CA2531519C - Circuits de refroidissement pour anneau fixe de turbine a gaz - Google Patents
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Abstract
Anneau fixe entourant un passage de gaz chauds (14) d'une turbine à gaz, ledit anneau étant entouré d'un logement annulaire fixe (2) de façon à définir une chambre annulaire de refroidissement (26) dans laquelle débouche au moins un orifice d'alimentation en air de refroidissement (28), ledit anneau étant composé d'une pluralité de segments d'anneau (16), chaque segment d'anneau (16) comportant un circuit interne de refroidissement supérieur (A) et un circuit interne de refroidissement inférieur (B), ledit circuit de refroidissement inférieur (B) étant indépendant dudit circuit de refroidissement supérieur (A) et décalé radialement par rapport audit circuit de refroidissement supérieur (A).
Description
Titre de l'invention Circuits de refroidissement pour anneau fixe de turbine à gaz Arrière-plan de l'invention La présente invention est relative aux anneaux fixes entourant des passages de gaz de turbines à gaz, et plus particulièrement au refroidissement des anneaux fixes de turbine à gaz.
Une turbine à gaz, notamment une turbine haute-pression de turbomachine, comporte typiquement une pluralité d'aubes fixes disposées en alternance avec une pluralité d'aubes mobiles dans le passage de gaz chauds issus de la chambre de combustion de la turbomachine. Les aubes mobiles de la turbine sont entourées sur toute la circonférence par un anneau fixe qui est généralement formé d'une pluralité de segments d'anneau. Ces segments d'anneau définissent en partie le passage pour l'écoulement des gaz chauds à travers les aubes de la turbine.
Les segments d'anneau de la turbine sont ainsi soumis aux températures élevées des gaz chauds issus de la chambre de combustion de la turbomachine. Pour la tenue mécanique et thermique de l'anneau de turbine, il est donc nécessaire de munir les segments d'anneau de dispositifs de refroidissement.
L'une des méthodes connues de refroidissement consiste à
alimenter en air de refroidissement une plaque d'impact montée sur le corps des segments d'anneau. La plaque est munie d'une pluralité
d'orifices pour le passage de l'air qui vient, sous la différence de pression de part et d'autre de la plaque, refroidir le segment d'anneau par impact.
L'air de refroidissement est alors évacué dans le passage des gaz chauds par des perçages pratiqués au travers du segment d'anneau.
Une telle méthode ne permet pas d'obtenir un refroidissement efficace et homogène des segments d'anneau, notamment au niveau de l'extrémité amont du segment d'anneau qui est une zone particulièrement exposée aux gaz chauds. La durée de vie des segments d'anneau s'en trouve donc affectée. Par ailleurs, cette technologie nécessite un prélèvement trop important en air de refroidissement, ce qui diminue les performances de la turbine.
Une turbine à gaz, notamment une turbine haute-pression de turbomachine, comporte typiquement une pluralité d'aubes fixes disposées en alternance avec une pluralité d'aubes mobiles dans le passage de gaz chauds issus de la chambre de combustion de la turbomachine. Les aubes mobiles de la turbine sont entourées sur toute la circonférence par un anneau fixe qui est généralement formé d'une pluralité de segments d'anneau. Ces segments d'anneau définissent en partie le passage pour l'écoulement des gaz chauds à travers les aubes de la turbine.
Les segments d'anneau de la turbine sont ainsi soumis aux températures élevées des gaz chauds issus de la chambre de combustion de la turbomachine. Pour la tenue mécanique et thermique de l'anneau de turbine, il est donc nécessaire de munir les segments d'anneau de dispositifs de refroidissement.
L'une des méthodes connues de refroidissement consiste à
alimenter en air de refroidissement une plaque d'impact montée sur le corps des segments d'anneau. La plaque est munie d'une pluralité
d'orifices pour le passage de l'air qui vient, sous la différence de pression de part et d'autre de la plaque, refroidir le segment d'anneau par impact.
L'air de refroidissement est alors évacué dans le passage des gaz chauds par des perçages pratiqués au travers du segment d'anneau.
Une telle méthode ne permet pas d'obtenir un refroidissement efficace et homogène des segments d'anneau, notamment au niveau de l'extrémité amont du segment d'anneau qui est une zone particulièrement exposée aux gaz chauds. La durée de vie des segments d'anneau s'en trouve donc affectée. Par ailleurs, cette technologie nécessite un prélèvement trop important en air de refroidissement, ce qui diminue les performances de la turbine.
2 Objet et résumé de l'invention La présente invention vise donc à pallier de tels inconvénients en proposant un anneau fixe de turbine à gaz dont chaque segment d'anneau est muni de circuits internes de refroidissement nécessitant un faible débit en air et permettant de refroidir efficacement le segment d'anneau par convection thermique.
A cet effet, il est prévu un anneau fixe entourant un passage de gaz chauds d'une turbine à gaz, l'anneau étant entouré d'un logement annulaire fixe de façon à définir une chambre annulaire de refroidissement dans laquelle débouche au moins un orifice d'alimentation en air de refroidissement, l'anneau étant composé d'une pluralité de segments d'anneau, caractérisé en ce que chaque segment d'anneau comporte un circuit interne de refroidissement supérieur et un circuit interne de refroidissement inférieur, le circuit de refroidissement inférieur étant indépendant du circuit de refroidissement supérieur et décalé radialement par rapport au circuit refroidissement supérieur.
Les circuits internes de refroidissement supérieur et inférieur bénéficient de coefficients d'échanges thermiques élevés afin d'assurer un refroidissement efficace et homogène de chaque segment d'anneau. Ces circuits permettent notamment de refroidir les zones du segment d'anneau qui sont les plus exposées aux gaz chauds. Il est ainsi possible de diminuer le débit d'air nécessaire au refroidissement des segments d'anneau, même dans des conditions thermodynamiques sévères de fonctionnement de la turbine.
