FR2641328A1

FR2641328A1 - Montage de moteur a turbine muni d'aubes directrices de sortie montees a l'arriere

Info

Publication number: FR2641328A1
Application number: FR8916925A
Authority: FR
Inventors: John William Vdoviak; Roy Elbert Moyer; Dennis Clark Evans
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1990-07-06
Anticipated expiration: 2009-12-20
Also published as: GB2226600B; SE467316B; FR2641328B1; GB2226600A; DE3942203C2; DE3942203A1; GB8928742D0; JPH063145B2; IT8922854A0; US4989406A; JPH02245428A; IT1237166B; SE8904326L; SE8904326D0

Abstract

Montage de turbine comprenant un sous-ensemble annulaire d'aube et d'entretoise 64 destiné à donner à la turbine une rigidité mécanique et à supporter le palier arrière du rotor. Un montage d'aubes directrices de sortie 50 de forme annulaire et démontable est monté à l'arrière de l'ensemble aube et entretoise 64 afin de dévriller le flux des gaz d'échappement qui sortent de la turbine. Le montage à l'arrière des aubes directrices de sortie 50 permet de concevoir un moteur à turbine plus court axialement et plus léger et permet en outre de mieux redresser le flux tourbillonnaire que ce que permettent les modèles classiques, tout en provoquant une perte de charge égale ou inférieure à celle des modèles classiques.

Description

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MNTAGE DE MYTEUR A TURBINE MNI D'AAUBES DI mrICES: DE SORTIE

ONTEES A L'ARRIERE

La présente invention onoerne de façon générale un montage de turbine et concerne plus particulièrement un montage de moteur à turbine à gaz qui comporte des entretoises support agenc'ées en structures mrinres et disposées au niveau du flux tourbillonnaire de sortie provenant d'une turbine à gaz basse

pression et qui conporte également un ensemble d'aubes direc-

trioes de sortie montées à l'arrière des entretoises, destinées à

dévriller le flux tourbillcnnaire des gaz de sortie.

L'arrivée des moteurs à turbine à haute température a augmenté l'intérêt porté aux moteurs comprenant uner turbine

d'extraction à haute énergie à étage unique. Il est particu-

lièrement intéressant d'utiliser des moteurs à turbine à étage unrique sur les avions paroe que les moteurs à turbine à étage unique sont d'un poids plus faible et d'un entretien plus facile que les modèles multi- étages. Par ailleurs, les nmxd'les à étage unique posent traditionnellement un certain ncmbre de problèmes

qui leur sont propres du fait qu'ils ont un niveau accru de vril-

lage ou de circulation tourbillonnaire. Cet _.oulement tcurbil-

lonnaire est particulièrement prédnminant dans les modèles à degré de dilution élevé, c'est-à-dire dans lesquels le rapport du flux massique du conduit d'amenére d'air sur le flux massique du

conduit principal est relativement élevé.

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Dans les mrteurs à turbine à rappot de dilution

élevé, la turbine basse pression est soumise à une charge impor-

tante résultant de l'coulement de sortie fortement tourbillon-

naire. Dans oes conditions, l'xécoulement d'air en sortie de la turbine basse pression présente une relativement grande vitesse tangentielle, de l'ordre de trente degrés ou plus. Afin d'éviter de trop grandes pertes de poussée, il est ncessaire de redresser oet écoulement tourbillocnaire avant que les gaz de sortie chauds

ne soient éjectés du syste d'échappement.

Une façon classique de modifier ou redresser cet écou-

lemaent tourbillonnaire a consisté à monter une rangée de redres-

seurs ou d'aubes directricoes de sortie directement à l'arrière du rotor de turbine basse pression et en amont ou dans le plan de la structure d'entretoises support et des aubes. Une autre approche bien connue consiste à combiner la structure d'entretoises support et les aubes directrioes de sortie en un nrxmbre limité

d'éléments en forme d'aubes relativement longues.

En complément de la suppression du tourbillon provenant des gaz sortant de la turbine basse pression, il est également souhaitable de maintenir fermement les supports de palier de turbine haute pression et basse pression afin de réduire la taille et le poids du moteur et d'augmenter la rigidité du rotor basse pression par un maintien ou un couplage ferme des paliers

de turbine haute pression et basse pression, la distance lcrgi-

tudinale entre ces paliers pouvant dans oe cas être réduite et permette d'obtenir une réducticn de la taille et du poids. Il est de plus souhaitable de rendre minimum la distarh axiale entre le rotor de turbine basse pression et le châssis arrière

qui supporte le palier arrière pour les mnmes raisons, c'est-à-

dire pour parvenir à une enveloppe de taille réduite, un poids

réduit et une rigidité du rotor augmentée.

Dans des turbines à étage unique antérieures, on a utilisé un réseau d'aubes directries de sortie situé en amont ou à l'avant du châssis support de palier arrière ou bien on a combirné ou intégré les aubes directrioes de sortie avec le

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chassis support de palier arrière. Chaque solution présente ses propres irxx_énients. En montant les aubes directrioes de sortie en amont du châssis support de palier arrière, la lcraueur axiale du syst de rotor est rsairss nt augmentée puisque le châssis support de palier arrière doit être disposé plus loin en arrière pour tenir compte de l'enmmbrent axial additionnel des aubes direcztrioes de sortie. La oe^ibinaiscn des aubes dirscrioes de sortie avec le châssis support de palier arrière réessite la prsrnce d'aubes dirctrioes de sortie s'éterndant radialemrent sur

une très loègue distancer, oe qui les rend difficiles à refroi-

dir. Cette solution ressite en plus de conestituer des aubes directrioes de sortie plus larges et plus épaisses pour assurer

la solidité de la strucure du fait qu'il se produit une dévia-

tion aérodynamique et des pertes de charges dues à la trainée

plus inçortantes.

