FR2476207A1 - IMPROVEMENT TO AUBES OF COOLED TURBINES - Google Patents

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Abstract

PERFECTIONNEMENT AUX AUBES DE TURBINES REFROIDIES, COMPORTANT DEUX CAVITES ALIMENTEES PAR UN DEBIT DE FLUIDE, DONT UNE CAVITE AMONT A ECOULEMENT RADIAL ET UNE CAVITE AVAL DIVISEE EN DEUX ZONES D'ECOULEMENT RADIAL ET TANGENTIEL VERS LE BORD DE FUITE. LA CAVITE AMONT 1 PRESENTE DES ORGANES DEFLECTEURS 11 D'ECOULEMENT ET LA CAVITE AVAL 2 COMPORTE, DANS LA ZONE CENTRALE POUR L'ECOULEMENT RADIAL DU FLUIDE, DES PONTETS 12 DE GRANDE SECTION, ALORS QUE DANS LA ZONE DE BORD DE FUITE 3 A ECOULEMENT TANGENTIEL LADITE CAVITE AVAL COMPORTE DES PONTETS 13 DE PLUS FAIBLE SECTION COMPLETES PAR DES ORGANES DEFLECTEURS 14 GUIDANT L'ECOULEMENT RADIAL, TANGENTIELLEMENT VERS LES ORIFICES DU BORD DE FUITE 3. L'INVENTION EST UTILISEE POUR LE REFROIDISSEMENT DES AUBES DE TURBINES DE TURBOMACHINES.IMPROVEMENT TO COOLED TURBINE BLADES, INCLUDING TWO CAVITIES SUPPLIED BY A FLUID FLOW, INCLUDING AN UPSTREAM CAVITY WITH RADIAL FLOW AND A DOWNSTREAM CAVITY DIVIDED INTO TWO ZONES OF RADIAL FLOW AND TANGENTIAL TOWARD THE LEAKING EDGE. UPSTREAM CAVITY 1 HAS FLOW DEFLECTORS 11 AND DOWNSTREAM CAVITY 2 INCLUDES, IN THE CENTRAL ZONE FOR RADIAL FLUID FLOW, LARGE SECTION BRIDGES 12, WHILE IN LEAKING EDGE ZONE 3 HAS FLOW TANGENTIAL THE SAID DOWNSTREAM CAVITY CONTAINS BRIDGES 13 WITH LOWEST SECTION COMPLETED BY DEFLECTORS 14 GUIDING THE RADIAL FLOW, TANGENTIALLY TOWARD THE ORIFICES OF THE LEAKING EDGE 3. THE INVENTION IS USED FOR COOLING THE BLADES OF TURBINE TURBINES.

Description

Perfectionnement aux aubes de turbines refroidies.Improvement to cooled turbine blades.

La présente invention a pour objet un perfectionnement aux  The subject of the present invention is an improvement to

aubes de turbines refroidies.cooled turbine blades.

Il est connu de procéder au refroidissement des aubes en prévoyant une structure comportant des canaux de circula- tion d'air dans lesquels l'admission de l'air s'effectue par la base et l'évacuation par le sommet de l'aube et par  It is known to proceed with the cooling of the vanes by providing a structure comprising air circulation channels in which the admission of air takes place through the base and the evacuation through the apex of the blade. by

les bords d'attaque et de fuite.the leading and trailing edges.

Toutefois, lors de l'utilisation de ces aubes dans des  However, when using these blades in

turbines fonctionnant dans des conditions extrêmement sé-  turbines operating under extremely

vères o les gaz présentent des températures très élevées, il est trs important d'utiliser une aube présentant une grande perméabilité, d'o de faibles pertes de charges et  If the gases have very high temperatures, it is very important to use a blade having a high permeability, hence low pressure losses.

permettant cependant un refroidissement efficace.  however, allowing efficient cooling.

L'aube perfectionnée suivant l'invention, qui permet de répondre à ces critères, comporte deux cavités alimentées par un débit de fluide de refroidissement dont une cavité amont et une cavité aval divisée en deux zones d'écoulement radial et "tangentiel" vers le bord de fuite (c'est-àdire,  The improved blade according to the invention, which makes it possible to meet these criteria, comprises two cavities fed by a flow rate of cooling fluid including an upstream cavity and a downstream cavity divided into two zones of radial and "tangential" flow towards the trailing edge (that is,

sensiblement parallèle au bord de fuite du profil).  substantially parallel to the trailing edge of the profile).