De la sorte, la durée de vie de l'anneau fixe de la turbine peut être augmentée et les performances de la turbine ne sont que peu affectées par les prélèvements d'air destinés au refroidissement des segments d'anneau.
Le circuit de refroidissement supérieur permet notamment d'assurer le refroidissement du côté amont du segment d'anneau et d'améliorer l'efficacité du circuit de refroidissement inférieur. Le circuit de refroidissement inférieur permet de refroidir la surface interne du segment d'anneau et éventuellement les segments d'anneau adjacents.
A cet effet, il est prévu un anneau fixe entourant un passage de gaz chauds d'une turbine à gaz, l'anneau étant entouré d'un logement annulaire fixe de façon à définir une chambre annulaire de refroidissement dans laquelle débouche au moins un orifice d'alimentation en air de refroidissement, l'anneau étant composé d'une pluralité de segments d'anneau, caractérisé en ce que chaque segment d'anneau comporte un circuit interne de refroidissement supérieur et un circuit interne de refroidissement inférieur, le circuit de refroidissement inférieur étant indépendant du circuit de refroidissement supérieur et décalé radialement par rapport au circuit refroidissement supérieur.
Les circuits internes de refroidissement supérieur et inférieur bénéficient de coefficients d'échanges thermiques élevés afin d'assurer un refroidissement efficace et homogène de chaque segment d'anneau. Ces circuits permettent notamment de refroidir les zones du segment d'anneau qui sont les plus exposées aux gaz chauds. Il est ainsi possible de diminuer le débit d'air nécessaire au refroidissement des segments d'anneau, même dans des conditions thermodynamiques sévères de fonctionnement de la turbine.
De la sorte, la durée de vie de l'anneau fixe de la turbine peut être augmentée et les performances de la turbine ne sont que peu affectées par les prélèvements d'air destinés au refroidissement des segments d'anneau.
Le circuit de refroidissement supérieur permet notamment d'assurer le refroidissement du côté amont du segment d'anneau et d'améliorer l'efficacité du circuit de refroidissement inférieur. Le circuit de refroidissement inférieur permet de refroidir la surface interne du segment d'anneau et éventuellement les segments d'anneau adjacents.
3 Les circuits internes de refroidissement supérieur et inférieur sont indépendants l'un de l'autre, ce qui présente comme avantages de pouvoir dissocier le refroidissement assuré par chaque circuit de refroidissement et d'adapter le débit d'air alimentant chaque circuit. Par exemple, on pourra utiliser un débit important pour le circuit supérieur afin de refroidir efficacement le côté amont du segment d'anneau (qui est la zone la plus chaude) et un débit moins important pour le circuit inférieur. L'indépendance entre les circuits de refroidissement permet également d'optimiser le refroidissement de manière indépendante.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures - la figure 1 représente schématiquement une partie d'une turbine à gaz illustrant l'emplacement d'un anneau fixe par rapport à celui des aubes mobiles ;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un segment d'anneau selon un mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 3 et 4 sont des vues en coupes respectives selon III-III et IV-IV de la figure 2 ;
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un segment d'anneau selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 6 est une vue en coupe selon VI-VI de la figure 5.
Description détaillée d'un mode de réalisation On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente schématiquement une partie d'une turbine haute-pression 1 d'une turbomachine.
La turbine haute-pression 1 comporte notamment un logement annulaire fixe 2 formant un carter de la turbomachine. Un anneau fixe 4 de turbine est fixé à ce logement 2 et entoure une pluralité d'aubes mobiles 6 de la turbine. Ces aubes mobiles 6 sont disposées en amont d'aubes fixes 8 par rapport à la direction d'écoulement 10 de gaz chauds
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures - la figure 1 représente schématiquement une partie d'une turbine à gaz illustrant l'emplacement d'un anneau fixe par rapport à celui des aubes mobiles ;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un segment d'anneau selon un mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 3 et 4 sont des vues en coupes respectives selon III-III et IV-IV de la figure 2 ;
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un segment d'anneau selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 6 est une vue en coupe selon VI-VI de la figure 5.
Description détaillée d'un mode de réalisation On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente schématiquement une partie d'une turbine haute-pression 1 d'une turbomachine.
La turbine haute-pression 1 comporte notamment un logement annulaire fixe 2 formant un carter de la turbomachine. Un anneau fixe 4 de turbine est fixé à ce logement 2 et entoure une pluralité d'aubes mobiles 6 de la turbine. Ces aubes mobiles 6 sont disposées en amont d'aubes fixes 8 par rapport à la direction d'écoulement 10 de gaz chauds
4 issus d'une chambre de combustion 12 de la turbomachine et traversant la turbine. Ainsi, l'anneau 4 de turbine entoure un passage 14 d'écoulement des gaz chauds.
De manière générale, l'anneau de turbine 4 se compose d'une pluralité de segments d'anneau disposés circonférentiellement autour de l'axe de la turbine (non représenté) de façon à former une surface circulaire et continue. Toutefois, on peut aussi imaginer que l'anneau de turbine ne soit composé que d'une seule et même pièce continue. La présente invention s'applique indifféremment à un anneau unique de turbine et à un segment d'anneau de turbine.
En se référant à la figure 2, on voit que chaque segment d'anneau 16 formant l'anneau fixe présente une surface annulaire interne 18 et une surface annulaire externe 20 décalée radialement par rapport à
la surface interne 18. La surface interne 18 est en regard du passage 14 d'écoulement des gaz chauds. Chaque segment d'anneau 16 présente en outre, au niveau de sa paroi transversale amont 16a, un crochet amont 22 et, au niveau de sa paroi transversale aval 16b, un crochet aval 24. Les crochets amont 22 et aval 24 permettent la fixation du segment d'anneau 16 sur le logement annulaire fixe 2 de la turbine.
