EP1555390A1 - Fentes d'évacuation de l'air de refroidissement d'aubes de turbine - Google Patents

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EP1555390A1
EP1555390A1 EP04293046A EP04293046A EP1555390A1 EP 1555390 A1 EP1555390 A1 EP 1555390A1 EP 04293046 A EP04293046 A EP 04293046A EP 04293046 A EP04293046 A EP 04293046A EP 1555390 A1 EP1555390 A1 EP 1555390A1
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EP
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slot
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wall
dawn
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Jacques Boury
Maurice Judet
Jacky Tabardin
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Safran Aircraft Engines SAS
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SNECMA Moteurs SA
SNECMA SAS
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    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades

Definitions

  • the present invention relates to the general field of turbine blades, and more particularly to the geometry of the slots exhaust air cooling located on the trailing edge of moving or fixed blades of a turbomachine turbine.
  • a turbomachine turbine (for example, the high-pressure turbine) consists of a plurality of stages each formed of a distributor and a moving wheel.
  • the distributor of the turbine comprises a plurality of fixed vanes for straightening the flow of gas on through and the impeller of the turbine is made up of a plurality of moving blades.
  • the blades and the blades of such a turbine are subject to very high temperatures of the gases from the combustion chamber and that pass through the turbine. These temperatures reach values far superior to those that can withstand blades which are in contact with these gases, which has the consequence of limit their life.
  • cooling circuit vanes In order to limit the damage caused by these hot gases on blades, it is known to provide these cooling circuit vanes to reduce the temperature of the latter. Thanks to such circuits, cooling air that is introduced into the dawn crosses this one following a path formed by cavities practiced in the dawn before being ejected by slots opening on the surface of the dawn, between the foot and the top of it.
  • FIG. 7 illustrates the location of such cracks for a mobile turbine blade.
  • This figure is a partial view and in perspective of a mobile blade 100 of high-pressure turbine.
  • Dawn 100 has an aerodynamic surface 102 which is connected to the level of the foot of dawn 104 to a platform 106 through a zone of connection 108.
  • the aerodynamic surface 102 of the dawn extends axially between a leading edge (not shown in the figure) and a trailing edge 110.
  • Each evacuation slot 112 is in particular formed of a side wall 114 provided with an opening (not shown) opening in the cavities traversed by the cooling air.
  • Each slot also has a recessed wall 116 extending between the side wall 114 and the trailing edge 110 of the blade, a top wall 118 and a bottom wall 120 which extend between the wall in recess 116 and the aerodynamic surface 102 of the blade.
  • one or more creeks 122 are formed at the level of the slot 112a which is the slot closest to the platform 106 (hereinafter called lower slot). More precisely, the creeks 122 are form at the recessed wall 116 of the lower slot 112a and propagate axially from the trailing edge 110 of dawn to the side wall 114.
  • Such cracks result mainly from a strong concentration of mechanical stresses at the lower slot 112a which are generated in particular by the lower wall 120 of this lower slot. There is a risk that such creeks spread on the entire aerodynamic surface 102 of the dawn, thus limiting its duration of life.
  • the US patent 6,062,817 provides, for a moving blade, to partially remove the bottom wall of the evacuation slot closest to the platform so that the recessed wall of this slot extends radially partly between the upper wall and the platform of the dawn.
  • the present invention therefore aims to overcome such drawbacks by proposing a turbine blade with the slot or slots closest to the platform or platforms has a geometry that allows both avoid the formation of creeks and ensure cooling of the area connection between the platform or platforms and the dawn.
  • a turbomachine turbine blade having an aerodynamic surface extending radially between a dawn foot and a dawn apex and axially between a leading edge and a trailing edge, at least one lower platform connected to the foot of the dawn by a lower connection area, and a circuit of cooling consisting of at least one radially extending cavity between the top and the blade root, at least one intake opening of air at a radial end of the or the cavities, of a plurality of slots evacuation along the trailing edge of the dawn, including a slot lower evacuation arranged in the vicinity of the blade root, the slot lower outlet having a side wall provided with a opening opening in the cavity or cavities, a recessed wall, a lower wall arranged on the side of the blade root, a lower edge formed between the recessed wall and the bottom wall, and a ledge lower formed between the bottom wall and the connection area lower, characterized in that the lower edge and the lower edge of the lower discharge slot each have a cross-section substantially rounded in shape so as to
  • the rounded shape of the straight section of the ridge lower and lower edge of the lower discharge slot avoids any formation of cracks at the recessed wall of this slot. Moreover, thanks to this rounded shape, an air film of cooling is created at the lower connection area between the platform and the dawn foot to cool this area. The temperature of the connection area is thus lowered.
  • the dawn further comprises a platform superior connected to the top of the dawn by a zone of connection, the cooling circuit comprising in in addition to an upper discharge slot disposed near the top blade and having a side wall with an opening opening in the cavity or recesses, a recessed wall, an upper wall disposed on the side of the blade tip, an upper edge formed between the recessed wall and top wall, and a top ledge formed between the upper wall and the upper connection zone; characterized in that the upper ridge and the upper rim of the slot top exhaust each have a straight cross-section substantially rounded so as to eliminate any salient angle between the opening of said slot and the upper connection area.
  • the rounded shapes of the cross section of the ridges and flanges each extend axially from the opening of the evacuation slot to an exit plane extending axially between said opening of the discharge slot and the trailing edge of the blade.
