FR2481379A1 - Section de compression pour une machine rotative a flux axial - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE SECTION DE COMPRESSION POUR UNE MACHINE ROTATIVE A FLUX AXIAL. LA SECTION DE COMPRESSION D'UNE TURBINE A GAZ COMPORTE UN PARCOURS D'ECOULEMENT ANNULAIRE 22, LEQUEL EST PROFILE DE TELLE SORTE QUE SES LIGNES DE COURANT SOIT AMENEES A SUIVRE UNE COURBURE RADIALE VARIABLE. UNE SURFACE CONIQUE S'ETENDANT ENTRE LE PIED 40 DE CHAQUE SURFACE PORTANTE 38 SUR LA PAROI INTERIEURE 28 PROVOQUE UNE CONTRACTION DU PARCOURS D'ECOULEMENT, TANDIS QU'UNE SURFACE CYLINDRIQUE FORMEE SUR LA PAROI EXTERIEURE 26 TOURNEE VERS LA TETE 46 DE CHAQUE SURFACE PORTANTE 38 PERMET DE REDUIRE LES ESPACES LIBRES. L'INVENTION EST UTILISEE POUR AMELIORER LA MARGE D'AUGMENTATION DE PRESSION ET LE RENDEMENT DES AUBES MOBILES, NOTAMMENT DANS LA SECTION DE COMPRESSION D'UNE TURBINE A GAZ.

Description

La présente invention concerne des turbines à

gaz et, plus particulièrement, un parcours -d'écoule-

ment annulaire dans la section de compression d'une

turbine de ce type.

Une turbine à gaz comporte une section de com- pression, une section de combustion et une section de turbine. Un parcours d'écoulement annulaire pour les

gaz constituant le milieu de travail traverse la tur-

bine. Une paroi intérieure et une paroi extérieure délimitent le parcours d'écoulement annulaires Dans des systèmes spécifiques de la technique antérieure des rangées d'aubes fixes s'étendent radialement vers l'intérieur à partir de la paroi extérieure, tandis que des rangées d'aubes mobiles s'étendent radialement vers

l'extérieur à partir de la paroi intérieure. Les ran-

gées d'aubes fixes et les rangées d'aubes mobiles s'im-

briquent l'une dans l'autre. Dans la section de com-

pression, les parois du parcours d'écoulement conver-

gent progressivement l'une vers l'autre. Un système de ce type comportant un parcours d'écoulement convergent

à la fois sur la paroi extérieure et sur la paroi inté-

rieure est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amé-

rique n 2.869.820 aux noms de Marchant et al. et ayant pour titre "Rotors For Axial Flow Compressors Or Turbines" (= rotors pour turbines ou compresseurs a flux axial). Un autre système comportant une paroi extérieure convergente de forme conique et une paroi intérieure cylindrique est décrit dans le brevet des Etats-Unis dlAmerique n 2.672. 279 au nom de Willgoos et ayant pour titre "End Bell Construction" (= système à cloche en bout). Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2. 801.071 au nom de Thorpe et ayant pour titre "Bladed Rotor Construction" (= système de rotor à aubage), on décrit un système comportant une paroi

intérieure conique et une paroi extérieure cylindrique.

Dans chaclun de ces systèmes, l'assemblage de

rotor et l'assemblage de stator coopèrent pour compri-

mer les gaz constituant i.e milieu de travail. A mesure

que les gaz sont comprimés, la température et la pres-

sion totale du gaz s'élèvent. En travers de chaque rangée d'aubes mobiles, l'accroissement de la pression totale s'accompagne d'une élévation de la pression statique. Selon la pratique habituelle, la répartition de la pression statique sur et en travers d'une surface portante est exprimée en termes d'un coefficient de pression P. Ce coefficient de pression P est défini par le rapport sans dimensions de l'élévation de la pression statique entre un point d'amont et un point

de la surface portante, vis-à-vis de la pression dyna-

mique ou de vitesse au point d'amont. Ce rapport peut être représenté par la formule suivante P-P o p représente la pression régnant en n'importe quel point de la surface portante, p représente la pression régnant à une distance en amont de la surface portante, et I/2 p V indique la pression dynamique ou de vitesse

en amont.

La charge aérodynamique s ' exerçant en travers d'une surface portante est définie par l'élévation de la pression statique en travers de toute la surface portante, divisée par la pression de vitesse ou la

pression dynamique à l'admission. Au cours du fonction-

nement, d'importantes charges aérodynamiques imposées aux surfaces portantes s'accompagnent souvent d'une séparation du flux. Etant donné que la surface portante est orientée dans le sens dtaccroissement de la pression statique dans un compresseur, Le flux a tendance à se

"séparer" des surfaces des aubes et des parois.

Cette séparation diminue l'efficacité du groupe d'aubes mobiles et, dans des cas extrêmes, il peut en résulter un phénomène connu sous le nom de "augmentation

de pression". Une augmentation de pression dans le com-

presseur est généralement caractérisée soit par un arrêt total du flux, soit par une inversion du flux à travers le système du compresseur, soit encore par une nette réduction de la capacité de traitement du flux

d'air par la turbine pour une vitesse de rotation par-

ticulière. Cette dernière caractéristique est appelée

augmentation de pression en suspens" En règle géné-

rale, lorsque cettecondition existe, la turbine ne

réagit pas correctement à l'ouverture du clapet de com-

mande des gaz.