Le logement annulaire fixe 2 et l'anneau de turbine formé par les segments d'anneau 16 définissent entre eux une chambre annulaire de refroidissement 26 qui est alimentée en air de refroidissement par l'intermédiaire d'au moins un orifice 28 traversant le logement annulaire fixe 2. L'air de refroidissement alimentant cette chambre de refroidissement 26 provient typiquement d'une partie de l'air extérieur qui traverse une soufflante et contourne la chambre de combustion de la turbomachine.
Selon l'invention, chaque segment d'anneau 16 est muni d'un circuit interne de refroidissement supérieur A et d'un circuit interne de refroidissement inférieur B, B', le circuit de refroidissement inférieur B, B' étant indépendant du circuit de refroidissement supérieur A et décalé
radialement par rapport à celui-ci. Ces circuits de refroidissement supérieur A et inférieur B, B' permettent d'assurer un refroidissement des segments d'anneau par convection thermique.
Plus précisément, le circuit de refroidissement supérieur A est destiné à refroidir la surface annulaire externe 20 et le côté amont du segment d'anneau 16 qui est le côté du segment d'anneau le plus exposé
aux gaz chauds. Le circuit de refroidissement inférieur B, B' permet de refroidir la surface annulaire interne 18 du segment d'anneau 16 qui est la surface la plus exposée à l'écoulement des gaz chauds. Le circuit de
De manière générale, l'anneau de turbine 4 se compose d'une pluralité de segments d'anneau disposés circonférentiellement autour de l'axe de la turbine (non représenté) de façon à former une surface circulaire et continue. Toutefois, on peut aussi imaginer que l'anneau de turbine ne soit composé que d'une seule et même pièce continue. La présente invention s'applique indifféremment à un anneau unique de turbine et à un segment d'anneau de turbine.
En se référant à la figure 2, on voit que chaque segment d'anneau 16 formant l'anneau fixe présente une surface annulaire interne 18 et une surface annulaire externe 20 décalée radialement par rapport à
la surface interne 18. La surface interne 18 est en regard du passage 14 d'écoulement des gaz chauds. Chaque segment d'anneau 16 présente en outre, au niveau de sa paroi transversale amont 16a, un crochet amont 22 et, au niveau de sa paroi transversale aval 16b, un crochet aval 24. Les crochets amont 22 et aval 24 permettent la fixation du segment d'anneau 16 sur le logement annulaire fixe 2 de la turbine.
Le logement annulaire fixe 2 et l'anneau de turbine formé par les segments d'anneau 16 définissent entre eux une chambre annulaire de refroidissement 26 qui est alimentée en air de refroidissement par l'intermédiaire d'au moins un orifice 28 traversant le logement annulaire fixe 2. L'air de refroidissement alimentant cette chambre de refroidissement 26 provient typiquement d'une partie de l'air extérieur qui traverse une soufflante et contourne la chambre de combustion de la turbomachine.
Selon l'invention, chaque segment d'anneau 16 est muni d'un circuit interne de refroidissement supérieur A et d'un circuit interne de refroidissement inférieur B, B', le circuit de refroidissement inférieur B, B' étant indépendant du circuit de refroidissement supérieur A et décalé
radialement par rapport à celui-ci. Ces circuits de refroidissement supérieur A et inférieur B, B' permettent d'assurer un refroidissement des segments d'anneau par convection thermique.
Plus précisément, le circuit de refroidissement supérieur A est destiné à refroidir la surface annulaire externe 20 et le côté amont du segment d'anneau 16 qui est le côté du segment d'anneau le plus exposé
aux gaz chauds. Le circuit de refroidissement inférieur B, B' permet de refroidir la surface annulaire interne 18 du segment d'anneau 16 qui est la surface la plus exposée à l'écoulement des gaz chauds. Le circuit de
5 refroidissement supérieur A permet également d'améliorer l'efficacité du refroidissement réalisé par le circuit inférieur B, B'.
On décrira un mode de réalisation du segment d'anneau selon l'invention en se référant aux figures 2 à 4.
Sur ces figures, le circuit de refroidissement supérieur A
comporte au moins une première cavité interne 32 qui s'étend angulairement entre des parois longitudinales 16c, 16d du segment d'anneau 16. Cette première cavité 32 s'étend également axialement sur une partie seulement de la largeur du segment d'anneau 16 définie entre ses parois transversales amont 16a et aval 16b.
Le circuit de refroidissement supérieur A comporte également au moins une seconde cavité interne 34 s'étendant angulairement entre les parois longitudinales 16c, 16d du segment d'anneau 16. Cette seconde cavité 34 est disposée axialement en amont de la première cavité 32, c'est à dire entre une paroi transversale amont de la première cavité 32 et la paroi transversale amont 16a du segment d'anneau 16. La largeur de la seconde cavité 34 (c'est à dire la distance entre ses parois transversales) est sensiblement inférieure à celle de la première cavité 32.
Au moins un orifice d'alimentation en air de refroidissement 36 s'ouvre dans la chambre de refroidissement 26 et débouche dans la première cavité 32 afin d'alimenter le circuit supérieur A en air de refroidissement. Plus précisément, cet orifice d'alimentation 36 s'ouvre dans la chambre de refroidissement 26 et débouche du côté aval de la première cavité 32.
Une pluralité de trous d'émission 38 s'ouvrant dans la première cavité 32 et débouchant dans la seconde cavité 34 sont également prévus.
Ces trous d'émission 38 permettent de refroidir par impact d'air la seconde cavité 34.
Le circuit de refroidissement supérieur A comporte en outre une pluralité de trous de sortie 40a, 40b s'ouvrant dans la seconde cavité 34 et débouchant dans le passage 14 des gaz chauds, du côté amont du
On décrira un mode de réalisation du segment d'anneau selon l'invention en se référant aux figures 2 à 4.
