FR2557206A1

FR2557206A1 - TWO-STAGE ROTOR ARRANGEMENT WITH IMPROVED CIRCULATION OF THE COOLING AGENT

Info

Publication number: FR2557206A1
Application number: FR8419767A
Authority: FR
Inventors: Douglas L Kisling
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1984-12-24
Publication date: 1985-06-28
Also published as: CA1209482A; CH667896A5; BE901368A; TR23227A; GB8431269D0; YU217584A; DK599084D0; IL73764A0; KR850004511A; DE3444586A1; GB2151715B; IL73764A; GR82527B; NL8403845A; GB2151715A; JPS60156903A; DK599084A; FR2557206B1

Abstract

UN ELEMENT D'ECARTEMENT 64 S'ETEND ENTRE, ET COOPERE AVEC LA FACE ARRIERE 30 D'UN PREMIER DISQUE 16 ET AVEC LA FACE FRONTALE 48 D'UN SECOND DISQUE 34 DE ROTORS TOURNANT CONJOINTEMENT, D'UNE TURBINE A DEUX ETAGES. L'ELEMENT D'ECARTEMENT 64 COOPERE AVEC LES DISQUES 16, 34 RADIALEMENT VERS L'INTERIEUR DES RAINURES DE TALONS D'AUBES MOBILES DE CHAQUE DISQUE ET DEFINIT UN COMPARTIMENT INTERMEDIAIRE 66 POUR L'AIR DE REFROIDISSEMENT, ENTRE LES DISQUES 16, 34, RADIALEMENT VERS L'INTERIEUR DE L'ELEMENT D'ECARTEMENT 64. CHAQUE DISQUE COMPREND DES RAINURES DE TALONS D'AUBES MOBILES, DANS CHACUNE DESQUELLES EST DISPOSE UN TALON D'AUBE MOBILE ET DEFINISSANT UN PASSAGE POUR L'AIR DE REFROIDISSEMENT DANS CHAQUE RAINURE, DE LA FACE FRONTALE A LA FACE ARRIERE 28, 30, 48, 50 DE CHAQUE DISQUE 16, 34. L'AIR DE REFROIDISSEMENT PROVENANT D'UN COMPARTIMENT 31 EN AMONT DU PREMIER DISQUE 16 EST DIRIGE VERS L'AVAL, EN PASSANT PAR LES PASSAGES DANS LES RAINURES, ENSUITE RADIALEMENT VERS L'INTERIEUR DANS LE COMPARTIMENT INTERMEDIAIRE 66 ENTRE LES DISQUES 16, 34. DU COMPARTIMENT INTERMEDIAIRE 66, L'AIR DE REFROIDISSEMENT S'ECOULE RADIALEMENT VERS L'EXTERIEUR, ENSUITE AXIALEMENT DANS LES PASSAGES POUR L'AIR DE REFROIDISSEMENT DANS LES RAINURES DE TALONS D'AUBES MOBILES DU SECOND DISQUE 34.A SPACER 64 EXTENDS BETWEEN, AND COOPERATES WITH THE REAR FACE 30 OF A FIRST DISC 16 AND WITH THE FRONT FACE 48 OF A SECOND DISC 34 OF JOINT ROTATING ROTORS, OF A TWO STAGE IMPELLER. SPACER 64 COOPERATES WITH DISCS 16, 34 RADIALLY TO THE INTERIOR OF THE MOBILE AUBER HEAD SLOTS OF EACH DISC AND DEFINES AN INTERMEDIATE COMPARTMENT 66 FOR COOLING AIR, BETWEEN DISCS 16, 34, RADIALLY TOWARD THE INSIDE OF SPACER 64. EACH DISC INCLUDES MOVABLE AUB HEAD SLOTS, IN EACH OF WHICH IS A MOVABLE AUBAUGE HEEL AND DEFINE A PASSAGE FOR COOLING AIR IN EACH SLOT , FROM THE FRONT PANEL TO THE REAR PANEL 28, 30, 48, 50 OF EACH DISC 16, 34. COOLING AIR FROM A COMPARTMENT 31 UPSTREAM OF THE FIRST DISK 16 IS DIRECTED DOWNWARD, PASSING THROUGH THE PASSAGES THROUGH THE GROOVES, THEN RADIALLY INTO THE INTERMEDIATE COMPARTMENT 66 BETWEEN THE DISCS 16, 34. OF THE INTERMEDIATE COMPARTMENT 66, THE COOLING AIR FLOWS RADIALLY TO THE EXTERIOR, THEN AXIALLY IN THE PASSAGES FOR THE COOLING AIR NT IN THE MOBILE AUBES HEEL GROOVES OF THE SECOND DISC 34.

Description

Agencement de rotors à deux étages, à circulation améliorée de l'agent deTwo-stage rotor arrangement with improved circulation of the agent

refroidissement L'invention concerne des rotors de moteur à turbine à gaz, et plus particulièrement le refroidissement des disques de rotors et des talons d'aubes mobiles. Dans la section chaude, de turbine, d'un moteur à turbine à gaz, il faut en fonctionnement refroidir les talons des aubes mobiles et le pourtour sollicité et les pattes du disque de la turbine. Ceci s'est fait de façon typique en faisant passer de l'air de refroidissement dans le disque, par des passages axiaux formés dans la rainure de talon d'aube mobile, entre l'extrémité interne du talon de l'aube et le pourtour sollicité du disque. Le courant d'air de refroidissement passe une fois dans la rainure, vers l'aval, et débouche dans un compartiment du côté Cooling The invention relates to gas turbine engine rotors, and more particularly to the cooling of rotor discs and heels of moving blades. In the hot section, of the turbine, of a gas turbine engine, it is necessary in operation to cool the heels of the moving blades and the stressed periphery and the tabs of the disc of the turbine. This is typically done by passing cooling air through the disc, through axial passages formed in the movable blade heel groove, between the inner end of the blade heel and the periphery. requested from the disc. The cooling air flow passes once down the groove and opens into a compartment on the side

aval du disque.downstream of the disc.

