FR2614654A1 - Disque de compresseur axial de turbomachine a prelevement d'air centripete - Google Patents

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Abstract

UN DISQUE DE COMPRESSEUR AXIAL DE TURBOMACHINE COMPREND DES CANAUX 7 DE PRELEVEMENT D'AIR CENTRIPETE DESTINE AU REFROIDISSEMENT DE LA TURBINE. CES CANAUX SONT USINES DANS DES SUREPAISSEURS 8 SEPAREES PAR DES EVIDEMENTS 9 ET ONT UNE COURBURE IDENTIQUE A CELLE DE LA SECTION TRAVAILLANTE DU DISQUE. APPLICATION AUX TURBOMACHINES D'AVIATION.

Description

DESCRIPTION
L'invention concerne un disque de compresseur axial de turbomachine comportant des canaux de prélèvement centripète d'air dans la veine du compresseur.
Dans les moteurs refroidis par l'intérieur du rotor haute pression, lwair de refroidissement est prélevé dans la veine par des orifices percés dans les viroles du tambour de compresseur.
Or ces perçageS ont pour inconvénient de limiter la valeur maximale admissible du rayon de la virole. En effet la virole est très sollicitée sous l'action de la force centrifuge. Si l'on y ménage des perçages sensiblement au milieu de la virole, on est souvent conduit pour obtenir la section de passage voulue à augmenter la distance entre les disques, donc la longueur de la virole, ce qui élève le niveau des contraintes locales, notamment en flexion d'où'la nécessité de réduire les diamètres des viroles.
Pour résoudre ce problème on avait trouvé pour solution. de réaliser les perçages à l'intérieur.du disque, soit en perçant des trous radiaux dans la section travaillante d'un disque monobloc, soit en réalisant les disques en deux parties amont et aval possédant des cavités radiales pour assurer le prélèvement contripète, parties qui étaient soudées entre elles au niveau de la jante du disque.
On a par ailleurs proposé dans le document FR-A-2 552 817 de réaliser un disque de turbine pour assurer l'amenée d'air vers des aubes refroidies et comportant des séries de passages réalisés suivant le profil des faces du disque. Mais ce dispositif présente l'inconvénient majeur d'avoir ces passages usinés dans la section travaillante du disque et d'en diminuer la résistance de façon notable au niveau des jantes du disque puisque celui-ci est percé en son milieu et cette zone à résistance affaiblie oblige à surdimensionner la totalité du disque afin que celui-ci puisse continuer à supporter les efforts auxquels il est soumis en service.
L'invention vise à éviter les inconvénients des diverses solutions ci-dessus exposées en réalisant un disque de compresseur dont les canaux de prélèvement sont réalisés sur une partie du disque qui n'est pas mécaniquement travaillante tandis que les canaux débouchent, non au milieu de la jante du disque, mais au travers de la bride de raccordement en aval du disque.
Ainsi, par rapport aux disques formés de deux demi-disques soudés évite-t'on les problèmes liés aux soudures et améliore-t'on le rendement, qui peut être continu de l'entrée à la sortie, et par rapport aux disques monobloc évidés intérieurement, facilite-t'on le perçage des orifices de prélèvement qui peuvent selon l'invention être réalisés par l'extérieur du disque, ce qui en facilite également le reconditionnement après usinage.
L'invention concerne donc précisément un disque de compresseur axial de turbomachine comportant des canaux de prélèvement centripète d'air dans la veine du compresseur destiné au refroidissement d'une turbine tel que le disque est monobloc et que les canaux sont percés en dehors de la section mécaniquement travaillante du disque et parallèlement à ladite section dans une surépaisseur faisant saillie hors de ladite section travaillante.
Selon l'invention, les canaux de prélèvement sont disposés sur la face aval du disque et traversent la bride aval de raccordement du disque avec le disque suivant du compresseur.
De préférence la surépaisseur du disque comporte des évidements limités radialement par la bride de raccordement et séparant chaque pièce de canaux adjacents.
D'autres caractéristiques seront détaillées dans le complément de description qui va suivre accompagné des planches parmi lesquelles - la figure 1 montre en demi-coupe longitudinale axiale un tambour de compresseur dont un disque comporte les canaux de prélèvement selon l'invention - la figure 2 montre une vue partielle de la face aval du disque à prélèvement selon la vue F de la figure 1.
- la figure 3 montre une section selon AA des figures 2 ou 5, tandis que les figures 4a à 4c en présentent des variantes.
- la figure 5 montre une variante de disposition des canaux de prélèvement.
En regard des figures 1 et 2, on a représenté partiellement un tambour de compresseur axial haute pression de turboréacteur dont seuls les disques 1,2,3 des quatrième, cinquième et sixième étages ont été représentés.
Les disques 1 à 3 sont reliés entre eux par des brides aval 5 et 6 soudées sur des portées circulaires du disque en aval.
Sur le disque 2 est réalisé un dispositif de prélèvement centripète d'air destiné à refroidir des éléments de turbine disposés en aval d'une chambre de combustion (non représentée) qui suit le compresseur. Pour ce faire, des canaux de prélèvement 7 sont réalisés sur la-face aval du disque 2 dans des surépaisseurs 8 de cette face aval séparées entre elles par des évidements 9 qui viennent affleurer la section travaillante du disque 2 et qui sont limités radialement par la partie interne de la bride 6.
Par section travaillante, on signifie la section calculée en résistance des matériaux pour supporter les efforts d'un disque en rotation dans les conditions de fonctionnement de la turbomachine. Cette section est appelée "poireau" de façon imagée et est délimitée en amont par la face amont 10 du disque et en aval par la courbure 11 représentée en pointillés sur la figure 1 et qui correspond au fond des évidements intercanaux 9.
