FR2484015A1 - ROTOR DARK COMPRISING A HAT OF STACKED PLATES CONSTITUTING THE HEAD OF THE DAWN - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE AUBE DE ROTOR COMPRENANT UN CHAPEAU DE PLAQUES EMPILEES CONSTITUANT-1A COMME TETE D'AUBE. LE CHAPEAU DE LA TETE D'AUBE EST REALISE A PARTIR D'UNE PLURALITE DE PLAQUES DISPOSEES DANS LE SENS DE LA CORDE. LA PLAQUE LA PLUS EXTERNE 30 COMPREND UNE LEVRE 26 ENTOURANT LA PERIPHERIE DE CETTE PLAQUE. LES PLAQUES INTERNES 32 COMPRENNENT DES PASSAGES LATERAUX FORMES ENTRE LES PLAQUES ADJACENTES ET REALISES SELON UN MODELE EN EPI POUR ETABLIR UNE ZONE EN UN PLAN, DE REFROIDISSEMENT PAR CONVECTION SENSIBLEMENT UNIFORME DANS L'AUBE.THE PRESENT INVENTION CONCERNS A ROTOR VANE INCLUDING A CAP OF STACKED PLATES CONSTITUTING-1A AS A DAWN HEAD. THE HAT OF THE DAWN'S HEAD IS MADE FROM A PLURALITY OF PLATES ARRANGED IN THE DIRECTION OF THE ROPE. THE OUTSTANDING PLATE 30 INCLUDES A LIP 26 SURROUNDING THE PERIPHERY OF THIS PLATE. THE INTERNAL PLATES 32 INCLUDE SIDE PASSAGES SHAPED BETWEEN THE ADJACENT PLATES AND MADE ACCORDING TO A PPE MODEL TO ESTABLISH A ZONE IN ONE PLAN, SENSITIVELY UNIFORM COOLING BY CONVECTION IN DAWN.
Description
La présente invention concerne une aube de rotor comprenant un chapeau deThe present invention relates to a rotor blade comprising a cap of
plaquesemafiis constituant la tête de l'aube et se rapporte aux aubes des machines rotatives à flux axial. Les principes ont été développés dans l'industrie platesemafiis constituting the head of the dawn and refers to the blades of rotary machines with axial flow. The principles have been developed in the industry
des moteurs à turbine à gaz pour être utilisés dans la par- gas turbine engines for use in the
tie turbine des moteurs, mais sont applicables à d'autres engines, but are applicable to other
machines rotatives fonctionnant à température élevée. rotary machines operating at high temperature.
Dans les moteurs à turbine à gaz, des gaz de travail à température très élevée sont produits dans une chambre de combustion et passent au traveis de la partie turbine en aval. A l'extrémité en amont de la partie turbine, les gaz de travail ont des températures caractéristiques de l'ordre de 13700C ou davantage. La température des gaz de travail dans de nombreux cas dépasse les capacités de résistance des matières à partir desquelles les éléments de la turbine sont fabriqués et de tels éléments sontrefroidis avec de l'air à température plus basse pour empêcher la In gas turbine engines, very high temperature working gases are produced in a combustion chamber and pass through the downstream turbine section. At the upstream end of the turbine part, the working gases have characteristic temperatures of the order of 13700C or more. The temperature of the working gases in many cases exceeds the resistance capabilities of the materials from which the turbine components are made and such elements are cooled with lower temperature air to prevent
détérioration ou la destruction de ces éléments. deterioration or destruction of these elements.