Sur ces figures, le circuit de refroidissement supérieur A
comporte au moins une première cavité interne 32 qui s'étend angulairement entre des parois longitudinales 16c, 16d du segment d'anneau 16. Cette première cavité 32 s'étend également axialement sur une partie seulement de la largeur du segment d'anneau 16 définie entre ses parois transversales amont 16a et aval 16b.
Le circuit de refroidissement supérieur A comporte également au moins une seconde cavité interne 34 s'étendant angulairement entre les parois longitudinales 16c, 16d du segment d'anneau 16. Cette seconde cavité 34 est disposée axialement en amont de la première cavité 32, c'est à dire entre une paroi transversale amont de la première cavité 32 et la paroi transversale amont 16a du segment d'anneau 16. La largeur de la seconde cavité 34 (c'est à dire la distance entre ses parois transversales) est sensiblement inférieure à celle de la première cavité 32.
Au moins un orifice d'alimentation en air de refroidissement 36 s'ouvre dans la chambre de refroidissement 26 et débouche dans la première cavité 32 afin d'alimenter le circuit supérieur A en air de refroidissement. Plus précisément, cet orifice d'alimentation 36 s'ouvre dans la chambre de refroidissement 26 et débouche du côté aval de la première cavité 32.
Une pluralité de trous d'émission 38 s'ouvrant dans la première cavité 32 et débouchant dans la seconde cavité 34 sont également prévus.
Ces trous d'émission 38 permettent de refroidir par impact d'air la seconde cavité 34.
Le circuit de refroidissement supérieur A comporte en outre une pluralité de trous de sortie 40a, 40b s'ouvrant dans la seconde cavité 34 et débouchant dans le passage 14 des gaz chauds, du côté amont du
6 segment d'anneau 16. L'air de refroidissement circulant dans le circuit supérieur A est donc évacué par ces trous de sortie 40a, 40b.
Plus précisément, il est prévu une première série de trous de sortie 40a qui débouchent dans le passage 14 des chauds, au niveau de la surface annulaire interne 18 du segment d'anneau 16 et une seconde série de trous de sortie 40b qui débouchent dans le passage 14 des gaz chauds, au niveau de la paroi transversale amont 16a du segment d'anneau. A cet effet, les trous de sortie 40a de la première série peuvent être inclinés par rapport à la direction d'écoulement 10 des gaz chauds, tandis que les trous de sortie 40b de la seconde série peuvent être sensiblement parallèles à cette direction d'écoulement.
Bien entendu, on peut aussi imaginer que le circuit de refroidissement supérieur A présente d'autres séries de trous de sortie débouchant dans le passage des gaz chauds, du côté amont du segment d'anneau 16.
On remarquera également que, sur la figure 3, les trous de sortie 40a et 40b sont sensiblement alignés selon une direction axiale par rapport aux trous d'émission 38 s'ouvrant dans la première cavité 32 et débouchant dans la seconde cavité 34. Une telle disposition permet ainsi de diminuer les pertes de charges. Toutefois, on peut aussi imaginer que les trous de sortie 40a et 40b ne sont pas alignés avec les trous d'émission 38.
Dans le mode de réalisation illustré par les figures 2 à 4, le circuit interne de refroidissement inférieur B est muni d'au moins trois cavités internes 42, 44 et 46 qui s'étendent angulairement entre les parois longitudinales 16c, 16d du segment d'anneau 16.
Ces trois cavités 42, 44 et 46 sont en outre décalées radialement par rapport à la première cavité 32 du circuit de refroidissement supérieur A, c'est à dire qu'elles sont disposées entre la première cavité 32 du circuit supérieur A et la surface annulaire interne 18 du segment d'anneau 16.
De façon plus précise, au moins une première cavité interne 42 est disposée du côté aval du segment d'anneau 16. Au moins une deuxième cavité interne 44 est disposée axialement en amont de la première cavité 42. De même, au moins une troisième cavité interne 46 est disposée axialement en amont de la deuxième cavité 44.
Plus précisément, il est prévu une première série de trous de sortie 40a qui débouchent dans le passage 14 des chauds, au niveau de la surface annulaire interne 18 du segment d'anneau 16 et une seconde série de trous de sortie 40b qui débouchent dans le passage 14 des gaz chauds, au niveau de la paroi transversale amont 16a du segment d'anneau. A cet effet, les trous de sortie 40a de la première série peuvent être inclinés par rapport à la direction d'écoulement 10 des gaz chauds, tandis que les trous de sortie 40b de la seconde série peuvent être sensiblement parallèles à cette direction d'écoulement.
Bien entendu, on peut aussi imaginer que le circuit de refroidissement supérieur A présente d'autres séries de trous de sortie débouchant dans le passage des gaz chauds, du côté amont du segment d'anneau 16.
On remarquera également que, sur la figure 3, les trous de sortie 40a et 40b sont sensiblement alignés selon une direction axiale par rapport aux trous d'émission 38 s'ouvrant dans la première cavité 32 et débouchant dans la seconde cavité 34. Une telle disposition permet ainsi de diminuer les pertes de charges. Toutefois, on peut aussi imaginer que les trous de sortie 40a et 40b ne sont pas alignés avec les trous d'émission 38.
Dans le mode de réalisation illustré par les figures 2 à 4, le circuit interne de refroidissement inférieur B est muni d'au moins trois cavités internes 42, 44 et 46 qui s'étendent angulairement entre les parois longitudinales 16c, 16d du segment d'anneau 16.
Ces trois cavités 42, 44 et 46 sont en outre décalées radialement par rapport à la première cavité 32 du circuit de refroidissement supérieur A, c'est à dire qu'elles sont disposées entre la première cavité 32 du circuit supérieur A et la surface annulaire interne 18 du segment d'anneau 16.
