EP0043300B1 - Perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbines - Google Patents

Perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbines Download PDF

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EP0043300B1
EP0043300B1 EP19810400931 EP81400931A EP0043300B1 EP 0043300 B1 EP0043300 B1 EP 0043300B1 EP 19810400931 EP19810400931 EP 19810400931 EP 81400931 A EP81400931 A EP 81400931A EP 0043300 B1 EP0043300 B1 EP 0043300B1
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blade
root
disc
discs
blades
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EP19810400931
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EP0043300A2 (fr
EP0043300A3 (en
Inventor
André Alexandre Morlon
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type

Definitions

  • the present invention relates to an improvement to the ventilation systems of blades and discs of turbines.
  • the supply of cooling air to the base of the turbine blades and to the walls of the disc cavities is generally ensured, from a capacity comprised between the flange and the front face of the disc.
  • the flange is bolted to the lower part of the disc and also comes to bear, either on the front face of the disc teeth and on the blade root, or only on the front edge of the blade platforms.
  • each blade comprises a foot engaged in one of the axial cells formed at the periphery of the disc then a platform at the radial end of the extension of the foot and a profiled part extending radially starting from the platform, an enclosure being formed between the bottom of the cell and the underside of the foot and the axial locking of the blade towards the front being ensured by a flange fixed on the disc and against which abuts part of dawn.
  • This flange comes, according to FR-A-2 323 007, in abutment against the upstream face of the turbine disc and has openings for the passage of cooling air in said enclosure, while ensuring a seal both with a seal on the main gas stream side, with the blade, with the disc on the downstream side and with a labyrinth seal carried by another disc on the upstream side.
  • the seal is difficult to obtain both at several points between a single piece and at least two pieces at least upstream side and two pieces downstream side.
  • US-A-3 034 763 shows an axial locking of a blade by a biased tab abutting against the face of the disc.
  • the foot of the blade has at its lower front part a tab or spoiler which has an opening for the passage of the cooling air in said enclosure said tab ensuring the axial locking towards the rear, coming in abutment against the upstream face of the turbine disk.
  • the present invention therefore allows a good seal between the flange, the blades and the disc by means of a very simple device ensuring both the supply of cooling air to the root of the blades and their axial locking towards the rear, each part cooperating by a single support zone with only one other part.
  • a rotor disc 1 in which are arranged at its periphery axial cells 2 each receiving a foot 3 of a turbine blade 4 which comprises a platform 5 and a profiled part 6 extending radially to from each platform.
  • the foot of the blade 3 has at its lower front part a tab or spoiler 7 abutting against the upstream face 1a of the turbine disc, said tab having an opening 8 for the passage of the cooling air in an enclosure 9 formed between the bottom of the cell 2 and the underside 3a of the foot 3.
  • the underside of the foot 3 of the blade also has a recess at the front 12 to facilitate the passage of air.
  • the enclosure 9 opens towards the downstream face of the disc through an orifice 10 so that the air escapes backwards in a deflected manner according to arrow F where it joins the vein between the movable stage of the blades 4 and a rectifier stage 11.
  • the tab or spoiler 7 ensures the axial locking of the blade 4 towards the rear while the locking towards the front is obtained by means of a flange 13 which comes to bear on the platform 5 of the blades 4.
  • Locking forwards can also be obtained by means of the flange 13 which comes to bear simultaneously on the front face of the foot 3 of the blade and on the teeth 1b of the disc 1.
  • conduit 16 connecting the enclosure 9 with the cavity 17 formed inside the profiled part 6 of the blade 4, said cavity 17 being in communication with the outside by conduits 18 and 19 provided respectively in the leading edge and in the trailing edge. In this way the air cools the profiled part 6 of the blade itself which is provided with well known means of air circulation.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • La présente invention a pour objet un perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbines.
  • L'alimentation en air de refroidissement du pied des aubes de turbines et des parois des alvéoles du disque est en général assurée, à partir d'une capacité comprise entre le flasque et la face avant du disque. Le flasque est boulonné sur la partie basse du disque et vient par ailleurs en appui, soit sur la face avant des dents du disque et sur le pied des aubes, soit uniquement sur le bord avant des plateformes des aubes.
