EP1726783B1 - Aube creuse de rotor pour la turbine d'un moteur à turbine à gaz, équipée d'une baignoire - Google Patents
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- EP1726783B1 EP1726783B1 EP06113886A EP06113886A EP1726783B1 EP 1726783 B1 EP1726783 B1 EP 1726783B1 EP 06113886 A EP06113886 A EP 06113886A EP 06113886 A EP06113886 A EP 06113886A EP 1726783 B1 EP1726783 B1 EP 1726783B1
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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
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
Definitions
- the invention relates to a hollow rotor blade for the turbine of a gas turbine engine, in particular for a high pressure type turbine.
- the present invention relates to the production of a hollow blade of the type which comprises an internal cooling passage, an open cavity located at the free end of the blade and delimited by a bottom wall extending over the entire free end of the blade and a flange extending between the leading edge and the trailing edge along at least the upper surface, and cooling channels connecting the internal cooling passage and the free end on the side of the intrados wall, the cooling channels being inclined relative to the intrados wall, the intrados wall having a projecting end portion whose outer face is inclined with respect to the outer face of the intrados wall, the bottom wall being connected to the intrados wall at the location of the end portion and the cooling channels being disposed in the end portion parallel to the an outer face of the end portion so that they open on the top of the end portion towards the free end of the blade, at least a portion of the top of the end portion being in the same plane as the outer face of the bottom wall, so that at least a portion of the cooling channels open from the intrados wall at the front of the cavity.
- Cooling channels of this type are intended to cool the free end of the blade because they allow to discharge a jet of cooling air from the internal cooling passage, towards the end of the blade at the level of the blade. the upper end of the outer face of the intrados wall.
- This air jet creates "thermal pumping", that is to say a decrease in the temperature of the metal by absorption of calories in the heart of the metal wall, and a cooling air film that protects the end of the vanes on the intrados side.
- the blades are hollow to allow their cooling by the air present in an internal cooling passage.
- These cooling channels located on the side of the intrados wall thus allow the outlet, from the internal cooling passage, of a jet of air colder than that surrounding the intrados wall, this air jet forming a cooling air film located on the outside face of the intrados wall, which is sucked in the direction of the extrados wall, passing over the end of the blade.
- This solution therefore requires a significant material thickness, either for the bottom wall of the cavity or for the rim of the cavity, so as not to call into question the performance of thermomechanical resistance at the end of the blade.
- this solution greatly limits the flow of cooling air that reaches the top of the rim because most of the flow exits the internal cooling passage through the first section of the cooling channels and enters directly into the cavity without success. on the outside face of the intrados wall.
- thermomechanical resistance at the end of the blade requires a significant material thickness, either for the bottom wall of the cavity or for the rim of the cavity, so as not to call into question the performance of thermomechanical resistance at the end of the blade.
- the document FR 2 858 650 a proposed a solution (see figure 5 ) which consists in providing a reinforcement of material between the rim and the bottom wall of the cavity along at least a portion of the intrados wall, whereby said rim is widened at its base adjacent to said wall; bottom so that the cooling channels open near the top of the rim without altering the mechanical strength of the end of the blade. In this way, by the presence of the material reinforcement, the cooling channels can thus emerge closer to the top of the rim without modifying the distance between these cooling channels and the bottom wall of the cavity.
- the document US 2002/0182074 discloses a turbine blade whose end is in the form of a bath with a bottom surrounded by flanges, the intrados wall of the flange located at the intrados comprising an excrescence traversed by cooling channels parallel to the outer surface of this protrusion.
- the intrados flange is such that the upper surface of this protrusion is in the same plane as the bottom of the bath.
- the present invention seeks to solve the aforementioned problems.
- the present invention aims to provide a hollow rotor blade for the turbine of a gas turbine engine, of the type mentioned above, to cool the end of the blade sufficiently to improve its reliability without reducing the aerodynamic and thermomechanical performance of dawn.
- the inner face of the rim of the upper surface is inclined by widening the flange towards the free end of the blade.
- This solution also has the additional advantage of allowing, in addition to feeding the outlet of the cooling channels to the free end of the blade, to achieve, in that the outer face of the end portion is sloping, an intrados surface of the dawn which is made concave at the top of the blade.
- This particular shape is preferably present all along the profile, from the leading edge to the trailing edge. It prevents the flow in the game at the top of dawn. Indeed, the inclination of the wall towards the intrados, at the top of the blade, makes it possible to cause a strong detachment of the boundary layer at the top of the blade. Thus, the passage section "seen" by the flow between the head of the blade and the housing will be all the lower as the separation of the boundary layer will be important: thus reduces the flow "lost" in the gap between the blade head and the crankcase.
- this projecting end portion with its inclined outer face provides not only thermal but also hydraulic improvements at the blade tip, and a mechanical reinforcement of the blade tip at the location of the cavity open or "bathtub".
