FR2732405A1 - Dispositif pour refroidir le rotor d'une turbine a gaz - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour le refroidissement du rotor d'une turbine à gaz, avec de l'air prélevé sous basse pression dans son compresseur. Ce dispositif comporte un compresseur centrifuge, formé par exemple par deux étages (9A et 9B), de secteurs annulaires en carbone, assujettis au disque porte-joint (5), qui est fixé à la bride amont (1c) du disque rotorique (1) à refroidir; l'air recomprimé est éjecté par des canaux (11) près des pieds (2a) des aubes (2) du disque (1). Ce dispositif est applicable par exemple au refroidissement du rotor d'un turboréacteur.

Description

Dispositif pour refroidir le rotor d'une turbine à gaz
La présente invention concerne un dispositif pour refroidir le rotor d'une turbine à gaz avec de l'air prélevé dans le compresseur sous une pression relativement basse, et amené à ladite turbine à travers leur arbre commun.

I1 est connu de refroidir le rotor d'une turbine à gaz avec de l'air qui est prélevé dans un étage convenablement choisi du compresseur associé à la turbine à gaz, puis détendu dans un aubage centripète, tel que celui décrit par exemple dans le brevet français de la Demanderesse, 77 26637, l'air détendu étant ensuite envoyé vers le rotor de la turbine à travers l'arbre commun.

Par rapport au procedé, égalemement connu, de refroidissement du rotor d'une turbine à gaz avec de l'air prélevé dans le compresseur associé, sous une pression relativement élevée, ce procédé utilisant de l'air sous une pression relativement basse, offre divers avantages : en circulant à travers l'arbre, l'air destiné au refroidissement du rotor de la turbine refroidit également ledit arbre ; les fuites d'air qui peuvent se produire notamment au niveau de joints en labyrinthe, sont plus faibles que dans le cas où l'on utilise de l'air de refroidissement sous pression élevée ; la masse d'air destinée à refroidir le rotor de la turbine, circule auparavant au contact de masses métalliques relativement importantes, ce qui contribue à une sorte d'effet tampon, réduisant les chocs thermiques en cas de décélération brutale de la turbine enfin, le choix de l'étage du compresseur au niveau duquel l'air est prélevé permet de choisir la pression de l'air de refroidissement.

L'envoi, dans la turbine, d'air sous une pression relativement basse nécessite cependant d'accroître la pression de l'air de refroidissement avant de l'envoyer vers ou dans la jante et les aubes de son rotor ; en effet, dans certains cas, l'air de refroidissement doit être éjecté sous une pression de l'ordre de 14 bars, alors que sa pression à l'arrivée dans la turbine est souvent inférieure à cette valeur.On connaît déjà différents moyens pour recomprimer l'air de refroidissement avant son éjection : l'air de refroidissement peut être envoyé par exemple dans des perçages radiaux, usinés électrolytiquement dans la masse du disque rotorique à refroidir t l'air de refroidissement peut être aussi recomprimé par des aubages centrifuges, aménagés sur l'une au moins des faces du disque rotorique, entre l'arrivée d'air sous basse pression, au niveau de l'alésage du disque rotorique, et les pieds de ses aubes. Ces deux dispositifs connus ont l'inconvénient de créer, dans le disque rotorique à refroidir, des dissymétries donnant lieu à des contraintes locales ; la prise en compte de ces dernières oblige à épaissir le disque rotorique et, par suite, à accroître sa masse, et par conséquent son inertie.En outre, par suite de l'épaississement nécessaire du disque rotorique, le disque portant un joint en labyrinthe, doit être fixé à une plus grande distance du plan médian du disque rotorique, d'oû résulte nécessairement un accroissement de la longueur axiale de la voûte à prévoir entre le disque rotorique et le disque porte-joint qui lui est associé or cet accroissement de la longueur de la voûte rend sa tenue mécanique aléatoire.

Le brevet français 1 207 772 décrit un dispositif de refroidissement pour un rotor de turbine à gaz, dans lequel un flux d'air de refroidissement passe d'un distributeur fixe dans une chambre étanche, aménagée sur la face aval du disque rotorique à refroidir, des joints en labyrinthe étant prévus entre les pièces fixes et mobiles pour minimiser les fuites d'air ; dans la chambre mentionnée, le flux d'air entrant se divise en une fraction qui va refroidir directement, c'est-à-dire sans recompression, les aubes et leurs pieds respectifs, et une autre fraction, qui est guidée, dans la direction centripète, par des ailettes radiales, de façon à refroidir l'alésage du disque rotorique.