Conformément à la présente invention la cavité amont pré-  According to the present invention, the upstream cavity

- sente des rganes déflecteurs d'écouinent et la cavité aval comporte, dans la zone centrale pour l'écoulement radial du fluide, des pontets de grande section, alors que dans la zone de bord de fuite à écoulement "tangentiel", ladite cavité aval comporte des pontets de plus faible section complétés par des organes déflecteurs guidant l'écoulement radial, tangentiellement vers les orifices du bord de fuite. Ce-tte aube de turbine suivant l'invention présente un circuit de refroidissement simple et efficace et est  - Sente baffle deflectors and the downstream cavity has, in the central zone for the radial flow of the fluid, bridges of large section, while in the region of trailing edge flow "tangential", said downstream cavity comprises smaller section bridges completed by deflecting members guiding the radial flow, tangentially towards the holes of the trailing edge. This turbine blade according to the invention has a simple and efficient cooling circuit and is

remarquable par sa facilité de fabrication et par la ré-  remarkable for its ease of manufacture and the

partition des organes échangeurs de chaleur. Cette aube  partition of the heat exchange organs. This dawn

est d'une réalisation tris aisée, car elle permet l'uti-  is easy to achieve because it allows the use of

lisation d'un noyau à deux cavités. En ce qui concerne la circulation du fluide, cette aube présente une grande permgabilità,ainsi que l'absence de  a two-cavity nucleus. With regard to the circulation of the fluid, this dawn presents a great permgabilità, as well as the absence of

chicanes. Par ailleurs, en modifiant les conditions d'en-  chicanes. In addition, by changing the conditions

trée (section des diaphragmes notamment), les conditions de sortie (orifices au sommet, section et emplacement  trea (section of the diaphragms in particular), the conditions of exit (orifices at the top, section and

des zones d'émission) et en jouant sur la taille et l'es-  emission zones) and playing on the size and

pacement des pontets, on peut contrôler le refroidissement  bridges, we can control the cooling

local de chaque portion d'aube, donc éviter les hétéro-  each portion of dawn, so avoid heterosexual

généités de température dans le métal m6me de l'aube. Les bonnes conditions de refroidissement général et cette absence de points chauds font que cette aube peut être adaptée à des conditions de température des gaz chauds qui peuvent être beaucoup plus sévères que celles des aubes  temperature genitals in the metal even from dawn. The good general cooling conditions and the absence of hot spots mean that this blade can be adapted to hot gas temperature conditions which can be much more severe than those of the blades.

de l'art antérieur.of the prior art.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention  Other features and advantages of the invention

seront mieux compris à la lecture de la description qui  will be better understood by reading the description that

va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en-coupe longitudinale  follow of an embodiment and with reference to the accompanying drawings, in which - Figure 1 is a longitudinal sectional view

d'une aube de turbine perfectionnée suivant l'in-  of an improved turbine blade according to the in-

vention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une aube suivant la ligne II-II de la figure 1, les pontets étant, s'il y a lieu, ramenés dans le plan de la coupe; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la partie supérieure de l'aibe munie d'une plaquette à orifices; - la figure 4 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle de la partie supérieure de l7aube et de la plaquette à orifices; et  vention; - Figure 2 is a cross-sectional view of a blade along the line II-II of Figure 1, the bridges being, if necessary, brought into the plane of the section; - Figure 3 is a longitudinal sectional view of the upper part of the aibe provided with an orifice plate; Figure 4 is an enlarged cross-sectional view of the upper portion of the blade and the orifice plate; and

- la figure 5 est une vue en plan de la partie su-  FIG. 5 is a plan view of the upper part

périeure de l'aube munie d'une plaquette à ori- fices. Aux figures 1 et 2 on a représenté un mode de réalisation d'une aube de turbine suivant l'invention qui est coulée  dawn with a nose pad. FIGS. 1 and 2 show an embodiment of a turbine blade according to the invention which is cast

en métal réfracta-ire et- qui--compre-nd--une -cavité -amont 1- à-  made of refractory metal and- which - includes-a -cavity -amont 1- to

