CA2785377C - Aube a ventilation interieure - Google Patents
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Abstract
Une aube, par exemple de turbine à haute pression, est conçue avec une cloison intérieure (9) la plus proche du bord de fuite (7) dont la partie supérieure (20) oblique vers ce bord, afin de favoriser la ventilation de gaz de rafraîchissement vers les orifices (15) de ce bord, et plus généralement la ventilation du coin supérieur de l'aube, par la création de nouveaux orifices (14') au sommet (11) ou le déplacement d'orifices (12) originaires de la deuxième cavité et menant à l'intrados vers le bord de fuite.
Description
AUBE A VENTILATION INTERIEURE
DESCRIPTION
Le sujet de cette invention est une aube à
ventilation intérieure.
Soumises à des températures souvent très élevées, les aubes des turbomachines peuvent être équipées de dispositifs de rafraîchissement par ventilation de gaz, comme du gaz relativement frais soutiré de la veine de circulation principale à
l'endroit des compresseurs ; il circule alors jusqu'à
des cavités creusées à l'intérieur des aubes et en ressort par des perçages qui débouchent notamment à
l'intrados et au bord de fuite, où la pression extérieure plus faible favorise la circulation du gaz.
Ces dispositifs sont maintenant bien éprouvés et donnent en général de bons résultats, mais des progrès restent à réaliser quand la ventilation se révèle insuffisante en raison de conditions particulièrement difficiles (par exemple pour les aubes de la turbine à
haute pression, qui sont soumises aux températures les plus élevées), ou dans certaines régions particulières des aubes. Les brevets français 2 833 298 et 2 834 015 décrivent des ventilations du bord de fuite.
Des défauts de rafraîchissement, générateurs de températures très élevées et de certains dégâts (brûlures), ont ainsi été constatés au sommet de certaines aubes, plus précisément au coin entre le bord de fuite et le bord extérieur. L'objet de l'invention est de résoudre ce problème particulier.
DESCRIPTION
Le sujet de cette invention est une aube à
ventilation intérieure.
Soumises à des températures souvent très élevées, les aubes des turbomachines peuvent être équipées de dispositifs de rafraîchissement par ventilation de gaz, comme du gaz relativement frais soutiré de la veine de circulation principale à
l'endroit des compresseurs ; il circule alors jusqu'à
des cavités creusées à l'intérieur des aubes et en ressort par des perçages qui débouchent notamment à
l'intrados et au bord de fuite, où la pression extérieure plus faible favorise la circulation du gaz.
Ces dispositifs sont maintenant bien éprouvés et donnent en général de bons résultats, mais des progrès restent à réaliser quand la ventilation se révèle insuffisante en raison de conditions particulièrement difficiles (par exemple pour les aubes de la turbine à
haute pression, qui sont soumises aux températures les plus élevées), ou dans certaines régions particulières des aubes. Les brevets français 2 833 298 et 2 834 015 décrivent des ventilations du bord de fuite.
Des défauts de rafraîchissement, générateurs de températures très élevées et de certains dégâts (brûlures), ont ainsi été constatés au sommet de certaines aubes, plus précisément au coin entre le bord de fuite et le bord extérieur. L'objet de l'invention est de résoudre ce problème particulier.
2 Sous sa forme la plus générale, l'invention concerne une aube comprenant des cavités internes de circulation de gaz de rafraîchissement, les cavités étant séparées par des cloisons, une des cloisons, la plus proche d'un bord de fuite de l'aube, comportant une inclinaison plus importante vers le bord de fuite à
partir d'une hauteur d'au moins 70% de l'aube, comptée d'une plate-forme au sommet de l'aube à un rayon de bord extérieur (cette mesure favorise le rafraîchissement du coin de l'aube par une meilleure ventilation du bord de fuite, pour les raisons qui seront données plus loin) caractérisée en ce que l'une des cavités, délimitée vers le bord de fuite de l'aube par ladite cloison la plus proche du bord de fuite de l'aube, comprend une série de perçages menant à une face latérale de l'aube, lesdits perçages débouchent dans ladite cavité par des orifices disposés sur une ligne parallèle à ladite cloison. Ce perfectionnement favorise aussi le rafraîchissement du coin de l'aube, cette fois par une meilleure ventilation des faces latérales (intrados ou extrados).
L'inclinaison plus importante est avantageusement progressive, donnant à la cloison une forme générale arrondie.
L'invention sera maintenant décrite plus en détail et au moyen de réalisations illustratives en liaison aux figures :
- la figure 1 et la figure 2 sont des vues générales de l'aube conforme à l'invention,
partir d'une hauteur d'au moins 70% de l'aube, comptée d'une plate-forme au sommet de l'aube à un rayon de bord extérieur (cette mesure favorise le rafraîchissement du coin de l'aube par une meilleure ventilation du bord de fuite, pour les raisons qui seront données plus loin) caractérisée en ce que l'une des cavités, délimitée vers le bord de fuite de l'aube par ladite cloison la plus proche du bord de fuite de l'aube, comprend une série de perçages menant à une face latérale de l'aube, lesdits perçages débouchent dans ladite cavité par des orifices disposés sur une ligne parallèle à ladite cloison. Ce perfectionnement favorise aussi le rafraîchissement du coin de l'aube, cette fois par une meilleure ventilation des faces latérales (intrados ou extrados).