On peut prévoir une chambre de postcombustion en aval de la turbine basse pression, typiquement à l'intérieur du conduit de sortie du moteur. Du carburant additiorrel peut être injecté dans le crrduit de sortie et brûlé afin de produire un flux gazeux à haute énergie complnentaire qui peut être mélangr à l'air de dérivation puis éjecté à travers le système de tuyère de sortie pour conférer au moteur une poussée de très haute énergie. Il est très inmportant que les gaz traversant à grande vitesse la chambre de post-nstin aient été préalablement redressés ou dévrillés par les aubes directrioes de sortie, de sorte que oes gaz puissent être diffusés efficaemnt. Cette diffusion régulière et orplète des gaz de sortie est rnéessaire pour rerndre maxinum la oombusticn de l'oxyge ontenu dans les

gaz lors de leur cirualation dans la chambre de post-combusticn.

Dans certains nmodèles de moteurs à turbine connus antérieuremnt, on a disposé les aubes directrices de sortie en travers du cnduit d'évacuation en amont des entretroises support qui constituent une partie du châssis supportant le palier arrière de la turbine basse pression. Non seulement ces entretoises supportaient le palier arrière de l'arbre rotor interre mais encore elles consituaient des passages interes pour le flux d'air de refroidisseent drigé dialement et

permettaient le passage d'huile moteur à travers ces entretoi-

ses. Des protections en faore d'aubes rewuvrant les entretoises support réduisaient leur traiée rodynaique et contraient au prooessus de diffusion. Bien que les aubes dirtrices de

sortie redressaient le flux tourbillaire, elles créaient èpen-

dant un fort effet de trainée du fait de la présence d'un écoule-

ment à un nombre de mach élevé directement en sortie de la turbine basse pression au niveau de laquelle étaient montées les

aubes directrices de sortie.

Dans d'autres moMdèles de moteurs à turbioe de l'art

antérieur, on a utilisé des aubes cintrées pour effectuer simul-

tanéent le dévrillage des gaz de sortie et la protection des entretoises support. Puisque les entretoises support devaient avoir des sections transversales relativement grandes, les éléments de protection devaient être relativement épais et présenter une grande taille dans le sens axial. De tels ncdèles provoquaient des effets de traînée importants et un redressement incomplet du flux tourbillonnaire. Il en résultait une plus

grande épaisseur des entretoises support et/ou des aubes direc-

trices de sortie, l'accroissement du freinage du flux, l'accrois-

semnt de la perte de charge et l'acroissement de la perte de

poussée.

La présente invention a été développée afin de résoudre les problémes décrits ci-dessus et a en crnséquernc pour objet essentiel la constitution d'un ensemble d'aubes directrices de sortie monté à l'arrière des entretoises support du châssis du palier arrière de la turbine. Cette approche consiste à disposer les aubes directrioes de sortie plus loin en aval de la sortie de

la turbine basse pression par rapport à oe qui a été fait anté-

rieurement afin d'utiliser avantageusement une zone dans laquelle le rombre de mach est plus faible de façon à diminuer dans oette zone la traîirnée aérodynamique qui résulte du redressent du flux tourbillonnaire.

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Un autre objet de 1'invention est d'incorporer à l'ensemble d'aubes directries de sortie un système de diffuseur afin de parvenir à la diffusion complète et uniforme des gaz de

sortie au niveau du conduit d'kappment. Ceci est particu-

lièrement souIhaitable dans les modèles irncorporant des chambres

de post-oabsticn.

Un autre cbjet est de prévoir des aubes directrices de sortie qui agissent crme des extensions axiales des entretroises support, ceci autorisant la onstitution d'une aube relativement plus mirre, c'est-à- dire d'une aube présentant un plus faible rapport entre son épaisseur et sa longueur de corde permettant de

réduire le frein aéroamique.

Un autre objet est de prévoir un ensemble d'aubes directrioes de sortie qui permette l'utilisation d'entretoises effilées, plus fines et plus oeurtes, presentant une section symétrique et non ixcurvee, et alignées dans le flux des gaz de sortie afin de réduire l'effort arodynamique et de réduire la

tranée aérormique.

Un autre objet est de prévoir un ensemble d'aubes directrioes de sortie permettant un maintien ferme du rotor de turbine basse pression. Ceci entraîne une réduction du poids du systme à rotor et un roiss ent de la rigidité du rotor afin d'obtenir une amélioration des caractéristiques de vibration liée

à la rotation et des foroes dynamiques.

Un autre objet est de prévoir un ensemble d'aubes directrices de sortie dans lequel les aubes directrices de sortie

sont montées de façon amovible en tandem séparément des entre-

toises support, ce qui a pour conséquence que les aubes direc-

trices de sortie sont soumises seulement à un effort correspon-

dant à la force dynamique rnoessaire au dévrillage du flux tourbillonnaire. Cette caracteristique permet l'utilisation d'aubes directrioes de sortie en céramique, en matériau composite non métallique ou en métaux de moindre coût ou de moindre résistance. Brièvement, la présente invention est géralement appliquée à un moteur à turbine à gaz à taux de dilution monyen ou élevé qui omporte des entretoises support fines et effilées qui sont in rinées par rapport à l'axe oentral du moteur et alignées avec le flux tourbillonaire de sortie en provena de la turbine basse pression. Tes aubes directrioes de sortie fines et i rvées sont montées à l'arrière ou en aval et présentent un

profil destiné à redresser le flux tourbilloenaire tout en rédui-

sant le frein érodynamique tandis que la section des entretoises est détermire de fatn à créer une diffusion uniforme. Du fait que les aubes directrioes de sortie ne servent pas en mêm temps d'éléments du châssis support, elles peuvent être réalisés à partir de matériaux non métalliques, tels que de la cramique,

pour permettre leur utilisation à haute température.