Les canaux 7 sont donc réalisés parallèlement à cette section travaillante dans le plan longitudinal de la figure 1 et débouchent au travers de la bride 6 dans la veine 12 de flux chaud du compresseur entre l'aube 13 du cinquième étage du rotor et l'aube 14 correspondante du stator.
Les surépaisseurs 8 contenant les canaux 7 sont limités vers l'axe du disque au niveau de la partie massive 15 du "poireau" tandis que la face aval 16 de cette partie massive est conformée en arrondi vers l'aval et comporte un prolongement 17 vers l'arbre de turbine, ce prolongement circulaire coopérant avec des moyens d'étanchéité 18 portés par l'arbre de turbine 19 afin d'assurer un bon guidage de l'air vers l'aval et donc vers la turbine à refroidir sans pertes de charge vers l'amont.
Ainsi que le montre la figure 1, les canaux 7 possèdent un rayon de courbure R sensiblement égal à celui de la face aval du disque qui les porte. Si l'on considère maintenant la figure 2, on verra que selon le mode de réalisation qu'elle représente, les canaux possèdent une orientation tangentielle par rapport à l'écoulement dans la veine 12 et en sens inverse de cet écoulement afin d'augmenter le rendement du prélèvement centripète de l'air par le dispositif.
Dans cette variante, les canaux 7 adjacents sont donc sensiblement parallèles l'un à l'autre et débouchent sur un même rayon de sortie r en créant un mouvement de tourbillon-de l'air en sortie, en raison de la disposition tangentielle des canaux.
Dans la variante de la figure 5, les canaux 7 sont disposés radialement dans des surépaisseurs d'axes concourant sur l'axe de rotation de la turbomachine. Selon cette variante, les canaux 7 débouchent sur des rayons différents et dans un mode préféré de réalisation, ils débouchent alternativement sur deux rayons de sortie différents r et rl, ce qui permet malgré l'absence d'inclinaison des canaux de recréer un flux tourbillonnaire au niveau de l'arbre de turbine par mélange et cisaillement des flux d'air possédant des vitesses de sortie différentes dûes à la différences des trajets centripètes qu'ils ont suivis. En outre l'air issu des canaux débouchant sur le rayon rl permet un meilleur refroidissement de la partie massive du disque 3 en aval du dispositif de prélèvement.
Les orifices de prélèvement 7 peuvent être réalisés par électro-érosion au moyen d'électrodes courbes. Les figures 3 et 4 montrent diverses sections d'orifices que l'on peut obtenir au moyen d'électrodes ovales (figure 3), rondes (figure 4a), oblongue (figure 4b) ou triangulaire (figure 4c), suivant les débits d'air à prélever ainsi que les formes préférentielles des surépaisseurs 8 déterminées par le calcul pour créer la gêne minimum en fonctionnement aérodynamique.
Le mode particulier de réalisation des canaux du dispositif de prélèvement selon l'invention présente l'avantage d'une faible augmentation de masse par réduction des masses mortes des disques qui le comportent, et donc de son moment d'inertie et à l'inverse de toutes les propositions antérieures, n'affaiblit en aucune façon la résistance mécanique du disque. I1 se trouve par ailleurs être de réalisation moins coûteuse que les systèmes antérieurs, car il permet l'utilisation de disques monobloc.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. - Disque de compresseur axial de turbomachine comportant des canaux (7) de prélèvement centripète d'air dans la veine du compresseur destiné au refroidissement d'une turbine, caractérisé en ce que le disque (2) est monobloc et en ce que les canaux sont percés en dehors de la section mécaniquement travaillante du disque et parallèlement à ladite section dans une surépaisseur (8) faisant saillie hors de ladite section travaillante.
2. - Disque de compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux de prélèvement (7) sont disposés sur la face aval (11) du disque et traversent la bride aval (6) de raccordement du disque avec le disque suivant du compresseur.
3. = Disque de compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la surépaisseur (8) du disque comporte-des évidements (9) limités radialement par la bride de raccordement (6) et séparant chaque paire de canaux (7) adjacents.
4. - Disque de compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dont la face aval (11) possède dans un plan longitudinal une courbure circulaire caractérisé en ce que les canaux de prélèvement (7) ont aussi une courbure circulaire dans le même plan, ladite courbure circulaire de la face aval du disque comportant un prolongement (16,17) vers l'arbre de turbine (19), coopérant avec des moyens d'étanchéité (18) portés par ce dernier pour assurer l'étanchéité vers l'amont du prélèvement d'air.
5. - Disque de compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les canaux de prélèvement (7) sont disposés selon une orientation tangentielle par rapport à l'écoulement dans la veine (12) dans un plan transversal à l'axe de la turbomachine.
6. - Disque de compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce. que les canaux de prélèvement (7) sont radiaux et débouchent vers l'alésage du disque sur des rayons de sortie différents.
7. - Disque de compresseur selon la revendication 6 caractérisé en ce que les canaux de prélèvement débouchent alternativement sur deux rayons de sortie (r, rl) différents.
8. - Disque de compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les canaux de prélèvement (7) ont une section interne circulaire.
9. - Disque de compresseur selon'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les canaux (7) ont une section interne oblongue.
10. - Disque de compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les canaux (7) sont usinés par électro-érosion.
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