écoulement radial et une cavité aval 2 séparée en deux  radial flow and a downstream cavity 2 separated in two

zones dont une à écoulement radial et une à écoulement tan-  areas including one with radial flow and one with

gentiel vers le bord de fuite 3. La cavité amont 1 est dé-  gential towards the trailing edge 3. The upstream cavity 1 is de-

limitée par un bord d'attaque 4 et par une cloison 5 et elle est traversée par un flux d'air qui se déplace suivant les flèches F, en pénétrant par une ouverture 6 ménagée dans le pied 7 de l'aube qui présente une plate-forme 23, ledit flux étant évacué en partie par des trous 8 percés dans le bord d'attaque et en partie par un orifice 9 ménagé  limited by a leading edge 4 and a partition 5 and is traversed by a flow of air that moves along the arrows F, penetrating through an opening 6 formed in the foot 7 of the blade which has a flat -form 23, said flow being discharged in part by holes 8 drilled in the leading edge and partly by a hole 9 formed

dans le chapeau de l'aube.in the hat of dawn.

Le chapeau 10 de l'aube est rapporté ou venu de fonderie avec l'aube. Les trous 8 du bord d'attaque sont percés soit sur la partie extrados en 6a, soit sur la partie intrados en 8b, et soit à l'extrémité du bord d'attaque en Bc si  Hat 10 of dawn is brought back or come from foundry with dawn. The holes 8 of the leading edge are pierced either on the extrados part at 6a or at the intrados part at 8b, and at the end of the leading edge at Bc if

la pression d'air de refroidissement disponible est suffi-  the available cooling air pressure is sufficient

sante. La face interne du bord d'attaque 4 sur les 2/3 supérieurs de sa hauteur est munie d'ailettes favorisant les échanges calorifiques 11 constitués de petites nervures parallèles, s'étendant dans un plan axial. Ces nervures 11 peuvent présenter la m9me hauteur ou des hauteurs différentes. Il peut être avantageux d'autre part de faire varier leur  health. The inner face of the leading edge 4 on the upper 2/3 of its height is provided with fins promoting the heat exchange 11 consisting of small parallel ribs, extending in an axial plane. These ribs 11 may have the same height or different heights. It may be advantageous on the other hand to vary their

espacement le long de la cavité.spacing along the cavity.

La cavité aval 2, délimitée par la cloison interne 5 et par le bord de fuite 3, est divisée en deux zones dont  The downstream cavity 2, delimited by the internal partition 5 and the trailing edge 3, is divided into two zones of which

une zone centrale comportant des pontets 12 de giande sec-  a central zone comprising bridges 12 of large size

tion et une zone de bord de fuite comportant des pontets 13 de faible section disposés en quinconce et desorganes  tion and a trailing edge zone comprising small section saddles 13 arranged in staggered rows and

déflecteurs 14, ceux-ci détournent une partie de l'écou-  deflectors 14, these divert a part of the

lement radial de la cavité 2 vers les orifices 15 du bord  radially from the cavity 2 to the orifices 15 of the edge

de fuite 3. Cette partie de l'écoulement est ainsi déflé-  3. This part of the flow is thus deflated

chie pour passer de la direction sensiblement radiale à  shit to move from the substantially radial direction to

la direction selon les flèches--F2 - -  the direction according to the arrows - F2 - -

De cette façon le flux d'air qui pénètre dans la cavité 2 par l'orifice 16 situé au pied de l'aube, suivant la flèche Fl, se divise en un flux radial se déplaçant dans en  In this way, the flow of air which enters the cavity 2 through the orifice 16 situated at the base of the blade, along the arrow F1, is divided into a radial flow moving in

la zone centrale comportant les pontets 12 et/un flux tan-  the central zone comprising the bridges 12 and / a tan flow

gentiel se déplaçant dans la zone du bord de fuite compor-  gential moving in the trailing edge zone

tant les pontets 13 de plus faible section. Le flux d'air radial est évacué par l'orifice 17 prévu dans le chapeau de l'aube, alors que le flux d'air tangentiel est évacué par les orifices 15 du bord de fuite qui débouchent soit sur l'intrados du bord de fuite, soit sur l'arête de ce  both the bridges 13 of smaller section. The radial air flow is discharged through the orifice 17 provided in the dawn cap, while the tangential air flow is discharged through the orifices 15 of the trailing edge which open either on the intrados of the edge of the blade. leak, either on the ridge of this

dernier ainsi que l'indique la figure 2.  last as shown in Figure 2.