Les objets mentionnés ci-dessus, les crtéristiques

et les avantages de l'invention seront, en partie, mis en évi-

dernce dans la description plus détaillée de l'invention qui va

suivre, prises en relation avec les dessins qui onstituent une partie intégrante de 1' invention, et dans lesquels: la figure 1 est une vue en oeupe de o5té simplifiée et -schénatique d'un moteur à. turbine à gaz mnctrant la configuration générale d'un moteur à turbine à gaz et la localisation des châssis du moteur et de la chambre de post-cnsticn;

la figure 2 représente en oeupe partielle les entre-

toises support et l'ensemble d'aubes directrices de sortie selon la présente invention; la figure 2(a) représente en vue de fae partielle la liaison entre la bague support externe et l'élémnent de châssis externe, au niveau de la ligne A-A de la figure 2;

la figure 3 représente en coupe le profil de l'assemn-

blage d'entretoise au niveau de la ligne B-B de la figure 2; la figure 4 représente schématiquement en coupe un mode de réalisation de l'assemnblage d'aubes directrices de sortie montrant l'emploement des aubes directrioes de sortie à l'arrière des éléments profilés et des entretoises support; la figure 5 représente en perspective et de fae une partie du profilé et de l'ensemble d'entretoises; la figure 6 est une vue arrière de la figure 5; la figure 7 représente en perspective et de face une partie de l'ensemble d'aubes directrices de sortie; la figure 8 est une vue arrière de la figure 7; les figures 9 et 10 représentent schematiquement les

variations d'alignement relatif des profilés et des aubes direo-

trioes de sortie; la figure 11 représente en vue de cOté un autre type de montage du profilé et des aubes directrioes de sortie; la figure 12 représente schématiquement en coupe les éléments de la figure 11; et les figures 13 et 14 représentent en perspective,

respectivement de face et d'arrière, un mode préféré de réali-

sation de la présente invention.

Dans les différentes figures, un même numéro de réfé-

rence désigne un mme élément.

Une bréve description des composants essentiels d'un

moteur à turbine à gaz va aider à oerner la présente invention en identifiant la localisation et l'agencement des ensembles de châssis support de la turbine sur lesquels sont montées les aubes directrioes de sortie. En se référant d'abord à la figure 1, une

partie de turbine à gaz de réacteur à double flux 10 est repré-

sentée en coupe transversale partielle. Le moteur 10 oumporte un

carter 12 qui entoure un conduit annulaire 14 s'étendant axiale-

ment entre une entrée 16 et une sortie d'éhappement 18 située à

l'extrémité opposée du moteur 10.

Pendant le fcrctionement du moteur, l'air ambiant est entraînr dans l'entrée 16 et est coprime jusqu'à une pression très haute scus l'action d'un omporesseur 20, puis l'air ainsi comxitprimé est entrairn dans une chambre de combustion annulaire 22 dans laquelle le carburant est enflammé afin de dégager des produits de combustion à haute énergie. Depuis la chambre de combustion 22, le fluide moteur est dirigé à travers une turbine 24 qui prend au fluide une partie de son énergie afin d'entraiîner le compresseur 20 et le fluide est ensuite évacué en tant que

flux à haute énergie à travers le conduit d'chappement 18.

tes gaz de sortie entraînant la turbine 24 peuvent être mélangés avec de l'air additionnel (air de dilution), de façon connue, et transférés dans la chambre de post-combastion 26 dans

laquelle on effectue une injection de carburant complémeintaire.

Ce mélange d'air et de carbrant est alors enflammé afin de produire une forme de propulsion complmentaire au momnent de

l'éjection à travers le condxuit d'échappement 18.

Pour maintenir les différents composants du moteur dans leurs positions relatives assurant leur fonctionrement, des châssis sont agencés pour maintenir ensemble rigidement les composants du stator fixe et pour constituer les supports de palier du rotor. Plus particulièrement, le moteur 10 comparend un châssis avant 28 supportant un palier avant 30 et un châssis de turbine 36 supportant un palier arrière 38. Le rotor 40 est monté

libre en rotation sur les paliers 30 et 38.

Chaque châssis 28 et 36 comprend respectivement une pluralité d'entretoises support disposées radialement 42 et 46 et qui s'étendent à travers un conduit d'écoulement annulaire 14 afin d'établir une liaison mécanique entre les éléments internes et externes des châssis. Comme la taemérature du fluide moteur traversant le conduit 14 varie très rapidement lorsque le moteur est en mode de fonctioerment transitoire, il peut se produire une contrainte thermique importante, ces entretoises peuvent s'échauffer et se refroidir à des vitesses nettement différentes de oelles des éléments de châssis interne et externe. Ceci est particulièareent vrai en ce qui concerne le châssis de turbine 36 puisque les gaz de sortie qui entourent le chassis de turbine sont soumis aux plus rapides et aux plus grands charnçments de température de faoncztioeent et provoquent donc des contraintes thermiques.

Le moteur à turbine à gaz 10 est typique de la configu-

ration générale de la plupart des turbines à gaz actuelles et des moteurs à double flux actuels et a été décrit dans le seul but de sitOer la présente invention dans son contexte. Il sera évident pour l'homme du métier de considérer que la présente invention pourra s'appliquer à d'autres types de turbine à gaz ou d'autres réacteurs à double flux, et pour oela le moteur 10 a seulement pour but d'être illustratif. En conséquene, l'ensemble d'aubes directrioes de sortie est représenté en association avec un

chassis de turbine modifié analogue au châssis de turbine 36.

