Domaine technique de l'invention

La présente invention se rapporte à un secteur d’un distributeur pour une turbine d’une turbomachine d’aéronef, et plus généralement à un distributeur comprenant de tels secteurs.

Arrière-plan technique

Classiquement, une turbine de turbomachine comprend au moins un étage comportant un distributeur aubagé fixe et une roue aubagée mobile.

Plus précisément, le distributeur comprend une couronne externe et une couronne interne coaxiales suivant un axe X, les couronnes externe et interne étant reliées l’une à l’autre par une rangée annulaire de pales.

Un tel distributeur est habituellement sectorisé et comprend une rangée annulaire de secteurs mis bout à bout autour de l’axe X, chaque secteur comprenant par exemple deux ou trois pales à calage fixe.

La sectorisation du distributeur implique obligatoirement la présence d’un désalignement, aussi petit soit-il, entre les secteurs autour de l’axe X. Ce désalignement peut par exemple être constaté par la présence de marches entre deux secteurs successifs, au niveau des couronnes.

Un tel désalignement implique que la section de passage du distributeur n’est pas homogène autour de l’axe X, au détriment du rendement de la turbomachine. En outre, les marches créées par ce désalignement génèrent des perturbations au sein de l’écoulement, qui ont également un impact négatif sur le rendement de la turbomachine.

Pour corriger ou minimiser ce désalignement, il est possible d’effectuer diverses opérations d’usinage à l’issue du montage du distributeur. Toutefois de telles opérations sont complexes à mettre en œuvre et augmentent considérablement le temps de fabrication du distributeur, au détriment de la productivité. Il est bon de noter que les opérations d’usinage précitées sont uniquement autorisées lors de la fabrication du moteur, et autrement dit avant sa mise en service.

En outre, les motoristes constatent que la section de passage optimale dépend de nombreux paramètres (par exemple environnement extérieur, nombre d’heures de fonctionnement du moteur, etc.), et qu’il serait profitable de pouvoir régler cette section passage tout au long de la durée de vie du moteur, ce qui n’est pas possible actuellement.

L’objectif de la présente invention est donc d’apporter une solution simple, efficace et économique permettant de répondre au moins partiellement aux problématiques précitées.

L’art antérieur comprend également le document US2009/067978A1 .

Résumé de l'invention

L’invention propose ainsi un secteur d’un distributeur pour une turbine d’une turbomachine d’aéronef, le secteur comprenant une plateforme externe et une plateforme interne coaxiales suivant un axe X, le secteur comprenant en outre au moins une pale qui relie entre elles les plateformes externe et interne, caractérisé en ce que la pale est à calage variable autour d’un axe de rotation Y de la pale, la pale comprenant un corps aérodynamique délimité radialement par une tête et un pied, la tête étant placée avec un premier jeu fonctionnel dans une ouverture de la plateforme externe, le pied étant placé avec un second jeu fonctionnel dans une cavité de la plateforme interne, l’axe de rotation Y de la pale étant situé en aval de la tête et du pied.

La mise en place de pales à calage variable sur le distributeur permet de régler la section de passage du distributeur en réglant le calage des différentes pales.

Un tel réglage permet ainsi d’homogénéiser la section de passage du distributeur, au bénéfice du rendement de la turbine, et de manière plus générale de la turbomachine.

Un tel réglage peut être réalisé tout au long de la durée de vie du moteur, à savoir par exemple lors du montage du moteur ou lors de la maintenance du moteur.

Un tel positionnement de l’axe de rotation Y permet de manière générale d’optimiser la section de passage du distributeur.

Le secteur 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 :

- la pale est guidée en rotation autour de son axe de rotation Y via une portion cylindrique de la pale qui est insérée dans un orifice de la plateforme externe et une portion sphérique de la pale qui est insérée dans un logement de la plateforme interne ;

- le calage de la pale est réglé via un élément de commande qui est solidaire de la pale et qui est disposé à l’extérieur de la plateforme externe, l’élément de commande étant guidé par un dispositif de guidage placé entre l’élément de commande et la plateforme externe ;

- l’élément de commande est fixé sur une face externe de la tête de la pale ;

- le dispositif de guidage comprend une armature dans laquelle sont logées des billes porteuses et/ou un patin autolubrifiant ;

- le pied de la pale est maintenu radialement dans la cavité via plusieurs pions, chaque pion étant en partie logé dans un trou du pied et en partie logé dans une rainure de la cavité ;

- le secteur comprend plusieurs pales qui relient chacune les plateformes externe et interne, chacune des pales étant à calage variable autour de son axe de rotation Y.