La taille et l'espacement des pontets 12 de la première zone limitent les pertes de charge et évitent l'entrée de  The size and the spacing of the bridges 12 of the first zone limit the pressure losses and avoid the entry of

gaz chauds par l'ouverture 17 du chapeau.  hot gases through the opening 17 of the cap.

Aux figures 3, 4 et 5, on a représenté le chapeau de l'aube qui comporte des rebords 18 délimitant avec la face  FIGS. 3, 4 and 5 show the hat of the blade which has flanges 18 delimiting with the face

supérieure du chapeau une rainure 19 dans laquelle est en-  upper hat a groove 19 in which is

gagée par coulissement une plaquette 20 munie d'orifices  slidably engaged a plate 20 provided with orifices

calibrés 21, 22.calibrated 21, 22.

La plaquette 20, après positionnement dans la rainure 19, peut être fixée par exemple par brasure (représentée en  The plate 20, after positioning in the groove 19, can be fixed for example by brazing (shown in FIG.

traits gras sur la figure 4). -bold lines in Figure 4). -

Ainsion peut optimiser à volonté le diamètre des ori-  Ainsion can optimize at will the diameter of the original

fices 21, 22. L'optimisation du diamètre des orifices 21 et 22, qui sont des trous de dépoussiérage, s'effectuera  fices 21, 22. The optimization of the diameter of the orifices 21 and 22, which are dusting holes, will be carried out

par approches successives au cours des essais, en chan-  by successive approaches in the course of the tests,

geant la plaquette 20. A titre d'exemple, dans une aube refroidie o les trous de refroidissement percés dans le bord d'attaque et le bord de fuite auraient un diamètre de 0,5 mm, on a trouvé qu'un diamètre de 1 mm convenait pour les orifices 21 et 22. On peut mCme obturer totalement les orifices 21 et 22 des cavités amont 1 ou aval 2, ou les deux, ce qui permet d'accroître les pressions dans les cavités et d'augmenter le débit près du bord d'attaque ou  For example, in a cooled blade where the cooling holes drilled in the leading edge and the trailing edge would have a diameter of 0.5 mm, it has been found that a diameter of 1 The openings 21 and 22 of the upstream or downstream cavities 1, 2 or both can be completely closed off, thereby increasing the pressures in the cavities and increasing the flow rate near the apertures 21 and 22. leading edge or

vers le bord de fuite.towards the trailing edge.

Bien entendu la description D'est pas limitative et  Of course the description D'is not limiting and

l'homme de l'art pourra y apporter des modifications sans  those skilled in the art may make modifications without