- the outer face of the bottom wall is substantially perpendicular to the intrados wall and the extrados wall, that is to say that the outer face of the bottom wall has a parallel orientation to the axis of dawn, which can be described as horizontal.
- the outer face of the bottom wall is inclined with respect to the intrados wall and the extrados wall, forming an acute angle with the rim of the cavity extending the extrados wall.
- the outer face of the bottom wall moves away from the free end of the blade-or approaches the axis of the blade-from the pressure wall to the extrados wall.
- Cooling air flows inside the blade from the bottom of the blade root 12 in the radial (vertical) direction towards the free end 14 of the blade (in high on the figure 1 ), then this cooling air escapes through an outlet to join the main gas flow.
- this cooling air circulates in an internal cooling passage 24 situated inside the vane 10 and which ends at the free end 14 of the vane at the level of through bores 15.
- the body of the blade is profiled so that it defines a lower surface wall 16 (on the left in all the figures) and an extrados wall 18 (on the right in all the figures).
- the intrados wall 16 has a generally concave shape and is the first face to the flow of hot gases, that is to say the gas pressure side, while the extrados wall 18 is convex and is presented by following the flow of hot gases, that is to say the suction side of the gas.
- intrados and extrados walls 18 are joined at the location of the leading edge 20 and at the location of the trailing edge 22 which extend radially between the free end 14 of the blade and the top of the foot 12 of dawn.
- the internal cooling passage 24 is delimited by the inner face 26a of a bottom wall 26 which extends over the entire free end 14 of the blade, between the intrados wall 16 and the extrados wall 18, from the leading edge 20 to the trailing edge 22.
- the through holes 15 are distributed so as to optimize the cooling, from the leading edge 20 to the edge of leak 22, radially crossing the entire thickness of the bottom wall 26.
- the intrados and extrados walls 16, 18 form the rim 28 of a "bath" or open cavity 30 in the opposite direction to the internal cooling passage 24, radially outward (upwards in all figures).
- This rim 28 is formed of an extrados rim 281 and a lower face flange 282 respectively extending radially outwards (upwards in all the figures) the extrados wall 18 and the lower surface wall. 16, beyond the bottom wall 26 and to the free end 14 of the blade.
- this open cavity 30 is therefore delimited laterally by the inner face of this flange 28 and in the lower part by the outer face 26b of the bottom wall 26.
- the flange 28 thus forms a thin wall along the profile of the blade which protects the free end 14 of the blade 10 from contact with the corresponding annular surface of the turbine casing.
- inclined cooling channels 32 pass through the intrados wall 16 to connect the internal cooling passage 24 to the outside face of the intrados wall 16, below the outer face 28a of the intrados flange 282.
- These cooling channels 32 are inclined so that they open towards the top 28b of the lower edge 282 in order to cool as much as possible this vertex 28b, along the intrados wall 16, or more precisely the along the outer face 28a of the underside 282.
- the intrados wall 16 has a projecting end portion 34 whose external face is inclined with respect to the outside face of the intrados wall 16, the cooling channels 32 being arranged through this end portion 34.
- the intrados wall 16 is outwardly projecting at the location of the end portion 34 located at the free end 14 of the blade, so that the outer face of the end portion 34 is inclined is forms an acute angle ⁇ with the radial direction (vertical on the figures 7 and 8 ) of the outer face of the remainder of the intrados wall 16, this angle ⁇ being preferably between 0 and 45 °, in particular between 10 and 35 °, advantageously between 15 and 30 °, and preferably of the order 30 °.
- This end portion 34 extends over a height such that the bottom wall 26 is connected to the intrados wall 16 at the location of the end portion 34, the apices of the bottom wall 26 and the end portion 34 being aligned.
- the base of the end portion 34, opposite to the free end 14 is located at a location radially between the inner face 26a of the bottom wall 26 and 75% of the height of the lower surface. 16 from the 12th foot of dawn.
- cooling channels 32 are always inclined but in this configuration according to the invention, since they pass through the end portion 34, they can lead directly to the bottom of the open cavity 30 forming a bath through the portion of end 34 all the way up.
- the variant represented on the figure 8 is only different from the figure 7 in that the bottom wall 26 is no longer orthogonal (horizontal) with respect to the intrados and extrados walls 18, but the bottom wall 26 is inclined. More precisely, the outer face 26b of the bottom wall 26 of the open cavity 30 forms an acute angle, in other words less than 90 °, with the outer face 28a of the extrados rim 281 or even of the extrados wall 18 .
- This configuration allows the cooling air from the channels 32 (arrow 33) to be directed inside the open cavity 30 to the bottom wall 26, coming to combine with the cooling air from holes 15.
- the top of the end portion 34 is orthogonal to the intrados and extrados walls 16, in a direction parallel to the top of the extrados rim 281.
