la surface extérieure 82 de la virole interne 30 ; surface extérieure 82 qui permet de délimiter et de guider le flux primaire 18 dans la turbomachine. Cette surépaisseur 76 permet de combler un espace de la virole 30 tout en s'accommodant de son caractère compact. Par exemple, le profil de la virole interne peut présenter une longueur supérieure ou égale au double de son épaisseur radiale. La surépaisseur 76 peut former une séparation entre la partie aval 62 et le disque platine 84 de l'aube orientable 26. En particulier, elle peut glisser contre le contour cylindrique du disque 84.
Le rotor 12 coopère de manière étanche avec la partie aval 62, éventuellement au niveau d'un joint abradable 86. Le palier 32 ne chevauche pas le joint annulaire 86 puisque l'interface 68 les sépare.
La
Le procédé peut comporter les étapes suivantes, éventuellement réalisées dans l'ordre qui suit :
Lors de l'étape (b) mise en place 102, la première partie mise en place est en contact du rotor, par exemple autour et/ou au contact d'un joint du rotor. Ce joint peut être un jeu de léchettes. Le joint peut centrer la partie aval par rapport au rotor. L'autre partie peut être libre de joint.
Lors de l'étape (d) engagement 106, le palier glisse radialement contre la première partie, notamment contre la partie aval, et est chaussé autour du tourillon interne de l'aube orientable.
Pendant l'étape (e) montage 108, la partie amont est translatée axialement tout en étant guidée par les faces de guidage. Puisque les paliers peuvent tourner par rapport aux tourillons, ils tournent de sorte à s'axer dans leur poche, ce qui simplifie le rapprochement de la partie amont.
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