En conséquence, les hiomes de science et les ingénieurs cherchent à amél. iorer la marge d'augmentation de pression et 1tefficacité d'un groupe deaubes mobiles en influençant la répartition de la charge aérodynamique

en travers des surfaces portantes.

Un objet principal de la présente invention est dlaccroître llefficacité d'un groupe duaubes mobiles

dans la section de compression d'une turbine à gaz. Sui-

vant l'invention' on cherche à accroître la marge d'aug-

mentation de pression de la section de compression. Un

but spécifique est de déplacer la répartition de la char-

ge en travers des surfaces portantes des aubes mobiles

dans le sens de l'envergure.

Suivant la présente invention, la répartition de la charge aérodynamique s'exerçant sur une surface portante rotative dans une machine rotative à flux axial est déplacée dans le sens de l'envergure en amenant les lignes de courant du parcours d'écoulement dans les zones marginales situées près de la paroi intérieure et de la paroi extérieure à suivre une courbure dans la

même direction radiale par rapport à l'axe de la turbi-

ne. Une caractéristiqtu p'ifn<:ipale de la présente invention réside dans le paruoui-s d'écoulement annulaire d'une section de compression. Ce parcours d'écoulement

comporte une paroi intérieure et une paroi extérieure.

Une surface portante rotative comporte mle zone margi-

nale s'étendant entre les parois. Une autre c.:actéris-

tique réside dans les zones des parois o les inclinai-

sons de la paroi intérieure et de la paroi extérieure changent par rapport à l'axe de la turbine. Dans une forme de réalisation, ces zones de parois sont situées entre les rangées de surfaces portantes rotatives et les rangées de surfaces portantes non rotatives, tandis

qu'elles sont reliées par des surfaces de parois tronco-

niques aux talons des surfaces portantes, ainsi que par

des surfaces de parois cylindriques espacées radiale-

nient d'une certaine distance des têtes des surfaces por-

tantes. Un avantage principal de la présente invention réside dans l'accroissement de l'efficacité d'un groupe d'aubes mobiles suite au déplacement de la répartition

de la charge dans le sens de l'envergure. Un accroisse-

ment de la marge d'augmentation de pression de la sec-

tion de compression résulte de la redistribution, dans le sens del'envergure, des charges localisées. Dans une forme de réalisation, un accroissement complémentaire de l'efficacité d'un étage résulte de l'écartement plus réduit entre les parties rotatives et les parties non rotatives et ce, grâce aux surfaces cylindriques qui sont tournées vers les têtes des surfaces portantes

rotatives et des surfaces portantes non rotatives, com-

parativement à des surfaces portantes dont les têtes sont espacées radialement d'Lule certaine distance d'une

surface tronconique.

Les objets, caractéristiques et avantages ci-

dessus de la présente invention, ainsi que d'autres,

apparaîtront plus clairement à la lecture de la descrip-

tion détaillée ci-après de certaines de ses formes de réalisation préférées données en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale

simplifiée d'une turbomachine à double flux dont l'en-

veloppe extérieure est élaguée afin de montrer une par- tie des assemblages de rotor et de stator faisant partie de la section de compresseur; la figure 2 est une vue agrandie d'une partie

des assemblages de rotor et de statur illustrés en fi-

gure 1; la figure 3 est une vue en coupe correspondant à une partie de la figure 2 et illustrant une autre forme de réalisation; la figure 4 est une illustration schématique

des assemblages de rotor et de stator illustrés en fi-

gure 2.

La figure 1 des dessins annexés illustre une turbomachine à double flux suivant linvention. Les sections principales de la turbine sont les suivantes

une section de compression à ventilateur 10, une sec-

tion centrale de compresseur 12, une section de combus-

tion 14 et une section de turbine 16. La turbine com-

porte un axe A. l'assemblage de rotor 18 s'étend axia-

lement à travers la section de compresseur et la sec-

tion de turbine. Un assemblage de stator 20 entoure

cet assemblage de rotor. Un parcours d'écoulement an-

nulaire 22 pour les gaz constituant le milieu de travail

s'étend à travers la section de compresseur et est déli-

mité par des parties de l'assemblage de stator et de

l'assemblage de rotor.

Comme le montre la figure 2, liassemblage de stator 20 comporte une enveloppe extérieure 24. Cette enveloppe extérieure comporte une paroi extérieure 26

entourant le parcours d'écoulement annulaire. L'assem-

blage de rotor 18 comporte une paroi intérieure 28 es-

pacée vers l'intérieur de la paroi extérieure. La pa-

roi intérieure délimite le parcours d'écoulement annu-

laire 22. Les parois à inclinaison constante délimitant le parcours d'écoulement annulaire sont indiquées par la ligne en traits discontinus F. Des rangées d'aubes fixes, représentées par les aubes fixes individuelles 30 et 32, sont fixées à la paroi extérieure. Ces aubes fixes s'étendent vers l'intérieur jusqu'à proximité de la paroi intérieure. Les rangées d'aubes fixes sont

imbriquées dans des rangées d'aubes mobiles représen-

tées par les aubes mobiles individuelles 34 et 36. Les rangées d'aubes mobiles s'étendent vers l'extérieur

jusqu'à proximité de la paroi extérieure.