La présente invention concerne encore un distributeur pour une turbine d’une turbomachine d’aéronef, le distributeur comprenant une pluralité de secteurs tels que décrits précédemment, les secteurs étant mis bout à bout autour de l’axe X. La présente invention concerne également une turbine d’une turbomachine d’aéronef comprenant un distributeur tel que décrit précédemment.

La présente invention concerne en outre une turbomachine d’aéronef comprenant un distributeur tel que décrit précédemment ou une turbine telle que décrite précédemment.

La présente invention concerne enfin un procédé de montage ou de maintenance d’un distributeur tel que décrit précédemment, le procédé comprenant au moins l’étape consistant à : a1 ) régler le calage des pales des secteurs, de manière à homogénéiser la section de passage du distributeur qui est définie entre les plateformes externe et interne des secteurs.

Brève description des figures

L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques 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 :

[Fig.1] la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale d’une turbomachine comprenant un distributeur selon l’invention ;

[Fig.2] la figure 2 est une vue de détail en perspective d’un secteur du distributeur illustré sur la figure 1 ;

[Fig.3] la figure 3 est une vue de détail et en perspective des plateformes externe et interne du secteur illustré sur la figure 2 ;

[Fig .4] la figure 4 est une première vue de détail et en perspective d’une pale du secteur illustré sur la figure 2 ;

[Fig.5] la figure 5 est une seconde vue de détail et en perspective d’une pale du secteur illustré sur la figure 2 ;

[Fig.6] la figure 6 est une vue en perspective illustrant une première étape d’un procédé de montage du secteur illustré sur la figure 2 ;

[Fig.7] la figure 7 est une vue de détail et en perspective de la première étape ; [Fig.8] la figure 8 est une vue en perspective illustrant une seconde étape du procédé de montage du secteur illustré sur la figure 2 ;

[Fig.9] la figure 9 est une vue en perspective illustrant une troisième étape du procédé de montage du secteur illustré sur la figure 2 ;

[Fig.10] la figure 10 est une vue en perspective illustrant une quatrième étape du procédé de montage du secteur illustré sur la figure 2 ;

[Fig.11] la figure 11 est une vue en perspective illustrant une cinquième étape du procédé de montage du secteur illustré sur la figure 2 ;

[Fig.12] la figure 12 est une première vue de détail et en perspective de la cinquième étape ;

[Fig.13] la figure 13 est une seconde vue de détail et en perspective de la cinquième étape ;

[Fig.14] la figure 14 est une vue de dessus illustrant une étape d’un procédé de montage ou de maintenance d’un distributeur selon l’invention ;

[Fig.15] la figure 15 est une vue de face de l’étape illustrée sur la figure 14.

Description détaillée de l'invention

Sur la figure 1 est représentée partiellement une turbomachine 1 d’aéronef, la turbomachine 1 étant par exemple un turboréacteur, un turbopropulseur ou un turbomoteur.

La turbomachine 1 comprend classiquement d’amont en aval, selon le sens d’écoulement des gaz, au moins un compresseur, une chambre de combustion 2 et au moins une turbine 3.

Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1 , la turbomachine 1 comprend une turbine 3 haute pression disposée directement en aval de la chambre de combustion 2 et une turbine basse pression (non représentée) disposée en aval de la turbine 3 haute pression. La turbine 3 haute pression comprend un unique étage haute pression comportant un distributeur 4 et une roue 5 mobile. Le distributeur 4 est disposé directement en aval de la chambre de combustion 2 et la roue 5 est disposée directement en aval du distributeur 4. La roue 5 est mobile en rotation autour d’un axe X longitudinal de la turbomachine 1 .

Le distributeur 4 est annulaire et sectorisé, et comprend ainsi une pluralité de secteurs 6 mis bout à bout autour de l’axe X. Le distributeur 4 et les secteurs 6 du distributeur 4 sont également définis suivant l’axe X.

Chaque secteur 6 comprend une plateforme externe 7 et une plateforme interne 8 coaxiales suivant l’axe X. Le secteur 6 comprend en outre au moins une pale 9 qui relie entre elles les plateformes externe et interne 7, 8.

Selon l’invention, ladite au moins une pale 9 du secteur 6 est à calage variable autour d’un axe de rotation Y de la pale 9. La pale 9 comprend un corps 11 aérodynamique délimité radialement par une tête 12 et un pied 13. La tête 12 est placée avec un premier jeu fonctionnel dans une ouverture 14 de la plateforme externe 7. Le pied 13 est placé avec un second jeu fonctionnel dans une cavité 15 de la plateforme interne 8. L’axe de rotation Y de la pale 9 est situé en aval de la tête 12 et du pied 13.