Toutefois, la présente invention est pareillement applicable à d'autres types de montages rigides qui peuvent aussi être soumis à des fluides moteur.se déplaçant à grande vitesse et subissant

d'imnportantes et rapides variations de te érature.

En se référant maintenant à la figure 2, l'ensemble d'aubes directrioes de sortie 48 selon la présente invention est

montré de façon à constituer un réseau annulaire d'aubes direc-

trioes de sortie 50 montées de façon adjacente au bord de fuite 52 des aubes 54. Comme cela est représenté plus loin dans les figures 3 et 4, chaque aube 54 présente la forme d'une ailette minrce, symétrique et non xincurvée qui est disposée autour d'une entretoise support radiale, interne et mirne 46. La ligne de

syratrie 56 et le bord d'attaque 58 de la pale 54 sont de préfé-

rernce alignés avec la direction du flux tourbillounaire quittant les pales 59 afin de rendre mininu les pertes de charge dues à la traée aérodanique et le freinage du flux. La ligne de symétrie 56 disposée dans sa position aligrne avec la diretion du flux est représentée dans le présent exaeple avec un angle d'envircn 32 degrés par rapport à l'axe longitdinal ou central du moteur à turbine à gaz 10, oependant oet angle prendra diverses valeurs coçprises entre 25 et 35 degrés environ en

fonction des applications partiaculières.

Came cela est représenté dans les figures 5 et 6, les aubes 54 et les entretoises support 46 sont assesablées en segments irividuels 62. Dans un mode de réalisation particulier, huit segments 62 sont associés et montés selon une configuration annulaire sur le moteur à turbine 10 pour former un assemblage

d'entretoises et d'aubes 64. L'assemblage d'aubes et d'enLre-

toises 64 délimite le conduit d'écoulement annulaire 14, un anneau support interne muni de brides radiales 66 et un anneau support externe noei de brides radiales 68. Dans le mode de réalisation représenté en figure 2, les huit éléments d'aubes et d'entretoises régulièrement espacés 62 sont reliés de façon à former un ensemble annulaire de rayons disposés entre les anneaux

support interne et externe 66, 68.

Comme cela est représenté dans les figures 5 et 6, le conduit d' _culement 14 est délimité d'un côté par une pièoe de protection du coxduit d'é_culement externe 65 et une piee de protection du corduit d'écoulement interne 69. La pièce de protection du corduit d 'éoulement externe 65 est fixée à chaque aube 54 au niveau de sa partie repliée radialement 63 qui est maintenue à la partie supérieure de chaque aube 54. Les pièces de protection du conduit d'éoulement supérieur et inférieur peuvent être réalisées à partir de feuille de métal et mises en place par

soudage ou par brasage.

Chaque aube 54 peut éte construite à partir d'éléments d'aube en forme de coquille 70 et 72, omme cela est représenté en figure 3, afin de permettre l'assemblage des aubes autour des entretoises support interne 46. L'ensnmble aubes et entreLtoises 64 peut être cistruit selon des techniques cornnues et monté dans le moteur 10 d'une façn ccrnue à l'exception de 1l'rg n t en taren espacé axialement de l'ensemble aubes et entretoises 64 et des aubes directrices de sortie 50, comme cela sera décrit plus loin. En se référant ernre à la figure 2, l'anneau support interne 66 peut être fixé dans le moteur 10 par l'intermédiaire d'un carter interne 74 qui peut servir aussi de support por le palier arrière 38, et d'une manière semblable l'anneau support externe 68 peut être fixé à un élément du châssis externe du moteur 76. Comme cela est mieux représenté en figure 2(a), l'anneau support externe 68 est maintenu par un élément de châssis externe 76 par l'intermédniaire d'éléments de liaison 75

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qui sont fixés à l'intérieur d'étriers 77. Le sous-ensemble aube et entretoise 64 est de prférence aligrné axialement avec le

palier arrière 38 (figure 1).

L'air de dilution 78 représenté dans les figures 1 et 2 est dirigé radlialement vers l'intérieur à travers un ensemble d'orifioes d'admission d'air 80 disposés cirllaient. Un orifioe d'admission d'air 80 peut être ménagé pour chaque segment aube et entretoise 62 afin d'arener l'air de refroidisserent le

lcg du double passage en forme de U du flux refroidissant 82.

L'air de refroidissement rentre par le haut ou par uner extrénité externa radiale de chaque segment aube et entretoise 62 et est canalisé par des déflecteurs internes à travers le passage du flux refroidissant 82 pour sortir au niveau du bord de fuite 52

des aubes 54 à travers des orifices de sortie 86 (figure 6).

Cette circulation tortueuse du fluide refroidissant assure un refroidissement efficace de l'entretoise support interne 46 et de

l'aube 54.

Les aubes directrices de sortie 50 peuvent être bolon-

nées sur une bride radiale sur chaque anneau support interne et

externe 66, 68 pour permettre ainsi une libre dilatation ther-

mique dirigée axialement. Dans le mode de réalisation représenté dans les figures 2, 7 et 8, les bagues support interne et externe 66, 68 sont respectivement fonres d'une bride de montage annulaire interne 88 et d'un canal de montage annulaire externe 89 supportant une bride arrière 90. Les aubes directrioes de sortie 50 sont agencées avec des anneaux support interne et externe 92, 94 qui comportent également des brides de montage incurvées s'éterndant radialemnt vers l'intérieur et l'extérieur 96, 98. Caume oela est représenté en figure 2, un dégagent axial et radial 99 est mnnagé entre le canal annurlaire 89 et la

bride 98.