Chaque aube mobile 36 comporte une surface portante 38. Cette surface portante comporte un pied , un bord d'attaque 42, un bord de fuite 44 et une tête 46. Chaque surface portante a un axe d'envergure

B s'étendant vers l'extérieur dans une direction prati-

quement radiale. Chaque aube fixe 32 comporte un pied 48, un bord d'attaque 50, un bord de fuite 52 et une

tête 54.

La figure 3 représente une variante de la fi-

gure 2, cette variante comportant une paroi intérieure 56 formée par des éléments de l'assemblage de rotor et de l'assemblage de stator. Chaque aube fixe 58 comporte

un anneau de renforcement 60. Cet anneau de renforce-

ment s'étend axialement jusqu'à proximité de l'assembla-

ge de rotor et il comporte une surface 62 tournée vers l'extérieur. L'assemblage de rotor comporte une surface 64 également tournée vers l'extérieur. Ces surfaces

tournées vers l'extérieur et faisant partie des assem-

blages de rotor et de stator définissent ensemble la paroi -intérieure 56 comme représenté en pointillés G. La ligne en traits discontinus F illustre les parois

à inclinaison constante délimitant le parcours d'écou-

lement annulaire.

La figure 4 est une illustration schématique d'une partie de la section de compresseur 12, cette figure montrant les parcours des particules des gaz constituant le milieu de tiavail s'écoulant à travers la section de compresseur près de la paroi extérieure 26, de la paroi intérieure 28 et du centre du parcours

d'écoulement annulaire 22. Ces parcours sont habituelle-

ment connus sous le nom de "lignes de courant". Les

lignes de courant S sont adjacentes à la paroi exté-

o rieure, les lignes de courant S sont situées à peu près m

au centre du parcours d'écoulement, tandis que les li-

gnes de courant Si sont adjacentes à la paroi intérieureo Au bord d'attaque 42 de chaque surface portante, est associée une zone marginale d'attaque 660 Au bord de fuite 44, est associée une zone marginale de fuite 68. Dans la zone marginale située près de la paroi

extérieure, chaque ligne de courant S comporte une pre-

o

mière courbure définissant une transition entre lespar-

cours des particules en amont et en aval du bord daatta-

que, ainsi qu'une deuxième courbure définissant une transition entre le parcours des particules en amont et en aval du bord de fuitee Dans la zone marginale située près de la paroi intérieure, chaque ligne de courant Si comporte une première courbure définissant une transi= tion entre le parcours des particules en amont et en aval du bord d2attaque, ainsi queune deuxième courbure

définissant une transition entre lesparcours des parti-

cules en amont et en aval du bord de fuiteo Les par.

cours Si et S sont des fonctions de x, mesurées dans un plan renfermant l'axe A de la turbine (axe x) et intersectant un point de la ligne de courant. Ce plan est un plan radial, L'axe y, qui est perpendiculaire à l'axe x, s'étend dans le sens de l'envergure et est situé dans le plan radial, N'importe quelle ligne de courant est-définie par une équation de type y = f (x)e La courbure formée en un point de la ligne de courant

est déterminée en coordonnés rectangulaires par la for-

mule suivante: Courbure - d2y dx2 +I- (dx

3/2

o dy et d 2x représentent respectivement la première dx dx2

et la deuxième dérivée de y vis-à-vis de x.

En n'importe quel point axial x, la paroi inté-

rieure 28 est espacée d'une distance R. de l'axe de la iX turbine. En ce point x, la paroi intérieure présente

une inclinaison Ri. vis-à-vis de 1' axe de la turbine, mesu-

ré dans un plan intersectant la paroi extérieure et ren-

fermant l'axe de la turbine. En ce point axial x, la paroi extérieure 26 qui entoure et délimite le parcours d'écoulement, est espacée d'une distance R. de l'axe de OX la turbine et présente une inclinaison R'X visà-vis ox de cet axe, mesuré dans le plan intersectant la paroi

extérieure et renfermant l'axe de la turbine.

Dans la zone marginale d'attaque 66, près de la paroi extérieure 26, Rox et R'ox ont une amplitude Rol et R' en un premier point et une amplitude Ro2 et RIo2 ol 02- o2 en un deuxième point. Ce deuxième point est situé en aval du premier de telle sorte que la paroi extérieure soit plus écartée de l'axe de la turbine au premier point qu'au deuxième et que l'inclinaison existant au

premier point ne soit pas égale à celle existant au deu-

xième point, En conséquence, le rapport de Rol à Ro2 est supérieur à un ( Rol > 1,0) et R'ol n'est pas

R02

égal à Ro2 ( R' Ro2) La valeur absolue de o2 ol 02' -R est supérieure à la valeur absolue de Rlo2 (! RL1 1>1 R>2 1). Comme représenté dans le dessin,

l'inclinaison de R'o. est égale à zéro.