  • Le FR.A. 2 323 007 décrit une disposition de ce type dans laquelle chaque aube comprend un pied engagé dans l'une des alvéoles axiales ménagées à la périphérie du disque puis une plateforme à l'extrémité radiale du prolongement du pied et une partie profilée s'étendant radialement à partier de la plateforme, une enceinte étant ménagée entre le fond de l'alvéole et la face inférieure du pied et le verrouillage axial de l'aube vers l'avant étant assuré par un flasque fixé sur le disque et contre lequel vient en appui une partie de l'aube. Ce flasque vient, selon FR-A-2 323 007, en butée contre la face amont du disque de turbine et présente des ouvertures pour le passage de l'air de refroidissement dans ladite enceinte, tout en assurant une étanchéité à la fois avec un joint côté veine principale des gaz, avec l'aube, avec le disque côté aval et avec un joint labyrinthe porté par un autre disque côté amont.
  • Il est également connu d'utiliser des plaques montées dans des rainures circulaires prévues respectivement dans les plateformes des aubes et dans le disque, des orifices étant prévus dans les plaques pour le passage de l'air.
  • Dans ces dispositifs connus, l'étanchéité entre flasque, aubes et disques n'est pas parfaite et les jeux créent de nombreuses sources de fuite.
  • Suivant le document cité ci-dessus en particulier, l'étanchéité est difficilement obtenue à la fois en plusieurs points entre une seule pièce et à la fois deux pièces au moins côté amont et deux pièces côté aval.
  • Il est donc difficile d'apprécier avec exactitude le débit d'air de refroidissement, d'où il résulte un risque de surchauffe des dents du disque et des pieds d'aubes.
  • Par ailleurs le US-A-3 034 763 montre un verrouillage axial d'une aube par une patte venanc en butée contre la face du disque.
  • Conformément à la présente invention, le pied de l'aube présente à sa partie inférieure frontale une patte ou becquet qui comporte une ouverture pour le passage de l'air de refroidissement dans ladite enceinte ladite patte assurant le verrouillage axial vers l'arrière, venant en butée contre la face amont du disque de turbine.
  • La présente invention permet donc une bonne étanchéité entre le flasque, les aubes et le disque au moyen d'un dispositif très simple assurant à la fois l'alimentation en air de refroidissement du pied des aubes et leur verrouillage axial vers l'arrière, chaque pièce ne coopérant par une zone d'appui unique qu'avec une seule autre piece.
  • D'autres charactéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels:
    • La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'une aube de turbine perfectionnée suivant l'invention.
    • La fig. 2 est une vue de la face avant de l'aube représentée à la fig. 1.
    • La fig. 3 est une vue en coupe axiale d'un autre mode de réalisation d'une aube de turbine.
    • La fig. 4 est une vue de la face avant de l'aube représentée à la fig. 3.
  • Aux fig. 1 et 2, on a représenté un disque de rotor 1 dans lequel sont ménagées à sa périphérie des alvéoles axiales 2 recevant chacune un pied 3 d'une aube de turbine 4 qui comporte une plateforme 5 et une partie profilée 6 s'étendant radialement à partir de chaque plateforme.
  • Le pied de l'aube 3 présente à sa partie inférieure frontale une patte ou becquet 7 en butée contre la face amont 1 a du disque de turbine, ladite patte présentant une ouverture 8 pour le passage de l'air de refroidissement dans une enceinte 9 ménagée entre le fond de l'alvéole 2 et la face inférieure 3a du pied 3.
  • La face inférieure du pied 3 de l'aube comporte également à l'avant un décrochement 12 pour faciliter le passage de l'air.
  • L'enceinte 9 débouche vers la face aval du disque par un orifice 10 de telle sorte que l'air s'échappe vers l'arrière de manière défléchie suivant la flèche F où il rejoint la veine entre l'étage mobile des aubes 4 et un étage redresseur 11.
  • La patte ou becquet 7 assure le verrouillage axial de l'aube 4 vers l'arrière alors que le verrouillage vers l'avant est obtenu au moyen d'un flasque 13 qui vient porter sur la plateforme 5 des aubes 4.
  • Le verrouillage vers l'avant peut être obtenu également auf moyen du flasque 13 qui vient porter simultanément sur la face avant du pied 3 de l'aube et sur les dents 1 b du disque 1.
  • Aux fig. 3 et 4, on a représenté une variante de réalisation dans laquelle l'enceinte 9 entre le fond de l'alvéole 2 et la face inférieure du pied 3 de l'aube est obturée vers la face aval du disque par une bague élastique 14 engagée sous un becquet aval 15 du disque dans lequel la bague 14 est maintenue par élasticité d'une part, mais surtout par la force centrifuge.
  • Dans la partie médiane du pied 3, il est prévu un conduit 16 reliant l'enceinte 9 avec la cavité 17 ménagée à l'intérieur de la partie profilée 6 de l'aube 4, ladite cavité 17 étant en communication avec l'extérieur par des conduits 18 et 19 prévus respectivement dans le bord d'attaque et dans le bord de fuite. De cette manière l'air refroidit la partie profilée 6 de l'aube elle-même qui est munie de moyens bien connus de circulation de l'air.
  • Bien etendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (7)

1. Perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbine, chaque aube comprenant un pied (3) engagé dans l'une des alvéoles axiales (2) ménagées à la périphérie du disque, puis une plateforme (5) à l'extrémité radiale du prolongement du pied (3) et une partie profilée (6) s'étendant radialement à partir de la plateforme (5), une enceinte (9) étant ménagée entre le fond de l'alvéole (2) et la face inférieure (3a) du pied et le verrouillage axial de l'aube vers l'avant étant assuré par un flasque (13) fixé sur le disque et contre lequel vient en appui une partie de l'aube, caractérisé en ce que le pied (3) de l'aube (4) présente à sa partie inférieure frontale une patte ou becquet (7) qui comporte une ouverture (8) pour le passage de l'air de refroidissement dans ladite enceinte (9), ladite patte (7) assurant le verrouillage axial vers l'arrière venant en butée contre la face amont (1a) du disque de turbine.
2. Perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbines suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte (9) ménagée entre le fond de l'alvéole (2) et la face inférieure (3a) du pied de l'aube débouche vers la face aval du disque, de telle sorte que l'air s'échappe vers l'arrière de manière défléchie dans la veine d'air entre un étage mobile et un étage redresseur (11).
3. Perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbines suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte (9) ménagée entre le fond de l'alvéole (2) et la face inférieure du pied (3) de l'aube est obturée vers la face aval du disque et débouche dans une cavité (17) de la partie profilée (6) de l'aube (4) par un conduit (16) ménagé dans le pied de l'aube, ladite cavité (17) de la partie profilée (6) de l'aube comportant des orifices (18,19) débouchant à l'extérieur.
4. Perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbines suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'enceinte (9) ménagée entre le fond de l'alvéole et la face inférieure du pied de l'aube est obturée vers la face aval du disque par une bague élastique (14) engagée sous une dent (15) de l'aube (4).
5. Perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbines suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la face inférieure du pied (3) des aubes (4) comporte à l'avant un décrochement (12) pour faciliter le passage de l'air.
6. Perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbines suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le verrouillage vers l'avant est assuré par le flasque (13) contre lequel vient en appui le bord avant de la plateforme (5) et l'aube (4).
7. Perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbines suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le verrouillage vers l'avant est assuré par le flasque (13) contre lequel vient en appui la face avant (5) du pied (3) de l'aube (4) et les dents (1 b) du disque (1).
EP19810400931 1980-06-30 1981-06-12 Perfectionnement aux systèmes de ventilation des aubes et disques de turbines Expired EP0043300B1 (fr)

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EP0043300A2 EP0043300A2 (fr) 1982-01-06
EP0043300A3 EP0043300A3 (en) 1982-01-13
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EP0043300A3 (en) 1982-01-13
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