De façon plus précise, au moins une première cavité interne 42 est disposée du côté aval du segment d'anneau 16. Au moins une deuxième cavité interne 44 est disposée axialement en amont de la première cavité 42. De même, au moins une troisième cavité interne 46 est disposée axialement en amont de la deuxième cavité 44.
7 On notera que, sur les figures 2 et 4, ces trois cavités 42, 44 et 46 présentent une largeur (distance entre leurs parois transversales respectives) sensiblement identique et qu'elles sont espacées l'une de l'autre d'une distance sensiblement équivalente.
Le circuit de refroidissement inférieur B est alimenté en air de refroidissement par au moins un orifice d'alimentation en air 48 s'ouvrant dans la chambre de refroidissement 26 et débouchant dans la première cavité 42.
Le circuit de refroidissement inférieur B comporte également au moins un premier passage 50 faisant communiquer la première cavité 42 avec la deuxième cavité 42 et au moins un second passage 52 faisant communiquer la deuxième cavité 44 avec la troisième cavité 46.
Une pluralité de trous de sortie 54 s'ouvrent dans la troisième cavité 46 et débouchent dans le passage 14 des gaz chauds, du côté
amont du segment d'anneau 16 afin de refroidir celui-ci. Les trous de sortie 54 s'ouvrent du côté amont du segment d'anneau, au niveau de la surface annulaire interne 18. Ils sont par exemple inclinés par rapport à la direction d'écoulement 10 des gaz chauds. L'air de refroidissement circulant dans le circuit inférieur B est ainsi évacué par ces trous de sortie 54.
De préférence, la deuxième cavité 44 de ce circuit de refroidissement inférieur B est munie de perturbateurs 56 de manière à
accroître les transferts thermiques. Comme illustré sur la figure 4, ces perturbateurs 56 peuvent être des nervures s'étendant longitudinalement de façon perpendiculaire à la direction de circulation de l'air dans la deuxième cavité 44. Les perturbateurs peuvent également prendre la forme de picots ou de pontets par exemple.
Avantageusement, l'orifice d'alimentation en air 48 et le second passage 52 du circuit inférieur B sont disposés du côté de l'une des parois longitudinales 16c (ou 16d) du segment d'anneau 16, tandis que le premier passage 50 du circuit inférieur B est disposé du côté de l'autre paroi longitudinale 16d (ou 16c) du segment d'anneau. Une telle disposition permet d'augmenter le trajet de circulation de l'air de refroidissement dans le circuit inférieur B afin d'accroître les transferts thermiques.
Le circuit de refroidissement inférieur B est alimenté en air de refroidissement par au moins un orifice d'alimentation en air 48 s'ouvrant dans la chambre de refroidissement 26 et débouchant dans la première cavité 42.
Le circuit de refroidissement inférieur B comporte également au moins un premier passage 50 faisant communiquer la première cavité 42 avec la deuxième cavité 42 et au moins un second passage 52 faisant communiquer la deuxième cavité 44 avec la troisième cavité 46.
Une pluralité de trous de sortie 54 s'ouvrent dans la troisième cavité 46 et débouchent dans le passage 14 des gaz chauds, du côté
amont du segment d'anneau 16 afin de refroidir celui-ci. Les trous de sortie 54 s'ouvrent du côté amont du segment d'anneau, au niveau de la surface annulaire interne 18. Ils sont par exemple inclinés par rapport à la direction d'écoulement 10 des gaz chauds. L'air de refroidissement circulant dans le circuit inférieur B est ainsi évacué par ces trous de sortie 54.
De préférence, la deuxième cavité 44 de ce circuit de refroidissement inférieur B est munie de perturbateurs 56 de manière à
accroître les transferts thermiques. Comme illustré sur la figure 4, ces perturbateurs 56 peuvent être des nervures s'étendant longitudinalement de façon perpendiculaire à la direction de circulation de l'air dans la deuxième cavité 44. Les perturbateurs peuvent également prendre la forme de picots ou de pontets par exemple.
Avantageusement, l'orifice d'alimentation en air 48 et le second passage 52 du circuit inférieur B sont disposés du côté de l'une des parois longitudinales 16c (ou 16d) du segment d'anneau 16, tandis que le premier passage 50 du circuit inférieur B est disposé du côté de l'autre paroi longitudinale 16d (ou 16c) du segment d'anneau. Une telle disposition permet d'augmenter le trajet de circulation de l'air de refroidissement dans le circuit inférieur B afin d'accroître les transferts thermiques.
8 On décrira maintenant un autre mode de réalisation du segment d'anneau selon l'invention en se référant aux figures 5 et 6.
Dans ce mode de réalisation, le circuit de refroidissement supérieur A du segment d'anneau est identique à celui décrit précédemment. Le circuit de refroidissement inférieur B' est en revanche différent.
Ce circuit de refroidissement inférieur B' comporte au moins quatre cavités internes 58, 60, 62 et 64 qui s'étendent axialement entre les parois transversales amont 16a et aval 16b du segment d'anneau 16.
Ces quatre cavités 58, 60, 62 et 64 sont en outre décalées radialement par rapport à la première cavité 32 du circuit de refroidissement supérieur A, c'est à dire qu'elles sont disposées entre la première cavité 32 du circuit supérieur A et la surface annulaire interne 18 du segment d'anneau 16.
La première cavité 58 de ce circuit de refroidissement inférieur B' est disposée du côté de l'une des parois longitudinales 16c (ou 16d) du segment d'anneau 16. La deuxième cavité 60 est décalée angulairement par rapport à la première cavité 58, la troisième cavité 62 est décalée angulairement par rapport à la deuxième et la quatrième cavité 64 est décalée angulairement par rapport à la troisième. Ces cavités sont disposées de sorte que la quatrième cavité 64 est disposée du côté de la paroi longitudinale 16d (ou 16c) opposée à celle de la première cavité 58.