Dans la zone marginale d'attaque 66, près de la paroi intérieure 28, Ri. et RI. ont une amplitude l et: ilx enu eieX Ri et Ri en un premier point et une amplitude Ri ILI il IL2 et Ri2 en un deuxième point. Le deuxième point est i2

situé en aval du premier, si bien que la paroi intérieu-

re'est plus proche de l'axe de la turbine au premier point qu'au deuxième, tandis que l'inclinaison existant au premier point n'est pas égale à celle existant au deuxième. En conséquence, le rapport de Ril à Ri2 est R il.i2 inférieur à un ( il < 1,0) et R il n'est pas égal à Ri2

Ri2 ( R'il - R'i). La valeur absolue de Ru est in-

iL2 i' i2 il férieure à la valeur absolue de R' 2 i2 Rl < e R2 Comme représenté dans le dessin, Iginclinaison RIi' est

égale à zéro ( R' il = 0).

Dans la zone marginale de fuite 68:près de la paroi extérieure 26, Rox et Rox ont une amplitude R03 ox ox o et RIo3 en un premier point et une amplitude Ro4 et RIo4 en un deuxième point. Le deuxième point est situé en aval du premier de telle sorte que la paroi extérieure soit plus éloignée de l'axe de la turbine au premier point qu'au deuxième, tandis que l'inclinaison existant au premier point n'est pas égale à celle existant au deuxième. En conséquence, le rapport de Ro3 à RO4 est supérieur à un ( o3 > 1,0) et RIo3 n'est pas égal à Ro4

RI 4 ( RI 3 RIo4). La valeur absolue de RI 3 est in-

férieure à la valeur absolue de R'o4 ( R'0o3 < 5 Ro04) Comme indiqué dans le dessin, l'inclinaison de R'o3 est

égale à zéro.

Dans la zone marginale de fuite 68, près de la paroi intérieure 28, Rix et R.i ont une amplitude Ri3 ix ix et Ri3 en un premier point et une amplitude Ri4 et Ri4 en un deuxième point. Le deuxième point est situé i-4

en aval du premier de telle sorte que la paroi intérieu-

re soit plus proche de l'axe du moteur au premier point qu'au deuxième, tandis que l'inclinaison existant au

premier point n'est pas égale à celle existant au deu-

xième. En conséquence, le rapport de Ri3 et Ri4 est inférieur à un, c'està-dire ( i3 < 1,0) et Ri3 i3 < 30) e i3 Ri4

n'est pas égal à R'i4 ( Rli3 R'i) La valeur abso-

i3443 i4 lue de R';3 est supérieure à la valeur absolue de R'i4 ( RI'i3j > jRIi4[). Comme représenté dans le dessin,

l'inclinaison de R'i4 est égale à zéro.

En aval de l'aube mobile 36, la paroi intérieu- re 28 adjacente à l'aube fixe 32 comporte une surface cylindrique tournée vers l'extérieur. Cette surface s'étend axialement au-delà du bord d'attaque 50 et du bord de fuite 52 de ltaube fixe. En n'importe quel endroit face à l'aube fixe, Rix et RI. ont une valeur lx constante Ri5 et Rli5. Dans la forme de réalisation illustrée, R'i5 est égal à zéro, La paroi intérieure

en amont de l' aube fixe et près de l'aube mobile com-

porte are surface tPonconique s'étendant entre le deu-

xième point de la zone marginale d'attaque (i2) et le premier point de la zone marginale de fuite (i3). Le R. rapport de Ri2 à Ri3 est supérieur uan ( i2 < 1,0), i3 de sorte que la contraction du parcours d'écoulement sur la paroi intérieure a lieu le long de la surface

tronconique au pied 40 de l'aube mobile. La paroi ex-

térieure en amont de l'aube fixe et près de l'aube mo-

bile comporte une surface cylindrique s' étendant entre le deuxième point de la zone marginale d'attaque (o2)

et le premier point de la zone marginale de fuite (o3).

Le rapport de R2 à R3 est égal à un ( o2 = 1,0) Ro3 Une surface cylindrique est tournée vers les têtes de la rangée d'aubes mobiles et elle s'étend au-delà du

bord d'attaque 42 au bord de fuite 44.

Au cours du fonctionnement de la turbine à gaz, les gaz constituant le milieu de travail s'écoulent à travers cette turbine. Ces gaz suivent le parcours

d'écoulement annulaire 22. Dans la section de compres-

seur 12, l'assemblage de rotor 18 et l'assemblage de stator 20 coopèrent mutuellement pour comprimer les gaz du milieu de travail, provoquant ainsi l'élévation de la température et de la pression totale des gaze En travers de la rangée d'aubes mobiles 36, l'accroissement de la pression totale s'accompagne d'une élévation de la pression statique. L'élévation de la pression statique a pour effet d'imposer une charge aérodynamique en tra-

vers de chaque surface portante.