- the extrados rim 281 forms a wall located in the radial extension of the extrados wall 18, its outer face 28a being vertical ( figures 7 and 8 ).
- the extrados rim 281 has an inner face 28c, turned towards the intrados wall 16 and facing the open cavity 30, not vertical but extending inclined, forming an acute angle, that is to say less than 90 °, with the outer face 26b of the bottom wall 26, or with the extrados wall.
- the upper edge 281 is therefore wider at its top 28b.
Description
- L'invention concerne une aube creuse de rotor pour la turbine d'un moteur à turbine à gaz, en particulier pour une turbine de type haute pression.
- Plus précisément, la présente invention se rapporte à la réalisation d'une aube creuse du type qui comporte un passage de refroidissement interne, une cavité ouverte située à l'extrémité libre de l'aube et délimitée par une paroi de fond s'étendant sur toute l'extrémité libre de l'aube et un rebord s'étendant entre le bord d'attaque et le bord de fuite le long d'au moins la paroi d'extrados, et des canaux de refroidissement reliant passage de refroidissement interne et l'extrémité libre du côté de la paroi d'intrados, les canaux de refroidissement étant inclinés par rapport à la paroi d'intrados, la paroi d'intrados présentant une portion d'extrémité en saillie dont la face extérieure est inclinée par rapport à la face extérieure de la paroi d'intrados, la paroi de fond étant reliée à la paroi d'intrados à l'emplacement de la portion d'extrémité et les canaux de refroidissement étant disposés dans la portion d'extrémité en étant parallèles à la face extérieure de la portion d'extrémité de sorte qu'ils débouchent sur Je sommet de la portion d'extrémité en direction de l'extrémité libre de l'aube, au moins une partie du sommet de la portion d'extrémité étant dans le même plan que la face extérieure de la paroi de fond, de sorte qu'au moins une partie des canaux de refroidissement débouchent de la paroi d'intrados à l'avant de la cavité.
- Les canaux de refroidissement de ce type sont destinés à refroidir l'extrémité libre de l'aube car ils permettent de refouler un jet d'air de refroidissement depuis le passage de refroidissement interne, en direction de l'extrémité de l'aube au niveau de l'extrémité supérieure de la face extérieure de la paroi d'intrados. Ce jet d'air crée du « pompage thermique », à savoir une diminution de la température du métal par absorption de calories au coeur de la paroi métallique, et un film d'air de refroidissement qui protège l'extrémité des aubes côté intrados.
- En effet, du fait des vitesses de travail élevées à l'extrémité de ces aubes et des températures auxquelles sont soumises ces aubes, il est nécessaire de les refroidir afin que leur température reste inférieure à celle des gaz dans lesquels elles travaillent
- C'est pour cette raison que, classiquement, les aubes sont creuses pour permettre leur refroidissement par l'air présent dans un passage de refroidissement interne.
- En outre, il est connu de prévoir, à l'extrémité de l'aube, une cavité ouverte, encore dénommée « baignoire »: cette forme d'extrémité d'aube limite les surfaces en regard entre l'extrémité de l'aube et la surface annulaire correspondante du carter de turbine, afin de protéger le corps de l'aube contre les dégâts causés par le contact éventuel avec un segment annulaire.
- Les documents
US 6,231,307 ,EP0816636 etFR 2 858 650 - Ces canaux de refroidissement situés du côté de la paroi d'intrados permettent ainsi la sortie, depuis le passage de refroidissement interne, d'un jet d'air plus froid que celui entourant la paroi d'intrados, ce jet d'air formant un film d'air de refroidissement localisé sur la face extérieure de la paroi d'intrados, qui est aspiré en direction de la paroi d'extrados, en passant au dessus de l'extrémité de l'aube.
- Dans le document
US 6,231,307 , ces canaux de refroidissement inclinés relient le passage de refroidissement interne et la face extérieure du rebord de la cavité au niveau de la paroi d'intrados en étant disposés (voir lafigure 2 de ce document) de façon à traverser la paroi de fond de la cavité et le rebord de la cavité au niveau de la paroi d'intrados, en passant par ladite cavité. - Cette solution requiert donc une épaisseur de matière importante, que ce soit pour la paroi de fond de la cavité ou pour le rebord de la cavité, afin de ne pas remettre en cause les performances de résistance thermomécanique en bout d'aube. De plus, cette solution limite très fortement le flux d'air de refroidissement qui parvient au sommet du rebord car la plus grande partie du flux sort du passage de refroidissement interne par le premier tronçon des canaux de refroidissement et pénètre directement dans la cavité sans aboutir sur la face extérieure de la paroi d'intrados.