Il est également habituel que les surfaces portantes des aubes mobiles des turbines de moteur à turbine à gaz soient "creuses"; c'est-à-dire que des passages soient prévus à l'intérieur pour qu'elles soient traversées par le courant d'air de refroidissement pour maintenir la température de la surface portante à un niveau prédéterminé. Il est connu dans la technique de doser une partie de l'air de refroidissement provenant de l'amont du disque dans les surfaces portantes creuses par l'intermédiaire de passages radiaux dans la partie marginale agrandie du disque. Ces passages de dosage communiquent avec des canaux radiaux dans les talons des aubes mobiles, qui alimentent les surfaces portantes It is also usual for the bearing surfaces of the moving blades of gas turbine engine turbines to be "hollow"; that is to say, passages are provided inside so that the flow of cooling air passes through them to maintain the temperature of the bearing surface at a predetermined level. It is known in the art to dose part of the cooling air coming from upstream of the disc into the hollow bearing surfaces by means of radial passages in the enlarged marginal part of the disc. These metering passages communicate with radial channels in the heels of the moving blades, which supply the bearing surfaces.

creuses.hollow.

Dans une turbine à deux étages, les deux étages sont refroidis en utilisant de l'air de refroidissement provenant d'un compartiment en amont du disque du premier étage. L'air de refroidissement pour le bord et les aubes mobiles du disque du second étage est conduit à partir de ce compartiment amont, en passant par des alésages axiaux dans le premier disque, dans un compartiment intermédiaire In a two-stage turbine, the two stages are cooled using cooling air from a compartment upstream of the first stage disc. The cooling air for the edge and the moving vanes of the second stage disc is led from this upstream compartment, passing through axial bores in the first disc, in an intermediate compartment.

formé entre les disques du premier et du second étages. formed between the discs of the first and second stages.

L'air de refroidissement passe ensuite, par exemple, du compartiment intermédiaire dans les surfaces portantes creuses du rotor du second étage, par l'intermédiaire de passages de dosage s'étendant en substance dans le sens radial à travers la partie de bord élargie du disque. Les passages de dosage communiquent avec des canaux dans les talons des aubes mobiles, et alimentent les surfaces The cooling air then passes, for example, from the intermediate compartment into the hollow bearing surfaces of the second stage rotor, via metering passages extending substantially in the radial direction through the widened edge portion of the disk. The dosing passages communicate with channels in the heels of the moving blades, and feed the surfaces

portantes creuses.load-bearing hollow.

Il est souhaible de minimiser la quantité d'air de refroidissement requise pour maintenir des températures de travail acceptables pour les pièces, parce que cela améliore le rendement du moteur à turbine à gaz. Il est également souhaitable d'éviter de percer des alésages dans les disquE, parce qu'ils affaiblissent le disque et limitent It is desirable to minimize the amount of cooling air required to maintain acceptable working temperatures for the parts, because this improves the efficiency of the gas turbine engine. It is also desirable to avoid drilling bores in the discs, because they weaken the disc and limit

sa durée de vie.its lifespan.

Un but de l'invention est de fournir un agencement de turbine à deux étages avec des moyens améliorés pour amener l'air de refroidissement aux bords et aux aubes An object of the invention is to provide a two-stage turbine arrangement with improved means for supplying cooling air to the edges and the blades

mobiles des deux rotors de la turbine. two rotors of the turbine.

Selon l'invention, une turbine à deux étages possède un disque de premier étage pourvu de plusieurs rainures de talon écartées les unes des autres dans le sens circonférentiel, le traversant axialement autour de sa périphérie et dans lesquelles sont disposées des aubes mobiles, et un disque de second étage possédant plusieurs rainures de talon écartées les unes des autres dans le sens circonférentiel, le traversant axialement autour de sa périphérie et dans lesquelles sont disposées des aubes mobiles, dans laquelle un moyen d'écartement s'étend entre, et est en contact avec les deux disques, définissant entre eux un compartiment intermédiaire pour l'air de refroidissement, radialement vers l'intérieur des rainures de talons d'aubes mobiles, les disques et le moyen d'écartement étant construits et agencés pour que D7206 l'air de refroidissement provenant d'un compartiment en amont du premier disque passe par les rainures de talons des aubes mobiles du premier disque, au côté arrière du premier disque, ensuite radialement vers l'intérieur dans le compartiment intermédiaire entre les disques, d'o il passe dans et à travers les rainures de talons des aubes According to the invention, a two-stage turbine has a first stage disc provided with several heel grooves spaced apart from each other in the circumferential direction, passing axially around its periphery and in which are movable blades, and a second stage disc having several heel grooves spaced apart from each other in the circumferential direction, passing axially around its periphery and in which are arranged vanes, in which a spacer means extends between, and is in contact with the two discs, defining between them an intermediate compartment for the cooling air, radially inward of the heel grooves of movable blades, the discs and the spacer means being constructed and arranged so that D7206 cooling air from a compartment upstream of the first disc passes through the heel grooves of the moving blades of the first disc, on the rear side of the first disc, then radially inward in the intermediate compartment between the discs, from where it passes in and through the heel grooves of the blades

mobiles du second disque, à son côté arrière. mobile of the second disc, at its rear side.

Dans un mode de réalisation préféré, les surfaces portantes sont creuses, et une partie dosée de l'air de refroidissement passant dans les rainures de talons des aubes mobiles de chaque disque est dirigée radialement vers l'extérieur dans des compartiments internes des surfaces portantes creuses en passant dans des canaux In a preferred embodiment, the bearing surfaces are hollow, and a proportioned portion of the cooling air passing through the heel grooves of the moving blades of each disc is directed radially outward in internal compartments of the hollow bearing surfaces passing through canals

radiaux dans les rainures de talons des aubes mobiles. radial in the heel grooves of the movable blades.

