FR2597922A1 - Aube refroidie - Google Patents

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Abstract

UNE AUBE REFROIDIE 19 APPROPRIEE A UN MOTEUR A TURBINE A GAZ EST MUNIE D'UNE CHAMBRE INTERIEURE 28 QUI EST ALIMENTEE EN AIR DE REFROIDISSEMENT PROVENANT DES EXTREMITES RADIALES INTERIEURE ET EXTERIEURE DE L'AUBE 19. L'AIR DE REFROIDISSEMENT FOURNI A L'EXTREMITE RADIALE INTERIEURE DE L'AUBE 19 EST A UNE PRESSION SUPERIEURE A CELUI QUI EST FOURNI A L'EXTREMITE RADIALE EXTERIEURE. DANS LE BUT DE GARANTIR UN REFROIDISSEMENT EFFICACE DE L'AUBE 19, UN DEFLECTEUR 33 S'ETENDANT DANS LA DIRECTION DE LA PROFONDEUR DU PROFIL D'AILE EST PREVU DANS LA CHAMBRE 28 POUR DIVISER LA CHAMBRE EN DEUX PARTIES RADIALES INTERIEURE ET EXTERIEURE 34 ET 35. LE DEFLECTEUR 33 EST CONFIGURE DE FACON A PERMETTRE L'ECOULEMENT D'UN FLUX LIMITE D'AIR DE REFROIDISSEMENT DE LA CHAMBRE RADIALE INTERIEURE 34 VERS LA CHAMBRE RADIALE EXTERIEURE 35. CELA FACILITE UN REFROIDISSEMENT EFFICACE DE LA PORTION A SECTION D'AILE DE L'AUBE 19 DANS LA REGION DU DEFLECTEUR 33.

Description

Cette Invention a pour objet une aube refroidie, et en
particulier une aube refroidie pour un moteur à turbine à gaz.
Les moteurs à turbine à gaz sont usuellement munis d'un ensemble annulaire d'aubes de stator, disposées Immédiatement en aval 5 du dispositif de combustion du moteur et destinées à diriger les gaz de combustion sur le premier étage de rotor de la turbine du moteur. De telles aubes de stator, usuellement désignées par le vocable d'aubes de guidage de tuyère, sont exposées à de très hautes températures; il en résulte qu'il est usuellement nécessaire de munir les aubes d'un système 1 o de refroidissement Interne. On obtient communément ce résultat en dirigeant vers l'intérleur des aubes de l'air froid qui a été pris de la
section de compresseur du moteur.
Il est parfois souhaitable de diriger l'air de refroidissement
vers à la fois les extrémités radiales Intérieures et extérieures des 15 aubes en vue d'obtenir le degré de refroidissement nécessaire des aubes.
Fréquemment, la pression de l'air de refroidissement fourni à une extrémité de l'aube est supérieure à celle de l'air qui est fourni à l'autre extrémité. Si les deux flux d'air de refroidissement sont dirigés vers une chambre commune située dans l'aube, le flux d'air de 20 refroidissement à haute pression peut parfois Inhiber le flux d'air de refroidissement basse pression dans l'aube, ce qui conduit alors à une réduction de l'efficacité du refroidissement. Et la situation peut devenir telle que le flux d'air de refroidissement haute pression empêche le flux
d'air de refroidissement basse pression de s'écouler dans l'aube.
On a proposé, par exemple dans le brevet britannique 5 n i 506 096 de disposer un déflecteur à l'intérieur de l'aube en vue d'isoler les deux flux d'air de refroidissement. Alors que cette disposition garantit efficacement que les deux flux d'air restent séparés, et n'ont donc pas d'influence l'un sur l'autre, elle ne peut garantir que les flux d'air de refroidissement ne stagnent pas dans la 10 région du déf lecteur et ne causent pas ainsi une surchauffe localisée de l'aube. Un objet de la présente Invention est une vanne refroidie dans
laquelle une telle surchauffe localisée peut être sensiblement évitée.
Selon la présente invention, une aube refroidie appropriée à un 15 moteur à turbine à gaz a une portion ayant, vue en en coupe, la forme d'une section d'aile, ladite portion comportant une chambre Intérieure et des moyens de déflection divisant ladite chambre en une première et une seconde partie, lesquelles parties sont, en fonctionnement, alimentées par par un premier et un second flux de fluide de refroidissement 20 respectivement, ledit premier flux de fluide de refroidissement étant à une pression supérieure à celle du second flux de fluide de refroidissement, ladite portion à section d'alle comportant des orifices permettant l'échappement du fluide de refroidissement hors des deux parties de chambres en vue de faciliter le refroidissement de ladite 25 portion à section d'aile, lesdits moyens de déflection étant configurés de façon à permettre un écoulement limité de fluide de refroidissement de plus haute pression de ladite première partie de chambre vers ladite seconde partie de chambre, lequel écoulement est Insufflsant pour augmenter la pression du fluide de refroidissement dans ladite seconde 30 partie de chambre jusqu'à un niveau équivalent ou supérieur à la pression dudit second flux de fluide de refroidissement mals qui est suffisant pour fournir un flux de fluide de refroidissement dans la région desdits moyens de déflection en vue de refroidir ladite portion à
section d'aile dans la région desdits moyens de déflection.