Les profils de la paroi extérieure 26 et de la

paroi intérieure 28 influencent cette charge aérodynami-

que. Comme représenté en figure 4, les lignes de cou-

rant S. suivent la paroi intérieure. Les lignes de cou-

rant S suivent la paroi extérieures Dans la zone mar-

o ginale d'attaques la courbure des lignes de courant près de la paroi extérieure et de la paroi intérieure est positive, c'est-à-dire qu'elle s2écarte de luaxe de la turbine. Cette courbure a une forme convexe visàa vis de lîaxe de la turbine. Un gradient de pression statique dans le sens de l8envergure ou le sens radial doit exister pour permiettre cette courbure des lignes

de courant. La pression statique locale pour les li-

gnes de courant convexes est supérieure à la paroi in-

terieure et inférieure à la paroi extérieure comparati-

vement à la pression statique moyenne régnant dans toute la zone marginale. De plus, on observe le même effet local lorsqueon compare le gradient de pression pour le parcours d'écoulemenL profilé avec le gradient de pression existant à la paroi intérieure et à la paroi

extérieure d'un parcours d'écoulement suivant des li-

gnes de courant le long des parois comme représenté par les lignes en pointillés F. Cet effet exercé sur la pression localisée est indiqué dans la zone marginale d'attaque par un signe plus (+) à la paroi intérieure

et par un signe moins (-) à la paroi extérieure.

La charge imposée en travers de la surface portante P-Po est directement proportionnelle à et pv2 2--g

très fortement fonction de l' élévation de pression stati-

que en travers de la surface portante. Etant donné que l'élévation de la pression statique est la différence entre la pression statique régnant en un point situé en amont du bord d'attaque et en un point situé en aval du

bord de fuite, la charge est réduite au talon de la sur-

face portante, tandis qu'elle est accrue à la tête de cette dernière. Cette charge est déplacée dans le sens

de l'envergure en raison des profils du parcours d'écou-

lement.

Le déplacement de la charge dans le sens de

l'envergure est renforcé par la courbure de la paroi ex-

térieure et de la paroi intérieure dans la zone margi-

nale de fuite. Les lignes de courant S. suivent la paroi intérieure. Les lignes de courant S suivent la paroi o extérieure. Dans la zone marginale de fuite, la courbure des lignes de courant près de la paroi extérieure et de la paroi intérieure est négative, c'est-à-dire qu'elle est dirigée vers l'axe de la turbine. Cette courbure

a une forme concave vis-à-vis de l'axe de la turbine.

Grâce à cette courbure, on a un gradient de pression

statique dans le sens de l'envergure ou le sens radial.

Le gradient de pression statique locale pour les lignes

de courant concaves est Jiférieur sur la paroi inté-

rieure et supérieur sur la paroi extérieure comparati-

vement au gradient de pression statique moyenne dans toute la zone marginale d'attaque ou comparativement au

gradient de pression statique locale sur la paroi inté-

rieure et la paroi extérieure d'un parcours d'écoule-

ment suivant des lignes de courant le long des parois comme représenté par la ligne en pointillés F. Cet effet exercé sur la pression Iocalisée est désigné dans la zone marginale de fuite par un signe moins (-) sur la paroi intérieure et par un signe plus (+) sur la paroi extérieure. Etant donné que l'élévation de la pression statique est la différence existant entre la pression statique régnan7. en un point situé en amont du bord d'attaque et (elle existant en un point situé en aval du bord de fuite,1 la charge imposée est réduite davantage au talon de la surface portante, tandis qu'elleestaugmentée davantage à la tête de celle-ci, ce qui a pour effet de renforcer le déplacement de la char- ge dans le sens de ltenvergure, Comme on le comprendra, le profil de la paroi

intérieure et de la paroi extérieure dans la zone margi-

nale d'attaque ou le profil de la paroi intérieure et de la paroi extérieure dans la zone marginale de fuite aura pour effet de déplacer la répartition de la charge dans le sens de l'envergure. De plus, linversion de la courbure des lignes de courant de la forme convexe à la forme concave dans la zone marginale d'attaque ou de la 1S forme concave à la forme convexe dans la zone marginale de fuite aura pour effet de déplacer la répartition de la charge dans le sens de l'envergure dans une direction

opposée à celle du déplacement dans le sens de l'enver-

gure dont il a été question ci-dessus.

L'application des profils illustrés en figure 4 aux parois d'un parcours d'écoulement dans une rangée

de surfaces portantes rotatives est efficace, par exem-

ple, lorsque le courant des gaz du milieu de travail a

tendance à se séparer au pied de la surface portante.

Cette séparation se produit souvent dans les étages

d'aval du compresseur, étant donné que la charge aéro-

dynamique imposée au pied de chaque surface portante

est supérieure à la charge aérodynamique moyenne en tra-

vers de cette surface portante ou à la charge aérodyna-

mique s'exerçant en travers de la tête de la surface portante. Une réduction de la charge aérodynamique au pied de cette surface portante a pour effet de créer

une séparation plus en aval le long de la surface por-

tante et, dès que cette séparation se produit, elle diminue en n'importe quel point de la surface portante, Une réduction du degré de séparation a pour effet de réduire l'effet préjudiciable qu'exerce cette séparation, sur le rendement. On obtient un meilleur rendement pour l'étage du rotor comparativement aux systèmes dans lesquels il n'est pas remédié à cette séparation. De plus, une réduction de la charge imposée à un endroit aussi critique permet, à l'étage du rotor, de mieux tolérer un accroissement de la contre-pression avant que la surface portante ne se cale. On augmente ainsi la marge dÉélévation de pression dans la section de compression.