Une caractéristique importante de l'invention est l'élimination des alésages axiaux dans le premier disque, qui étaient utilisés dans la technique connue pour amener l'air de refroidissement en aval, au disque du second étage. Sur les dessins La figure 1 est une vue en coupe simplifiée de la section de turbine d'un moteur à turbine à gaz incorporant les caractéristiques de l'invention, La figure 2 est une vue en coupe prise généralement suivant la ligne 2-2 de la figure 1, La figure 3 est une vue en coupe prise généralement suivant la ligne 3-3 de la figure 1, La figure 4 est une vue en coupe prise généralement suivant la ligne 4-4 de la figure 1, La figure 5 est une vue en perspective, en regardant généralement vers l'arrière, d'un segment de l'élément de retenue annulaire arrière d'aube mobile pour le rotor du premier étage de la turbine, La figure 6 est une vue en coupe, partiellement écorchée, prise généralement suivant la ligne 6-6 de la figure 3, et La figure 7 est une vue en coupe prise An important feature of the invention is the elimination of the axial bores in the first disc, which were used in the known art to bring the cooling air downstream, to the disc of the second stage. In the drawings Figure 1 is a simplified sectional view of the turbine section of a gas turbine engine incorporating the features of the invention, Figure 2 is a sectional view taken generally along line 2-2 of Figure 1, Figure 3 is a sectional view taken generally along line 3-3 of Figure 1, Figure 4 is a sectional view taken generally along line 4-4 of Figure 1, Figure 5 is a perspective view, looking generally towards the rear, of a segment of the rear annular retaining element of the moving blade for the rotor of the first stage of the turbine, FIG. 6 is a sectional view, partially cut away , taken generally along line 6-6 of Figure 3, and Figure 7 is a sectional view taken

généralement suivant la ligne 7-7 de la figure 6. generally along line 7-7 in Figure 6.

Comme exemple de mode de réalisation de l'invention, considérons la partie turbine d'un moteur à turbine à gaz, la section de turbine étant désignée de façon générale par la référence 10 à la figure 1. On n'a représenté que les deux premiers étages. L'agencement de rotor du premier étage est désigné de façon générale par la référence 12. L'agencement de rotor du second étage est As an example of embodiment of the invention, let us consider the turbine part of a gas turbine engine, the turbine section being generally designated by the reference 10 in FIG. 1. Only the two have been represented. first floors. The rotor arrangement of the first stage is generally designated by the reference 12. The rotor arrangement of the second stage is

désigné de façon générale par la référence 14. generally designated by reference 14.

Le premier agencement de rotor 2 comprend un disque 16 possédant plusieurs aubes mobiles 18 écartées circonférentiellement autour de sa périphérie. Chaque aube mobile 18 comprend un talon 22 et une surface portante 20 avec un pied 25 qui en fait partie intégrante. En se reportant également à la figure 2, le talon 22 a une extrémité 24 en forme de sapin, disposée dans une rainure 26 de forme en sapin similaire traversant axialement le The first rotor arrangement 2 comprises a disc 16 having several movable vanes 18 spaced circumferentially around its periphery. Each movable blade 18 comprises a heel 22 and a bearing surface 20 with a foot 25 which is an integral part thereof. Referring also to FIG. 2, the heel 22 has one end 24 in the shape of a fir tree, disposed in a groove 26 of similar fir shape passing axially through the

disque 16, de sa face frontale 28 à sa face arrière 30. disc 16, from its front face 28 to its rear face 30.

Les rainures 26 sont formées entre ce que l'on appelle ici les pattes 32 du disque. Des passages axiaux 35 pour l'air de refroidissement sont formés entre la surface terminale interne 37 de l'extrémité de talon 24 et le pourtour sollicité 39 du disque 16. Ces passages 35 servent à transporer l'air de refroidissement par les rainures 26, depuis un espace annulaire frontal 31 sur le côté frontal du disque 16,jusqu'à un espace annulaire arrière 33 du côté arrière du disque 16, pour refroidir les extrémités de talon 24 des aubes mobiles, les pattes 32 du disque, et le pourtour sollicité 39 du disque 16. Une partie de l'air de refroidissement s'écoulant dans les passages 35 est déviée dans des passages ou compartiments 23 pour l'air de refroidissement, à l'intérieur des surfaces portantes 20, en passant par des canaux 27 à travers les extrémités de talons 24 des aubes mobiles. Les canaux 27 ont des entrées 29 qui communiquent directement The grooves 26 are formed between what is called here the tabs 32 of the disc. Axial passages 35 for the cooling air are formed between the internal end surface 37 of the heel end 24 and the stressed periphery 39 of the disc 16. These passages 35 serve to convey the cooling air through the grooves 26, from a front annular space 31 on the front side of the disc 16, to a rear annular space 33 on the rear side of the disc 16, for cooling the heel ends 24 of the movable vanes, the tabs 32 of the disc, and the applied periphery 39 of the disk 16. Part of the cooling air flowing in the passages 35 is deflected into passages or compartments 23 for the cooling air, inside the bearing surfaces 20, passing through channels 27 through the ends of heels 24 of the movable blades. Channels 27 have inputs 29 which communicate directly

avec les passages 35 par dans les rainures 26. with the passages 35 through in the grooves 26.

Le second agencement de rotor 14 comprend un disque 34 possédant plusieurs aubes mobiles 36 écartées circonférentiellement autour de sa périphérie. Comme on le voit le mieux aux figures 1 et 3, chaque aube mobile 36 comprend une partie de talon 40 et une partie de surface portante 38 d'une pièce avec un pied 42. La partie de talon 40 comprend une extrémité de talon 44 en forme de sapin, disposée dans une rainure 46 semblablement en forme de sapin, formée entre les pattes 47 du disque. Les rainures 46 traversent axialement le disque 34 de sa face frontale 48 à sa face arrière 50. La surface 51 dirigée radialement vers l'intérieur, la plus interne, de chaque extrémité de talon 44 est écartée radialement de la surface inférieure 53, dirigée radialement vers l'extérieur, de la rainure 46, qui constitue également le pourtour sollicité du disque 34. Un premier passage axial pour l'air de refroidissement est ainsi formé entre eux, pour transporter l'air de refroidissementpar la rainure 46 du disque, depuis un compartiment tel le compartiment 66 du côté frontal du disque 34, jusqu'à un The second rotor arrangement 14 comprises a disc 34 having several movable blades 36 spaced circumferentially around its periphery. As best seen in Figures 1 and 3, each movable blade 36 includes a heel portion 40 and a bearing surface portion 38 in one piece with a foot 42. The heel portion 40 includes a heel end 44 in shape of a tree, arranged in a groove 46 similar in shape of a tree, formed between the legs 47 of the disc. The grooves 46 pass axially through the disc 34 from its front face 48 to its rear face 50. The surface 51 directed radially inwards, the innermost, of each heel end 44 is radially spaced from the lower surface 53, directed radially outwards, from the groove 46, which also constitutes the stressed periphery of the disc 34. A first axial passage for the cooling air is thus formed between them, for transporting the cooling air through the groove 46 of the disc, from a compartment such as compartment 66 on the front side of the disc 34, up to a

espace annulaire 57 sur le côté arrière du disque 34. annular space 57 on the rear side of the disc 34.