L'inclinaison plus importante est avantageusement progressive, donnant à la cloison une forme générale arrondie.
L'invention sera maintenant décrite plus en détail et au moyen de réalisations illustratives en liaison aux figures :
- la figure 1 et la figure 2 sont des vues générales de l'aube conforme à l'invention,
3 - la figure 3 est un détail montrant une conception antérieure perfectionnée par l'invention, - et la figure 4 est un détail correspondant d'une conception conforme à
l'invention.
Les figures 1 et 2 présentent une aube (1), qui est jointe à un pied (2) logé dans un disque non représenté et munie d'une plate-forme (3). L'aube (1) est creuse et percée de cavités (4) multiples, séparées les unes des autres par des cloisons (5) s'étendant en direction essentiellement radiale du pied (2) au sommet (11) de l'aube (1). On distinguera dans la suite de l'exposé une cavité (6) la plus proche du bord de fuite (7) de l'aube (1), une cavité (8) adjacente à la précédente, et une cloison (9) les séparant, qui est donc la cloison la plus proche du bord de fuite (7).
Du gaz de ventilation arrive dans les cavités (4) (et (6) et (8) ) par leur origine (10) dans le pied (2) à partir d'une autre région de la machine à
laquelle l'aube (1) appartient, et s'élève vers le sommet (11) de l'aube (1) ; il quitte les cavités progressivement par des perçages (12) débouchant à
l'intrados (13) et/ou à l'extrados (22) de l'aube (1), d'autres perçages (14) (représentés aux figures 3 et 4) débouchant au sommet (11), et enfin par d'autres perçages (15), issus de la seule cavité (6), qui débouchent au bord de fuite (7).
La ventilation du sommet (11) de l'aube (1) est plus difficile puisque les perçages (14) sont situés au bout des cavités (4) et que le débit du gaz
l'invention.
Les figures 1 et 2 présentent une aube (1), qui est jointe à un pied (2) logé dans un disque non représenté et munie d'une plate-forme (3). L'aube (1) est creuse et percée de cavités (4) multiples, séparées les unes des autres par des cloisons (5) s'étendant en direction essentiellement radiale du pied (2) au sommet (11) de l'aube (1). On distinguera dans la suite de l'exposé une cavité (6) la plus proche du bord de fuite (7) de l'aube (1), une cavité (8) adjacente à la précédente, et une cloison (9) les séparant, qui est donc la cloison la plus proche du bord de fuite (7).
Du gaz de ventilation arrive dans les cavités (4) (et (6) et (8) ) par leur origine (10) dans le pied (2) à partir d'une autre région de la machine à
laquelle l'aube (1) appartient, et s'élève vers le sommet (11) de l'aube (1) ; il quitte les cavités progressivement par des perçages (12) débouchant à
l'intrados (13) et/ou à l'extrados (22) de l'aube (1), d'autres perçages (14) (représentés aux figures 3 et 4) débouchant au sommet (11), et enfin par d'autres perçages (15), issus de la seule cavité (6), qui débouchent au bord de fuite (7).
La ventilation du sommet (11) de l'aube (1) est plus difficile puisque les perçages (14) sont situés au bout des cavités (4) et que le débit du gaz
4 de ventilation est plus faible et a une pression moins grande ; une autre circonstance défavorable vient de ce que le sommet (11) est composé d'une arête (16) extérieure mince, s'étendant du côté extrados et du côté intrados de l'aube formant ainsi une cavité en creux nommée baignoire (17). L'arête (16) permet de limiter les écoulements de gaz chaud entre le sommet d'aube et le carter en vis-à-vis, et constitue une zone d'usure lorsque l'aube, sous l'effet combiné de la dilatation thermique et du centrifuge, s'allonge et vient toucher le carter en vis-à-vis. La baignoire (17) et l'arête (16) sont des régions difficiles à
refroidir ; la situation est spécialement critique dans le coin supérieur (18) de l'aube (1) adjacent au bord de fuite (7), où la cavité (6) est la plus étroite.
On se reporte à la figure 3. Dans la conception habituelle, la cloison (ici 9') la plus proche du bord de fuite (7) est rectiligne tout comme les autres pour simplifier la fabrication de l'aube et elle est en général de direction complètement radiale.