- La solution du document
EP 0 816 636 , visible sur lafigure 5 de ce document, consiste à disposer ces canaux de refroidissement de sorte qu'ils traversent la paroi d'intrados en débouchant sur la face extérieure de cette paroi d'intrados au niveau de la base du rebord de la cavité. - Là encore, cette solution requiert une épaisseur de matière importante, que ce soit pour la paroi de fond de la cavité ou pour le rebord de la cavité, afin de ne pas remettre en cause les performances de résistance thermomécanique en bout d'aube.
- Le document
FR 2 858 650 a figure 5 ) qui consiste à réaliser un renfort de matière entre le rebord et la paroi de fond de la cavité le long d'au moins une partie la paroi d'intrados, ce par quoi ledit rebord est élargi à sa base de façon adjacente à ladite paroi de fond de sorte que les canaux de refroidissement débouchent à proximité du sommet du rebord sans altérer la résistance mécanique de l'extrémité de l'aube. De cette manière, par la présence du renfort de matière, les canaux de refroidissement peuvent ainsi déboucher plus près du sommet du rebord sans modifier la distance entre ces canaux de refroidissement et la paroi de fond de la cavité. - Cependant, compte tenu des températures de fonctionnement des turbines toujours plus élevées, ces solutions ne permettent pas actuellement la réalisation d'une aube creuse dont le refroidissement à l'extrémité soit suffisante.
- En effet, pour maintenir une résistance thermomécanique suffisante autour des canaux de refroidissement, le recours à des épaisseurs de paroi importantes entraîne un alourdissement très important de la (ou des) roue(s) mobile(s) de la turbine. En conséquence, puisque plus les épaisseurs de matière sont importantes, plus la température augmente du fait d'un refroidissement moins rapide, ces importantes épaisseurs de matière ne permettent pas la réalisation d'un refroidissement suffisant en bout d'aube pour permettre un fonctionnement de la turbine aux températures plus élevées souhaitées.
- Il faut noter que si le refroidissement est insuffisant à l'extrémité de l'aube, il peut se produire des brûlures locales pouvant entraîner des pertes de métal qui augmentent les jeux, ce qui nuit au rendement aérodynamique de la turbine. Egalement, lorsque le rebord de la cavité voit sa température augmenter trop fortement, on constate des risques de brûlures avec dégradation de la paroi métallique.
- Le document
US 2002/0182074 divulgue une aube de turbine dont l'extrémité est en forme de baignoire avec un fond entouré de rebords, la paroi intrados du rebord situé à l'intrados comprenant une excroissance traversée par des canaux de refroidissement parallèles à la surface extérieure de cette excroissance. Dans un mode de réalisation, le rebord intrados est tel que la surface supérieure de cette excroissance se situe dans le même plan que le fond de cette baignoire. - La présente invention cherche à résoudre les problèmes précités.
- En conséquence, la présente invention a pour objectif de fournir une aube creuse de rotor pour la turbine d'un moteur à turbine à gaz, du type cité précédemment, permettant de refroidir l'extrémité de l'aube de manière suffisante afin d'améliorer sa fiabilité sans réduire les performances aérodynamiques et thermomécaniques de l'aube.
- A cet effet, selon la présente invention, la face intérieure du rebord de la paroi d'extrados est inclinée en élargissant le rebord en direction de l'extrémité libre de l'aube.
- De cette manière, on comprend que par la présence de la portion d'extrémité en saillie par rapport à la paroi d'intrados, les canaux de refroidissement débouchant directement au sommet de cette portion d'extrémité, l'air de refroidissement est directement envoyé à l'extrémité libre de l'aube, juste en amont de la cavité ouverte ou « baignoire ».
- Cette solution présente aussi l'avantage supplémentaire, de permettre, outre l'amenée de la sortie des canaux de refroidissement à l'extrémité libre de l'aube, de réaliser, par le fait que la face extérieure de la portion d'extrémité est inclinée, une surface intrados de l'aube qui est rendue concave en sommet d'aube.
- Cette forme particulière est de préférence présente tout le long du profil, du bord d'attaque au bord de fuite. Elle permet d'empêcher l'écoulement dans le jeu en sommet d'aube. En effet, l'inclinaison de la paroi vers l'intrados, en sommet d'aube, permet de provoquer un fort décollement de la couche limite au sommet de l'aube. Ainsi, la section de passage « vue » par l'écoulement entre la tête de l'aube et le carter sera alors d'autant plus faible que le décollement de la couche limite sera important : on réduit ainsi le débit « perdu » dans l'interstice entre la tête d'aube et le carter.
- Ainsi, cette portion d'extrémité en saillie avec sa face extérieure inclinée permet d'obtenir des améliorations non seulement thermiques mais également hydrauliques en sommet d'aube, ainsi qu'un renfort mécanique du sommet d'aube à l'emplacement de la cavité ouverte ou « baignoire ».
- De plus, l'inclinaison de la face intérieure du rebord de la paroi d'extrados en direction de la paroi d'intrados permet d'améliorer la limitation du débit passant dans le jeu.