  • Rounded shapes of straight section of edges and edges advantageously each have a radius of curvature which is increasing from the opening of the evacuation slot to the exit plane.
  • these radii of curvature are preferably such that the wall recess of the evacuation slot and the connection area are confused.
  • the recessed wall of the lower vent slot can tilt toward the dawn top and the opening of the side wall of the evacuation slot lower can be formed essentially in the connection zone lower.
  • the subject of the invention is also a core for obtaining a dawn as described above, comprising a main part intended to reserve a location for the cooling cavity of dawn, the main part being provided with a plurality of tongues terminals that are intended to reserve as many locations for ventilation slots of the cooling circuit of the blade, characterized in that what the main part of the core includes in addition, at a level of slot for the lower vent slot, one tab lower shape complementary to this lower slot.
  • the invention also relates to a high-pressure turbine of turbomachine having a plurality of blades as defined previously, and a turbomachine distributor comprising a a plurality of vanes as defined above.
  • FIG. 1 represents in perspective a moving blade 10 of turbomachine high-pressure turbine.
  • Dawn 10 is fixed on a wheel mobile turbine (not shown) via a fitting 12 in the shape of fir.
  • Dawn 10 is in the form of a surface aerodynamic 14 which extends radially between a blade root 16 and a blade tip 18 and axially between a leading edge 20 and an edge of 22.
  • the aerodynamic surface 14 of the dawn thus defines the intrados 14a and the extrados 14b of dawn.
  • the fitting 12 of the dawn 10 is connected to the dawn foot 16 at a lower platform 24 defining a wall for the flow path of the combustion gases through the turbine.
  • the platform 24 is connected to the blade root 16 by a connection zone lower 26.
  • the blade 10 comprises one or more circuits internal cooling.
  • Each cooling circuit consists of at least one cavity 28 extending radially between the foot 16 and the apex 18 of blade.
  • the cavity is supplied with cooling air at one of its ends radial through an air inlet opening (not shown). This air intake opening is usually provided at the level of the fitting 12 of the blade 10.
  • a plurality of slots 30 are distributed along the trailing edge 22, between the foot 16 and the top 18 blade. These evacuation slots 30 open into the cavity 28 and lead to the intrados 14a of dawn, at its trailing edge 22.
  • the blade 10 has a lower discharge slot 30a which is disposed in the vicinity of the blade root 16. Compared to other slots 30, this lower slot 30a is the closest from the lower platform 24.
  • the lower discharge slot 30a consists of a wall recess (or recess) 32, a wall (or step) lower 34, and a side wall 36 provided with an opening 38 opening into the cavity 28 of the cooling circuit.
  • bottom wall is meant the wall which is arranged on the side at the blade root 16.
  • the recessed wall 32 extends radially from the bottom wall 34 to the blade tip 18 and axially between the side wall 36 and the trailing edge 22 of the blade.
  • the wall bottom 34 extends between the recessed wall 32 and the bottom connection 26.
  • a lower edge 40 formed between the recessed wall 32 and the lower wall 34.
  • a lower rim 42 is formed between the lower wall 34 and the lower connection zone 26.
  • This particular geometry of the lower vent slot 30a provides a guiding air from the cavity of the circuit of cooling through the opening 38 and thus allows to cool the edge of leaking 22 of dawn which is the part of the dawn the least thick and therefore the more exposed to high temperatures flue gas.
  • the lower edge 40 and the lower edge 42 of the lower vent slot 30a each have a section right shaped substantially rounded to remove any angle protruding between the opening 38 of the slot 30a and the connection zone bottom 26.
  • any formation of cracks at the wall in recess 32 of the lower vent slot 30a is avoided.
  • the shapes rounded off the right section of lower edge 40 and flange 42 each extend axially from the opening 38 of the slot lower discharge 30a to an outlet plane P extending axially between the opening of the discharge slot and the trailing edge 22 of dawn.
  • the output plane P can be defined with respect to a system of coordinates formed by X, Y and Z axes shown in FIG. relative to this coordinate system, the output plane P is parallel to the XY plane.
  • the rounded shapes of the straight section of ridge 40 and rim 42 lower ones each have a radius of curvature which is increasing from the opening 38 of the lower discharge slot 30a towards the plane P output.
  • the width (in the direction intrados / extrados) of the wall lower 34 decreases until disappearing completely at the level of the section represented by FIG. 3C (that is, at the plane of output P).
  • the radius of curvature of the rounded shapes of the ridge 40 and the rim 42 lower are such that the recessed wall 32 of the slot lower 30a and the lower connection zone 26 are combined.
  • FIG. 4 thus illustrates a fixed blade 50 of a distributor of high-pressure turbine of a turbomachine.
  • fixed blade 50 is mounted between two platforms; namely a platform lower 52 and an upper platform 54.
  • the platform upper 54 is connected to the top 18 of the blade by a zone of upper connection 56, while the lower platform 52 is connected to the blade root 16 by a lower connection zone 58.
  • the circuit of fixed blade cooling 50 has a plurality of slots 30 of which a lower slot 30a which opens into the cavity of cooling 28, which is disposed in the vicinity of the blade root 16 and which leads to the intrados 14a of dawn.
  • This lower evacuation slot 30a has the same peculiarities as those of the moving blade of the figure 1.
  • the cooling circuit of the fixed blade 50 further comprises an upper discharge slot 30b which opens also in the cooling cavity 28 and which is arranged at near the top of blade 18. This upper slot 30b leads to the intrados 14a of the dawn 50.