Les inventeurs ont constaté l'existence d'une zone de recirculation à faible vitesse (19) dans la cavité (6) au raccordement entre la cloison (9') et la paroi du fond de baignoire (17). La faible pression dynamique du gaz de ventilation à cet endroit rend inutile la création de perçages supérieurs pour ventiler le sommet (11), de sorte que l'extrémité de la baignoire (17) n'est pas ventilée du tout ; et on constate que les perçages (15) menant au bord de fuite (7) qui sont les plus proches du sommet (11), typiquement les trois ou quatre les plus proches, reçoivent un débit particulièrement faible en raison de la pression faible du gaz.
L'aménagement spécifique à l'invention, visible à la figure 4, consiste à pourvoir la cloison
refroidir ; la situation est spécialement critique dans le coin supérieur (18) de l'aube (1) adjacent au bord de fuite (7), où la cavité (6) est la plus étroite.
On se reporte à la figure 3. Dans la conception habituelle, la cloison (ici 9') la plus proche du bord de fuite (7) est rectiligne tout comme les autres pour simplifier la fabrication de l'aube et elle est en général de direction complètement radiale.
Les inventeurs ont constaté l'existence d'une zone de recirculation à faible vitesse (19) dans la cavité (6) au raccordement entre la cloison (9') et la paroi du fond de baignoire (17). La faible pression dynamique du gaz de ventilation à cet endroit rend inutile la création de perçages supérieurs pour ventiler le sommet (11), de sorte que l'extrémité de la baignoire (17) n'est pas ventilée du tout ; et on constate que les perçages (15) menant au bord de fuite (7) qui sont les plus proches du sommet (11), typiquement les trois ou quatre les plus proches, reçoivent un débit particulièrement faible en raison de la pression faible du gaz.
L'aménagement spécifique à l'invention, visible à la figure 4, consiste à pourvoir la cloison
5 (9) la plus proche du bord de fuite (7) avec une extrémité supérieure (20) plus inclinée vers le bord de fuite (7) que le reste de la cloison (9), et avantageusement de plus en plus inclinée avec une forme arrondie et un raccordement presque régulier à la paroi du fond de baignoire (17). La partie supérieure (20) peut commencer à 80%, éventuellement 70% de la hauteur de l'aube (1) comptée depuis la plate-forme (3) jusqu'au bord extérieur, c'est-à-dire à la paroi du fond de baignoire (17). Les autres cloisons restent rectilignes. Les effets techniques sont les suivants:
la zone de recirculation à faible vitesse (19) disparaît ; le gaz de ventilation est mieux guidé vers les perçages (15) proches du sommet (11), et sa pression est augmentée, ce qui augmente aussi le débit par ces perçages (15) supérieurs ; les perçages (12) menant à l'intrados (13) (ou à l'extrados) à partir de la deuxième cavité (8) peuvent être déplacés vers le bord de fuite (7), leurs orifices (21) dans la deuxième cavité (8) occupant une ligne parallèle à la partie supérieure (20) ; au moins un perçage de sommet (14') supplémentaire peut être ménagé grâce à l'élargissement de la deuxième cavité (8) au sommet (la première cavité
la zone de recirculation à faible vitesse (19) disparaît ; le gaz de ventilation est mieux guidé vers les perçages (15) proches du sommet (11), et sa pression est augmentée, ce qui augmente aussi le débit par ces perçages (15) supérieurs ; les perçages (12) menant à l'intrados (13) (ou à l'extrados) à partir de la deuxième cavité (8) peuvent être déplacés vers le bord de fuite (7), leurs orifices (21) dans la deuxième cavité (8) occupant une ligne parallèle à la partie supérieure (20) ; au moins un perçage de sommet (14') supplémentaire peut être ménagé grâce à l'élargissement de la deuxième cavité (8) au sommet (la première cavité
(6) étant, dans la conception représentée ici comme dans la conception antérieure, normalement dépourvue de perçages (12) et (14) au sommet à cause des difficultés plus grandes de ventilation). Toutes ces modifications ont pour effet que le coin supérieur (18) de l'aube (1) est mieux ventilé et rafraîchi, que ce soit au bord de fuite (7) par les perçages (15), à la face latérale d'intrados (13) ou d'extrados par les perçages (12) déplacés et à la baignoire (17) par le ou les perçages de sommet supplémentaires (14').
Claims (2)
1) Aube (1) comprenant des cavités (4, 6, 8) internes de circulation de gaz de rafraîchissement, les cavités étant séparées par des cloisons (5, 9), une des cloisons (9), la plus proche d'un bord de fuite (7) de l'aube, comportant une inclinaison plus importante vers le bord de fuite à partir d'une hauteur d'au moins 70% de l'aube, comptée d'une plate-forme (3) de l'aube à un rayon de bord extérieur, caractérisée en ce qu'une des cavités (8), délimitée vers le bord de fuite de l'aube par ladite cloison (9) la plus proche du bord de fuite de l'aube, comprend une série de perçages menant à une face latérale de l'aube, lesdits perçages débouchant dans ladite cavité (8) par des orifices (21) disposés sur une ligne parallèle à ladite cloison (9).
2) Aube suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'inclinaison plus importante est progressivement plus importante.
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