- Globalement, grâce à la solution selon la présente invention, il est possible d'augmenter la performance globale de la turbine.
- Il faut relever que l'on peut envisager plusieurs orientations pour la paroi de fond.
- Selon une première variante, la face extérieure de la paroi de fond est sensiblement perpendiculaire à la paroi d'intrados et à la paroi d'extrados, c'est-à-dire que la face extérieure de la paroi de fond présente une orientation parallèle à l'axe de l'aube, que l'on peut qualifier d'horizontale.
- Selon une deuxième variante, la face extérieure de la paroi de fond est inclinée par rapport à la paroi d'intrados et à la paroi d'extrados, en formant un angle aigu avec le rebord de la cavité prolongeant la paroi d'extrados. Ici, la face extérieure de la paroi de fond s'éloigne de l'extrémité libre de l'aube -ou se rapproche de l'axe de l'aube- depuis la paroi d'intrados vers la paroi d'extrados.
- D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la
figure 1 montre une vue en perspective d'une aube de rotor creuse pour turbine à gaz conventionnelle, - la
figure 2 montre en perspective, de manière agrandie, l'extrémité libre de l'aube de lafigure 1 , - la
figure 3 est une vue simplifiée selon la direction III de lafigure 2 , de l'extrémité libre de l'aube, - la
figure 4 est une vue analogue à celle de lafigure 2 , après que le bord de fuite de l'aube ait été retiré par une coupe longitudinale, - la
figure 5 est une vue en coupe longitudinale selon la direction V-V de lafigure 3 ou de lafigure 4 , et - les
figures 6 et 7 sont respectivement des vues analogues à celles desfigures 3 et5 montrant les adaptations apportées à l'aube, selon la présente invention ; - la
figure 8 est une vue analogue à celle de lafigure 7 montrant une version légèrement différente ; - la
figure 9 est une vue d'extrémité simplifiée similaire à celle de lafigure 3 pour une aube combinant différentes formes, dont une conforme à la présente invention, pour l'extrémité libre de l'aube ; - les
figures 10 et 11 sont des vues analogues à celle de lafigure 5 , selon les directions X-X et XI-XI de lafigure 9 , montrant les deux autres formes de l'extrémité de l'aube de lafigure 9 ; et, - la
figure 12 représente une variante de lafigure 7 avec les perçages débouchants décalés sous la base du rebord d'extrados. - Sur la
figure 1 est visible, en perspective, un exemple d'une aube 10 de rotor creuse conventionnelle pour une turbine à gaz. De l'air de refroidissement (non représenté) s'écoule à l'intérieur de l'aube depuis le bas du pied 12 de l'aube dans la direction radiale (verticale) vers l'extrémité libre 14 de l'aube (en haut sur lafigure 1 ), puis cet air de refroidissement s'échappe par une sortie pour rejoindre le flux de gaz principal. - En particulier, comme il ressort des
figures 2 à 5 , cet air de refroidissement circule dans un passage de refroidissement interne 24 situé à l'intérieur de l'aube 10 et qui aboutit à l'extrémité libre 14 de l'aube au niveau de perçages débouchants 15. - Le corps de l'aube est profilé de sorte qu'il définit une paroi d'intrados 16 (à gauche sur toutes les figures) et une paroi d'extrados 18 (à droite sur toutes les figures). La paroi d'intrados 16 présente une forme générale concave et se présente la première face au flux de gaz chauds, c'est-à-dire du côté pression des gaz, tandis que la paroi d'extrados 18 est convexe et se présente par la suite au flux de gaz chauds, c'est-à-dire du côté aspiration des gaz.
- Les parois d'intrados 16 et d'extrados 18 se rejoignent à l'emplacement du bord d'attaque 20 et à l'emplacement du bord de fuite 22 qui s'étendent radialement entre l'extrémité libre 14 de l'aube et le haut du pied 12 de l'aube.
- Comme il ressort des vues agrandies des
figures 2 ,4 et 5 , au niveau de l'extrémité libre 14 de l'aube, le passage de refroidissement interne 24 est délimité par la face intérieure 26a d'une paroi de fond 26 qui s'étend sur toute l'extrémité libre 14 de l'aube, entre la paroi d'intrados 16 et la paroi d'extrados 18, depuis le bord d'attaque 20 jusqu'au bord de fuite 22. - Les perçages débouchants 15 sont répartis de manière à optimiser le refroidissement, depuis le bord d'attaque 20 jusqu'au bord de fuite 22, en traversant radialement toute l'épaisseur de la paroi de fond 26.
- Au niveau de l'extrémité libre 14 de l'aube, les parois d'intrados et d'extrados 16, 18 forment le rebord 28 d'une « baignoire » ou cavité ouverte 30 dans la direction opposée au passage de refroidissement interne 24, soit radialement vers l'extérieur (vers le haut sur toutes les figures).