Les aubes du rotor à l'extrémité en amont de la The blades of the rotor at the end upstream of the
partie turbine sont parmi les éléments habituellement refroi- part of the turbine are usually
dis. Les aubes s'étendent vers l'extérieur sur le rotor du moteur d'travers du parcours des gaz de travail et sont opposées leurs extrémités externes à un bandage qui les entoure, appliqué sur le stator du moteur. Le jeu entre les têtes d'aubes et les bandages est rendu nécessairement say. The vanes extend outwardly over the engine rotor across the working gas path and are opposed at their outer ends to a bandage surrounding them, applied to the motor stator. The game between the blade heads and the bandages is necessarily rendered
petit pour décourager les fuites des gaz de travail par- small to discourage leakage of working gases from
dessus les têtes et éviter une diminution du rendement aérodynamique qui en résulte. Avec de tels petits jeux aux above the heads and avoid a decrease in aerodynamic efficiency that results. With such small games to
têtes des aubes, en particulier pendant les conditions tran- heads of the blades, in particular during
sitoires du fonctionnement du moteur, les aubes occasionnel- engine operation, the occasional blades
lement frottent contre le bandage qui l'entoure. Une possibilité d'interaction destructrice existe pendant un tel frottement à la fois du fait. d'une déformation mécanique de l'aube ou du bandage et du fait de la formation de tensionsthermiquesexcessivespendant le moment du frottement. Les têtes d'aubes sont habituellement refroidies comme il est montré dans les brevets US numéro 3 899 267, Then rub against the bandage around it. A possibility of destructive interaction exists during such friction both by the fact. a mechanical deformation of the blade or the bandage and the fact of the formation of thermal tensionsexcessives during the moment of the friction. The blade heads are usually cooled as shown in US Patent Nos. 3,899,267,
3 994 622 et 4 010 531.3,994,622 and 4,010,531.
-2- Les bandages entourant les aubes sont habituellement formés de matières pouvant être usées par abrasion ou déformées, conçues pour s'adapter au contact par frottement avec les aubes, sans interaction destructrice. Les brevets US Nos. 3 042 365, 3 854 842, 3 817 719, 3 879 831 et The bandages surrounding the vanes are usually formed of abrasion-abradable or deformed materials designed to accommodate frictional contact with the vanes without destructive interaction. US Patent Nos. 3,042,365, 3,854,842, 3,817,719, 3,879,831 and
3 918 925 montrent des exemples de telles structures. 3,918,925 show examples of such structures.
Malgré les structures et systèmes de matière développés dans le passé, les scientifiques et les ingénieurs dans l'industrie continuent à rechercher des aubes et bandages encore améliorés. Des aubes de rotor ayant une résistance élevée à la déformation destructrice et qui sont refroidies Despite the structures and subject systems developed in the past, scientists and engineers in the industry continue to look for improved blades and bandages. Rotor blades having a high resistance to destructive deformation and which are cooled
efficacement dans la zone de leur tête sont des buts parti- effectively in the area of their heads are particular goals.
culiers recherchés.sought after.
Selon la présente invention, on réalise une tête According to the present invention, a head is made
d'aube de rotor ayant une capacité substantielle de trans- rotor blade having a substantial capacity for trans-
fert de chaleur par convection à proximité des surfaces susceptibles de subir un frottement à la tête de l'aube, cette tête d'aube étant constituée par une pluralité de plaques disposées dans le sens de la corde et empilées dans le sens longitudinal, des passages de refroidissement étant convection heat near the surfaces susceptible to friction at the head of the blade, this blade head being constituted by a plurality of plates arranged in the direction of the rope and stacked in the longitudinal direction, passages cooling being
disposés entr'elles selon une distribution dans le plan. arranged between them according to a distribution in the plane.
Une caractéristique principale de la présente invention est la structure constituée de plaques formant le chapeau de la tête d'aube. Les plaques sont disposées dans le sens de la corde au travers de la tête de l'aube pour recouvrir la cavité de l'air de refroidissement qui s'y trouve. Des passages pour l'air de refroidissement entre les plaques établissent une unité de refroidissement pour éloigner l'énergie thermique des surfaces en frottement A main feature of the present invention is the structure consisting of plates forming the hat of the blade head. The plates are arranged in the direction of the rope through the head of the blade to cover the cavity of the cooling air therein. Cooling air passages between the plates establish a cooling unit to move the thermal energy away from the friction surfaces
à la tête de l'aube. La plaque la plus externe dans cer- at the head of dawn. The outermost plate in
tains modes de réalisation est réalisée pour avoir la configuration d'un modèle de tête d'aube comprenant une lèvre surélevée s'étendant autour de la périphérie de la tête d'aube pour réduire au minimum la quantité d'aire de surface en contact par frottement avec le bandage Some embodiments are provided to have the configuration of a blade head pattern including a raised lip extending around the periphery of the blade head to minimize the amount of surface area in contact with the blade head. rubbing with the bandage
entourant l'aube.surrounding dawn.