Les aubes directrices de sortie 50 sont de préfèrer fabriquées à partir de segments individuels présentnt trois

aubes par segment tel que représenté dans les figures 7 et 8.

Quand on a relié à l'aide de ballons 102 passant dans des trous

de montage 100 l'ensemble aube et entretoise 64 par l'interné-

diaire des brides 96, comme cela est représenté en figure 2, les aubes dirctrioes de sortie 50 forment un réseau annrulaire d'aubes de dévrillage directement à l'arrière des aubes 54. Ce monitage peut en plus couorter une liaison avec une bride radiale

104 d'un carter de diffusion ou d'un cone de sortie 106.

En montant une pluralité d'aubes directrices de sortie à l'arrière de l'ensemble aube et entretoise 64, les aubes directrices de sortie peuvent présenter une dimension dans le sens axial inférieure à celle des aubes 54 et des entretoises support arrière 46. Cacne les aubes directrices de sortie 50 sont de préférence plus courtes que les aubes directrices de sortie connues de l'art antérieur, elles provoquent moins de trainée aérodynamique. D'autre part, puisque les aubes directries de sortie 50 sont plus en aval que oelles des modèles classiques, la vitesse des gaz de sortie est d'approximativement 15 % inférieure

à cet endroit. Cela réduit les pertes aérodynamiques.

Les aubes de l'art antérieur qui étaient agenrées pour dévriller les gaz de sortie présentaient r Lossaireent une dimensicon relativement grande dans la direction axiale pour

provoquer l'uniformité du flux rnoessaire à l'opération de post-

caobustion. En plaçant les aubes directrioes de sortie 50 à l'arrière des aubes 54, on peut utiliser des aubes plus courtes

dans le sens axial, puisque les aubes doivent seulement satis-

faire les exigWzoes de tenue mécanique et de str'ure plutôt que

les exigences liées à l'opération de dévrillage aérodynanique.

Puisque les aubes directrices de sortie 50 ne scnt pas incorporées ni constitues d'une partie des aubes 54, les aubes dirtrioes de sortie n'ont pas besoin de traverser entièrent le conduit d' 'écoulement 14 coe c'est le cas dans les modèles classiques. Les modéles classiques nécessitent des aubes ainsi que des aubes directrices de sortie pour enfermer complètment les entretoises support afin de protéger les entretoises support des gaz de sortie chauds. Dans ces modèles de l'art antérieur, la

largeur de l'enseamble form. par les aubes et les aubes direc-

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trioes de sortie était importante puisque l'enveloppe des aubes

et des plans formant aubes directrices de sortie devait s'accmo-

der à la largeur des entretoises support disposées à l'inté-

rieur. Ceci avait pour criséquence de provoquer un important freinage aérodynanique et une perte de charge.

De tels ircv*.nients sont évités du fait de la sépara-

tion selon une direction axiale des aubes 54 et des entretoises support 46 par rapport aux aubes directrices de sortie 50, comme oela est représenté dans les figures 3, 9 et 10 dans lesquelles les bords d'attaque de fuite 58 des aubes 54 sont alignés avec la direction du flux tourbillonnaire en sortie afin de réduire les pertes aérodynamiques. En plus, puisque les aubes directrioes de sortie 50 snt pleines, leur section transversale est beaucoup

moins grarnd3e que oelle que permettent les modèles de l'art anté-

rieur, oe qui permet de réduire la traînée aérodynamique et de

réduire le freinage au niveau du conduit d'écoulement.

Coame cela a été établi antérieurement, il est impor-

tant de maintenir un niveau de diffusion soigneusement contrôlé quand les gaz de sortie sortent des aubes de turbine basse pression 59 et entrent dans la chambre de post-o stion 26. Les gaz de sortie doivent être pareillement diffusés et pareillement

distribués ou répartis pour permea: unte combustion complète.

Afin de permettre une diffusion des gaz de sortie, leur vitesse doit être réduite. Ceci est obtenu par un aolroisseent graduel de la section transversale du cocduit d'écoulement 14. Par ailleurs, si la section transversale s'accroit trp rapidement, c'est-à-dire que si les parois du conduit d'éclement 14 divergent de façm trop abrupte, les gaz de sortie se sépareront, oe qui aura pour résultat une diffusion mal contrôlée et marquant

d'uniformité.

Afin d'améliorer la diffusion contrôlée, les modèles de l'art antérieur rcessitaient que la divergerce du acnduit d'cxllement s'étende sur une distance axiale importante. Ceci rnoessitait une plus garnde lrongueur axiale et en cxséquece un moteur à turbine plus lourd. L'earrarxent en tarnin des aubes

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diretrices de sortie 50 directemnt derrière ou en aval des aubes 54 rend possible une plus rapide et complète diffusion dans

un encombtmment axial plus ciourt, sans séparation de flux.

Les aubes directrices de sortie 50 rajoutent un niveau précis de freinage à l'intérieur du conduit d'écoulement 14 pour limiter le degré de diffusion et empêcher la séparation du flux directeent à l'arrière de l'ensemble aube et entretoise 64. La section transversale du conduitd'coulement 14 subit un rapide changement de surface et le bord de fuite 84 de chaque aube 54

peut facilement créer la séparation du flux. Du fait de la loca-

lisation des aubes directrices de sortie 50 à oet emaplacement

précis, le degré de changeent de surface est réduit et la diffu-

sion est contrôlée, évitant ainsi la séparation du flux. En fait, les aubes directrioes de sortie peuvent être ées dans le

diffuseur pour faciliter le cntrôle de la diffusion.