- Ce rebord 28 est formé d'un rebord d'extrados 281 et d'un rebord d'intrados 282 prolongeant respectivement radialement vers l'extérieur (vers le haut sur toutes les figures) la paroi d'extrados 18 et la paroi d'intrados 16, au-delà de la paroi de fond 26 et jusqu'à l'extrémité libre 14 de l'aube.
- Comme il apparaît sur les
figures 2 ,4 et 5 , cette cavité ouverte 30 est donc délimité latéralement par la face intérieure de ce rebord 28 et en partie basse par la face extérieure 26b de la paroi de fond 26. - Le rebord 28 forme donc une paroi mince le long du profil de l'aube qui protège l'extrémité libre 14 de l'aube 10 du contact avec la surface annulaire correspondante du carter de turbine.
- Comme on peut le voir plus précisément sur la vue en coupe de la
figure 5 , des canaux de refroidissement 32 inclinés traversent la paroi d'intrados 16 pour relier le passage de refroidissement interne 24 à la face extérieure de la paroi d'intrados 16, en dessous de la face extérieure 28a du rebord d'intrados 282. - Ces canaux de refroidissement 32 sont inclinés de façon à ce qu'ils débouchent en direction du sommet 28b du rebord d'intrados 282 afin de refroidir autant que possible ce sommet 28b, le long de la paroi d'intrados 16, ou plus précisément le long de la face extérieure 28a du rebord d'intrados 282.
- Comme on peut le voir sur la
figure 5 par la flèche 33, à la sortie des canaux de refroidissement 32, un jet d'air se dirige vers le sommet 28b du rebord d'intrados 282 le long de la paroi d'intrados 16. - Dans !e cas des aubes connues, comme il est montré plus précisément sur la
figure 5 , afin de maintenir une résistance thermomécanique suffisante à l'extrémité libre de l'aube 14, il convient de laisser une distance B suffisante entre la sortie des canaux de refroidissement 32 (le point de repère étant l'axe de ces canaux) et l'intersection (B1) entre la face intérieure 28c du rebord d'intrados 282 au niveau de la paroi d'intrados 16 et la face 26b extérieure de la paroi de fond 26 tournée en direction de ladite cavité 30. - Cette situation qui résulte d'une nécessité de construction mécanique entraîne le fait que la distance A, mesurée entre la sortie des canaux de refroidissement 32 (le point de repère étant l'axe de ces canaux) et le sommet 28b du rebord 28 côté paroi d'intrados, qui est très largement supérieure à la distance B précitée, est trop importante pour refroidir de manière suffisamment importante le sommet 28a.
- Afin de pallier cet inconvénient, la paroi d'intrados 16 présente une portion d'extrémité 34 en saillie dont la face extérieure est inclinée par rapport à la face extérieure de la paroi d'intrados 16, les canaux de refroidissement 32 étant disposés à travers cette portion d'extrémité 34.
- De plus, selon la présente invention, on prévoit que :
- le sommet de la portion d'extrémité 34 est dans le même plan que la face extérieure de la paroi de fond 26, de sorte que lesdits canaux de refroidissement 32 débouchent de la paroi d'intrados 16 à l'avant de la cavité 30 : ceci signifie que selon l'invention, puisque la portion d'extrémité en saillie 34 s'arrête à la même hauteur que la face extérieure 26b de la paroi de fond 26 alors l'extrémité de l'aube 14 et la paroi d'intrados 16 ne comportent pas de rebord d'intrados 282, et
- la face intérieure 28c dudit rebord 281 de la paroi d'extrados 18 est inclinée en élargissant ledit rebord 281 en direction de l'extrémité libre 14 de l'aube 10.
- Comme il apparaît notamment sur les
figures 7 et8 , la paroi d'intrados 16 est en saillie vers l'extérieur à l'emplacement de la portion d'extrémité 34 située à l'extrémité libre 14 de l'aube, de sorte que la face extérieure de la portion d'extrémité 34 est inclinée est forme un angle α aigu avec la direction radiale (verticale sur lesfigures 7 et8 ) de la face extérieure du reste de la paroi d'intrados 16, cet angle α étant de préférence compris entre 0 et 45°, en particulier entre 10 et 35°, avantageusement entre 15 et 30°, et de préférence de l'ordre de 30°. - De cette façon, si l'on suit la face extérieure de la paroi d'intrados 16 depuis le pied de l'aube 12 vers l'extrémité libre 14, la direction générale de la paroi d'intrados 16 est radiale (verticale) puis forme finalement, au niveau de la portion d'extrémité 34, un contour concave très ouvert selon un angle obtus complémentaire à l'angle aigu α.