Un avantage principal de la présente invention est la possibilité d'accroître la capacité de refroidissement efficace très près de la source génératrice de l'énergie A main advantage of the present invention is the possibility of increasing the effective cooling capacity very close to the energy generating source.
24814O524814O5
-3 thermique. Un flux ininterrompu d'air de refroidissement est garanti par un déchargement latéral de l'air plutôt qu'un déchargement de l'air par la tête. La capacité de refroidissement n'est pas réduite pendant les périodes de -3 thermal. An uninterrupted flow of cooling air is guaranteed by lateral unloading of the air rather than unloading of air through the head. Cooling capacity is not reduced during periods of
contact par frottement avec le bandage environnant. rubbing contact with the surrounding bandage.
Pour que l'invention puisse être mieux comprise, référence est faite aux figures suivantes o: La figure 1 est une-vue en perspective d'une aube de rotor de moteur à turbine à gaz représentant le In order that the invention may be better understood, reference is made to the following figures: FIG. 1 is a perspective view of a gas turbine engine rotor blade representing the
chapeau de la tête d'aube selon l'invention. hat of the blade head according to the invention.
la figure 2 est une vue agrandie de la région de la tête de l'aube de la figure 1 représentant les plaques disposées dans le sens de la corde,qui comprend un chapeau de tête d'aube, des parties étant éclatées pour révéler la configuration des courants de refroidissement par convection selon une distribution dans un plan avec une Fig. 2 is an enlarged view of the region of the blade head of Fig. 1 showing the plates arranged in the rope direction, which comprises a blade head cap, parts being exploded to reveal the configuration. convection cooling currents according to a distribution in a plane with a
orientation "en épi ".orientation "on the cob".
L'aube de rotor 10 de la figure 1 est une exemple The rotor blade 10 of FIG. 1 is an example
d'aube de rotor du type auquel les principes selon l'inven- rotor blade of the type to which the principles according to the invention
tion s'appliquent. L'aube comporte trois sections principales: Une partie racine 12, une partie plate-forme 14, et une partie aérodynamique 16. L'extrémité externe 18 de la partie aérodynamique est appelée partie de la tête d'aube. L'aube comprend une ou plusieurs cavités teIIsque la cavité 20 du apply. The blade has three main sections: a root portion 12, a platform portion 14, and an aerodynamic portion 16. The outer end 18 of the aerodynamic portion is referred to as the portion of the blade head. The dawn comprises one or more cavities where the cavity 20 of the
bord d'attaque et la cavité 22 du bord arrière, qui s'éten- leading edge and the cavity 22 of the rear edge, which extends
dent depuis la partie racine de l'aube au travers de la par- tooth from the root part of dawn through the
tie aérodynamique pour la distribution de l'air de refroi- aerodynamics for the distribution of cooling air
dissement. Les cavités sont fermées à l'extrémité externe de la partie aérodynamique par un chapeau 24 de tête d'aube comprenant une lèvre 26 regardant vers l'extérieur qui dissement. The cavities are closed at the outer end of the aerodynamic portion by a blade head cap 24 comprising a lip 26 facing outward which
est surélevée à partir de la structure de support. is elevated from the support structure.
Dans son environnement en fonctionnement, la partie racine 12 de l'aube peut être fixée au disque de rotor (non représenté) d'un moteur à turbine à gaz, la partie aérodynamique 16 s'étendant vers l'extérieur au travers In its operating environment, the root portion 12 of the blade may be attached to the rotor disc (not shown) of a gas turbine engine, the aerodynamic portion 16 extending outwardly through
du parcoursainulaire pour les gaz de travail dans le moteur. pathway for working gases in the engine.