Le système particulier illustré offre un avan-

tage supplémentaire du fait que des surfaces cylindri-

ques sont tournées vers les têtes des surfaces portantes d'un étage de rotor/stator et également du fait que des contractions sont prévues dans le parcours d'écoulement au pied des surfaces portantes. Cette structure permet de ménager un espace étroit entre les têtes des surfaces portantes du rotor et la paroi extérieure cylindrique

qui leur fait face, ainsi qu'entre les têtes des surfa-

ces portantes du stator et la paroi intérieure cylindri-

que qui leur fait face.

Comme représenté en figure 4, Cr indique l'es-

pace libre radial existant, après assemblage, entre les têtes des aubes mobiles et la paroi du stator, ainsi

qu'entre les têtes des aubes fixes et la paroi du rotor.

Au cours du fonctionnement, cet espace radial Cr offre, pour l'étage de rotor/stator, une tolérance pour les différences de dilatation radiale entre l'assemblage de rotor et l'assemblage de stator. Etant donné que les surfaces cylindriques sont tournées vers les têtes des surfaces portantes, les différences survenant dans la dilatation thermique axiale (Ca) entre l'assemblage de rotor et l'assemblage de stator n'influencent nullement la dimension de cet espace radial Cr. Pour un parcours d'écoulement annulaire équivalent comportant des parois coniques comme indiqué par la ligne en pointillés F, la

différence survenant dans la dilatation thermique axia-

le Ca n'influence nullement la dimension de l'espace radial Cro L'espace radial Cr entre les tètes des aubes mobiles et la paroi du stator est augmenté d'un espace radial supplémentaire ACr pour (lue les têtes des aubes mnobilçs soient écartées radialement de la paroi du stator lorsque les têtes des aubes mobiles se déplacent

plus prés de cette paroi du stator en raison des varia-

tions survenant dans la dilatation-axiale. En consé-

quence, l'espace radial existant entre les têtes des aubes mobiles et la paroi qui leur fait face, est plus petit pour le système illustré enfigure 4 comparatives ment-à un parcours d'écoulement conique, ce qui a en même temps pour effet dtaccroître le rendement, Bien que la présente invention ait été illus= trée et décrite en se référant à une de ses formes de réalisation préférées lhonmme de métier comprendra que

diverses modifications et omissions peuvent.tre envisa-

gées tant dans la formne que dans les détails sans pour autant se départir de luesprit et du cadre de luinven= tiono

Claims (9)

REVENDICAYIONS

1. Section de compression d'une machine rota-

tive à flux axial du type comportant Lu parcours d'écou-

lement annulaire pour des gaz constituant un milieu de travail, autour d'un axe d'une turbine, caractérisée en ce qu'elle comprend: une paroi extérieure entourant le parcours diécoulement annulaire; une paroi intérieure espacée intérieurement de

la paroi extérieure et délimitant le parcours d'écoule-

ment; au moins une rangée d'aubes mobiles s'étendant

vers l'extérieur de la paroi intérieure jusqu'à proxi-

mité de la paroi extérieure et comportant plusieurs surfaces portantes, chaque surface portante ayant un axe

dans le sens de l'envergure et au moins une zone margi-

nale s'étendant également dans le sens de l'envergure; la paroi extérieure étant profilée de façon à amener les lignes de courant du parcours d'écoulement dans la zone marginale adjacente à la paroi extér ze5ure à suivre une

courbure s'étendant dans le sens radial et ayant un pre-

mier signe mathématique, tandis que la paroi intérieure

est profilée de façon que la courbure des lignes de cou-

rant du parcours d'écoulement dans la zone marginale

adjacente à la paroi intérieure ait un signe mathémati-

que identique au premier afin de déplacer la répartition de la charge aérodynamique exercée sur chaque surface

portante dans le sens de l'envergure.

2. Procédé en vue de déplacer la répartition

de la charge aérodynamique imposée à chacune des sur-

faces portantes rotatives d'une rangée dans une section de compression d'une machine rotative à flux axial,

caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consis-

tent à:

profiler les délimitations extérieures du par-

cours d'écoulement de façon à amener les lignes de cou-

rant du parcours d'écoulement dans la zone marginale

qui est adjacente à la délimitationl extérieure du par-

cours d'écoulement, à suivre une courbure ayant un pre-

mier signe mathématique dans le sens radial, et profiler la délimitation intérieure du parcours d'écoulement de façon à amener les lignes de courant du parcours d'écoulement dans la zone marginale adjacente à la délimitation intérieure du parcours d'écoulement, à suivre une courbure s'étendant dans le sens radial et ayant un signe mathématique identique au premiers