Le brevet français 2 130 011 décrit un dispositif pour comprimer l'air de refroidissement avant de l'éjecter vers les pieds des aubes d'un rotor de turbine ; ce dispositif est constitué par un compresseur centrifuge, qui est entrainé en rotation par le rotor de la turbine, et qui est appliqué sur la face aval du disque rotorique, ou bien monté à une certaine distance de celui-ci ; dans les deux cas, l'entrée du compresseur tournant est alimentée par un circuit fixe, complexe, prélevant de l'air comprimé dans le compresseur associé à la turbine ; bien entendu, des joints en labyrinthe doivent être prévus pour réduire les fuites d'air de refroidissement lors de son passage du distributeur statorique dans le compresseur tournant.

Le brevet français 2 295 238 décrit un compresseur centrifuge pour l'air destiné au refroidissement des aubes du stator d'une turbine à gaz ; ce compresseur est solidaire en rotation du rotor de la turbine, mais des joints appropriés doivent être prévus pour limiter les fuites de l'air de refroidissement et le concentrer sur les aubes statoriques.

Le brevet des EUA No. 2 951 340 décrit un dispositif de refroidissement d'un rotor de turbine à gaz, comprenant une chambre délimitée, sur la face amont du disque rotorique, par une plaque, à laquelle sont fixées des aubes produisant un effet de pompage centrifuge dans ladite chambre, dont la partie supérieure laisse échapper l'air de refroidissement qui vient d'être recomprimé bien que la chambre mentionnée soit alimentée en air de refroidissement à une distance relativement faible de l'axe de la turbine, l'air qui y est envoyé provient en fait de la sortie périphérique du compresseur, et ses fuites éventuelles doivent être encore contrôlées par des joints en labyrinthe.

Les dispositifs de refroidissement d'un rotor de turbine à gaz, avec de l'air prélevé dans le compreseur de cette turbine, qui sont décrits dans les brevets antérieurs, précédemment mentionnés, ont en commun l'inconvénient suivant : tous ces dispositifs comportent des joints d'étanchéité, généralement du type en labyrinthe, pour contrôler les fuites éventuelles de l'air de refroidissement lors de son passage entre une pièce fixe et une pièce mobile ; or la qualité de l'étanchéité assurée par de tels joints varie beaucoup suivant le régime de la turbine à gaz, et notamment en raison des dilatations, des chocs, des contraintes thermiques et mécaniques auxquels ces joints sont exposés ; l'emploi de tels joints d'étanchéité dans les circuits parcourus par l'air de refroidissement d'un rotor de turbine à gaz, est donc une cause importante de variations inévitables du débit de l'air de refroidissement, et, par conséquent, de la température de fonctionnement du rotor de la turbine.

Le dispositif pour refroidir le rotor d'une turbine à gaz selon la présente invention est du type qui a été indiqué initialement ; il comporte également des moyens pour comprimer l'air de refroidissement avant de l'éjecter vers ou dans la jante et les aubes dudit rotor, et il est caractérisé en ce que ces moyens de compression sont disposés dans un circuit étanche, qui est solidaire du disque rotorique, et qui relie sans discontinuité l'arrivée d'air, située au niveau de l'axe du rotor, aux orifices d'éjection de l'air de refroidissement, en passant par l'extérieur du disque rotorique, sauf éventuellement à l'intérieur de sa jante.

En plus des avantages liés à l'utilisation, pour le refroidissement du rotor d'une turbine à gaz, d'air prélevé dans le compresseur sous une pression relativement basse, le dispositif selon la présente invention offre, sur toutes les réalisations de l'art antérieur, les avantages suivants : l'air de refroidissement qui arrive dans la turbine, en provenance du compresseur associé, après avoir circulé à travers l'arbre commun, pénètre directement dans l'entrée du circuit étanche où sont disposés les moyens de compression, sans avoir à franchir une ou plusieurs zones de discontinuité entre pièces fixes et tournantes, nécessitant l'interposition de joints d'étanchéité, notamment du type en labyrinthe ; on élimine ainsi pratiquement les fuites d'air de refroidissement, variables notamment en fonction du régime de la turbine, ce qui facilite la régulation de la température de fonctionnement du rotor de la turbine ; d'autre part, la plus grande partie du circuit étanche prévue, selon la présente invention, pour l'air de refroidissement, étant extérieure au disque rotorique à refroidir, il n'est plus nécessaire d'usiner dans ce dernier des conduits radiaux le traversant de part en part ; ceci supprime donc les inconvénients, précédemment mentionnés, résultant de la nécessité d'accroître l'épaisseur du disque rotorique pour éviter que les contraintes n'y dépassent des valeurs critiques. Il en résulte un gain de poids par rapport à un disque rotorique traversé de part en part par des canaux radiaux, et cela malgré le poids supplémentaire du circuit étanche, extérieur à ce disque.La résistance à la fatigue, et par suite la durée de vie d'un rotor de turbine équipé d'un dispositif de refroidissement selon la présente invention, sont, par suite, largement accrues. La fabrication des disques rotoriques est aussi simplifiée.