  • this upper slot 30b consists of a side wall 60 provided with an opening 62 opening in the cooling cavity 28, a recessed wall 64, and a upper wall 66 disposed on the side of the blade tip 18.
  • wall upper 66 we mean the wall which is located on the side of the dawn apex 18.
  • this slot 30b an upper edge 70 formed between the recessed wall 64 and the top wall 66, and an upper flange 72 formed between the upper wall 66 and the zone of upper connection 56.
  • the upper edge 70 and the rim upper 72 of the upper vent slot 30b each present a cross-section of substantially rounded shape so as to eliminate any projecting angle between the opening 62 of the slot 30b and the zone of upper connection 56.
  • the blades 10 and fixed 50 according to the invention are obtained directly by molding.
  • the dawn is made by casting a metal in a mold containing a ceramic core whose particular function is to reserve a location for the dawn cooling circuit (ie for the cavity 28 and each discharge slot 30, 30a and 30b). Once the metal is poured into the mold, the dawn is cooled and the ceramic core is removed.
  • FIG. 6 represents a ceramic core 80 making it possible to reserve a location for the dawn cooling circuit 10 of Figure 1. This Figure 6 illustrates this core of the extrados side of dawn.
  • the core 80 has a main portion 82 for reserve a location for the cooling cavity or cavities of dawn.
  • This main portion 82 is provided with a plurality of tongues terminals (or fingers) 84 which are intended to reserve as much locations for the cooling system exhaust slots of dawn.
  • the ceramic core 80 presents, at the level of the slot for this lower slot, one tab lower 84a complementary shape to these rounded shapes.
  • the lower tongue 84a has a first edge 86 of complementary shape to the recessed wall of the lower slot, a second edge 88 of complementary shape to the lower wall of this slot, and a third edge 90 of shape complementary to its side wall.
  • the lower edge 92 formed between the first 86 and second edge 88 edges thus has a cross section of substantially rounded.
  • the lower rim 94 formed between the second edge 88 and an edge (not shown) of complementary shape to the zone of lower connection of the dawn to the lower platform presents also a cross section of substantially rounded shape.
  • the recessed wall 32 of the slot lower vent 30a has an inclination towards the top blade.
  • This inclination (for example of the order of 10 ° to 30 °), which is illustrated in FIG. 1, also makes it possible to increase the cooling of the connection zone 26 between the platform 24 and the dawn foot 16.
  • the opening 38 of the evacuation slot lower 30a of such a moving blade 10 is preferably formed essentially in the connection zone 26 between the platform 24 and the dawn foot 16.

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Abstract

Aube de turbine de turbomachine, comportant au moins une plate-forme inférieure (24) reliée au pied de l'aube (16) par une zone de raccordement inférieure (26), et un circuit de refroidissement composé d'au moins une cavité de refroidissement, d'une pluralité de fentes d'évacuation (30, 30a) aménagées le long du bord de fuite (22) de l'aube dont une fente d'évacuation inférieure (30a) disposée au voisinage du pied d'aube (16), la fente d'évacuation inférieure (30a) comportant une paroi latérale (36) munie d'une ouverture (38) s'ouvrant dans la cavité, une paroi en renfoncement (32), une paroi inférieure (34) disposée du côté du pied d'aube, une arête inférieure (40) formée entre la paroi en renfoncement (32) et la paroi inférieure (34), et un rebord inférieur (42) formé entre la paroi inférieure et la zone de raccordement inférieure (26), l'arête inférieure (40) et le rebord inférieur (42) de la fente inférieure (30a) présentant chacun une section droite de forme sensiblement arrondie de façon à supprimer toute angle saillant entre l'ouverture (38) de la fente et la zone de raccordement inférieure (26). <IMAGE>

Description

Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général des aubes de turbine, et plus particulièrement à la géométrie des fentes d'évacuation de l'air de refroidissement situées sur le bord de fuite d'aubes mobiles ou fixes d'une turbine de turbomachine.
Une turbine de turbomachine (par exemple, la turbine haute-pression) se compose d'une pluralité d'étages formés chacun d'un distributeur et d'une roue mobile. Le distributeur de la turbine comporte une pluralité d'aubes fixes destinées à redresser le flux de gaz le traversant et la roue mobile de la turbine est constituée d'une pluralité d'aubes mobiles.
Les aubes mobiles et fixes d'une telle turbine sont soumises aux températures très élevées des gaz issus de la chambre de combustion et qui traversent la turbine. Ces températures atteignent des valeurs largement supérieures à celles que peuvent supporter sans dommages les aubes qui sont en contact avec ces gaz, ce qui a pour conséquence de limiter leur durée de vie.
Afin de limiter les dommages causés par ces gaz chauds sur les aubes, il est connu de munir ces aubes de circuits de refroidissement internes visant à réduire la température de ces dernières. Grâce à de tels circuits, de l'air de refroidissement qui est introduit dans l'aube traverse celle-ci en suivant un trajet formé par des cavités pratiquées dans l'aube avant d'être éjecté par des fentes s'ouvrant à la surface de l'aube, entre le pied et le sommet de celle-ci.
Or, dans la pratique, on constate que pour une aube mobile de turbine, la fente la plus proche du pied de l'aube est mal refroidie. De même, pour une aube fixe de turbine, les fentes les plus proches du pied et du sommet d'aube sont aussi mal refroidies. En effet, des criques ont tendance à se former sur le bord de fuite de l'aube, au niveau de ces fentes. De telles criques compromettent la durée de vie de l'aube en diminuant notamment leur tenue mécanique.