La partie plate-forme 14 forme ue partie de la limite in- The platform part 14 forms part of the limit
terne du parcours. La limite externe du parcours est constituée en partie par un bandage entourant les aubes -4- (également non représenté) qui est opposé à la lèvre surélevée de la tête d'aube et est disposé très près de dull of the course. The outer boundary of the course is formed in part by a bandage surrounding the blades -4- (also not shown) which is opposite to the raised lip of the blade head and is arranged very close to
celle-ci. -it. -
Dans le mode de réaHsation de l'invention représen- In the embodiment of the present invention,
té dans la figure 2, la partie aérodynamique 16 est fabri- In Figure 2, the aerodynamic part 16 is manufactured
quée à partir d'une pluralité de plaques28 disposée longi- from a plurality of plates 28 disposed longitudinally
tudinalement qui sont soudées par une technique convenable telle que le soudage par diffusion. Similairement, le chapeau 24 de la tête est fabriqué à partir d'une pluralité de plaques disposées dans le sens de la corde, comprenant une plaque la plus externe 30 et une ou plusieurs plaques which are welded by a suitable technique such as diffusion welding. Similarly, the cap 24 of the head is made from a plurality of plates arranged in the direction of the rope, comprising an outermost plate 30 and one or more plates
internes 32 qui sont empilées dans la direction longitudinale. internal 32 which are stacked in the longitudinal direction.
Le chapeau de la tête d'aube ferme les extrémités externes de la cavité 20 du bord d'attaque et de la cavité 22 du bord arrière. Les plaques internes 32 sont fabriquées en une The blade head cap closes the outer ends of the leading edge cavity 20 and the rear edge cavity 22. The inner plates 32 are manufactured in one
matière métallique ayant une composition comparable ou iden- metal material having a comparable or identical composition
tique à la matière à partir de laquelle la partie aérodynami- to the material from which the aerodynamic part
que de l'aube est fabriquée. La plaque 30 la plus externe est fabriquée dans la même matière et comporte une lèvre that dawn is manufactured. The outermost plate 30 is made of the same material and has a lip
26 surélevée s'étendant autour de la périphérie de l'extré- Raised around the periphery of the
mité de l'aube. La lèvre surélevée constitue une aire de surface minimale sur la tête d'aube exposée au contact par mite of dawn. The raised lip is a minimum surface area on the blade head exposed to contact by
frottement avec les bandages entourant les aubes. Les ten- friction with the bandages surrounding the blades. The tendencies
sions thermiques excessives sont par conséquent évitées lorsque la tête d'aube est usée pour s'adapter à la géométrie du bandage. Les plaques sont soudées par exempe l'une à l'autre et aux plaques disposées longitudinalement de la partie aérodynamique, également par une technique convenable Excessive heat losses are therefore avoided when the blade head is worn to fit the bandage geometry. The plates are welded for example to each other and to the plates arranged longitudinally of the aerodynamic part, also by a suitable technique
telle que le soudage par diffusion.such as diffusion welding.
Les passages latéraux 34 pour le flux d'air de refroidissement sont formés à l'interface 36 entre une paire de plaques adjacentes. Une uartie des passages 34 du mode de réalisation illustré s'étend depuis l'intérieur de l'aube à une des chambres à air de refroidissement latéralement vers la surface 38 du côté de pression de la partie aérodynamique. La partie restante des passages 34 s'étend depuis l'int4rier dle l'aube et latéralement vers The side passages 34 for the cooling air flow are formed at the interface 36 between a pair of adjacent plates. One portion of the passages 34 of the illustrated embodiment extends from the interior of the blade to one of the cooling air chambers laterally to the surface 38 of the pressure side of the aerodynamic portion. The remaining portion of the passages 34 extend from the dawn interior and laterally to the
la surface 40 du côté d'aspraticn de la partie aérodynamique. the surface 40 of aspraticn side of the aerodynamic part.