Le grand nombre d'aubes directrioes de sortie 50, de préférerce quarante ou quarante huit, se coxporte co:me un réseau de petits contrôleurs de diffusion qui ralentit et perimet encore de supporter une plus rapide et complète diffusion. Chague aube dirtrioe de sortie 50 fournit une surface imrportante pour le contrôle de la diffusion et pour la déviation ou le d&vrillage du

flux des gaz de sortie. Il est pour oela bien préférable d'uti-

liser un grand nombre d'aubes directrices de sortie 50 plus petites et plus courtes, axialement derrière l'ensemble aube et entretoise 64, que de limiter le hombre des aubes directrioes de sortie, carme c'est le cas dans les mrdèles de l'art antérieur, à 8, 10 ou 12, c'est-à-dire au nombre d'entretoises support 46

ressaires à la rigidité nmanique. Ces modèles de l'art anté-

rieur ne permettaient pas de façon simple d'obtenir une surface suffisante pour dévier et redresser coplètement le flux des gaz

de sortie.

Un autre avantage résultant du montage d'un grard nombre d'aubes directrioes de sortie 50 à l'arrière de l'ensemble aube et entretoise 64 réside dans le fait qu'un plus grard niveau de diffusion peut prendre place sur une distance axiale plus

courte. Ceci permet d'obtenir un diffuseur dans une zrone axiale-

ment oepacte et permet la réalisation d'un moteur à turbine plus compact et plus léger. Tles aubes directrices de sortie séparent la section du diffuseur en une pluralité de petits diffuseurs avec une longueur de diffuseur classique. La présence des aubes directries de sortie 50 dans le conduit d' écoulement 14 réduit ainsi le degré de diffusion, c'est-à- dire la variation de l'aire de la section transversale du conduit d'écoulement par rapport à

la longueur axiale, alors que l'on obtient une plus grande varia-

tion d'aire totale par rapport aux mné1es classiques.

Une représentaticon cmnoDde du degré de diffusion réside dans la mesure de l'angle d'ouverture d'un diffuseur conique équivalent. Un diffuseur conique équivalent a la nmême aire d'entrée et de sortie et la mêmne longueur que le diffuseur

réel mais présente la forme d'un trao de cônoe. L'angle d'ouver-

ture défini par le prolongement des côtés du cône du diffuseur conique jusqu'à un suomet correspond à une rmesure du degré de diffusion. En générral, les angles de coLe de diffuseur ayant de 1 'ordre de 15 sont préférés pour obtenir une diffusion efficace

sur une lncrgueur acoeptable.

Avec des aubes directrioes de sortie montées dans la région du diffuseur selon l'invention, le diffuseur est scindé en un grand rnombre de petits diffuseurs avec une longueur du diffuseur classique. Ainsi, le degré de diffusion tel que mesuré

par l'angle d'ouverture décroit. Ce-i permet un plus grand chan-

gement d'aire total par rapport au modqle de diffuseur à aube et entraîne une réduction du degré de diffusion en comparaison avec

un modèle de diffuseur sans aube.

Ainsi, les aubes directrioes de sortie peuvent être incorporées dans le modle de diffuseur pour faciliter l'obtension par la loi des aires d'un degré de diffusion contrôlé. L'addition d'une aube fractionne le diffuseur en deux diffuseurs équivalents avec un angle de cône égal à (angle initial)/J2. De cette façon, avec deux aubes, l'angle de c5ne

peut être égal à (angle initial)/J et ainsi de suite.

Le flux quittant les aubes 59 de la turbine basse pression présente un haut degré de vrillage acximpagnr de grands remous carpables de causer des pertes de charg imnenses. Sans les aubes directrioes de sortie, ores emous seront simplement étalés lors de leur passage à travers le diffuseur et le fait d'accroi- tre l'aire de la section transversale du conduit d'écoulement par l'intermédiaire de parois divergentes n'est pas suffisant en soi

pour supprimer les remous et le flux tourbillonnaire.

Afin d'obtenir une diffusion uniforme de oe type de fluide rnon uniforne, pour obtenir une combustion complète, les aubes directrioes de sortie peuvent être vrillées pour égaliser

l'angle de flux tourbillonaire variable des gaz de sortie.

Ainsi, l'arngle d'incidence des bords d'attaque de chaque aube direutrice de sortie 50 peut varier radialement afin de provoquer une diffusion égale et un fluide uniformisé des gaz de sortie entrant dans la chambre de post-obsticn 26. Il est aussi possible de vriller l'ensemble aube et entretoise 64 d'une manière similaire pouar obtenir un effet de rdressmrent du flux

tourbillcnnai re.

En se référant encore aux figures 4 et 9, on voit que ce n'est pas seulement chaque aube 54 qui est inclinée à envircn 32 degrés par rapport à l'axe central 60 du moteur de la turbine , mais que le bord de fuite 108 de chaque aube directrioe de sortie 50 est aussi inclirné d'envirn 32 degrés pour rencontrer directement le flux sortant vrillé. Chaque aube diretrioe de sortie 50 est inaurvée au-delà de l'angle de 32 degrés pour redresser ou dévriller les gaz de sortie afin d'anmener le flux dans une direction coxplèteent axiale. Le bord de fuite 110 de chaque aube directrio de sortie 50 est alors alignr avec l'axe

central 60 des moteurs à turbine.