Un secteur 6 peut bien évidemment comprendre plusieurs pales 9 (par exemple deux ou trois) qui relient chacune les plateformes externe et interne 7, 8, chacune des pales 9 étant à calage variable autour de son axe de rotation Y.

La mise en place de pales à calage variable sur le distributeur permet de régler la section de passage du distributeur en réglant le calage des différentes pales.

Un tel réglage permet ainsi d’homogénéiser la section de passage du distributeur, au bénéfice du rendement de la turbine, et de manière plus générale de la turbomachine.

Un tel réglage peut être réalisé tout au long de la durée de vie du moteur, à savoir par exemple lors du montage du moteur ou lors de la maintenance du moteur.

Un tel positionnement de l’axe de rotation Y permet de manière générale d’optimiser la section de passage du distributeur.

L’exemple illustré n’est en rien limitatif, le distributeur 4 (ou le secteur 6) selon l’invention pourrait être mis en place dans la turbine basse pression de la turbomachine 1 .

Par convention dans la présente demande, on entend par « axial » ou « axialement » toute direction parallèle à l’axe X, et par « radial » ou « radialement » toute direction perpendiculaire à l’axe X.

En outre, par convention dans la présente demande, les termes « interne » et « externe » sont définis radialement par rapport à l’axe X.

Les plateformes externe et interne 7, 8 délimitent une veine 10 dans laquelle s’écoulent les gaz issus de la combustion du mélange air/carburant.

Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine 1.

Tel qu’illustré sur les figures, les plateformes externe et interne 7, 8 se présentent chacune sous la forme d’un arc de cercle autour de l’axe X. Chaque secteur 6 comprend deux pales 9 à calage variable, chacune des pales 9 étant réglable autour de son axe de rotation Y. L’axe de rotation Y d’une pale est sensiblement radial. Le calage d’une pale 9 est généralement quantifié via un angle de calage. Le réglage du calage des pales 9 peut être indépendant ou commun, et autrement dit les pales 9 peuvent être réglées indépendamment les unes des autres, ou de façon commune. Le réglage du calage des pales 9 peut être manuel ou automatique. Dans le cas d’un réglage automatique, le distributeur 4 comprend un dispositif de commande comportant par exemple un ou plusieurs actionneurs et un ou plusieurs mécanismes, le ou les mécanismes reliant le ou les actionneurs aux pales 9. Le réglage du calage des pales 9 est effectué lorsque le moteur est à l’arrêt, par exemple lors du montage ou lors de la maintenance.

Tel qu’indiqué ci-dessus, chaque pale 9 comprend un corps 11 aérodynamique délimité radialement par une tête 12 et un pied 13. La tête 12 est placée avec un premier jeu fonctionnel dans une ouverture 14 de la plateforme externe 7 et le pied 13 est placé avec un second jeu fonctionnel dans une cavité 15 de la plateforme interne 8. Les premier et second jeux fonctionnels sont positifs et dimensionnés pour permettre le réglage du calage sur une plage prédéterminée (par exemple plus ou moins cinq degrés par rapport à une position de référence).

Tel qu’indiqué ci-dessus, l’axe de rotation Y de chaque pale 9 est situé en aval de sa tête 12 et de son pied 13.

Tel qu’illustré sur les figures 4 et 5, le corps 11 de chaque pale 9 est délimité transversalement par un bord d’attaque 16 et un bord de fuite 17, le bord d’attaque 16 étant disposé en amont du bord de fuite 17 suivant le sens d’écoulement des gaz autour de la pale 9. Les bords d’attaque et de fuite 16, 17 sont reliés l’un à l’autre par une face intrados 18 et une face extrados 19 du corps 11 , ces faces intrados et extrados 18, 19 étant incurvées, et respectivement concave et convexe.

La tête 12 de chaque pale 9 présente un contour ou profil semblable à celui du corps 11 , avec des caractéristiques dimensionnelles réduites. La tête 12 s’étend radialement dans le prolongement du corps 11 et est entouré par un épaulement 20. Chaque ouverture 14 de la plateforme externe 7 est traversante et présente un contour ou profil semblable à celui de la tête 12, avec des caractéristiques dimensionnelles augmentées.

Le pied 13 de chaque pale 9 présente un contour ou profil semblable à celui du corps 11 , avec des caractéristiques dimensionnelles réduites. Le pied 13 s’étend radialement dans le prolongement du corps 11 et est entouré par un épaulement 21. Chaque cavité 15 de la plateforme interne 8 est borgne et présente un contour ou profil semblable à celui du pied 13, avec des caractéristiques dimensionnelles augmentées.