D'autres aspects du système de refroidissement pour le disque et les aubes mobiles du second étage seront décrits Other aspects of the cooling system for the disc and the movable blades of the second stage will be described

ci-après.below.

Les disques 16, 34 sont reliés à un agencement d'arbre 52 du moteur par un élément de support annulaire 54 qui est claveté sur l'agencement d'arbre 52, par exemple en 56. Plus spécifiquement, le disque 16 comprend un bras de support cylindrique, à rebord, 58, et le disque The discs 16, 34 are connected to a shaft arrangement 52 of the motor by an annular support element 54 which is keyed onto the shaft arrangement 52, for example at 56. More specifically, the disc 16 comprises an arm cylindrical support, rim, 58, and the disc

34 comprend un bras de support cylindrique, à rebord, 60. 34 comprises a cylindrical, flanged support arm, 60.

Les bras à rebord 58, 60 sont fixés à l'élément de support 54 par des moyens convenables, par exemple plusieurs The flanged arms 58, 60 are fixed to the support element 54 by suitable means, for example several

systèmes à boulons et écrous 62.bolt and nut systems 62.

Un élément d'écartement annulaire 64 est disposé radialement à l'extérieur des bras de support à rebord 58, et s'étend axialement entre la face arrière 30 du disque 16 du premier étage et la face frontale 48 du disque 34 du second étage, définissant un compartiment intermédiaire, annulaire, 66, pour l'air de refroidissement, radialement à l'extérieur des bras de support, qui s'étend axialement entre la face arrière 30 et la face frontale 48. L'extrémité avant 68 de l'élément d'écartement 64 comprend une surface cylindrique 70 dirigée radialement vers l'extérieur, qui vient en contact avec une surface cylindrique 72 dirigée radialement vers l'intérieur, de la face arrière 30. La surface cylindrique comprend plusieurs découpes ou dépouilles 71 écartées circonférentiellement (voir figure 4), la traversant axialement pour doser un écoulement d'air de refroidissement de l'espace arrière 33 pour l'air de refroidissement vers le compartiment intermédiaire 66, comme on l'expliquera plus en détail plus loin. De même, l'extrémité arrière 74 de l'élément d'écartement 64 comprend une surface cylindrique 76 dirigée radialement vers l'extérieur, qui vient en contact avec une surface cylindrique 78 correspondante, dirigée radialement vers An annular spacer 64 is arranged radially outside the flange support arms 58, and extends axially between the rear face 30 of the disc 16 of the first stage and the front face 48 of the disc 34 of the second stage, defining an intermediate, annular compartment, 66, for the cooling air, radially outside the support arms, which extends axially between the rear face 30 and the front face 48. The front end 68 of the spacer 64 comprises a cylindrical surface 70 directed radially outwards, which comes into contact with a cylindrical surface 72 directed radially inwards, of the rear face 30. The cylindrical surface comprises several cutouts or reliefs 71 spaced apart circumferentially (see FIG. 4), passing axially through it to dose a flow of cooling air from the rear space 33 for the cooling air to the intermediate compartment 66, as will be explained in more detail go further. Similarly, the rear end 74 of the spacer 64 comprises a cylindrical surface 76 directed radially outward, which comes into contact with a corresponding cylindrical surface 78, directed radially towards

l'intérieur, de la face frontale 48 du disque 34. inside, from the front face 48 of the disc 34.

L'élément d'écartement 64 est donc supporté radialement par les disques 16, 34 et tourne avec eux. Plusieurs rainures radiales 75, écartées circonférentiellement, dans l'extrémité arrière 74, sont alignées avec plusieurs rainures radiales 77 écartées circonférentiellement, dans la face frontale 48 du disque 34, pour former des passages pour l'écoulement de l'air de refroidissement du compartiment 66 dans et à travers les premiers passages 55 pour l'air de refroidissement à l'intérieur des rainures The spacer 64 is therefore supported radially by the discs 16, 34 and rotates with them. Several radial grooves 75, circumferentially spaced apart, in the rear end 74, are aligned with several radial grooves 77 circumferentially spaced apart, in the front face 48 of the disc 34, to form passages for the flow of the cooling air from the compartment 66 in and through the first passages 55 for cooling air inside the grooves

46 des talons des aubes mobiles.46 of the heels of the movable blades.

Dans ce mode de réalisation, l'élément d'écartement 64 porte plusieurs lames 80 s'étendant radialement vers l'extérieur, qui sont très proches d'un plat de joint annulaire fixe 82. Le plat de joint 82 est supporté, par une structure convenable, par les extrémités internes 84 de plusieurs aubes fixes 86 du stator, écartées circonférentiellement, disposées entre les surfaces portantes 20, 38, respectivement du rotor du premier et du second étages. Les aubes fixes 86 sont In this embodiment, the spacer 64 carries several blades 80 extending radially outwards, which are very close to a fixed annular seal plate 82. The seal plate 82 is supported by a suitable structure, by the internal ends 84 of several fixed vanes 86 of the stator, circumferentially spaced, disposed between the bearing surfaces 20, 38, respectively of the rotor of the first and second stages. Fixed vanes 86 are

supportées par un carter externe 88 du moteur. supported by an external casing 88 of the engine.

Une plaque annulaire 90, de retenue des aubes An annular plate 90 for retaining the blades

mobiles, est fixée à la face frontale 28 du disque 16. mobile, is fixed to the front face 28 of the disc 16.