Les passages s'étendant latéralement peuvent être formés Laterally extending passages may be formed
24QO' O524QO 'O5
-5- dans un côté d'une seule plaque et peuvent être formés -5- in one side of a single plate and can be formed
dans les côtés opposés de deux plaques adjacentes et ensui- in opposite sides of two adjacent plates and
te disposés de façon à s'ajuster. Le profilage et le décapa- arranged to fit. Profiling and decapping
ge sont deux des techniques convenables pour la réalisation are two of the techniques suitable for the realization
des passages.passages.
Les chapeaux de tête d'aube réalisés selon les principes de la présente invention sont très avantageux en ce qu'ils sont capables d'établir un refroidissement par convection substantiel très près des endroits générateurs d'énergie thermique. Une unité de refroidissement pour entraîner l'énergie thermique et l'éloigner des endroits est The blade head caps made according to the principles of the present invention are very advantageous in that they are able to establish substantial convective cooling very close to the thermal energy generating locations. A cooling unit to drive thermal energy away from places is
générateurs de l'énergie-/établie par les multiples passa- generators of energy- / established by the multiple
ges et en particulier par les passages 34 s'étendant laté- and in particular by the passages 34 extending laterally
ralement dans la figure 2. Les passages latéraux établissent une zone dans un plan,de refroidissement par convection Figure 2. Side passages establish an area in a plane, convection cooling
sensiblement uniforme.substantially uniform.
La structure de la plaque est bien adaptée à la fabrication des passages latéraux, en particulier aux interfaces entre les plaques o des passages de géométrie et de contours compliqués peuvent être formés avant que les plaques ne soient soudées. La disposition de l'unité de refroidissement très près des surfaces susceptibles d'entrer en frottement comme dans la présente invention permet la dissipation de la chaleur sans destruction de la The plate structure is well suited for the manufacture of side passages, particularly at interfaces between plates where complicated geometry and contour passages may be formed before the plates are welded. The arrangement of the cooling unit very close to the friction surfaces as in the present invention allows the dissipation of heat without destroying the
matière de la tête d'aube.matter of the dawn head.
Une forte densité de passages est nécessaire pour A high density of passages is necessary for
garantir un refroidissement adéquat par convection. guarantee adequate cooling by convection.
Bien que des nombres moindres de passages ont été utilisés dans les structures connuE dans la technique réalisées au moyen de plaques, de telles structures typiquement comptent le sur au moins en partiesur/refroidissement pelliculaire pour protéger les surfaces externes de l'aube contre les gaz de travail à haute température. La structure décrite Although fewer numbers of passes have been used in known plate structures, such structures typically rely on at least parts of the skin to cool the outer surfaces of the blade against working at high temperature. The structure described
ici admet que lorsqu'un frottement se produit, le refroi- here admits that when friction occurs, the cooling
dissement pelliculaire sur la tête d'aube est interrompu précisément au moment o une capacité d'élimination maximum de la chaleur est nécessaire. Une telle interruption de la film damage on the blade head is interrupted precisely when a maximum heat removal capacity is required. Such an interruption of
capacité de refroidissement est évitée. cooling capacity is avoided.
Le mode de réalisation de chapeau de tête d'aube se- The embodiment of dawn head hat se-
-6- ion l'invention est représenté en combinaison avec une aube fabriquée par des techniques à plaques radiales Les principes sont parfaitement compatibles avec des systèmes de matièreset des techniques de fabrication utilisées avec The invention is shown in combination with a blade made by radial plate techniques. The principles are fully compatible with material systems and manufacturing techniques used with
des structures à plaques radiales et, comme tel, vraisem- radial plate structures and, as such, probably
blablement trouvent leur plus grande utilité dans ce domai- are most useful in this area.
ne. Les principes connus dans le domaine des aubes à pla- born. The known principles in the field of flat blades
quE radiale sont ceux décrits dans les brevets US numéros which are those described in the US Patents
3 872 563 et 4 203 706.3,872,563 and 4,203,706.
Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art à l'aube de rotor qui vient d'être décrite uniquement à titre d'exemple non limitatif Of course various modifications can be made by those skilled in the art to the rotor blade which has just been described by way of non-limiting example
sans sortir du cadre de l'invention. without departing from the scope of the invention.
240L91 5240L91 5
-7--7-
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