Tel qu’illustré sur les figures et notamment les figures 4, 5, 11 et 14, pour faire face aux fortes températures de l’espace environnant, chaque pale 9 est creuse et comprend deux chambres 22 intérieures séparées par une cloison 23. Ces chambres 22 sont alimentées par un flux d’air qui contourne la chambre de combustion 2, le flux d’air étant évacué des chambres 22 par des perforations 24 réalisées dans le corps 11 de la pale 9, de manière à rejoindre le flux de gaz circulant dans la veine 10. Pour optimiser la distribution du flux d’air, une chemise 25 perforée est montée dans chacune des chambres 22 (figure 14).

Avantageusement, chaque pale 9 est guidée en rotation autour de son axe de rotation Y via une portion cylindrique 26 de la pale 9 qui est insérée dans un orifice 27 de la plateforme externe 7 et une portion sphérique 28 de la pale 9 qui est insérée dans un logement 29 de la plateforme interne 8. Les portions cylindrique et sphérique 26, 28 définissent l’axe de rotation Y de la pale 9.

La partie sphérique assure le guidage tout en apportant des degrés de liberté supplémentaires qui sont nécessaires pour faire face aux déformations engendrées par les dilations thermiques, de manière à éviter le grippage en rotation de la pale 9.

Tel qu’illustré sur les figures 4 et 5, la portion cylindrique 26 se trouve directement en aval de la tête 12 et fait saillie vers l’extérieur depuis le corps 11 . La portion sphérique 28 se trouve directement en aval du pied 13 et fait saillie vers l’intérieur depuis le corps 11 .

Un palier peut être intercalé entre la portion cylindrique 26 et l’orifice 27, de manière optimiser le guidage en rotation de la pale 9. De la même manière, un palier peut être intercalé entre la portion sphérique 28 et le logement 29. Avantageusement, le calage de chaque pale 9 est réglé via un élément de commande 30 qui est solidaire de la pale 9 et qui est disposé à l’extérieur de la plateforme externe 7. L’élément de commande 30 est guidé par un dispositif de guidage 31 placé entre l’élément de commande 30 et la plateforme externe 7.

Avantageusement, le dispositif de guidage 31 comprend une armature 34 dans laquelle sont logées des billes porteuses 35 et/ou un patin autolubrifiant. Un patin autolubrifiant est par exemple réalisé en métal fritté (par exemple en bronze) et comprend des pores incorporant du lubrifiant (par exemple de l’huile).

Tel qu’illustré sur les figures, l’élément de commande 30 se présente sous la forme d’une collerette 30 dont le contour ou profil est semblable à celui de la tête 12 (ou de l’ouverture 14). La collerette 30 est fixée sur une face externe 32 libre de la tête 12 de la pale 9, par exemple par brasage. La collerette 30 est ajourée pour permettre l’alimentation en air des chambres 22 intérieures. La collerette 30 comprend un doigt 33 qui peut servir de poignée lorsque le réglage est manuel et indépendant, ou d’interface de liaison lorsque le réglage est commun et réalisé par un dispositif de commande.

Tel qu’illustré sur les figures, le dispositif de guidage 31 borde l’ouverture 14 et comprend une armature 34 dans laquelle sont logées des billes porteuses 35. Les billes porteuses 35 sont réparties de manière régulière dans l’armature 34, de manière à guider la collerette 30 de façon uniforme. Le dispositif de guidage 31 est rapporté sur la plateforme externe 7, et intercalé entre la collerette 30 et la plateforme externe 7. La fixation de la collerette 30 assure le maintien radial de la pale 9 par rapport à la plateforme externe 7. Avantageusement, le pied 13 de chaque pale 9 est maintenu radialement dans la cavité 15 correspondante via plusieurs pions 36, chaque pion 36 étant en partie logé dans un trou 37 du pied 13 et en partie logé dans une rainure 38 de la cavité 15.