Plus spécifiquement, l'extrémité 92 radialement interne de la plaque 90 comprend un rebord 94 s'étendant axialement, possédant une surface cylindrique 96 dirigée radialement vers l'extérieur. La face frontale 28 du disque 16 comprend un rebord axial 98 possédant une surface cylindrique 100 dirigée radialement vers l'intérieur. La surface 96 coopère avec la surface 100 pour orienter et supporter la plaque 90 radialement par rapport au disque 16. La plaque 90 est bloquée axialement en position par une bague fendue 101 et un support de joint annulaire interne 102 qui est boulonné, par exemple par des boulons 106, sur un rebord 104 s'étendant radialement vers l'intérieur, du disque 16. Le support de joint 102 comprend plusieurs lames 108 s'étendant radialement vers l'extérieur, classiques, qui sont en relation d'étanchéité avec un plat de joint annulaire fixe 110 fixé à une structure fixe désignée de façon générale par la référence 112. La plaque 90 comprend également un- support de joint cylindrique, axial, 114, qui fait corps avec elle et porte plusieurs lames 116 classiques, s'étendant radialément vers l'extérieur. Les lames 116 sont en relation d'étanchéité avec un plat de joint annulaire, fixe, 118 fixé à la structure fixe 112. La structure fixe 112 coopère avec un étage d'aubes fixes de stator 120 disposées dans le trajet des gaz en amont des surfaces portantes 20 du rotor. Les aubes fixes 120 sont fixées par More specifically, the radially internal end 92 of the plate 90 comprises an axially extending rim 94, having a cylindrical surface 96 directed radially outwards. The front face 28 of the disc 16 comprises an axial rim 98 having a cylindrical surface 100 directed radially inwards. The surface 96 cooperates with the surface 100 to orient and support the plate 90 radially with respect to the disk 16. The plate 90 is locked axially in position by a split ring 101 and an internal annular seal support 102 which is bolted, for example by bolts 106, on a flange 104 extending radially inwards, of the disc 16. The seal support 102 comprises several blades 108 extending radially outwards, conventional, which are in sealing relation with a fixed annular seal plate 110 fixed to a fixed structure generally designated by the reference 112. The plate 90 also comprises a cylindrical, axial seal support, 114, which is integral with it and carries several conventional blades 116, s' extending radially outward. The blades 116 are in sealing relation with a fixed annular seal plate 118 fixed to the fixed structure 112. The fixed structure 112 cooperates with a stage of fixed stator vanes 120 arranged in the path of the gases upstream of the bearing surfaces 20 of the rotor. The fixed blades 120 are fixed by

des moyens convenables au carter externe 88 du moteur. means suitable for the external casing 88 of the engine.

La plaque 90 comprend de plus une partie tronconique 126 s'étendant radialement vers l'extérieur en direction de l'aval. La partie tronconique 126 possède une extrémité radialement externe 128. L'extrémité 128 comprend une surface annulaire 61 dirigée axialement vers l'aval, qui touche la face frontale 28 du disque 16 et les extrémités de talons 24 en forme de sapin des aubes mobiles. En se reportant à la figure 1, les supports de joints 102, 114, la plaque 90 et la structure fixe 112 définissent un compartiment annulaire interne 122 qui reçoit de l'air de refroidissement de plusieurs tuyères 124 écartées circonférentiellement. La plaque 90 se trouve à l'écart de la face frontale 28 du disque, entre ses extrémités interne et externe 92, 128, définissant un espace annulaire 31 pour 1.'air de refroidissement qui, par de grands alésages 132 dans la plaque 90, est en communication pour un fluide avec, et constitue en fait une partie du compartiment 122. Les lames 116 et un joint en fil métallique 134 entre l'extrémité 128 de la plaque et la face 28 du disque empêchent une fuite à partir des compartiments 122, 31, radialement vers l'extérieur dans The plate 90 further comprises a frustoconical portion 126 extending radially outward in the downstream direction. The frusto-conical part 126 has a radially external end 128. The end 128 comprises an annular surface 61 directed axially downstream, which touches the front face 28 of the disc 16 and the ends of heels 24 in the shape of a tree of the movable blades. Referring to FIG. 1, the seal supports 102, 114, the plate 90 and the fixed structure 112 define an internal annular compartment 122 which receives cooling air from several nozzles 124 circumferentially spaced apart. The plate 90 is located away from the front face 28 of the disc, between its internal and external ends 92, 128, defining an annular space 31 for the cooling air which, through large bores 132 in the plate 90 , is in communication for a fluid with, and in fact constitutes a part of the compartment 122. The blades 116 and a metal wire joint 134 between the end 128 of the plate and the face 28 of the disc prevent leakage from the compartments 122, 31, radially outward in

un espace externe 136 pour les gaz.an external space 136 for gases.