- Cette portion d'extrémité 34 s'étend sur une hauteur telle que la paroi de fond 26 est relié à la paroi d'intrados 16 à l'emplacement de la portion d'extrémité 34, les sommets de la paroi de fond 26 et de la portion d'extrémité 34 étant alignés. Ainsi, la base de la portion d'extrémité 34, opposée à l'extrémité libre 14, se trouve à un emplacement situé radialement entre la face intérieure 26a de la paroi de fond 26 et 75 % de la hauteur de la paroi d'intrados 16 à partir du pied 12 de l'aube.
- En outre, les canaux de refroidissement 32 sont toujours inclinés mais dans cette configuration conforme à l'invention, puisqu'ils traversent la portion d'extrémité 34, ils peuvent déboucher directement au fond de la cavité ouverte 30 formant baignoire en traversant la portion d'extrémité 34 sur toute sa hauteur.
- De cette façon, l'air de refroidissement débouchant par les canaux 32 émerge (flèche 33) dans la cavité ouverte 30, de sorte qu'un flux d'air plus froid reste constamment présent au sommet de l'aube, au niveau de l'extrémité libre 14, en amont de la cavité ouverte 30, ce qui contribue à améliorer la résistance thermomécanique de l'aube.
- En outre, la présence des canaux de refroidissement 32 à l'intérieur de la portion d'extrémité 34 permet de refroidir ces zones de matière par conduction thermique.
- La variante représentée sur la
figure 8 est seulement différente de lafigure 7 par le fait que la paroi de fond 26 n'est plus orthogonale (horizontale) par rapport aux parois d'intrados 16 et d'extrados 18, mais la paroi de fond 26 est inclinée. Plus précisément, la face extérieure 26b de la paroi de fond 26 de la cavité ouverte 30 forme un angle aigu, autrement dit inférieur à 90°, avec la face extérieure 28a du rebord d'extrados 281 ou encore de la paroi d'extrados 18. - De cette façon la face extérieure 26b s'éloigne de l'extrémité libre 14 de l'aube depuis la paroi d'intrados 16 en direction de la paroi d'extrados 18.
- Cette configuration permet à l'air de refroidissement issu des canaux 32 (flèche 33) d'être dirigé à l'intérieur de la cavité ouverte 30 jusqu'à la paroi de fond 26, en venant se combiner à l'air de refroidissement issu des perçages 15.
- Selon le mode de réalisation de la
figure 7 , le sommet de la portion d'extrémité 34 est orthogonale aux parois d'intrados 16 et d'extrados 16, selon une direction parallèle au sommet du rebord d'extrados 281. - Egalement, le rebord d'extrados 281 forme une paroi située dans le prolongement radial de la paroi d'extrados 18, sa face extérieure 28a étant verticale (
figures 7 et8 ). - Par contre, comme il apparaît sur les
figures 7 et8 , le rebord d'extrados 281 présente une face intérieure 28c, tournée en direction de la paroi d'intrados 16 et faisant face à la cavité ouverte 30,non verticale mais s'étendant de façon inclinée, en formant un angle aigu, autrement dit inférieur à 90°, avec la face extérieure 26b de la paroi de fond 26, ou avec la paroi d'extrados. - Dans ce cas, le rebord d'extrados 281 est donc plus large au niveau de son sommet 28b.
- Cette inclinaison de la face intérieure 28c du rebord d'extrados 281 en direction de la paroi d'intrados 16 permet d'améliorer la limitation du débit passant dans le jeu. Cette limitation de débit vient en effet s'ajouter à celle engendrée par la portion d'extrémité 34 en saillie par rapport à la paroi d'intrados 16.
- De plus, comme il n'y a pas de rebord d'intrados (voir 282 sur la
figure 11 ) dans le cas desfigures 7 et8 , cette inclinaison de la face intérieure 28c du rebord d'extrados 281 en direction de la paroi d'intrados 16 permet d'obtenir une limitation de débit sans excroissance en dehors de la géométrie définie par les calculs aérodynamiques. - Il faut noter que le mode de réalisation illustré et décrit précédemment en relation avec les
figures 7 et8 peut se combiner sur une même aube avec d'autres formes. - Ainsi, par exemple, la
figure 9 illustre l'extrémité libre 14 d'une aube 10 qui présente plusieurs configurations entre son bord d'attaque 20 et son bord de fuite 22 : - à l'avant de l'aube, en aval du bord d'attaque 20, on retrouve la conformation de la
figure 7 avec une portion d'extrémité 34 en saillie côté paroi d'intrados 16, sans rebord d'intrados et avec un rebord d'extrados 281 élargi à son sommet 28b ; - à l'arrière de l'aube, en amont du bord de fuite 22, on retrouve une disposition conforme à celle de la
figure 11 avec, du côté de la paroi d'intrados 16, une portion d'extrémité 34 en saillie comprenant un rebord d'intrados 282 élargi à son sommet 28b (en fait il y a une face extérieure 28a du rebord d'intrados 282 qui est inclinée et une face intérieure 28b du rebord d'intrados 282 qui est verticale) et du côté de la paroi d'extrados 18, un rebord d'extrados 281 non élargi à son sommet, le sommet des rebords d'intrados 282 et d'extrados 281 étant perpendiculaires à la direction verticale des parois d'intrados 16 et d'extrados 18. - De plus, comme on le voit sur la
figure 10 , la partie médiane, entre l'avant et l'arrière de l'aube de lafigure 9 est différente : - côté paroi d'intrados 16, cette partie médiane est identique à la configuration de la
figure 7 ou de l'avant de l'aube de lafigure 9 , à savoir qu'il n'y a pas de rebord d'intrados est que la portion d'extrémité en saillie 34 s'arrête à la hauteur de la face extérieure 26b de la paroi de fond 26 ; - côté paroi d'extrados, le rebord d'extrados 281 est vertical, ses faces extérieure 28a et intérieure 28c étant parallèles entre elles comme pour la la configuration de la
figure 11 . - Selon une variante de réalisation visible sur la
figure 12 , on prévoit un aménagement par rapport à lafigure 7 , par le fait que les perçages 15 sont décalés en direction de la paroi d'extrados 18, en débouchant sous la base du rebord d'extrados 281, au niveau de la face intérieure 28c inclinée.