3. Section de compression d'une machine rota-

tive à flux axial suivant la revendication 1, caracté-

risée en ce que la paroi extérieure est espacée de l'axe de la turbine d'une distance R et comporte une ox

inclinaison Rox vis-à-vis de lIaxe de la turbine, me-

ox suré dans un plan renfermant l'axe de la turbine et intersectant la paroi extérieure, tandis que la paroi intérieure est espacée de l'axe de la turbine d'une distance R.i et comporte une inclinaison R ix vis-à-vis ix i de l'axe de la turbine, mesuré dans un plan renfermant l'axe de la turbine et intersectant la paroi intérieure,

et Rox et RIox ont une amplitude Rol et Rol en un pre-

ox oxofc

mier point de cette zone marginale, ainsi qu'une ampli-

tude R2 et Rlo2 en un deuxième point de cette zone 02 0o2 marginale, ce deuxième point étant situé en aval du premier de telle sorte que RIol ne soit pas égal à RI0o2 ( R'ol R'o2)) tandis que le rapport de Rol à Ro02 est supérieur à un ( Roi > 1,0), la valeur absolue de Ruol Ro2 étant supérieure à la valeur absolue de Ro2 R( I, J 1> IR'02 |) Rix et RIix ayant une amplitude Ril et R'il en un premier point de cette zone marginales ainsi qu'une amplitude Ri2 et R'i2 en un deuxième point de cette zone, ce deuxième point étant situé en aval du premier de telle sorte que R'il ne soit pas égal à

Ri2 (R'il Ri2), le rapport Ril à Ri2 étant infé-

rieur à un (R < 1,0) tandis que la valeur absolue Ri2 de R il est inférieure à la valeur absolue de Rti2

(I Rill < I R'121)-

4. Section de compression d'une machine rota-

tive à flux axial suivant la revendication 1, caracté-

risée en ce que la paroi extérieure est espacée de l'axe de la turbine d'une distance R et comporte une ox

inclinaison R' vis-à-vis de lt axe de la turbine, me-

ox sure dans le plan renfermant cet axe et intersectant la paroi extérieure, la paroi intérieure étant espacée de l'axe de la turbine dtune distance R. et ayant une ix

inclinaison R ix vis-à-vis de l'axe de la turbine, me-

1x suré dans un plan renfermant cet axe et intersectant la paroi intérieure, tandis que Rox et R' ont une amplitude Re3 et Rto3 en un ox oxo33 premier point de cette zone marginale et une amplitude

R04 et RI 4 en un deuxième point de cette zone margi-

nale, ce deuxième point étant situé en aval du premier de telle sorte que R'o3 ne soit pas égal à R 0o4 ( R o0 R o4), le rapport de R3 à R4 étant supérieur à un ( Re > 1,0) la valeur absolue de RIo3 étant R4 inférieure à la valeur absolue de RIo4 ([ RIo3 1 <IRIo4),

RiX et R.x ayant une amplitude Ri3 et Rli3 en un pre-

mier point de cette zone marginale, ainsi qu'une ampli-

tude Ri4 et Rli4 en un deuxième point de cette zone î14 i4 marginale, le deuxième point étant situé en aval du premier de telle sorte que R i3 ne soit pas égal à R i4 R( Ki3 = RIi4), le rapport Ri3 à Ri4 étant inférieur à un (Ri3 < 1,0) et la valeur absolue de Rl i3 étant Ri4 supérieure à la valeur absolue de R' i4 ( I R i3 l> IRli4 I)

5. Section de compression d'une machine rota-

tive à flux axial suivant la revendication 1, caracté-

risée en ce que la zone marginale de la surface portante de chaque aube mobile est une première zone marginale,

la surface portante comporte lune deuxième zone margina-

le, Rox et R'ox ayant une amplitude R03 et R' 3 en un ox ox e n un premier point de cette detxième zone marginale, ainsi qu'une amplitude R 4 et Rio4 en un deuxième point de cette deuxième zone marginale, ce deuxième point étant situé en aval du premier de telle sorte que RI o3 ne soit pas égal à R' o4 ( Ro3 R o4), le rapport de R à Re4 étant supérieur à un ( Ro3 > 1,0) et la valeur o4 o3 R04 absolue de RI 3 étant inférieure à la valeur absolue de R'o4 ( R' o31 < R'o4), tandis que Rix et Rtx. -ont O une amplitude Ri3 et Ri3 en un premier point de la iL3 i3 deuxième zone marginale, de même queune amplitude Ri4 et R i4 en un deuxième point de cette deuxième zone marginale, ce deuxième point étant situé en aval du premier de telle sorte que RI i3 ne soit pas égal a R i4

( R i3 R' i4)9 le rapport de Ri3 à Ri4 étant infé-

rieur à un ( R i3 < 1,0) et la valeur absolue de Rui3 Ri4 étant supérieure à la valeur absolue de R. i4 ( Ri3l > R i4) 3

6. Section de compression d8une machine rota-

tive à flux axial suivant la revendication 5, caracté-

risée en ce que la surface portante de chaque aube mobile comporte une zone marginale duattaque et une zone marginale de fuite, la deuxième zone marginale étant la zone marginale de fuite,

7. Section de compression dEune machine rota-

tive à flux axial suivant la revendication 6, caracté-

risée en ce que la paroi intérieure tourne autour de

l'axe de la turbine.

