EP1164253B1 - Système de ventilation d'une paire de plates-formes d'aubes juxtaposées - Google Patents

Système de ventilation d'une paire de plates-formes d'aubes juxtaposées Download PDF

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EP1164253B1
EP1164253B1 EP01401534A EP01401534A EP1164253B1 EP 1164253 B1 EP1164253 B1 EP 1164253B1 EP 01401534 A EP01401534 A EP 01401534A EP 01401534 A EP01401534 A EP 01401534A EP 1164253 B1 EP1164253 B1 EP 1164253B1
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bosses
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gas
holes
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EP01401534A
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Serge Louis Antunes
Eric Stephan Bil
Isabelle Monique Marie Bourriaud
Maurice Guy Judet
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA Moteurs SA
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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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F01D11/008—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • 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
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/80—Platforms for stationary or moving blades
    • F05B2240/801—Platforms for stationary or moving blades cooled platforms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
    • F05D2240/81—Cooled platforms

Definitions

  • the subject of this invention is a system of ventilation of a pair of paddles juxtaposed.
  • Ventilation systems found in turbomachines usually serve to blow a stream of gas on a portion of structure carried to a different temperature of this gas to protect it overheating or, in some cases applications, to adjust its thermal expansion and perform a game adjustment that improves performance flow of the machine.
  • the invention can be regarded as a improvement of the system described in the patent French Pat. No. 2,758,855, where the sealing pieces are metal folders formed of sheet metal which rests under the underside of the platforms and that the forces centrifuges produced on the blades during the operation of the machine press against platforms.
  • the sheet is provided with holes that through the ventilation gas to reach the platforms; these holes open into collecting dimples dug into the platforms and which constitute ends of coils, that is to say sinuous ducts, still dug in the platforms and that the vent gases must walk to reach the vents crossing the platforms. Heat exchange is accomplished by convection. However, it was concluded that this provision was not efficient enough.
  • US Patent 5,513,955 discloses an associated sealing piece convection cooling systems as well. This provision, however, is not efficient enough either.
  • the object of the invention is therefore to improve the sealing liner in sheet metal or metal plate to increase the heat exchange that is indebted to gas without compromising the watertightness and obtaining a satisfactory damping of the vibrations paddles.
  • the shirt is provided with bosses at the location of the holes, chambers being formed between platforms and bosses, and the vent holes opening into the bedrooms. It follows from this that the ventilation gas going through the holes of the shirt is blown towards platforms at a speed that increases the exchange of heat thanks to the impact against the platforms which is realized.
  • the bosses elongate parallel to a junction of the platforms of to each encompass several holes or several vents; he is also advantageous that the vent holes make respectively facing the holes to facilitate the flow of ventilation gases.
  • FIG. 1 is a front view of a pair of blades
  • FIG. 2 is a perspective view of the system.
  • the blades envisaged in the invention may be turbine blades, in particular first stage of a high-pressure turbine, which are subject to very high temperatures in the room neighboring combustion, and which are inserted into grooves of a disc 1. They include a foot 2 engaged in a groove of the disc 1, a stilt 3, and a blade 4 placed in the vein of flow of the gases of combustion 5 and which constitutes the useful part of dawn. In addition, they include a platform 6 substantially in an arc and which extends around the junction of the stilt 3 and the blade 4. The platforms 6 of a pair of neighboring blades are juxtaposed leaving only a gap 7 between them, which joins the vein 5 to a cavity 8 delimited by the platforms 6 and stilts 3 adjacent blades and by the disk 1. This gap 7 is closed by a sealing piece consisting here of a jacket 9 in metal sheet disposed in the cavity 8 and covering the underside of the platforms 6 and the gap 7 from one stilt 3 to another.
  • Fresh ventilation gas is blown in the cavity 8 by a conduit such as 10 dug to through foot 2 and stilt 3 of one of the blades neighboring or through an inter-vane hole upstream of the 8.
  • the gas is ordinarily sourced from compressors or turbine. But as possibilities to build the duct circuit 10 are numerous and have been extensively described elsewhere, we will not recall them here.
  • Orifices of vent 11 cross platforms 6 to places on which to wear the cooling while allowing the gas to leave the cavity 8 and join the vein 5.
  • the shirt 9 is provided with holes 12 respectively facing the venting ports 11; in addition, bosses 13 are trained on the shirt 9 at the locations of these holes 12 to form chambers 14 between them and the platforms 6.
  • Figure 2 shows that the bosses 13 have a longitudinal extension parallel to gap 7 to encompass multiple orifices Ventilation 11 and holes 12.
  • bosses The purpose of the bosses is that the ventilation gas passing through the holes 12 and blown to the platforms 6 cools them by impact, more strongly than in the design previous where the cooling was carried out by convection.
  • the shirt 9 substantially marries the surface lower platforms 6 out bosses 12, except perhaps at the extremities, which can be curved. It is flexible enough to sit well under the platforms 6, with some pressure, when centrifugal forces from the rotation of the disk 1 are applied to it, and then contribute to dampen their vibrations.