Claims (8)
- Aube (10) creuse de rotor pour la turbine d'un moteur à turbine à gaz comportant un passage de refroidissement interne (24), une cavité (30) ouverte située à l'extrémité libre (14) de l'aube (10) et délimitée par une paroi de fond (26) s'étendant sur toute l'extrémité libre (14) de l'aube un rebord (28, 281, 282) s'étendant entre le bord d'attaque (20) et le bord de fuite (22) le long d'au moins la paroi d'extrados (18), et des canaux de refroidissement (32) reliant ledit passage de refroidissement interne (24) et l'extrémité libre (14) du côté de la paroi d'intrados (16), lesdits canaux de refroidissement (32) étant inclinés par rapport à la paroi d'intrados (16), la paroi d'intrados (16) présentant une portion d'extrémité (34) en saillie dont la face extérieure est inclinée par rapport à la face extérieure de la paroi d'intrados (16), la paroi de fond (26) étant reliée à la paroi d'intrados (16) à l'emplacement de ladite portion d'extrémité (34) et lesdits canaux de refroidissement (32) étant disposés dans ladite portion d'extrémité (34) en étant parallèles à la face extérieure de ladite portion d'extrémité (34) de sorte qu'ils débouchent sur le sommet de ladite portion d'extrémité (34) en direction de l'extrémité libre (14) de l'aube (10), au moins une partie du le sommet de la portion d'extrémité (34) étant dans le même plan que la face extérieure de la paroi de fond (26), de sorte qu'au moins une partie desdits canaux de refroidissement (32) débouchent de la paroi d'intrados (16) au fond de la cavité (30), caractérisée en ce que la face intérieure dudit rebord (281) de la paroi d'extrados (18) est inclinée au moins sur une portion en élargissant ledit rebord (281) en direction radiale de l'extrémité libre (14) de l'aube (10).
- Aube (10) de turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face extérieure (26b) de la paroi de fond (26) est sensiblement perpendiculaire à la paroi d'intrados (16) et à la paroi d'extrados (18).
- Aube (10) de turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face extérieure (26b) de la paroi de fond (26) est inclinée par rapport à la paroi d'intrados (16) et à la paroi d'extrados (18), en formant un angle aigu avec le rebord (281) de la cavité prolongeant la paroi d'extrados (18).
- Aube (10) de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que- dans une portion de l'aube s'étendant en aval du bord d'attaque, le sommet de la portion d'extrémité (34) est dans le même plan que la face extérieure de la paroi de fond (26) et la face intérieure dudit rebord (281) de la paroi d'extrados (18) est inclinée en élargissant ledit rebord (281) en direction radiale de l'extrémité libre (14) de l'aube (10), tandis que- dans une portion de l'aube s'étendant en amont du bord de fuite, du côté de la paroi d'intrados (16), il existe une portion d'extrémité (34) en saillie comprenant un rebord d'intrados (282) élargi à son sommet (28b) en direction radiale de l'extrémité libre de l'aube, et du côté de la paroi d'extrados (18), un rebord d'extrados (281) non élargi à son sommet en direction radiale de l'extrémité libre de l'aube.
- Aube (10) de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que des perçages débouchants (15) traversent la paroi de fond (26) entre le passage de refroidissement interne (24) et la base du rebord (281) de la paroi d'extrados (18).
- Aube (10) de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est utilisée pour une turbine haute pression.
- Turbine comprenant une aube selon l'une des revendications 1 à 5.
- Moteur à turbine à gaz comprenant une aube selon l'une des revendications 1 à 5.
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