Les aubes directrices de sortie 50 représentées en figure 4 présentent chacune une épaisseur uniforme tandis que celles de la figure 9 ont une épaisseur nn uniforme définissant un profil semanblable à une lanse incurvée. En figure 9, les aubes

54 sont ferdues axialement au formées de deux plans séparés axia-

26 41328

lement avec une aube avant 112 entxourant l'entretoise support 46 et une aube arrière 114 agissant omme une aube directrioe de

sortie pour dévriller les gaz de sortie. L'aube 112 est conti-

tuée d'un profil symétrique aligne avec l'entretoise afin de réduire la traInée arodyrammique tandis que l'aube arrière incur- vée 114 a sa largeur qui décroîit graduellement pour contribuer au

proaessus de diffusion.

Entre chaque aube arrière 114 est aligrne une rangée d'aubes diractrioe de sortie 50 similaires dans leur forme aux aubes arrières 114. Ces aubes directrioes de sortie 50 ne sont pas situées aussi loin en arrière que celles montrées dans la figure 4, dès lors qu'elles sont aligrnes entre des parties arrière des aubes plutôt qu'à l'arrière des bords de fuite des aubes. Alors que ce modèle peut avoir coame résultat une légèere augmentation de la trairée aérodynmique par rapport au modle présenté en figure 4, ce modèle permet d'obtenir un moteur à

turbine très coampact axialement et présentant un degré de diffu-

sion très rapide. Ainsi, approximativement le même niveau de diffusion est obtenu dans l'agencment de la figure 9 que dans celui de la figure 4, mniais en présentant une lcngueur plus courte et une réduction de poids ainsi qu'une perte de charge légèrement supérieure. Le mode de nréalisation représenté en figure 10 est

similaire à oelui de la figure 9 sauf que les aubes 54 sont cons-

truites en une seule pièce et que les aubes diretrioes de sortie sont de largeur cnstante. Ce modèle permet aussi d'obtenir une réduction de poids et une réduction de lcrogueur par rapport

au modèle de la figure 4.

Une modification du mode de réalisation de la figure 9 est représentée en figures Il et 12 dans lesquelles l'aube avant 112 est constituée d'une gorge arrnie 116 s'étendant le lncrg du bord de fuite 118. L'aube arrière 114 est formée d'une partie arrcrlie 120 au niveau de scn bord d'attaque 122 pour venir de façon cxmplémentaire s'emboiter dans la gorge 116. L'ensemble

constitué par les aubes avant et arrière 112, 114 est de préfé-

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rence constitue par des éléments creux pour constituer des

passages internes 124 destinés au passage de l'air de refroidis-

sement dirigé radialement 126.

Comme cela est représenté dans les figures 11 et 12, les aubes directrioes de sortie 50 sont constitues d'éléments

rigides alignes entre les aubes arrières 114. L'air de refroidis-

sement 126 est déchargé à travers des orifioes de sortie 128 mnnagés dans la partie arrière du cOté de la pression élevée 130 de l'aube avant 112. LesT aubes avant 112 sont de préférence montées sur une série de segments inurves qui sont reliés ensemble pour constituer un anneau 132. Les aubes arrières 114 et les aubes directrices de sortie 50 sont aussi de préférence constituées d'éléments incurvés individuels reliés ensemble sur

une bague différente 134.

Comme le représente la figure 11, l'anneau de l'aube avant 132 est ménagé en association avec une bride de montage radiale 136 située à sa périphérie externe et l'aube arrière ainsi que l'anneau 134 des aubes directrices de sortie est de la Mme fa On agce avec une bride de montage radiale 138 disposée à sa périphérie externe. Des anneaux avant et arrière 132, 134 peuvent être boulonnes ensemble au niveau 140 ome des éléments annulaires individuels. De préférence, les anneaux avant et

arrière 132, 134 sont boulonnés seulement au niveau de leur péri-

phérie externe pour permetLe leur libre dilatation radiale provoqu par les variations thermiques. Une bride de montage disposée radialement 142 peut être constituée à partir d'une extension du carter interne 74 pour constituer un obstacle axial centre lequel vient s'appuyer la bride radiale 142 formée au

niveau de la périphérie interne d'un anneau 134, tout en ména-

geant un jeu 144 pour permettre librement les déplacements

radiaux dûs à la lilatation.

Il est préféralle de constituer chaque ensemble aube et entretoise 64 comme un assemblage séparé qui peut être connecté à un assemblage d'aube directrice de sortie séparé et facilement amovible 48. Ceci permet la modification des aubes directrices de

264 1328

sortie 50 pour adapter le dévrillage désiré pour un moteur à turbine particulier i'xrpendbsidt des cnsidératicns sur les

supports m anicpes et les structures. Puisque les aubes direc-

trioes de sortie 50 ne peuvent pas constituer des suorts efficaes pour le châssis du moteur à turbine 36, chacun des différents ensembles d'aubes directrices de sortie peut être boulOEr sur l'ensemble aube et entretoise 64. Un aenTent de montage séparé net en plae tout support dans les entretoises support 46 de sorte que les aubes directrices de sortie 50 supportent seulement une ontrainte corespnant à leur charge de dévrillage aérotynamique. Du fait que les aubes directrices de sortie 50 ne peuvent constituer de structures de support des paliers, elles peuvent être constituées par de simples aubes non refroidies réalisées typiquement en un super-alliage ou en des

matériaux de type cramnique légers et peu cnreux.

Le fait qu'il soit facile de séparer les aubes direc-

* trioes de sortie 50 de l'ensemble aube et entretoise 64 permet de plus d'interdianger différents modèles d'aubes directrices de

sortie sans démonter le systèe de rotor du moteur à turbine.