Plusieurs segments 138 de retenue des aubes mobiles, disposés circonférentiellement autour de l'axe du moteur, sont fixés à la face arrière 30 du premier disque 16. L'un des ces segments 138 de retenue des aubes mobiles est représenté en perspective à la figure 5. Chaque segment 138 comprend des surfaces terminales opposées 140, 142. Les surfaces terminales 140 touchent les surfaces terminales 142 de segments adjacents, pour former un élément annulaire segmenté complet. Les segments 138 sont maintenus axialement entre l'élément d'écartement 64 et la face arrière 30 du premier disque 16 pour définir l'espace annulaire arrière 33 pour l'air de refroidissementmentionné ci-dessus, qui reçoit l'air de refroidissement passant dans les passages 35 à l'intrieur des rainures 26 des talons des aubes mobiles. Une surface 154 s'étendant circonférentiellement, dirigée vers l'avant, près du bord radialement extérieur 146 de chaque segment 138, appuie sur la face 30 du disque (en fait les pattes 32), et les faces terminales des talons des aubes mobiles en forme de sapin, pour former un joint annulaire complet, lequel joint est renforcé par un joint en fil métallique 156 disposé dans une rainure annulaire formée par des segments de rainure courbes 158 dans chacun des segments 138 de retenue des aubes mobiles. De même, des segments de surface courbes dirigés vers l'arrière, 160, appuient sur la surface annulaire 162 dirigée vers l'avant de l'élément d'écartement 64 et, avec un joint en fil métallique 164 disposé dans la rainure annulaire définie par des segments de rainures annulaires 166 (figure 5), forment un joint annulaire complet vis-à-vis de la surface 162. Chaque face terminale 140, 142 est en contre-dépouille ou en gradins, comme en 148, de telle sorte qu'une surface 150 est formée parallèlement à, mais hors du plan de la surface terminale 140, 142 correspondante. La surface 150 s'étend du bord interne 144 du segment 138 au gradin 148. Des rainures 152, que l'on voit le mieux à la figure 4, sont ainsi formées entre les segments aboutant 138. Les rainures 152 assurent une communication pour un fluide entre l'espace 33 pour les gaz et le compartiment intermédiaire 66, par l'intermédiaire des découpes de dosage 71 mentionnées plus haut, dans l'extrémité avant 68 de l'élément d'écartement 64. Des trous de dosage 151 (figure 4) formés entre des segments 138 en aboutement, assurent une communication pour un fluide entre l'espace 33 pour les gaz et le compartiment annulaire extérieur 153. L'air de refroidissement s'écoulant dans le compartiment 153 est utilisé pour refroidir les lames 80 et le plat de joint 82. Les segments 138 de retenue des aubes mobiles sont supportés et positionnés radialement par une lèvre courbe 168 s'étendant vers l'avant, possédant une surface 170 dirigée radialement vers l'extérieur, qui repose sur une surface cylindrique 172 dirigée radialement vers l'intérieur, du disque 16. Une patte 174 de chaque segment 138 coopère avec un rebord annulaire 176 s'étendant vers l'arrière, du disque 16, pour encore positionner les segments 138 à la fois dans le sens axial et dans le sens Several segments 138 for retaining the moving blades, arranged circumferentially around the axis of the motor, are fixed to the rear face 30 of the first disc 16. One of these segments 138 for retaining the moving blades is shown in perspective in the figure. 5. Each segment 138 includes opposite end surfaces 140, 142. The end surfaces 140 touch the end surfaces 142 of adjacent segments, to form a complete segmented annular member. The segments 138 are held axially between the spacer 64 and the rear face 30 of the first disc 16 to define the rear annular space 33 for the cooling air mentioned above, which receives the cooling air passing through the passages 35 inside the grooves 26 of the heels of the movable blades. A circumferentially extending surface 154, directed forwards, near the radially outer edge 146 of each segment 138, bears on the face 30 of the disc (in fact the legs 32), and the end faces of the heels of the movable blades in in the form of a tree, to form a complete annular seal, which seal is reinforced by a metal wire seal 156 disposed in an annular groove formed by curved groove segments 158 in each of the segments 138 for retaining the moving blades. Likewise, rearwardly curved surface segments, 160, bear on the annular surface 162 directed towards the front of the spacer 64 and, with a wire seal 164 disposed in the defined annular groove by segments of annular grooves 166 (FIG. 5), form a complete annular seal with respect to the surface 162. Each end face 140, 142 is undercut or stepped, as at 148, so that a surface 150 is formed parallel to, but out of the plane of the corresponding terminal surface 140, 142. The surface 150 extends from the internal edge 144 of the segment 138 to the step 148. Grooves 152, which are best seen in FIG. 4, are thus formed between the abutting segments 138. The grooves 152 provide communication for a fluid between the space 33 for the gases and the intermediate compartment 66, via the metering cutouts 71 mentioned above, in the front end 68 of the spacer 64. Metering holes 151 (FIG. 4) formed between segments 138 in abutment, provide communication for a fluid between the space 33 for the gases and the outer annular compartment 153. The cooling air flowing in the compartment 153 is used to cool the blades 80 and the joint plate 82. The segments 138 for retaining the movable blades are supported and positioned radially by a curved lip 168 extending forward, having a surface 170 directed radially outward, which rests on a cylindrical surface. 172 directed radially inwards from the disc 16. A lug 174 of each segment 138 cooperates with an annular flange 176 extending rearwards, from the disc 16, to further position the segments 138 both in the axial direction and in the sense

radial par rapport au disque 16.radial to the disc 16.

Le disque 34 du second étage comprend également des moyens de retenue des aubes mobiles sur sa face avant et sa face arrière. Dans ce mode de réalisation, l'élément d'écartement 64 est également l'élément de retenue des aubes mobiles de la face avant. De façon plus spécifique, l'extrémité arrière de l'élément d'écartement 64 comprend une plaque de recouvrement 178 annulaire, s'étendant radialement vers l'extérieur, possédant une surface arrière 180 qui aboute les surfaces frontales des pattes 47 et les surfaces frontales 182 des parties de talons 40 des aubes mobiles. Ces surfaces frontales sont essentiellement coplanaires. La plaque de recouvrement 178 s'étend radialement vers l'extérieur jusqu'aux pieds 42 de telle sorte qu'elle couvre ou ferme complètement l'extrémité avant de l'espace ou volume 186 défini entre The disc 34 of the second stage also comprises means for retaining the movable blades on its front face and its rear face. In this embodiment, the spacer 64 is also the element for retaining the moving blades of the front face. More specifically, the rear end of the spacer 64 comprises an annular cover plate 178, extending radially outward, having a rear surface 180 which abuts the front surfaces of the legs 47 and the surfaces frontal 182 of the heel parts 40 of the movable blades. These front surfaces are essentially coplanar. The cover plate 178 extends radially outwards to the feet 42 so that it completely covers or closes the front end of the space or volume 186 defined between

les parties étendues 187 des parties de talons 40. the extended parts 187 of the heel parts 40.

Un mouvement axial vers l'arrière des aubes mobiles est empêché par une plaque de recouvrement annulaire arrière 188. La plaque de recouvrement arrière 188 possède une lèvre annulaire 190, s'étendant vers l'avant, qui pince un épaulement 192 sur le côté arrière du disque 34, supportant et positionnant ainsi la plaque de recouvrement dans la sens radial. La plaque de recouvrement arrière est maintenue axialement par une bague fendue annulaire 193 qui coopère avec l'extrémité radialement interne de la plaque de recouvrement 188 et s'ajuste étroitement entre elle et un rebord annulaire 194 Axial rearward movement of the vanes is prevented by a rear annular cover plate 188. The rear cover plate 188 has an annular lip 190, extending forward, which clamps a shoulder 192 on the rear side disc 34, thereby supporting and positioning the cover plate in the radial direction. The rear cover plate is held axially by an annular split ring 193 which cooperates with the radially internal end of the cover plate 188 and fits tightly between it and an annular flange 194

s'étendant radialement vers l'extérieur, du disque 34. extending radially outward from the disc 34.