La figure 7 illustre l'emplacement de telles criques pour une aube mobile de turbine. Cette figure est une vue partielle et en perspective d'une aube mobile 100 de turbine haute-pression. L'aube 100 comporte une surface aérodynamique 102 qui est reliée au niveau du pied d'aube 104 à une plate-forme 106 par l'intermédiaire d'une zone de raccordement 108. La surface aérodynamique 102 de l'aube s'étend axialement entre un bord d'attaque (non représenté sur la figure) et un bord de fuite 110. Afin d'assurer le refroidissement de l'aube 100, de l'air parcourt celle-ci en suivant un trajet formé par des cavités (non représentées) pratiquées dans l'aube avant d'être évacué par des fentes d'évacuation 112 s'ouvrant à la surface aérodynamique 102 de l'aube, au niveau de son bord de fuite 110.
Chaque fente d'évacuation 112 est notamment formée d'une paroi latérale 114 munie d'une ouverture (non représentée) s'ouvrant dans les cavités parcourues par l'air de refroidissement. Chaque fente comporte également une paroi en renfoncement 116 s'étendant entre la paroi latérale 114 et le bord de fuite 110 de l'aube, une paroi supérieure 118 et une paroi inférieure 120 qui s'étendent entre la paroi en renfoncement 116 et la surface aérodynamique 102 de l'aube.
Dans la pratique, on constate qu'une ou plusieurs criques 122 (une seule est représentée sur la figure) se forment au niveau de la fente d'évacuation 112a qui est la fente la plus proche de la plate-forme 106 (ci-après appelée fente inférieure). Plus précisément, les criques 122 se forment au niveau de la paroi en renfoncement 116 de la fente inférieure 112a et se propagent axialement depuis le bord de fuite 110 de l'aube vers la paroi latérale 114.
De telles criques résultent principalement d'une forte concentration de contraintes mécaniques au niveau de la fente inférieure 112a qui sont engendrées notamment par la paroi inférieure 120 de cette fente inférieure. Un risque existe que de telles criques se propagent sur toute la surface aérodynamique 102 de l'aube, limitant ainsi sa durée de vie.
Pour une aube fixe de turbine, des criques identiques apparaissent à la fois au niveau de la fente d'évacuation la plus proche de la plate-forme disposée du côté du pied d'aube, mais également au niveau de la fente d'évacuation la plus proche d'une autre plate-forme raccordée à l'aube par son sommet (ci-après appelée fente supérieure).
Afin de limiter l'apparition de ces criques, le brevet US 6,062,817 prévoit, pour une aube mobile, de supprimer partiellement la paroi inférieure de la fente d'évacuation la plus proche de la plate-forme de sorte que la paroi en renfoncement de cette fente s'étend radialement en partie entre la paroi supérieure et la plate-forme de l'aube.
Cette solution est toutefois insuffisante. En effet, la fente inférieure de l'aube de ce brevet comporte toujours des arêtes vives au niveau de sa paroi inférieure. Le changement brusque d'épaisseur qui en résulte entraíne un mauvais écoulement de l'air de refroidissement évacué par cette fente. L'air évacué ne permet alors plus de refroidir la zone de raccordement entre la plate-forme et le pied de l'aube et des criques particulièrement préjudiciables à la durée de vie de l'aube apparaissent au niveau de cette zone.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention vise donc à pallier de tels inconvénients en proposant une aube de turbine dont la ou les fentes la plus proche de la ou des plates-formes présente une géométrie permettant à la fois d'éviter la formation de criques et d'assurer un refroidissement de la zone de raccordement entre la ou les plates-formes et l'aube.
A cet effet, il est prévu une aube de turbine de turbomachine, comportant une surface aérodynamique s'étendant radialement entre un pied d'aube et un sommet d'aube et axialement entre un bord d'attaque et un bord de fuite, au moins une plate-forme inférieure reliée au pied de l'aube par une zone de raccordement inférieure, et un circuit de refroidissement composé d'au moins une cavité s'étendant radialement entre le sommet et le pied d'aube, d'au moins une ouverture d'admission d'air à une extrémité radiale de la ou les cavités, d'une pluralité de fentes d'évacuation aménagées le long du bord de fuite de l'aube dont une fente d'évacuation inférieure disposée au voisinage du pied d'aube, la fente d'évacuation inférieure comportant une paroi latérale munie d'une ouverture s'ouvrant dans la ou les cavités, une paroi en renfoncement, une paroi inférieure disposée du côté du pied d'aube, une arête inférieure formée entre la paroi en renfoncement et la paroi inférieure, et un rebord inférieur formé entre la paroi inférieure et la zone de raccordement inférieure, caractérisée en ce que l'arête inférieure et le rebord inférieur de la fente d'évacuation inférieure présentent chacun une section droite de forme sensiblement arrondie de façon à supprimer toute angle saillant entre l'ouverture de la fente et la zone de raccordement inférieure.
De la sorte, la forme arrondie de la section droite de l'arête inférieure et du rebord inférieur de la fente d'évacuation inférieure évite toute formation de criques au niveau de la paroi en renfoncement de cette fente. Par ailleurs, grâce à cette forme arrondie, un film d'air de refroidissement se créé au niveau de la zone de raccordement inférieure entre la plate-forme et le pied d'aube afin de refroidir cette zone. La température de la zone de raccordement est donc abaissée.