Au moins un premier 66 et un second 68 orifices d'alimentation en air de refroidissement s'ouvrent dans la chambre de refroidissement 26 et débouchent respectivement dans les deuxième 60 et troisième 62 cavités afin d'alimenter celles-ci en air de refroidissement.
Le circuit de refroidissement inférieur B' comporte également au moins un premier passage 70 faisant communiquer la deuxième cavité 60 avec la première cavité 58. De même, au moins un second passage 72 fait communiquer la troisième cavité 62 avec la quatrième cavité 64.
Enfin, le circuit de refroidissement inférieur B' est muni d'au moins une pluralité de premiers trous de sortie 74 s'ouvrant dans la première cavité 58 et débouchant dans le passage 14 des gaz chauds, au niveau de la paroi longitudinale 16c du segment d'anneau 16 du côté
duquel est aménagée la première cavité 58.
Dans ce mode de réalisation, le circuit de refroidissement supérieur A du segment d'anneau est identique à celui décrit précédemment. Le circuit de refroidissement inférieur B' est en revanche différent.
Ce circuit de refroidissement inférieur B' comporte au moins quatre cavités internes 58, 60, 62 et 64 qui s'étendent axialement entre les parois transversales amont 16a et aval 16b du segment d'anneau 16.
Ces quatre cavités 58, 60, 62 et 64 sont en outre décalées radialement par rapport à la première cavité 32 du circuit de refroidissement supérieur A, c'est à dire qu'elles sont disposées entre la première cavité 32 du circuit supérieur A et la surface annulaire interne 18 du segment d'anneau 16.
La première cavité 58 de ce circuit de refroidissement inférieur B' est disposée du côté de l'une des parois longitudinales 16c (ou 16d) du segment d'anneau 16. La deuxième cavité 60 est décalée angulairement par rapport à la première cavité 58, la troisième cavité 62 est décalée angulairement par rapport à la deuxième et la quatrième cavité 64 est décalée angulairement par rapport à la troisième. Ces cavités sont disposées de sorte que la quatrième cavité 64 est disposée du côté de la paroi longitudinale 16d (ou 16c) opposée à celle de la première cavité 58.
Au moins un premier 66 et un second 68 orifices d'alimentation en air de refroidissement s'ouvrent dans la chambre de refroidissement 26 et débouchent respectivement dans les deuxième 60 et troisième 62 cavités afin d'alimenter celles-ci en air de refroidissement.
Le circuit de refroidissement inférieur B' comporte également au moins un premier passage 70 faisant communiquer la deuxième cavité 60 avec la première cavité 58. De même, au moins un second passage 72 fait communiquer la troisième cavité 62 avec la quatrième cavité 64.
Enfin, le circuit de refroidissement inférieur B' est muni d'au moins une pluralité de premiers trous de sortie 74 s'ouvrant dans la première cavité 58 et débouchant dans le passage 14 des gaz chauds, au niveau de la paroi longitudinale 16c du segment d'anneau 16 du côté
duquel est aménagée la première cavité 58.
9 De même, il est prévu au moins une pluralité de seconds trous de sortie 76 s'ouvrant dans la quatrième cavité 64 et débouchant dans le passage 14 des gaz chauds, au niveau de l'autre paroi longitudinale 16d du segment d'anneau 16.
De la sorte, on obtient deux sous-circuits inférieurs indépendants l'un de l'autre. Comme illustré sur la figure 6, ces sous-circuits peuvent être sensiblement symétriques par rapport à un axe longitudinal médian du segment d'anneau. Ces sous-circuits inférieurs sont alimentés de manière indépendantes par les orifices d'alimentation 66, 68 et présentent des trous de sortie 74, 76 indépendants qui permettent de refroidir les segments d'anneau adjacents au segment d'anneau concerné.
De préférence, les deuxième 60 et troisième 62 cavités du circuit de refroidissement inférieur B' comportent chacune des perturbateurs 78 de manière à accroître les transferts thermiques. Ces perturbateurs 78 peuvent prendre la forme de nervures (comme sur les figures 5 et 6), de picots ou bien de pontets.
Par ailleurs, les premier 66 et un second 68 orifices d'alimentation du circuit inférieur B' sont avantageusement pratiqués du côté de l'une des parois transversales 16a, 16b du segment d'anneau 16 (sur la figure 6, du côté de la paroi aval 16b) et les premier 70 et second 72 passages du circuit inférieur B' sont pratiqués du côté de l'autre paroi transversale 16b, 16a du segment d'anneau 16 (sur la figure 6, du côté de la paroi amont 16a). Une telle disposition permet d'augmenter le trajet de circulation de l'air de refroidissement dans le second circuit inférieur B' afin d'accroître les transferts thermiques.
De la sorte, on obtient deux sous-circuits inférieurs indépendants l'un de l'autre. Comme illustré sur la figure 6, ces sous-circuits peuvent être sensiblement symétriques par rapport à un axe longitudinal médian du segment d'anneau. Ces sous-circuits inférieurs sont alimentés de manière indépendantes par les orifices d'alimentation 66, 68 et présentent des trous de sortie 74, 76 indépendants qui permettent de refroidir les segments d'anneau adjacents au segment d'anneau concerné.
De préférence, les deuxième 60 et troisième 62 cavités du circuit de refroidissement inférieur B' comportent chacune des perturbateurs 78 de manière à accroître les transferts thermiques. Ces perturbateurs 78 peuvent prendre la forme de nervures (comme sur les figures 5 et 6), de picots ou bien de pontets.