L'invention va maintenant être décrite au moyen d'exemples, avec référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue de côté en coupe partielle d'un moteur à turbine à gaz à soufflante carénée comportant des aubes refroidies selon la présente invention; la figure 2 est une vue en perspective comportant un arraché partiel d'une aube refroidie selon la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe dans une direction radiale de la portion à section d'aile de l'aube représentée sur la figure 2; et, la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 3. En se reportant à la figure 1, on volt qu'un moteur à turbine à 15 gaz à soufflante carenée, désigné dans son ensemble par le chiffre de repère 10, comporte une soufflante carénée propulsive 11, des sections de compresseur moyenne et haute pression 12 et 13 respectivement, un dispositif de combustion 14, des turbines haute, moyenne et basse pression 15, 16 et 17 respectivement, et une tuyère propulsive 18. La 20 soufflante carénée 11 est connectée à la turbine basse pression 17, le compresseur intermédiaire 12 est connecté à la turbine moyenne pression 16 et le compresseur haute pression 13 est connecté à la turbine haute pression 15. Le moteur fonctionne de façon usuelle, c'està-dire que l'air comprimé par la soufflante carénée Il et par les 25 compresseurs moyenne et haute pression 12 et 13 est mélangé au carburant et le mélange carburé est brûlé dans le dispositif de combustion 14. Les produits de combustion s'expandent alors a travers les turbines haute, moyenne et basse pression 15, 16 et 17 avant de s'échapper par la tuyère propulsive 1 8 r)our fournir une poussée 30 propulsive qui s'ajoute à celle de la soufflante carénée t I Juste en aval du dispositif de combustion i4 est dlspo3* un ensemble annulaire d'aubes 19 de guidage de tuyère équidîstante5,
généralement similaires et d'extension radiale; une de ces aubes peut être vue de façon plus détaillée sur la figure 2. Chaque aube de guidage de tuyère 19 comporte une portion à section d'aile 20 incluant des plateformes radiales Intérieure et extérieure 21 et 22. Les plate5 formes 21 et 22 des aubes de guidage de tuyère 19 adjacentes coopèrent les unes avec les autres pour définir les parois radiales intérieure et extérieure respectivement d'une portion du passage des gaz à travers la turbine haute pression 15. Les portions à section d'aile 20 servent à diriger les gaz de combustion s'échappant du dispositif de combustion 10 14 en direction des pales de rotor de la turbine haute pression 15.
Chaque portion à section d'aile 20 est adaptée pour être
refroidie par de l'air de refroidissement délivré à ses deux extrémités radiales intérieure et extérieure comme cela est indiqué par les flèches 23 et 24. L'air de refroidissement est pris au compresseur haute 15 pression 13 d'une façon conventionnelle.
L'air de refroidissement délivré à l'extrémité radiale Intérieure de la portion à section d'alle 20 est divisé en deux flux. Le premier flux est dirigé vers un passage aveugle 25 contigu au bord d'attaque de la portion à section d'aile 20. Une pluralité d'orifices 26 20 mettent en communication le passage 25 avec la surface exterieure de la portion à section d'aile 20, comme on peut le voir sur la figure 3, de façon que l'air dirigé dans le passage 25 s'écoule à travers les orifices 26 pour former un film refroidissant la surface extérieure dans la région du bord d'attaque de la portion à section d'aile 20, comme Il est 25 Indiqué par les flèches 27. Le reste de l'air de refroidissement délivre à l'extrémité intérieure radiale de la portion à section d'aile 20 est dirk. * dans une chambre 28 s'étendant dans la direction de l'envergure, laquel e chambre est séparée du passage 25 par une cloison 29 inteco;nsctant les flancs convexes et concaves 30 et 31 et s'étend vers la r';4on du 30 bord de fuite 32 de la portion à section d aile 20 L'air de refroidissement délivre à l'extrémite exterées e radiale de la portion à section d'aile 20, comme cela est indiqué par ta
flèche 24, est également dirigé dans la chambre 28 et est à une pression Inférieure à -celle de l'air qui est délivrée à l'extrémité intérieure radiale. Pour garantir que l'air de refroidissement délivré à l'extrémité extérieure radiale de la portion à section d'aile 20 puisse s'écouler dans 5 la chambre 28 sans en être empêché par le flux d'air de refroidissement à plus haute pression 23, un déflecteur 33 s'étendant dans la direction de la profondeur du profil d'aile est disposé dans la chambre 28 approximativement à ml-envergure pour établir une division entre les régions radiales Intérieure et extérleure de la chambre 28 et définir 10 ainsi les parties de chambre radiale Intérieure et extérieure 34 et 35.