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Description

Le sujet de cette invention est un système de ventilation d'une paire de plates-formes d'aubes juxtaposées.
Les systèmes de ventilation qu'on trouve dans les turbomachines servent généralement à souffler un courant de gaz sur une portion de structure portée à une température différente de ce gaz pour la protéger d'échauffements excessifs ou, dans certaines applications, pour régler sa dilatation thermique et accomplir un réglage de jeu qui améliore le rendement d'écoulement de la machine. On s'intéresse ici à la ventilation de plates-formes d'aubes implantées côte à côte sur une même circonférence et qui servent à couvrir les cavités séparant les portions inférieures des aubes, et à donner un contour plus régulier à la veine d'écoulement de la machine. Les cavités peuvent être mises à profit en y soufflant le gaz de ventilation. Toutefois, il sortirait des cavités par les interstices de juxtaposition des plates-formes et aurait alors peu d'effet. C'est pourquoi on dispose encore des moyens d'étanchéité placés sous les plates-formes et qui obstruent les interstices de juxtaposition. Les pièces d'étanchéité sont conçues pour laisser le gaz de ventilation arriver aux portions des plates-formes qu'on souhaite ventiler ; ces portions sont munies d'orifices d'éventement que le gaz traverse pour quitter les cavités. C'est surtout en parcourant ces orifices d'éventement que le gaz produit l'échange thermique souhaité.
L'invention peut être tenue pour un perfectionnement du système décrit dans le brevet français 2 758 855, où les pièces d'étanchéité sont des chemises métalliques formées d'une tôle qui repose sous la face inférieure des plates-formes et que les forces centrifuges produites sur les aubes mobiles pendant le fonctionnement de la machine pressent contre les plates-formes. La tôle est munie de perçages que traverse le gaz de ventilation pour parvenir aux plates-formes ; ces perçages débouchent dans des fossettes collectrices creusées dans les plates-formes et qui constituent des extrémités de serpentins, c'est-à-dire de conduits sinueux, encore creusés dans les plates-formes et que les gaz de ventilation doivent parcourir pour atteindre les orifice d'éventement traversant les plates-formes. L'échange de chaleur est accompli par convexion. On a toutefois conclu que cette disposition n'était pas assez efficace.
Le brevet US 5 513 955 décrit une pièce d'étanchéité associée à des systèmes de refroidissement par convection également. Cette disposition n'est cependant pas non plus assez efficace.
L'objet de l'invention est donc d'améliorer la chemise d'étanchéité en tôle ou plaque métallique de façon à accroítre l'échange de chaleur redevable au gaz de ventilation, sans compromettre l'étanchéité et en obtenant un amortissement satisfaisant des vibrations des plates-formes d'aubes.
Selon l'invention, la chemise est munie de bossages à l'emplacement des perçages, des chambres étant formées entre les plates-formes et les bossages, et les orifices d'éventement débouchant dans les chambres. Il résulte de cela que le gaz de ventilation traversant les perçages de la chemise est soufflé vers les plates-formes à une vitesse qui accroít l'échange de chaleur grâce à l'impact contre les plates-formes qui est réalisé.
Avantageusement, les bossages s'allongent parallèlement à une jonction des plates-formes de manière à englober chacun plusieurs perçages ou plusieurs orifices d'éventement ; il est par ailleurs avantageux que les orifices d'éventement fassent respectivement face aux perçages pour faciliter l'écoulement des gaz de ventilation.
Une réalisation possible de l'invention sera maintenant décrite en référence aux figures, parmi lesquelles la figure 1 est une vue de face d'une paire d'aubes, et la figure 2 est une vue en perspective du système.