Ceci est particulièrement inportant pouir permettre de créer des variantes dans le modèle de moteur en montant sélectivxement des

aubes directrices de sortie 50 ayant différents angles d'incli-

naiscn par rapport à l'axe central du nmoteur à turbine 60 afin d'cptimiser les possibilités de dévrillage des aubes directrices de sortie 50 alors que l'angle de dévrillage des gaz de sortie

change en fonction des différents mrDdèles de nmoteur. Cette faci-

lité de séparation permet nmxe la dépose complète de toutes les aubes directrices de sortie ocehr c'est le cas lorsque l'cn

enlève la chambre de post- - oisticn 26 du moteur à turbine 10.

Euore un autre avantage lié au fait que les aubes directrices de sortie 50 sont montées seéparnt réside dans le fait qu'il est possible de fabriquer un châssis de turbine 36 incluant l'enseable aube et entretoise 64 parallèlement ou sinultanément avec les aubes directrices de sortie 50. Ceci permet de pouvoir assembler le moteur à turbine 10 avec ou sans

les aubes directrices de sortie 50.

En résume, en localisant les aubes directries de sortie 50 à l' arrière de l'ensemble aube et entretoise 64, tel que représenté en figures 13 et 14, on peut concevoir un moteur plus couxrt axialement et comprenant un diffuseur ayant une efficacité accrue par raport au modele de l'art antérieur. D'autre part, la présente invention permet de disposer les aubes dir trioes de sortie 50 dans un envimexrsent toins hostile dans lequel les pertes dues à la traine sont réduites du fait que les gaz de sortie ont une vitesse plus faihle à cet endroit situé en aval. En agençant la structure plus en amont dans le conduit d'éoulement 14, une diffusion plus içmportante peut être obtenue

avant le déhbut du devrillage.

Pour l'hoemm de métier qui connait le domaine de oette invention, toute modification dans la onstrxuction et les modes de réalisation nettement différents ainsi que les applications diverses de l'invention seront suggeéés sans sortir de l'esprit

et de l'objet de l'invention. Les descriptions faites présente-

ment sont purement illustratives et ne sont pas limitatives.

Claims

REVENDICATICON

1. Montage de turbine ayant un carter interne, un carter externe et une pluralité d'aubes de turbine basse pression (59) situées entre les carters interne et externe, carctérisé en oe qu'il comprend en outre un réseau annulaire d'entretoises support s'éterndant radialement (46) destntées à relier les carters interne et externe des aubes de turbine basse pression

(59), et une pluralité d'aubes directrioes de sortie (50) s'éten-

dant radialement, montées à l'intérieur du moteur à turbine à l'arrière des entretoises support (46) et destinées au dévrillage du flux des gaz d'éhappement provenant des aubes de turbine

basse pression (59).

2. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il omprend en outre un premier support annulaire interne (92) associé au carter interne et un premier support annulaire externe

(94) associé au carter externe, et dans lequel les aubes direc-

trioes de sortie (50) sont montées entre les premiers supports annulaires interne et externe (92, 94) pour formner un assemblage

d'aubes diretrices de sortie (50).

3. Montage selon la revendication 2, cartérisé en oe qu'il comprend en oauLtre une aube (54) disposée autour de chaque entretoise support (46), un secxrd support annulaire interne (66) et un secord support annulaire externe (68), les suports annulaires interne et externe (66, 68) supeortant l'ensemble des entretoises support (46) pour former un ensemble aube entretoise

(64).

4. Montage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ensemble de aubes directrices de sortie (50) est monté de

façon amovible sur l'ensemble aube et entretoise (64).

26 4 1328

5. Montage selon la revendication 1, caractérisé en oe qu'il ccpred en outre une aube (54) motite autour de cia e

des entretoises support (46).

6. Mntage selon la reverxicaticn 5, caractérisé en oe que le moteur à turbine coprend un axe oentral lcgitudinal (60) et en oe que les entretoises support (46) sont inclirnées par

rapport à oet axe oentral (60).

7. Montage selcon la revendication 6, caractérisé en oe que les entretoises support (46) présentent une inclinaison

cmprise entre 25 et 35 degrés par rapport à l'axe central (60).

8. Montage selon la reverndicaticn 5, caractérisé en ce

que l'aube (54) présente une section transversale de forme syné-

trique non incurvée.

9. Montage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les aubes diretis de sortie (50) sont montés es a

axialement en arrière par rapport aux aubes (54).

10. Montage selon la reverdication 5, caractérisé en ce que l'aube (54) cznprerd un élément d'aube avant (112) et un élément d'aube arrière (114) espacé axialement et en tarn avec

l'élément d'aube avant (112).

11. Montage selon la revendication 5, caractérisé en oe que l'aube (54) comprernd un élément d'aube avant (112) et un élément d'aube arrière (114) emboité dans une partie arrière

(116) de l'élément d'aube avant (112).

12. Mrntage selon la revendicaticn 3, caractérisé en oe que le montage d'aubes directrices de sortie (50) est nmonté fixement sur 1'ensaemble aube et entretoise (64) exclusivement le

lcr1 du premier et second support annulaire externe.

13. Mrntage selon la reverndication 3, caractérisé en ce

que le montage d'aubes directrices de sortie (50) est monté fixe-

ment sur le dchâssis de l'ensemble aube et entretoise (64) exclu-

sivement le lcrg du prenier et scA d support annulaire externe.

14. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes diretrices de sortie (50) sont constituées d'aubes

minces, de section uniforme et non refroidies.

15. Montage selon la revendication 1, caractérisé en oe qu'il comprend en autre une chambre de post-cnmbustion associée

fconctiornerllent au montage de châssis.

16. Montage selon la revendication 1, caractérisé en oe que les aubes directrioes de sortie (50) sont vrillées afin de s'adapter au flux de gaz d'échappement qui présente un angle de

vrillage pouvant varier radialement.