Par ailleurs, les premier 66 et un second 68 orifices d'alimentation du circuit inférieur B' sont avantageusement pratiqués du côté de l'une des parois transversales 16a, 16b du segment d'anneau 16 (sur la figure 6, du côté de la paroi aval 16b) et les premier 70 et second 72 passages du circuit inférieur B' sont pratiqués du côté de l'autre paroi transversale 16b, 16a du segment d'anneau 16 (sur la figure 6, du côté de la paroi amont 16a). Une telle disposition permet d'augmenter le trajet de circulation de l'air de refroidissement dans le second circuit inférieur B' afin d'accroître les transferts thermiques.
Claims (8)
1. Anneau fixe (4) entourant un passage de gaz chauds (14) d'une turbine à gaz (1), ledit anneau (4) étant entouré d'un logement annulaire fixe (2) de façon à définir une chambre annulaire de refroidissement (26) dans laquelle débouche au moins un orifice d'alimentation en air de refroidissement (28), ledit anneau (4) étant composé d'une pluralité de segments d'anneau (16), caractérisé en ce que chaque segment d'anneau (16) comporte un circuit interne de refroidissement supérieur (A) et un circuit interne de refroidissement inférieur (B, B'), ledit circuit de refroidissement inférieur (B, B') étant indépendant dudit circuit de refroidissement supérieur (A), décalé
radialement par rapport audit circuit de refroidissement supérieur (A) et comportant au moins un orifice d'alimentation en air de refroidissement (48) s'ouvrant dans la chambre de refroidissement (26).
radialement par rapport audit circuit de refroidissement supérieur (A) et comportant au moins un orifice d'alimentation en air de refroidissement (48) s'ouvrant dans la chambre de refroidissement (26).
2. Anneau (4) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement supérieur (A) de chaque segment d'anneau (16) comporte :
au moins une première cavité interne (32) s'étendant angulairement entre des parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) ;
au moins une seconde cavité interne (34) s'étendant angulairement entre les parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) et disposée axialement en amont de ladite première cavité ;
au moins un orifice d'alimentation en air de refroidissement (36) s'ouvrant dans la chambre de refroidissement (26) et débouchant dans ladite première cavité (32) afin d'alimenter ladite première cavité ;
une pluralité de trous d'émission (38) s'ouvrant dans ladite première cavité (32) et débouchant dans ladite seconde cavité (34) afin de refroidir par impact d'air ladite seconde cavité (34) ; et une pluralité de trous de sortie (40a, 40b) s'ouvrant dans ladite seconde cavité (34) et débouchant dans le passage des gaz chauds (14), du côté amont dudit segment d'anneau (16).
au moins une première cavité interne (32) s'étendant angulairement entre des parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) ;
au moins une seconde cavité interne (34) s'étendant angulairement entre les parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) et disposée axialement en amont de ladite première cavité ;
au moins un orifice d'alimentation en air de refroidissement (36) s'ouvrant dans la chambre de refroidissement (26) et débouchant dans ladite première cavité (32) afin d'alimenter ladite première cavité ;
une pluralité de trous d'émission (38) s'ouvrant dans ladite première cavité (32) et débouchant dans ladite seconde cavité (34) afin de refroidir par impact d'air ladite seconde cavité (34) ; et une pluralité de trous de sortie (40a, 40b) s'ouvrant dans ladite seconde cavité (34) et débouchant dans le passage des gaz chauds (14), du côté amont dudit segment d'anneau (16).
3. Anneau (4) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé
en ce que ledit circuit de refroidissement inférieur (B) de chaque segment d'anneau (16) comporte :
au moins une première cavité interne (42) s'étendant angulairement entre des parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) et disposée du côté aval dudit segment d'anneau ;
au moins une deuxième cavité interne (44) s'étendant angulairement entre les parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) et disposée axialement en amont de ladite première cavité ;
au moins une troisième cavité interne (46) s'étendant angulairement entre les parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) et disposée axialement en amont de ladite deuxième cavité (44) ;
au moins un premier (50) et au moins un second (52) passages faisant communiquer respectivement ladite première cavité (42) avec ladite deuxième cavité (44) et ladite deuxième cavité (44) avec ladite troisième cavité (46) ; et une pluralité de trous de sortie (54) s'ouvrant dans ladite troisième cavité (46) et débouchant dans le passage des gaz chauds (14), du côté amont dudit segment d'anneau (16), un orifice d'alimentation en air de refroidissement (48) débouchant dans la première cavité (42) afin de l'alimenter en air.
en ce que ledit circuit de refroidissement inférieur (B) de chaque segment d'anneau (16) comporte :
au moins une première cavité interne (42) s'étendant angulairement entre des parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) et disposée du côté aval dudit segment d'anneau ;
au moins une deuxième cavité interne (44) s'étendant angulairement entre les parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) et disposée axialement en amont de ladite première cavité ;
au moins une troisième cavité interne (46) s'étendant angulairement entre les parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) et disposée axialement en amont de ladite deuxième cavité (44) ;
au moins un premier (50) et au moins un second (52) passages faisant communiquer respectivement ladite première cavité (42) avec ladite deuxième cavité (44) et ladite deuxième cavité (44) avec ladite troisième cavité (46) ; et une pluralité de trous de sortie (54) s'ouvrant dans ladite troisième cavité (46) et débouchant dans le passage des gaz chauds (14), du côté amont dudit segment d'anneau (16), un orifice d'alimentation en air de refroidissement (48) débouchant dans la première cavité (42) afin de l'alimenter en air.
4. Anneau (4) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite deuxième cavité interne (44) du circuit de refroidissement inférieur (B) est munie de perturbateurs (56) de manière à accroître les transferts thermiques.