L'extrémité radialement externe 196 de-la plaque de recouvrement 188 comprend une surface annulaire 198 dirigée vers l'avant, qui forme un joint annulaire entre les surfaces essentiellement coplanaires, dirigées vers l'arrière, des-pattes 47 du disque et les surfaces dirigées vers l'arrière des extrémités de talons 44 des aubes mobiles. Entre le diamètre de pincement à l'épaulement 192 et le joint à la surface 198, la plaque de recouvrement 188 est écartée axialement de la face arrière 50 du disque 34 pour définir entre elles l'espace The radially outer end 196 of the cover plate 188 comprises an annular surface 198 directed towards the front, which forms an annular seal between the essentially coplanar surfaces, directed towards the rear, of the lugs 47 of the disc and the surfaces directed towards the rear of the heel ends 44 of the movable blades. Between the pinch diameter at the shoulder 192 and the joint at the surface 198, the cover plate 188 is axially spaced from the rear face 50 of the disc 34 to define the space between them.

57 pour les gaz, mentionné précédemment. 57 for gases, mentioned previously.

Comme on le voit le mieux aux figures 3 et 6, les surfaces 200, dirigées radialement vers l'intérieur, des dents externes 202 de la partie de talon 40-sont écartées radialement vers l'extérieur des surfaces opposées correspondantes 204 des dents internes 206 des pattes du disque, pour définir des seconds passages 208 pour l'air de refroidissement dans les rainures 46. Ces passages possèdent à la face arrière 50 du disque des entrées 209 qui communiquent avec l'espace 57 pour les gaz. La partie radialement externe de la face frontale de chaque patte 47 est légèrement en dépouille, comme en 210, de façon à être écartée légèrement de la surface 180 de la plaque de recouvrement 178 pour assurer une communication pour un fluide entre des sorties 211 des seconds passages 208 pour l'air de refroidissement et les espaces 186 entre les As best seen in FIGS. 3 and 6, the surfaces 200, directed radially inwards, of the external teeth 202 of the heel part 40 are spaced radially outwards from the corresponding opposite surfaces 204 of the internal teeth 206 disc lugs, to define second passages 208 for the cooling air in the grooves 46. These passages have on the rear face 50 of the disc inlets 209 which communicate with the space 57 for gases. The radially external part of the front face of each tab 47 is slightly undercut, as in 210, so as to be slightly spaced from the surface 180 of the cover plate 178 to ensure communication for a fluid between outputs 211 of the second passages 208 for cooling air and spaces 186 between the

parties 40 de talons des aubes mobiles. parts 40 of heels of the movable blades.

- Les premiers passages 55 pour l'air de - The first 55 passes for the air of

refroidissement ont des entrées 212 et des sorties 214. cooling have inputs 212 and outputs 214.

Les entrées 212 communiquent, par les rainures 75, 77, avec le compartiment intermédiaire 66 pour l'air de refroidissement, entre le premier et le second disques de rotor, 16, 34. Les sorties 214 s'ouvrent dans l'espace 57 pour les gaz du côté arrière du disque 34. Les premiers et seconds passages 55, 208 sont en série pour la communication pour un fluide, par l'intermédiaire de l'espace 57 pour les gaz. Comme la pression dans le compartiment intermédiaire 66 est supérieure à la pression dans les espaces 186, l'air de refroidissement passe du compartiment 66, par les premiers passages 55, dans l'espace 57 pour les gaz et de là, dans la direction opposée, vers l'avant, par les seconds passages 208 pour l'air de refroidissement. L'air passe ensuite dans les espaces 186 par les découpes 210 dans les pattes 47. Des espaces 186, l'air de refroidissement passe dans un autre compartiment (non représenté) situé en aval. Les découpes 210 sont dimensionnées pour doser l'écoulement de l'air de refroidissement dans les rainures de talons 46 des aubes The inlets 212 communicate, through the grooves 75, 77, with the intermediate compartment 66 for the cooling air, between the first and the second rotor discs, 16, 34. The outlets 214 open in the space 57 for the gases on the rear side of the disc 34. The first and second passages 55, 208 are in series for communication for a fluid, through the space 57 for gases. As the pressure in the intermediate compartment 66 is higher than the pressure in the spaces 186, the cooling air passes from the compartment 66, through the first passages 55, into the space 57 for the gases and from there in the opposite direction , forward, through the second passages 208 for cooling air. The air then passes into the spaces 186 through the cutouts 210 in the tabs 47. From the spaces 186, the cooling air passes into another compartment (not shown) located downstream. The cutouts 210 are dimensioned to measure the flow of cooling air in the heel grooves 46 of the blades

mobiles.mobile.

En se reportant aux figures 6 et 7, dans un mode de réalisation préféré les surfaces portantes 38 du second étage possèdent des passages ou compartiments pour l'air de refroidissement, qui sont alimentés en air de refroidissement par le compartiment intermédiaire 66 entre les disques 16, 34, par un canal radial 216 dans la partie de talon 40 de l'aube mobile. Le canal 216 relie les compartiments 215 de surface portante au premier passage pour l'air de refroidissement par la rainure de talon 46. Une entrée 218 du canal 216 est recouverte par une mince plaque 220. La plaque 220 est percée d'un orifice de dosage 222 aligné avec l'entrée 218 du canal pour doser la quantité appropriée d'écoulement à partir du premier Referring to Figures 6 and 7, in a preferred embodiment the bearing surfaces 38 of the second stage have passages or compartments for cooling air, which are supplied with cooling air by the intermediate compartment 66 between the discs 16 , 34, by a radial channel 216 in the heel part 40 of the movable blade. The channel 216 connects the compartments 215 of bearing surface to the first passage for the cooling air by the heel groove 46. An inlet 218 of the channel 216 is covered by a thin plate 220. The plate 220 is pierced with an orifice metering 222 aligned with the inlet 218 of the channel for metering the appropriate amount of flow from the first

passage 55 dans les compartiments 215 de surface portante. passage 55 in the compartments 215 of bearing surface.