Selon une disposition particulière de l'invention, applicable au cas d'une aube fixe de distributeur, l'aube comporte en outre une plate-forme supérieure reliée au sommet de l'aube par une zone de raccordement supérieure, le circuit de refroidissement comportant en outre une fente d'évacuation supérieure disposée au voisinage du sommet d'aube et comportant une paroi latérale munie d'une ouverture s'ouvrant dans la ou les cavités, une paroi en renfoncement, une paroi supérieure disposée du côté du sommet d'aube, une arête supérieure formée entre la paroi en renfoncement et la paroi supérieure, et un rebord supérieur formé entre la paroi supérieure et la zone de raccordement supérieure ; caractérisée en ce que l'arête supérieure et le rebord supérieur de la fente d'évacuation supérieure présentent chacun une section droite de forme sensiblement arrondie de façon à supprimer toute angle saillant entre l'ouverture de ladite fente et la zone de raccordement supérieure.
De préférence, les formes arrondies de la section droite des arêtes et rebords s'étendent chacune axialement depuis l'ouverture de la fente d'évacuation jusqu'à un plan de sortie s'étendant axialement entre ladite ouverture de la fente d'évacuation et le bord de fuite de l'aube.
Les formes arrondies de la section droite des arêtes et rebords présentent avantageusement chacune un rayon de courbure qui est croissant depuis l'ouverture de la fente d'évacuation vers le plan de sortie. Dans ce cas, ces rayons de courbure sont de préférence tels que la paroi en renfoncement de la fente d'évacuation et la zone de raccordement sont confondues.
Dans le cas d'une aube mobile, la paroi en renfoncement de la fente d'évacuation inférieure peut présenter une inclinaison vers le sommet d'aube et l'ouverture de la paroi latérale de la fente d'évacuation inférieure peut être formée essentiellement dans la zone de raccordement inférieure.
L'invention a aussi pour objet un noyau pour l'obtention d'une aube telle que décrite précédemment, comportant une partie principale destinée à réserver un emplacement pour la cavité de refroidissement de l'aube, la partie principale étant munie d'une pluralité de languettes terminales qui sont destinés à réserver autant d'emplacements pour les fentes d'évacuation du circuit de refroidissement de l'aube, caractérisé en ce que la partie principale du noyau comporte en outre, au niveau d'un emplacement réservé à la fente d'évacuation inférieure, une languette inférieure de forme complémentaire à cette fente inférieure.
L'invention a encore pour objet une turbine haute-pression de turbomachine ayant une pluralité d'aubes mobiles telles que définies précédemment, ainsi qu'un distributeur de turbomachine comportant une pluralité d'aubes fixes telles que définies précédemment.
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 est une vue en perspective d'une aube mobile de turbine selon l'invention ;
  • la figure 2 est une vue partielle et en perspective de la fente d'évacuation inférieure de l'aube de la figure 1 ;
  • les figures 3A, 3B et 3C sont des vues en coupe respectives selon IIIA, IIIB et IIIC de la figure 2 ;
  • la figure 4 est une en perspective d'une aube fixe de turbine selon l'invention ;
  • la figure 5 est une vue partielle et en perspective de la fente d'évacuation supérieure de l'aube de la figure 4 ;
  • la figure 6 est une vue partielle et en perspective d'un noyau pour l'obtention de l'aube de la figure 1 ; et
  • la figure 7, déjà décrite, est une vue partielle et en perspective d'une aube mobile de turbine selon l'art antérieur.
Description détaxée d'un mode de réalisation
La figure 1 représente en perspective une aube mobile 10 de turbine haute-pression de turbomachine. L'aube 10 est fixée sur une roue mobile de turbine (non représentée) par l'intermédiaire d'un emmanchement 12 en forme de sapin.
L'aube 10 se présente sous la forme d'une surface aérodynamique 14 qui s'étend radialement entre un pied d'aube 16 et un sommet d'aube 18 et axialement entre un bord d'attaque 20 et un bord de fuite 22. La surface aérodynamique 14 de l'aube définit ainsi l'intrados 14a et l'extrados 14b de l'aube.
L'emmanchement 12 de l'aube 10 se raccorde au pied d'aube 16 au niveau d'une plate-forme inférieure 24 définissant une paroi pour la veine d'écoulement des gaz de combustion au travers de la turbine. La plate-forme 24 est reliée au pied d'aube 16 par une zone de raccordement inférieure 26.
L'aube qui est soumise aux températures très élevées des gaz de combustion traversant la turbine nécessite d'être refroidie. A cet effet, et de façon connue en soi, l'aube 10 comporte un ou plusieurs circuits internes de refroidissement.
Chaque circuit de refroidissement se compose d'au moins une cavité 28 s'étendant radialement entre le pied 16 et le sommet 18 d'aube. La cavité est alimentée en air de refroidissement à l'une de ses extrémités radiales par une ouverture d'admission d'air (non représentée). Cette ouverture d'admission d'air est généralement prévue au niveau de l'emmanchement 12 de l'aube 10.
Afin d'évacuer l'air de refroidissement s'écoulant dans la cavité 28 des circuits de refroidissement, une pluralité de fentes 30 sont réparties le long du bord de fuite 22, entre le pied 16 et le sommet 18 d'aube. Ces fentes d'évacuation 30 s'ouvrent dans la cavité 28 et débouchent à l'intrados 14a de l'aube, au niveau de son bord de fuite 22.