5. Anneau (4) selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé
en ce que ledit orifice d'alimentation en air (48) et ledit second passage (52) du circuit de refroidissement inférieur (B) sont pratiqués du côté de l'une des parois longitudinales (16c, 16d) du segment d'anneau (16), et ledit premier passage (50) du circuit de refroidissement inférieur (B) est pratiqué du côté de l'autre paroi longitudinale (16d, 16c) du segment d'anneau (16) de manière à augmenter le trajet de circulation de l'air de refroidissement.
en ce que ledit orifice d'alimentation en air (48) et ledit second passage (52) du circuit de refroidissement inférieur (B) sont pratiqués du côté de l'une des parois longitudinales (16c, 16d) du segment d'anneau (16), et ledit premier passage (50) du circuit de refroidissement inférieur (B) est pratiqué du côté de l'autre paroi longitudinale (16d, 16c) du segment d'anneau (16) de manière à augmenter le trajet de circulation de l'air de refroidissement.
6. Anneau (4) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé
en ce que ledit circuit de refroidissement inférieur (6') de chaque segment d'anneau (16) comporte :
au moins une première cavité interne (58) s'étendant axialement entre des parois transversales amont (16a) et aval (16b) dudit segment d'anneau (16) et disposée du côté de l'une des parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) ;
au moins une deuxième cavité interne (60) s'étendant axialement entre les parois transversales amont (16a) et aval (16b) dudit segment d'anneau (16) et décalée angulairement par rapport à ladite première cavité (58) ;
au moins une troisième cavité interne (62) s'étendant axialement entre les parois transversales amont (16a) et aval (16b) dudit segment d'anneau (16) et décalée angulairement par rapport à ladite deuxième cavité (60) ;
au moins une quatrième cavité interne (64) s'étendant axialement entre les parois transversales amont (16a) et aval (16b) dudit segment d'anneau (16) et décalée angulairement par rapport à ladite troisième cavité (62) ;
au moins un premier (66) et au moins un second (68) orifices d'alimentation en air de refroidissement s'ouvrant dans la chambre de refroidissement (26) et débouchant respectivement dans lesdites deuxième (60) et troisième (62) cavités afin d'alimenter lesdites deuxième et troisième cavités ;
au moins un premier (70) et un second (72) passages faisant communiquer respectivement ladite deuxième cavité (60) avec ladite première cavité (58) et ladite troisième cavité (62) avec ladite quatrième cavité (64) ;
une pluralité de premiers trous de sortie (74) s'ouvrant dans ladite première cavité (58) et débouchant dans le passage des gaz chauds (14), au niveau de la paroi longitudinale (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) du côté duquel est disposée ladite première cavité interne (58); et une pluralité de seconds trous de sortie (76) s'ouvrant dans ladite quatrième cavité (64) et débouchant dans le passage des gaz chauds (14), au niveau de l'autre paroi longitudinale (16d, 16c) dudit segment d'anneau (16).
en ce que ledit circuit de refroidissement inférieur (6') de chaque segment d'anneau (16) comporte :
au moins une première cavité interne (58) s'étendant axialement entre des parois transversales amont (16a) et aval (16b) dudit segment d'anneau (16) et disposée du côté de l'une des parois longitudinales (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) ;
au moins une deuxième cavité interne (60) s'étendant axialement entre les parois transversales amont (16a) et aval (16b) dudit segment d'anneau (16) et décalée angulairement par rapport à ladite première cavité (58) ;
au moins une troisième cavité interne (62) s'étendant axialement entre les parois transversales amont (16a) et aval (16b) dudit segment d'anneau (16) et décalée angulairement par rapport à ladite deuxième cavité (60) ;
au moins une quatrième cavité interne (64) s'étendant axialement entre les parois transversales amont (16a) et aval (16b) dudit segment d'anneau (16) et décalée angulairement par rapport à ladite troisième cavité (62) ;
au moins un premier (66) et au moins un second (68) orifices d'alimentation en air de refroidissement s'ouvrant dans la chambre de refroidissement (26) et débouchant respectivement dans lesdites deuxième (60) et troisième (62) cavités afin d'alimenter lesdites deuxième et troisième cavités ;
au moins un premier (70) et un second (72) passages faisant communiquer respectivement ladite deuxième cavité (60) avec ladite première cavité (58) et ladite troisième cavité (62) avec ladite quatrième cavité (64) ;
une pluralité de premiers trous de sortie (74) s'ouvrant dans ladite première cavité (58) et débouchant dans le passage des gaz chauds (14), au niveau de la paroi longitudinale (16c, 16d) dudit segment d'anneau (16) du côté duquel est disposée ladite première cavité interne (58); et une pluralité de seconds trous de sortie (76) s'ouvrant dans ladite quatrième cavité (64) et débouchant dans le passage des gaz chauds (14), au niveau de l'autre paroi longitudinale (16d, 16c) dudit segment d'anneau (16).
7. Anneau (4) selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites deuxième (60) et troisième (62) cavités internes du circuit de refroidissement inférieur (B') comportent chacune des perturbateurs (78) de manière à accroître les transferts thermiques.
8. Anneau (4) selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé
en ce que lesdits premier (66) et second (68) orifices d'alimentation du circuit de refroidissement inférieur (B') sont pratiqués du côté de l'une des parois transversales (16b, 16a) dudit segment d'anneau (16) et lesdits premier (70) et second (72) passages du circuit de refroidissement inférieur (B') sont pratiqués du côté de l'autre paroi transversales (16a, 16b) dudit segment d'anneau (16) de manière à augmenter le trajet de circulation de l'air de refroidissement.
en ce que lesdits premier (66) et second (68) orifices d'alimentation du circuit de refroidissement inférieur (B') sont pratiqués du côté de l'une des parois transversales (16b, 16a) dudit segment d'anneau (16) et lesdits premier (70) et second (72) passages du circuit de refroidissement inférieur (B') sont pratiqués du côté de l'autre paroi transversales (16a, 16b) dudit segment d'anneau (16) de manière à augmenter le trajet de circulation de l'air de refroidissement.
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