Les aubes envisagées dans l'invention peuvent être des aubes mobiles de turbine, notamment du premier étage d'une turbine à haute pression, qui sont soumises à des échauffements très élevés de la chambre de combustion voisine, et qui sont insérées dans des rainures d'un disque 1. Elles comprennent un pied 2 engagé dans une rainure du disque 1, une échasse 3, et une pale 4 placée dans la veine d'écoulement des gaz de combustion 5 et qui constitue la partie utile de l'aube. De plus, elles comprennent une plate-forme 6 sensiblement en arc de cercle et qui s'étend autour de la jonction de l'échasse 3 et de la pale 4. Les plates-formes 6 d'une paire d'aubes voisines se juxtaposent en ne laissant subsister qu'un interstice 7 entre elles, qui unit la veine 5 à une cavité 8 délimitée par les plates-formes 6 et les échasses 3 des aubes adjacentes et par le disque 1. Cet interstice 7 est fermé par une pièce d'étanchéité consistant ici en une chemise 9 en tôle métallique disposée dans la cavité 8 et couvrant la face inférieure des plates-formes 6 et l'interstice 7 d'une échasse 3 à l'autre.
Du gaz frais de ventilation est soufflé dans la cavité 8 par un conduit tel que 10 creusé à travers le pied 2 et l'échasse 3 d'une des aubes voisines ou par un trou inter-aubes à l'amont de la cavité 8. Le gaz est ordinairement originaire des compresseurs ou de la turbine. Mais comme les possibilités de construire le circuit du conduit 10 sont nombreuses et ont été abondamment décrites ailleurs, on ne les rappellera pas ici. Des orifices d'éventement 11 traversent les plates-formes 6 aux endroits sur lesquels il faut faire porter le refroidissement tout en permettant au gaz de quitter la cavité 8 et de rejoindre la veine 5. La chemise 9 est munie de perçages 12 situés respectivement en face des orifices d'éventement 11 ; de plus, des bossages 13 sont formés sur la chemise 9 aux emplacements de ces perçages 12 afin de former des chambres 14 entre eux et les plates-formes 6. On voit à la figure 2 que les bossages 13 ont une extension longitudinale parallèle à l'interstice 7 afin d'englober plusieurs orifices d'éventement 11 et perçages 12.
Le but des bossages consiste en ce que le gaz de ventilation traversant les perçages 12 et soufflé vers les plates-formes 6 les refroidit par impact, plus fortement que dans la conception antérieure où le refroidissement était réalisé par convection.
La chemise 9 épouse sensiblement la surface inférieure des plates-formes 6 hors des bossages 12, sauf peut-être aux extrémités, qui peuvent être courbées. Elle est assez souple pour bien reposer sous les plates-formes 6, avec une certaine pression, quand les forces centrifuges provenant de la rotation du disque 1 lui sont appliquées, et contribue alors à amortir leurs vibrations.

Claims (3)

  1. Système de ventilation d'une paire de plates-formes (6) d'aubes juxtaposées comprenant :
    une paire de plates-formes (6) d'aubes juxtaposées,
    une cavité (8) couverte par les plates-formes,
    des moyens (10) pour insuffler du gaz de ventilation dans la cavité,
    une chemise (9) d'étanchéité disposée sous les plates-formes dans la cavité et munie de perçages (12), et
    des orifices d'éventement (11) traversant les plates-formes,
    caractérisé en ce que la chemise est munie de bossages (13) à l'emplacement des perçages (12), des chambres (14) étant formées entre les plates-formes et les bossages, les orifices d'éventement débouchant dans les chambres.
  2. Système de ventilation d'une paire de plates-formes d'aubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bossages s'allongent parallèlement à une jonction (7) des plates-formes.
  3. Système de ventilation d'une paire de plates-formes d'aubes selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les orifices d'éventement (11) font respectivement face aux perçages (12).
EP01401534A 2000-06-15 2001-06-14 Système de ventilation d'une paire de plates-formes d'aubes juxtaposées Expired - Lifetime EP1164253B1 (fr)

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