A titre d'exemples on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé plusieurs formes de réalisation du dispositif selon la présente invention.

La figure 1 est une vue partielle, en coupe par un demiplan axial, d'un disque rotorique de turbine à gaz, sur lequel est montée une première forme de réalisation du dispositif de refroidissement par air selon la présente invention.

Les figures 2 et 3 sont des vues analogues à la figure 1, mais correspondant à deux autres formes de réalisation, différentes, du dispositif de refroidissement par air selon la présente invention.

Sur la figure 1, 1 désigne l'un des disques du rotor d'une turbine à gaz ; ce disque rotorique est réalisé, de façon connue en soi, de manière que sa section par un demi-plan axial soit symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe géométrique (non représenté) du disque rotorique, l'aire de cette section transversale allant en décroissant depuis l'alésage la du dique 1, que traverse l'arbre de la turbine jusqu'à la jante lb du disque rotorique ; dans l'exemple illustré, la jante lb du dique 1 présente un léger élargissement axial et supporte les pieds 2a des aubes, telles que 2, du disque rotorique 1, qui y sont foxées par des moyens connus, qu'il n'est pas nécessaire de décrire en détail.

Selon la présente invention, le disque rotorique 1 est plein, ce qui permet de réduire son épaisseur axiale moyenne à la valeur juste suffisante pour qu'il puisse assurer la transmission du couple moteur à l'arbre de la turbine sans apparition de contraintes critiques aux divers régimes de ladite turbine ; le disque rotorique 1 peut dont être relativement léger tout en présentant cependant une résistance à la fatigue très élevée en raison de l'absence d'évidements intérieurs. Sa haute résistance mécanique est encore accrue par sa parfaite symétrie par rapport au plan P, perpendiculaire à l'axe de la turbine ; cette symétrie est respectée malgré l'adjonction, dans les zones médianes des faces amont et aval du disque rotorique 1, de deux brides annulaires, lc et îd, concentriques au disque 1, avec lequel elles sont de préférence d'une seule pièce.Alors que la bride aval, ld, est fixée, par exemple par des boulons tels que 3d, à un élément du tourillon 4d (représenté en partie seulement) qui supporte le disque rotorique 1, sa bride amont, lc, est fixée, par exemple par des boulons tels que 3c, à un disque 5, qui est également monté sur l'arbre de la turbine par un alésage 5a, de diamètre supérieur à l'alésage la du disque rotorique 1, et dont la jante, 5b, porte un joint en labyrinthe, 6a ; ce dernier coopère avec un élément complémentaire, fixe, 6b, qui est solidaire d'une voûte 7.Dans la forme de réalisation illustrée, la jante 5b du disque 5 est prolongée jusqu'à proximité de la jante lb du disque rotorique 1 et des pieds, 2a, de ses aubes 2, par un élément tronconique 5c, qui porte une bride annulaire 5d, disposée à une faible distance axiale des éléments lb et 2a, de façon notamment à former une butée axiale pour les pieds 2a des aubes 2.

Selon la présente invention, l'air de refroidissement du disque rotorique 1 est prélevé dans le compresseur (non représenté) associé à la turbine à gaz, sous une pression relativement basse, par exemple de la façon décrite dans le brevet français de la Demanderesse No. 77 26637, qui a été mentionné précédemment ; l'air ainsi prélevé circule à travers l'arbre commun au compresseur et à la turbine, et parvient dans l'espace annulaire 8, compris entre l'alésage 5a du disque porte-joint, 5, d'une part, et, d'autre part, un élément 4c, qui est fixé à la bride amont lc du disque rotorique 1, par les boulons tels que 3c.