Plus particulièrement comme illustré sur les figures 2 et 3A à 3C, l'aube 10 comporte une fente d'évacuation inférieure 30a qui est disposée au voisinage du pied d'aube 16. Par rapport aux autres fentes d'évacuation 30, cette fente inférieure 30a est celle qui est la plus proche de la plate-forme inférieure 24.
La fente d'évacuation inférieure 30a se compose d'une paroi en renfoncement (ou en retrait) 32, d'une paroi (ou marche) inférieure 34, et d'une paroi latérale 36 munie d'une ouverture 38 s'ouvrant dans la cavité 28 du circuit de refroidissement.
Par paroi inférieure, on entend la paroi qui est disposée du côté du pied d'aube 16. La paroi en renfoncement 32 s'étend radialement depuis la paroi inférieure 34 vers le sommet d'aube 18 et axialement entre la paroi latérale 36 et le bord de fuite 22 de l'aube. En outre, la paroi inférieure 34 s'étend entre la paroi en renfoncement 32 et la zone de raccordement inférieure 26.
Ainsi, on peut définir, pour la fente d'évacuation inférieure 30a, une arête inférieure 40 formée entre la paroi en renfoncement 32 et la paroi inférieure 34. De même, un rebord inférieur 42 est formé entre la paroi inférieure 34 et la zone de raccordement inférieure 26.
Cette géométrie particulière de la fente d'évacuation inférieure 30a assure un guidage de l'air issu de la cavité du circuit de refroidissement via l'ouverture 38 et permet ainsi de refroidir le bord de fuite 22 de l'aube qui est la partie de l'aube la moins épaisse et donc la plus exposée aux températures élevées des gaz de combustion.
Selon l'invention, l'arête inférieure 40 et le rebord inférieur 42 de la fente d'évacuation inférieure 30a présentent chacun une section droite de forme sensiblement arrondie de façon à supprimer toute angle saillant entre l'ouverture 38 de la fente 30a et la zone de raccordement inférieure 26. Ainsi, toute formation de criques au niveau de la paroi en renfoncement 32 de la fente d'évacuation inférieure 30a est évitée.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, les formes arrondies de la section droite de l'arête 40 et du rebord 42 inférieurs s'étendent chacune axialement depuis l'ouverture 38 de la fente d'évacuation inférieure 30a jusqu'à un plan de sortie P s'étendant axialement entre l'ouverture de la fente d'évacuation et le bord de fuite 22 de l'aube.
Le plan de sortie P peut être défini par rapport à un système de coordonnées formés par des axes X, Y et Z représentés sur la figure 2. Par rapport à ce système de coordonnées, le plan de sortie P est parallèle au plan XY.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, les formes arrondies de la section droite de l'arête 40 et du rebord 42 inférieurs présentent chacune un rayon de courbure qui est croissant depuis l'ouverture 38 de la fente d'évacuation inférieure 30a vers le plan de sortie P.
Cette caractéristique est notamment illustrée sur les figures 3A à 3C sur lesquelles on remarque bien que les rayons de courbure de l'arête 40 et du rebord 42 inférieurs augmentent à mesure que l'on s'éloigne de l'ouverture 38. Ainsi, sur la figure 3A qui est la coupe la plus proche de l'ouverture 38 de la fente inférieure 30a, ces rayons de courbure sont plus petits que ceux de la figure 3C qui représente une coupe dans le plan de sortie P.
Il est également possible d'avoir une variation différente des rayons de courbure de l'arête 40 et du rebord 42 inférieurs. Ces rayons de courbure peuvent en effet être constants ou décroítront à mesure que l'on s'éloigne de l'ouverture 38.
Par ailleurs, à mesure que l'on s'éloigne de l'ouverture 38 de la fente inférieure 30a, la largeur (dans le sens intrados/extrados) de la paroi inférieure 34 diminue jusqu'à disparaítre complètement au niveau de la coupe représentée par la figure 3C (c'est-à-dire au niveau du plan de sortie P).
Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention illustrée par cette même figure 3C, au niveau du plan de sortie P, les rayons de courbure des formes arrondies de l'arête 40 et du rebord 42 inférieurs sont tels que la paroi en renfoncement 32 de la fente inférieure 30a et la zone de raccordement inférieure 26 sont confondues.
De même, les rayons de courbure des formes arrondies de l'arête 40 et du rebord 42 inférieurs sont également confondus au niveau du plan de sortie P. Ceci provient du fait que la largeur (dans le sens intrados/extrados) de la paroi inférieure 34 de la fente inférieure disparaít au niveau du plan de sortie P.
Ainsi, il est possible de conserver en partie la fonction de guidage de l'air qui est issu de la cavité 28 du circuit de refroidissement et évacué par cette fente.
Toutes discontinuités brutales d'épaisseur au niveau de la fente inférieure 30a et de la zone de raccordement 26 sont ainsi supprimées, ce qui permet de créer un film de refroidissement au niveau de l'intrados 14a de la zone de raccordement 26. L'air de refroidissement issu de l'ouverture 38 de la fente inférieure 30a vient donc « lécher » la zone de raccordement 26 afin d'en abaisser la température.
Cette géométrie particulière de la fente d'évacuation inférieure s'applique aussi bien à une aube mobile de turbine telle que représentée sur la figure 1, qu'à une aube fixe de distributeur telle que représentée sur la figure 4.
La figure 4 illustre donc une aube fixe 50 de distributeur de turbine haute-pression d'une turbomachine. Les références figurant sur cette figure 4 qui sont identiques à celles de la figure 1 désignent les mêmes éléments que ceux décrits en liaison avec la figure 1.