L'air s'écoulant dans les compartiments 215 quitte la surface portante par des trous et des rainures (non représentés) dans la paroi de la surface portante, pour The air flowing in the compartments 215 leaves the bearing surface through holes and grooves (not shown) in the wall of the bearing surface, to

refroidir celle-ci, comme c'est connu dans la technique. cool it, as is known in the art.

Pendant le fonctionnement du rotor, la pression dans les compartiments 215 est inférieure à celle existant dans le compartiment intermédiaire 66 pour l'air de refroidissement, de telle sorte que l'écoulement de l'air During the operation of the rotor, the pressure in the compartments 215 is lower than that existing in the intermediate compartment 66 for the cooling air, so that the air flow

se fait dans la bonne direction.is done in the right direction.

Considérant la section de turbine 10 comme un tout, on a fourni un nouvel agencement pour le refroidissement, grâce auquel l'air de refroidissement provenant d'un compartiment en amont du disque 16 du rotor du premier étage est utilisé pour refroidir les pattes, pourtours sollicités, talons d'aubes mobiles et surfaces Considering the turbine section 10 as a whole, a new arrangement for cooling has been provided, whereby the cooling air from a compartment upstream of the disc 16 of the first stage rotor is used to cool the legs, edges stressed, moving blade heels and surfaces

portantes des disques du premier et du second étages. bearing discs from the first and second floors.

Cette construction de la section de turbine se distingue This construction of the turbine section stands out

particulièrement en ce qu'elle n'exige pas de trous - especially in that it doesn't require holes -

limitant la durée de vie - dans le disque du premier étage, pour amener l'air provenant de l'amont aux talons des aubes mobiles du second étage, et dans les surfaces portantes 38 du second étage. De plus, l'agencement unique à écoulement d'air de refroidissement à double passage dans la zone des talons d'aubes mobiles du second étage réduit de vingt-six pourcents (26%) les exigences en ce qui concerne la masse d'air de refroidissement pour refroidir le pourtour sollicité, les pattes et les talons limiting the lifetime - in the disc of the first stage, to bring the air coming from upstream to the heels of the moving blades of the second stage, and in the bearing surfaces 38 of the second stage. In addition, the unique dual-flow cooling air flow arrangement in the heel area of the second stage movable vanes reduces the air mass requirements by twenty-six percent (26%). cooling to cool the requested perimeter, legs and heels

d'aubes mobiles du disque.moving blades of the disc.

Bien que l'invention ait été représentée et décrite en liaison avec un mode de réalisation préféré, l'homme du métier comprendra que différentes modifications de détail peuvent y être apportées sans sortir du cadre Although the invention has been represented and described in conjunction with a preferred embodiment, those skilled in the art will understand that various modifications of detail can be made without departing from the scope

de l'invention.of the invention.

Claims

1. Rotor arrangement comprising first and second coaxial gas turbine engine rotors (12, 14) coaxially, each comprising a disc (16, 34) having a front face (28, 48), a rear face (30, 50), a biased periphery (39, 53) and several legs (32, 47) spaced circumferentially around, and extending radially outward from said edge, a heel groove (26, 46) mobile blade being defined between circumferentially adjacent tabs (32, 47), these grooves (26, 46) extending axially from the front face to the rear face, means associated with the front face (28) of the first rotor , defining a front compartment (31) for receiving cooling air, spacer means (64) comprising an axially extending annular element, having a front end and a rear end, the front end comprising a surface extending circumferentially, directed radially outward, the rear face (30) of the first disc (16) comprising a circumferentially extending surface, directed radially inwards, arranged radially inward of grooves of the first disc and cooperating with the surface directed radially outward to define between them a first essentially cylindrical interface, the rear end comprising a circumferentially extending surface directed radially outwards, the front face (48) of the second disc (34) comprising a circumferentially extending surface directed radially towards the interior, disposed radially inward of the grooves of the second disc and cooperating with the surface directed radially outward of the rear end, defining between them a second essentially cylindrical interface, the spacer element (64) and the discs (16, 34) of the rotors defining an annular, intermediate compartment (66), for the cooling air, radially towards the interior of the spreading means and extending axially between the rear and front faces (30, 48) of the disc, and the rotors (12, 14) each comprising a plurality of movable rotor blades (18, 36), each blade mobile having a heel (24, 44), each heel (24, 44) being arranged in one of the grooves (26, 46) and defining, with the associated groove (26, 46), an axial passage (35,) for the cooling air in the groove, from the front face to the rear face (28, 30, 48, 50) of the corresponding disc (16, 34), characterized in that the first disc and the spacer means comprise means defining openings at the first interface, for metering the flow of cooling air from the passages through the grooves of the first disc to the intermediate compartment, and the second disc and the spacer means comprise means defining openings at the second interface for the cooling air flow from the intermediate compartment in the p connections for the cooling air, by the grooves of the disc of the second rotor, and in that the front compartment (31), the passages (35) in the grooves (26) of the disc of the first rotor, the intermediate compartment (66 ) for the cooling air, and the passages (55) in the grooves (46) of the disc of the second rotor are in series for the communication for a fluid, so that the cooling air circulates from the front compartment (31 ) in and through the grooves (35) of the disc of the first rotor, grooves (35) of the disc of the first rotor in the intermediate compartment (66) for the cooling air, and of the intermediate compartment (66) for the cooling air in and through the t

grooves (55) of the disc of the second rotor.

2. Rotor arrangement according to claim 1, characterized in that the spacer means (64) comprises

radially extending blade seals.

3. Rotor arrangement according to claim 2, characterized in that it comprises a cover plate downstream of the first disc (16) and in contact with the rear face (30) of the first disc, defining a first rear compartment (33 ) between the intermediate compartment (66) and the axial passages (35) for the cooling air in the grooves (26) of the first disc, the intermediate compartment (66), the first rear compartment (39) and the passages (35 ) for the cooling air in the grooves (26) of the first disc being in series for communication for a fluid.