Le déflecteur 33 est monté sur une plaque 36 qui, comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, est logé à l'intérleur de la chambre 28 contre le flanc convexe 31 de la portion 20 à section d'aile. La plaque 36 est écartée de la paroi Intérieure du flanc convexe 31 et comporte 15 une pluralité d'orifices 37. Une partie de l'air de refroidissement délivré aux parties de chambre 34 et 35 passe à travers les orifices 37 percés dans la plaque 36, comme cela est Indiqué par les flèches 38, pour produire un refroidissement incident à la surface Intérieure du flanc convexe 31. Après que le flanc convexe 31 a été refroidi par convexion, 20 l'air de refroidissement s'échappe alors de la portion à section d'aile 20 Intérieure par les orifices 39 percés dans le flanc convexe 31 pour former un film refroidissant la surface extérieure de la région du bord de fuite 32 du flanc convexe 31. Une autre partie de l'air de refroidissement délivré aux parties de chambre 34 et 35 passe entre des 25 entretoises 40 disposées sur les surfaces intérieures à la fols du flanc convexe 31 et du flanc concave 30 avant de s'échapper de l'intérieur de la portion à section d'aile 20 par une fente 41 s'étendant dans la direction d'envergure et disposée dans la région du bord de fuite 32. Le reste de l'air de refroidissement délivré aux parties de chambre 34 et 30 35 s'échappe par une pluralité d'orifices 42 pratiqués dans le flanc concave 30 de la portion à section d'aile 20 de façon à former un film de
refroidissement sur la surface extérieure du flanc concave 30.
Le déflecteur 33, comme on peut le voir sur la figure 4, ne s'étend pas totalement en travers de la chambre 28, de sorte qu'il existe un interstice 43 entre le déflecteur 33 et la paroi intérieure opposée du flanc concave 30. Le déflecteur 33 est configuré de façon que 5 l'ilnterstice 43 soit suffisamment large pour que l'air de refroidissement haute pression, situé dans la partie de chambre 34 intérieure radiale, s'écoule dans la région basse pression de la partie de chambre extérieure radiale 35. Cependant, la configuration du déflecteur 33 est telle que la quantité d'air de refroidissement autorisée à 10 s'écouler de la partie de chambre intérieure radiale 34 vers la partie de chambre extérieure radiale 35 n'est pas suffisante pour augmenter la pression de l'air à l'intérieur de la partie de chambre extérieure radiale 35 jusqu'au point o la pression dans cette partie de chambre serait égale ou supérieure à celle du flux d'air de refroidissement délivré à la 15 partie de chambre extérieure radiale 35. Ce flux d'air de refroidissement par l'interstice 43 garantit qu'il ne se produit pas de stagnation d'air de refroidissement dans la région du déflecteur 33, de sorte qu'un refroidissement adéquat de la portion 20 à section d'aile dans la région
du déf lecteur 33 est obtenu.
Un autre avantage que l'on tire à permettre la circulation d'un
flux limité d'air de refroidissement entre les parties de chambre 34 et 35 est que, au cas o une fluctuation dans le flux d'air de refroidissement destiné aux parties de chambre 34 et 35 se produisait, Il se produirait une certaine stabilisation du flux d'air de 25 refroidissement.
Bien que la présente invention ait été décrite en référence à une aube de guidage de tuyère munie d'un déflecteur 33 s'étendant dans la direction du profil d'alle, on comprendra que d'autres configurations du déflecteur pourraient être utilisées si on le souhaitait. De surcroît, 30 bien que le déflecteur ait été décrit comme étant situé à mi-envergure, I1l peut être souhaitable, dans certaines circonstances, de le positionner
dans un autre lieu qu'à ml-envergure.