sortir pour cela du domaine de l'invention.  to leave the field of the invention for this purpose.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1. Perfectionnement aux aubes de turbines refroidies, com-  1. Improvement to cooled turbine blades, com- portant deux cavités alimentées par un débit de fluide de refroidissement dont une cavité amont à écoulement radial et une cavité aval divisée en deux zones d'écoulement radial et tangentiel vers le bord de fuite, caractérisé en ce que la cavité amont présente des ailettes favorisant les échanges thermiques et la cavité aval comporte,dans la zone centrale pour l'écoulement radial du fluide, des pontets de grande section1alors que dans la zone de bord de fuite à écoulement tangentiel vers le bord de fuiteladite cavité aval comporte des pontets de plus faible-section complétés par des organes déflecteurs guidant l'écoulement radial, tangentiellement  carrying two cavities fed by a flow rate of cooling fluid including an upstream cavity with radial flow and a downstream cavity divided into two radial and tangential flow zones towards the trailing edge, characterized in that the upstream cavity has vanes favoring the heat exchange and the downstream cavity comprises, in the central zone for the radial flow of the fluid, bridges of large section1, whereas in the trailing edge area with tangential flow towards the edge of the cavity, said downstream cavity comprises bridges of smaller diameter than section completed by deflecting members guiding the radial flow, tangentially vers les orifices du bord de fuite.towards the holes of the trailing edge. 2. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la reven-  2. Improvement to turbine blades according to the claim dication 1, caractérisé en ce que la cavité amont délimi-  1, characterized in that the upstream cavity delimits tée par le bord d'attaque et par une cloisoninterne est tra-  by the leading edge and an internal partition is versée par un flux d'air pénétrant par une ouverture ména-  poured by a penetrating air flow through a gée dans lepied de l'aube et étant évacué, en partie par des trous percés dans le bord d'attaque et en partie par un  in the foot of the dawn and being evacuated, partly by holes in the leading edge and partly by orifice ménagé dans le chapeau de l'aube.  hole in the hat of dawn. 3. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la reven-  3. Improvement to turbine blades according to the claim dication 2, caractérisé en ce que les trous du bord d'atta-  2, characterized in that the holes on the edge of attack que de l'aube sont percés sélectivement sur la partie  that dawn are selectively drilled on the part extrados, sur la partie intrados et sur la partie d'ex-tré-  extrados, on the intrados and on the part of ex-três mité.  moth. 4. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant les4. Improvement to turbine blades according to the revendications 1 et 2, caractérisé en ce que sur au moins  claims 1 and 2, characterized in that on at least une partie de la hauteur de la face interne du bord d'at-  part of the height of the inner side of the edge of taque sont disposés des ailettes favorisant les échanges thermiques constitués de petites nervures parallèles,  are arranged fins promoting heat exchange consisting of small parallel ribs, s'étendant dans un plan axial.extending in an axial plane. 5. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la re-  5. Improvement to turbine blades according to the vendication 4, caractérisé en ce que les nervures présentent  claim 4, characterized in that the ribs la même hau-teur.the same height. 6. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la re- vendication 4, caractérisé en ce que les nervures présentent  6. Improvement to turbine blades according to Claim 4, characterized in that the ribs have des hauteurs différentes.different heights. 7. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la re-  7. Improvement to turbine blades according to the vendication 1, caractérisé en ce-que la-cavité aval, déli-  claim 1, characterized in that the downstream cavity mitée par une cloison interne la séparant de la cavité amont et par le bord de fuite, est traversée par un flux d'air pénétrant par une ouverture ménagée dans le pied de l'aube et étant évacué en partie par un orifice ménagé dans le chapeau de l'aube et en partie par des orifices  placed by an internal partition separating it from the upstream cavity and by the trailing edge, is traversed by a flow of air penetrating through an opening in the root of the blade and being discharged in part by a hole in the cap of dawn and partly by orifices prévus dans le bord de fuite.provided in the trailing edge. 8. Perfectionnement aux-aubes de turbines suivant la re-  8. Improvements to turbine blades according to the vendication 6, caractérisé en ce que les orifices du bord de fuite débouchent soit sur l'intrados, soit sur l'arête  claim 6, characterized in that the orifices of the trailing edge open either on the intrados or on the ridge du bord de fuite. -from the trailing edge. - 9. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant l'une  9. Improvement to turbine blades according to one quelconque des revendications 1, 2 et 7, caractérisé en ce  any of claims 1, 2 and 7, characterized in that que sur le chapeau de l'aube est montée une plaquette  that on the hat of the dawn is mounted a plate comportant des orifices calibrés qui sont disposés en re-  having calibrated orifices which are arranged in a gard de l'orifice de sortie des cavités aval etamont de l'aube.  the outlet of the cavities downstream and from the dawn. 10. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la re-  10. Improvement to turbine blades according to the vendication 9, caractérisé en ce que le talon de l'aube est muni de pontets délimitant avec la face supérieure de l'aube une rainure dans laquelle est engagée et fixée  9, characterized in that the heel of the blade is provided with bridges delimiting with the upper face of the blade a groove in which is engaged and fixed après positionnement la plaquette perforée.  after positioning the perforated plate. 11. Perfectionnement aux aubes de turbines suivant la re-  11. Improvement to turbine blades according to the vendication 9, caractérisé en ce que la plaquette montée sur le chapeau de l'aube obture totalement les orifices de  9, characterized in that the plate mounted on the hat of the blade completely closes the orifices of sortie des cavités amont ou aval..outlet of upstream or downstream cavities.
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