Tel qu’illustré sur les figures et notamment les figures 11 à 13, le pied 13 de chaque pale 9 est maintenu radialement dans la cavité 15 correspondante via trois pions 36 répartis, à savoir un premier pion 36 au niveau du bord d’attaque 16, un second pion 36 au niveau de la face intrados 18, et un troisième pion 36 au niveau de la face extrados 19. Les pions 36 sont insérés par les chambres 22 intérieures et fixés à la pale 9, par exemple par brasage. Les rainures 38 réalisées dans la cavité 15 sont oblongues et dimensionnées pour permettre le réglage du calage sur une plage prédéterminée (par exemple plus ou moins cinq degrés par rapport à une position de référence). Tel qu’illustré sur la figure 1 , la plateforme externe 7 de chaque secteur 6 comprend un système d’étanchéité amont 39 configuré pour venir en appui axial avec une paroi externe 40 de la chambre de combustion 2, et un système d’étanchéité aval 41 configuré pour venir en appui axial avec un carter de turbine 42. La plateforme interne 8 de chaque secteur 6 comprend un système d’étanchéité amont 43 configuré pour venir en appui axial avec une paroi interne 44 de la chambre de combustion 2, et deux pattes de fixation 45 configurées pour être solidarisées à une enveloppe 46 entourant la chambre de combustion 2.

Le distributeur 4 comprend également une ou plusieurs plaquettes d’étanchéité (non représentées) entre deux secteurs 6 directement adjacents au niveau des plateformes externe et interne 7, 8, de manière à minimiser les fuites intersecteurs.

Pour des raisons de clarté, les différents systèmes d’étanchéité 39, 41 , 43 ne sont pas représentés sur les figures 2 à 15.

Les pales 9 ou les plateformes externe et interne 7, 8 d’un secteur 6 présentent des formes complexes, ces pièces peuvent par exemple être fabriquées via un procédé de fabrication additive (par exemple par fusion sélective sur lit de poudre) ou via un procédé de moulage en cire perdue.

Un secteur 6 tel qu’illustré sur les figures et tel que décrit précédemment est monté par un procédé de montage comprenant les étapes consistant à : a) rapporter un dispositif de guidage 31 sur la plateforme externe 7, pour chacune des pales 9 ; (figures 6 et 7) b) placer conjointement la tête 12 de la pale 9 dans une ouverture 14 de la plateforme externe 7 et la portion cylindrique 26 associée dans un orifice 27 de la plateforme externe 7, pour chacune des pales 9 ; (figure 8) c) fixer une collerette 30 sur la face externe 32 de la tête 12 de la pale 9, pour chacune des pales 9 ; (figure 9) d) placer conjointement les pieds 13 des pales 9 dans les cavités 15 de la plateforme interne 8 et les portions sphériques 28 associées dans les logements 29 de la plateforme interne 8 ; (figure 10) e) insérer chacun des trois pions 36 dans un trou 37 du pied 13 de la pale 9 et dans une rainure 38 associée, pour chacune des pales 9 ; (figures 11 -13) f) fixer les trois pions 36 à la pale 9, pour chacune des pales 9 ; g) monter les systèmes d’étanchéité amont et aval 39, 41 sur la plateforme externe 7, et le système d’étanchéité amont 43 sur le plateforme interne 8. L’étape a) peut être réalisée en brasant ou soudant l’armature 34 à la plateforme externe 7.

L’étape c) peut être réalisée en brasant ou soudant la collerette 30 sur la tête 12 de la pale 9.

Lors de l’étape e), les pions 36 sont insérés par les chambres 22 intérieures. L’étape f) peut être réalisée en brasant ou soudant les pions 36 aux surfaces intérieures définissant les chambres 22, les brasures ou soudures étant réalisées dans les chambres 22 intérieures.

Le distributeur 4 tel que décrit précédemment est monté par un procédé de montage comprenant au moins l’étape consistant à : a1 ) régler le calage des pales 9 des secteurs 6, de manière à homogénéiser la section de passage du distributeur 4 qui est définie entre les plateformes externe et interne 7, 8 des secteurs 6 (figures 14 et 15).

Préalablement à l’étape a1 ), les secteurs 6 du distributeur 4 peuvent être mis bout à bout autour de l’axe X.

Tel qu’illustré sur la figure 14 par les flèches, lors de l’étape a1 ), le doigt 33 de chaque pale 9 est actionné suivant une direction tangentielle ou circonférentielle (dans un sens ou dans l’autre), de manière à régler le calage de la pale 9.

Le distributeur 4 tel que décrit précédemment est maintenu par un procédé de maintenance comprenant au moins l’étape consistant à : a1 ) régler le calage des pales 9 des secteurs 6, de manière à homogénéiser la section de passage du distributeur 4 qui est définie entre les plateformes externe et interne 7, 8 des secteurs 6 (figures 14 et 15).

Tel qu’illustré sur la figure 14 par les flèches, lors de l’étape a1 ), le doigt 33 de chaque pale 9 est actionné suivant une direction tangentielle ou circonférentielle (dans un sens ou dans l’autre), de manière à régler le calage de la pale 9.

Pour des raisons de clarté, un seul secteur 6 du distributeur 4 est représenté sur les figures 14 et 15.