Par rapport à l'aube fixe décrite en liaison avec la figure 1, cette aube fixe 50 est montée entre deux plates-formes ; à savoir une plate-forme inférieure 52 et une plate-forme supérieure 54. La plate-forme supérieure 54 est reliée au sommet 18 de l'aube par une zone de raccordement supérieure 56, tandis que la plate-forme inférieure 52 est reliée au pied d'aube 16 par une zone de raccordement inférieure 58.
Comme pour l'aube mobile de la figure 1, le circuit de refroidissement de l'aube fixe 50 comporte une pluralité de fentes d'évacuation 30 dont une fente inférieure 30a qui s'ouvre dans la cavité de refroidissement 28, qui est disposée au voisinage du pied d'aube 16 et qui débouche à l'intrados 14a de l'aube. Cette fente d'évacuation inférieure 30a présente les mêmes particularités que celles de l'aube mobile de la figure 1.
Par ailleurs, le circuit de refroidissement de l'aube fixe 50 comporte en outre une fente d'évacuation supérieure 30b qui s'ouvre également dans la cavité de refroidissement 28 et qui est disposée au voisinage du sommet d'aube 18. Cette fente supérieure 30b débouche à l'intrados 14a de l'aube 50.
Comme illustré sur la figure 5, cette fente supérieure 30b se compose d'une paroi latérale 60 munie d'une ouverture 62 s'ouvrant dans la cavité de refroidissement 28, d'une paroi en renfoncement 64, et d'une paroi supérieure 66 disposée du côté du sommet d'aube 18. Par paroi supérieure 66, on entend la paroi qui est située du côté du sommet d'aube 18.
Ainsi, on peut définir pour cette fente 30b une arête supérieure 70 formée entre la paroi en renfoncement 64 et la paroi supérieure 66, et un rebord supérieur 72 formé entre la paroi supérieure 66 et la zone de raccordement supérieure 56.
Conformément à l'invention, l'arête supérieure 70 et le rebord supérieur 72 de la fente d'évacuation supérieure 30b présentent chacun une section droite de forme sensiblement arrondie de façon à supprimer toute angle saillant entre l'ouverture 62 de la fente 30b et la zone de raccordement supérieure 56.
Par simple symétrie, les caractéristiques particulières de la fente inférieure de l'aube qui ont été précédemment décrites en liaison avec les figures 1, 2 et 3A à 3C s'appliquent également à la fente supérieure 30b de cette aube fixe 50.
De manière générale, les aubes mobile 10 et fixe 50 selon l'invention, sont obtenues directement par moulage.
A cet effet, l'aube est réalisée en coulant un métal dans un moule contenant un noyau céramique qui a notamment pour fonction de réserver un emplacement pour le circuit de refroidissement de l'aube (c'est à dire pour la cavité 28 et chaque fente d'évacuation 30, 30a et 30b). Une fois le métal coulé dans le moule, l'aube est refroidie et le noyau céramique est retiré.
La figure 6 représente un noyau céramique 80 permettant de réserver un emplacement pour le circuit de refroidissement de l'aube mobile 10 de la figure 1. Cette figure 6 illustre ce noyau du côté extrados de l'aube.
Le noyau 80 comporte une partie principale 82 destinée à réserver un emplacement pour la ou les cavités de refroidissement de l'aube. Cette partie principale 82 est munie d'une pluralité de languettes terminales (ou doigts) 84 qui sont destinés à réserver autant d'emplacements pour les fentes d'évacuation du circuit de refroidissement de l'aube.
Afin d'obtenir directement en sortie de fonderie les formes arrondies de la section droite de l'arête et du rebord inférieurs de la fente d'évacuation inférieure de l'aube, le noyau céramique 80 présente, au niveau de l'emplacement réservé à cette fente inférieure, une languette inférieure 84a de forme complémentaire à ces formes arrondies.
Plus précisément, la languette inférieure 84a comporte un premier bord 86 de forme complémentaire à la paroi en renfoncement de la fente inférieure, un deuxième bord 88 de forme complémentaire à la paroi inférieure de cette fente, et un troisième bord 90 de forme complémentaire à sa paroi latérale.
L'arête inférieure 92 formée entre le premier 86 et deuxième bord 88 bords présente ainsi une section droite de forme sensiblement arrondie. De même, le rebord inférieur 94 formé entre le deuxième bord 88 et un bord (non représenté) de forme complémentaire à la zone de raccordement inférieure de l'aube à la plate-forme inférieure présente aussi une section droite de forme sensiblement arrondie.
De la sorte, il est possible de reproduire en série les mêmes formes arrondies au niveau de la section droite des arêtes et rebords inférieurs de la fente d'évacuation inférieure de l'aube.
Bien entendu, lorsqu'il s'agit d'une aube fixe telle que celle décrite en liaison avec les figures 4 et 5, le noyau céramique d'une telle aube présente également, au niveau de l'emplacement réservé à la fente d'évacuation supérieure, une languette supérieure permettant de reproduire les formes arrondies de la section droite de l'arête et du rebord supérieurs.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention appliquée à une aube mobile, la paroi en renfoncement 32 de la fente d'évacuation inférieure 30a présente une inclinaison vers le sommet d'aube. Cette inclinaison (par exemple de l'ordre de 10° à 30°), qui est notamment illustrée sur la figure 1, permet également d'augmenter le refroidissement de la zone de raccordement 26 entre la plate-forme 24 et le pied d'aube 16.