8. Machine rotative à flux axial comportant un axe de turbine et un parcours d'écoulement annulaire, cette machine comportant une section de compression pour des gaz constituant un milieu de travail, cette section de compression comprenant: une paroi extérieure entourant le parcours d'écoulement annulaire 3 une paroi intérieure espacée vers l'intérieur

de la paroi extérieure et délimitant le parcours d'écou-

lement;

une rangée d'aubes fixes s'étendant vers ltin-

térieur de la paroi extérieure jusqu'à proximité de la paroi intérieure, chaque aube fixe ayant une surface portante comportant une tête parallèle à l'axe de la turbine; une rangée d'aubes mobiles s'étendant vers l'extérieur jusqu'à proximité de la paroi extérieure,

chaque aube mobile ayant une surface portante compor-

tant une zone marginale d'attaque, une zone marginale de fuite et une tete, cette dernière étant parallèle à l'axe de la turbine; la paroi extérieure étant espacée de l'axe de

la turbine d'une distance R et présentant une incli-

ox naison Ri x par rapport à l'axe de la turbine, mesuré ox dans un plan renfermant cet axe et intersectant la paroi extérieure, tandis que la paroi intérieure est espacée de l'axe de la turbine d'une distance R. et présente une inclinaison R ix vis-à-vis de l'axe de la turbine, mesuré dans un plan renfermant cet axe et intersectant la paroi intérieure, tandis que, R et Ri ont une amplitude R1 et Rol enun ox ox ol ol

premier point de la zone marginale d'attaque,et une am-

plitude Re2 et RI2 en un deuxième point de la zone mar-

o2 ginale d'attaque, le deuxième point étant situé en aval du premier de telle sorte que R'ol ne soit pas égal à Rio2 ( R' ol R o2), R'o2 étant égal à zéro (R o2 = 0), et le rapport de Rol à R 2 étant supérieur à un ( R1ol > 1,0); w-L Ro2 Rix et R.i ont une amplitude Ril et R'il en un premier point de la zone marginale d'attaque et une amplitude Ri2 et Ri2 en un deuxième point de cette zone iL2 i2 marginale d'attaque, ce deuxième point étant situé en aval du premier de telle sorte que Rtil ne soit pas égal à R'i2 ( R'il R i2), R'il étant égal à zéro (R'il = 0 il tandis que le rapport de Ril à Ri2 est inférieur à 1

( Ril < 1,0) et la valeur absolue de Rlil est infé-

Ri2 rieure à la valeur absolue de R'i2 (I R'il < Ri2) ; R et RI ont une amplitude R3 et RI3 ox ox o3 o3 en un premier point de la zone marginale de fuiteet une amplitude Ro4 et RIo4 en un deuxième point de la zone marginale de fuite, ce deuxième point étant situé en aval du premier de telle sorte que RIo3 ne soit pas égal à RI 4 ( Rto3 ' RIo4) et que RI3 soit égalà

zéro (Ro3 = 0), le rapport de Ro3 à R04 étant supé-

rieur à un ( Ro3 > 1,0) et la valeur absolue de R03 R040 o4 étant inférieure à la valeur absolue de RI (I R't3 < 1 R' 41); Rix et R ix ont une amplitude Ri3 et Rli3 en un premier point de la zone marginale de fuite, et une amplitude Ri4 et R'i4 en un deuxième point de la zone marginale de fuite, ce deuxième point étant situé en aval du premier de telle sorte que RIi3 ne soit pas égal à Ri4 ( R i3 Rli4) et que RIi4 soit égalà zéro ( Ri4 = 0)', tandis que le rapport de Ri3 à Ri4

14 R 3 4

est inférieur à un ( i3 < 1,0), la valeur absolue Ri4 de R i3 étant supérieure à la valeur absolue de R'i4 (I Ri3 1> IR'i4 1); et Rix et R'i ont une amplitude Ri5 et R'i5 en ixx5 1 n'importe quel endroit de la paroi intérieure faisant face à une tête d'une surface portante dans la zone des aubes mobiles, tandis que R'i5 est égal à zéro (Rli5 = 0) de telle sorte qu'une surface cylindrique soit tournée vers les têtes de la rangée d'aubes fixes, une surface cylindrique de la paroi extérieure s'étend entre le deuxième point de la zone marginale d'attaque ayant une valeur Rto2 = 0 et le premier point de la zone marginale de fuite ayant une valeur ), Ri 3 = 0, de telle sorte qu'unel surface cylindrique soit tournée vers les têtes de la rangée d'aubes mobiles, et une surface tronconique de la paroi intérieure s'étend entre le deuxième point de la zone marginale d'attaque ayant une valeur Rti. qui n'est pas égale à

zéro ( Rti2 O), et le premier point de la zone mar-

ginale de fuite ayant une valeur Rti3 qui n'est pas égale à zéro ( Rli3 O) , créant ainsi une contraction

dans le parcours d'écoulement sur la paroi intérieure.

9. Machine rotative à flux axial suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la rangée d'aubes fixes est située à un endroit en amont de la

rangée d'aubes mobiles de telle sorte que Ri5 soit in-

férieur Ri2 ( Ri5 < Ri2) et que Ri5 soit inférieur ou

égal à Ril ( Ri5 < Ril).