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On comprendra également que, bien que la présente invention ait été décrite en référence à une aube refroidie ayant un passage d'air de refroidissement 25 séparé contigu à son bord de fuite, la présente Invention est également applicable à des aubes refroidies qui ne sont 5 pas munies d'un tel passage. Dans de telles circonstances, le déflecteur
33 s'étendrait jusqu'à la région du bord d'attaque de l'aube.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    I. Aube refroidie appropriée à un moteur à turbine à gaz comportant une section ayant en coupe la forme d'une aile comprenant une chambre Intérleure et des moyens de déflection divisant ladite chambre en une première et une seconde partie, lesquelles parties sont, 5 en fonctionnement, alimentées par par un premier et un second flux de fluide de refroidissement respectivement, ledit premier flux de fluide de refroidissement étant à une pression supérieure à celle du second flux de fluide de refroidissement, ladite portion à section d'aile comprenant des orifices permettant l'échappement du fluide de 10 refroidissement des deux parties de chambres en vue de faciliter le refroidissement de ladite portion à section d'aile, caractérisée en ce que lesdits moyens de déflection (33) sont configurés de façon à permettre un écoulement limité de fluide de refroidissement à plus haute pression de ladite première partie de chambre (34) vers ladite 15 seconde partie de chambre (35), lequel écoulement est insuffisant pour augmenter la pression du flux de refroidissement dans ladite seconde partie de chambre (35) Jusqu'à un niveau équivalent ou supérieur à la pression dudit second flux de fluide de refroidissement mais qui est suffisant pour fournir un flux de fluide de refroidissement dans la 20 région desdits moyens de déflection (33) en vue de refroidir ladite portion à section d'aile (20) dans la région desdits moyens de déflection (33).
  2. 2. Aube refroidie selon la revendication 1, caractérisée en ce
    que ladite chambre (28) s'étend généralement dans la direction 25 d'envergure.
  3. 3. Aube refroidie selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de déflection (33) s'étendent
    généralement dans la direction du profil d'aile.
  4. 4 Aube refroidie selon une des revendications précéderites, 30 caractérisée en ce que ladite chambre (28) contient une planiJe (36)
    comprenant une pluralité d'orifices (37), ladite plaque (36) étant contiguë à une paroi intérieure de ladite portion à section d'aile (20) et en étant écartée, de sorte que le fluide de refroidissement s'échappant par lesdits orifices (37) soit incident à la paroi intérieure de ladite
    portion à section d'aile (20) en vue de la refroidir.
  5. 5. Aube refroidie selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite plaque (36) est contiguë au flanc convexe (31) de ladite
    portion à section d'alle (20).
  6. 6. Aube refroidie selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de déflection (33) sont attachés à ladite plaque (36). 10
  7. 7. Aube refroidie selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de déflection (33) sont configurés de façon à être écartés de la paroi intérieure du flanc concave (31) de ladite portion à section d'aile (20) de façon à permettre audit fluide de refroidissement de s'écouler dans la région desdits moyens de déflection (33) pour 15 refroidir le flanc concave (31) de ladite portion à section d'aile (20)
    dans la région desdits moyens de déflection (33).
  8. 8. Aube refroidie selon une des précédentes revendications,
    caractérisée en ce que la portion à section d'aile (20) est munie d'une pluralité d'orifices (37) mettant en communication ladite chambre (28) 20 avec la surface extérieure de ladite portion à section d'aile (20) de sorte que le fluide de refroidissement s'échappant par lesdits orifices (37) forme un film refroidissant la surface extérieure de ladite portion
    (20) à section d'ail e.
  9. 9. Aube refroidie selon une des revendications précédentes, 25 caractérisée en ce que ladite portion à section d'aile (20) comporte une
    région de bord de fuite (32) comprenant une fente (41) s'étendant dans la direction d'envergure, laquelle communique avec ladite chambre (28) pour permettre l'échappement du fluide de refroidissement provenant de ladite chambre (28) vers l'extérieur de ladite aube (19) par ladite fente 30 (41) de bord de fuite, refroidissant ainsi ladite région du bord de fuite (32) .
  10. 10. Aube refroidie selon une des revendications précédentes,
    caractérisée en ce que lesdits premier et second flux de fluide de refroidissement sont, en fonctionnement, respectivement dirigés vers les extrémités d'envergure opposées de ladite portion à section d'aile
    (20).
    I 1. Aube refroidie selon une des revendications précédentes,
    caractérisée en ce que ladite portion à section d'aile (20) est alimentée par un troisième flux de fluide de refroidissement, ladite portion à section d'aile étant munie d'un passage intérieur (25) contigu à sa région 10 de bord d'attaque pour recevoir ledit troisième flux de fluide de
    refroidissement, une pluralité d'orifices (26) étant prévus pour interconnecter ledit passage de bord d'attaque (25) à la surface extérieure de ladite portion à section d'aile (20) de sorte que le flux de refroidissement s'échappant en fonctionnement par ces trous forme un 15 film refroidissant ladite région de bord d'attaque.
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