De même, toujours afin d'améliorer le refroidissement de la zone de raccordement 26, l'ouverture 38 de la fente d'évacuation inférieure 30a d'une telle aube mobile 10 est de préférence formée essentiellement dans la zone de raccordement 26 entre la plate-forme 24 et le pied d'aube 16.

Claims (12)

  1. Aube (10 ; 50) de turbine de turbomachine, comportant :
    une surface aérodynamique (14) s'étendant radialement entre un pied d'aube (16) et un sommet d'aube (18) et axialement entre un bord d'attaque (20) et un bord de fuite (22) ;
    au moins une plate-forme inférieure (24 ; 52) reliée au pied (16) de l'aube par une zone de raccordement inférieure (26 ; 58) ; et
    un circuit de refroidissement composé d'au moins une cavité (28) s'étendant radialement entre le sommet (18) et le pied d'aube (16), d'au moins une ouverture d'admission d'air à une extrémité radiale de la ou les cavités (28), d'une pluralité de fentes d'évacuation (30, 30a, 30b) aménagées le long du bord de fuite (22) de l'aube dont une fente d'évacuation inférieure (30a) disposée au voisinage du pied d'aube (16), ladite fente d'évacuation inférieure (30a) comportant :
    une paroi latérale (36) munie d'une ouverture (38) s'ouvrant dans la ou les cavités (28),
    une paroi en renfoncement (32),
    une paroi inférieure (34) disposée du côté du pied d'aube (16),
    une arête inférieure (40) formée entre la paroi en renfoncement (32) et la paroi inférieure (34), et
    un rebord inférieur (42) formé entre la paroi inférieure (34) et la zone de raccordement inférieure (26 ; 58) ;
       caractérisée en ce que l'arête inférieure (40) et le rebord inférieur (42) de la fente d'évacuation inférieure (30a) présentent chacun une section droite de forme sensiblement arrondie de façon à supprimer toute angle saillant entre l'ouverture (38) de ladite fente (30a) et la zone de raccordement inférieure (26 ; 58).
  2. Aube (50) selon la revendication 1, comportant en outre une plate-forme supérieure (54) reliée au sommet (16) de l'aube par une zone de raccordement supérieure (56), le circuit de refroidissement comportant en outre une fente d'évacuation supérieure (30b) disposée au voisinage du sommet d'aube et comportant :
    une paroi latérale (60) munie d'une ouverture (62) s'ouvrant dans la ou les cavités (28),
    une paroi en renfoncement (64),
    une paroi supérieure (66) disposée du côté du sommet d'aube,
    une arête supérieure (70) formée entre la paroi en renfoncement (64) et la paroi supérieure (66), et
    un rebord supérieur (72) formé entre la paroi supérieure (66) et la zone de raccordement supérieure (56) ;
       caractérisée en ce que l'arête supérieure (70) et le rebord supérieur (72) de la fente d'évacuation supérieure (30b) présentent chacun une section droite de forme sensiblement arrondie de façon à supprimer toute angle saillant entre l'ouverture (62) de ladite fente (30b) et la zone de raccordement supérieure (70).
  3. Aube selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les formes arrondies de la section droite des arêtes (40, 70) et rebords (42, 72) s'étendent chacune axialement depuis l'ouverture (38, 62) de la fente d'évacuation (30a, 30b) jusqu'à un plan de sortie (P) s'étendant axialement entre ladite ouverture (38, 62) de la fente d'évacuation (30a, 30b) et le bord de fuite (22) de l'aube.
  4. Aube selon la revendication 3, caractérisée en ce que les formes arrondies de la section droite des arêtes (40, 70) et rebords (42, 72) présentent chacune un rayon de courbure qui est croissant depuis l'ouverture (38, 62) de la fente d'évacuation (30a, 30b) vers le plan de sortie (P).
  5. Aube selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'au niveau du plan de sortie (P), les rayons de courbure des formes arrondies de la section droite des arêtes (40, 70) et rebords (42, 72) sont tels que la paroi en renfoncement (32, 64) de la fente d'évacuation (30a, 30b) et la zone de raccordement (26, 58, 70) sont confondues.
  6. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle constitue une aube mobile (10) de turbine haute-pression de turbomachine.
  7. Aube selon la revendication 6, caractérisée en ce que la paroi en renfoncement (32) de la fente d'évacuation inférieure (30a) présente une inclinaison vers le sommet d'aube (18).
  8. Aube selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que l'ouverture (38) de la paroi latérale (36) de la fente d'évacuation inférieure (30a) est formée essentiellement dans la zone de raccordement inférieure (26).
  9. Aube selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle constitue une aube fixe (50) de distributeur de turbine haute-pression de turbomachine.
  10. Noyau pour l'obtention d'une aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comportant une partie principale (82) destinée à réserver un emplacement pour la cavité de refroidissement de l'aube, ladite partie principale (82) étant munie d'une pluralité de languettes terminales (84) qui sont destinés à réserver autant d'emplacements pour les fentes d'évacuation du circuit de refroidissement de l'aube, caractérisé en ce que la partie principale (82) du noyau comporte en outre, au niveau d'un emplacement réservé à la fente d'évacuation inférieure, une languette inférieure (84a) de forme complémentaire à cette fente inférieure.
  11. Turbine haute-pression de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité d'aubes mobiles (10) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8.
  12. Distributeur de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'aubes fixes selon la revendication 10.
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