Comme indiqué par la flèche F1, l'air de refroidissement parvenu dans l'espace annulaire 8 s'engage dans les entrées inférieures de conduits, tels que 5e, qui sont aménagés à l'intérieur du disque porte-joint, 5 ; à l'intérieur du disque 5 proprement dit, les conduits tels que 5e sont disposés dans des directions radiales, et préférentiellement ces conduits ont une section continûment décroissante à partir de l'alésage du disque ; dans le prolongement tronconique, 5c, du disque 5, chacun des conduits radiaux 5e est lui-même prolongé par une section un peu plus étroite, inclinée sur l'axe de la turbine, et débouchant en regard du pied 2a de l'une des aubes 2 du disque rotorique 1. Comme l'indique la flèche F2, l'air sortant du prolongement du chaque canal tel que 5e peut traverser un canal longitudinal, le, aménagé dans la jante lb ou dans le pied 2a de l'aube 2 ; la flèche F3 montre que l'air de refroidissement qui a traversé chaque canal tel que le, peut aller refroidir la face aval du pied 2a de l'aube correspondante ; enfin, la flèche F4 montre aussi qu'une fraction au moins de l'air sortant du prolon- gement de chaque canal radial tel que 5e peut traverser le pied 2a d'une aube telle que 2, pour refroidir intérieurement les aubes. Toutes ces actions de refroidissement sont très efficaces dans la mesure où l'air de refroidissement, qui était entré sous une pression relativement faible dans les extrémités inférieures des conduits radiaux tels que 5e, y a été fortement recomprimé par centrifugation.

De préférence, le disque porte-joint 5 est formé, selon la présente invention, par deux disques, 5A et 5B, qui sont fixés l'un contre l'autre, par soudage ou boulonnage dans cette réalisation, les conduits radiaux tels que 5e sont formés par des rainures radiales, aménagées dans les faces en contact des deux disques, 5A et 5B, de façon à coïncider deux à deux au niveau du plan de joint qui a été indiqué sur la figure 1 par la ligne en trait fin p. Bien entendu, le prolongement tronconique 5c du disque 5 peut aussi être constitué par le rapprochement de deux prolongements tronconiques des disques 5A et 5B.

On a indiqué en traits fins, et désignés par 5f, sur la figure 1, une gorge annulaire, aménagée dans la bride 5d, en regard des pieds 2a des aubes telles que 2, de façon à répartir uniformément sur le pourtour du disque rotorique 1, l'air de refroidissement qu'amènent, dans cette gorge annulaire 5f, les prolongements des conduits radiaux 5e.

Le dispositif de refroidissement par air qui est illustré sur la figure 1 et qui vient d'être décrit, offre donc les avantages suivants : l'arrivée d'air à pression relativement basse, qui est située au niveau de l'axe du rotor, notamment au niveau de l'espace annulaire 8, est reliée sans discontinuité aux orifices d'éjection de l'air de refroidissement, au niveau de la bride 5d, par un circuit étanche, constitué notamment par les canaux radiaux tels que 5e et leurs prolongements respectifs, ce circuit étanche étant, comme le disque porte-joint, 5, lui-même, solidaire du disque rotorique à refroidir 1, et étant aménagé de façon à produire une recompression de l'air de refroidissement, par centrifugation dans les conduits radiaux tels que 5e.L'air de refroidissement prélevé dans le compresseur parvient donc dans sa zone d'utilisation, au niveau des aubes du disque rotorique, en ayant suivi exclusivement des circuits dont l'étanchéité ne dépend pas de celle de joints, notamment de joints en labyrinthe, ce qui garantit la régularité du débit d'air de refroidissement à tous les régimes de la turbine, et le maintien de son disque rotorique à une température de fonctionnement sensiblement constante. Le supplément de poids qui résulte de l'adjonction du disque 5B au disque 5A, qui suffirait pour porter le joint en labyrinthe 6a, est largement compensé par le fait que le disque rotorique 1 peut être plein, et qu'il n'est donc pas nécessaire d'accroître son épaisseur pour éviter l'apparition de contraintes critiques dans certaines conditions de fonctionnement de la turbine.Par rapport à un dispositif de refroidissement du disque rotorique, utilisant de l'air de refroidissement prélevé sous une pression relativement élevée, le disposés tif illustré sur la figure 1, et précédemment décrit, offre des avantages supplémentaires de simplification et de réduction du poids, en raison de la suppression de la nécessité de prévoir des injecteurs d'air de refroidissement.

La forme de réalisation illustrée sur la figure 2 ne diffère de celle illustrée sur la figure 1, et précédemment décrite, que par les points suivants : le disque 5, qui porte le joint en labyrinthe 6a, et qui est fixé par exemple par des boulons tels que 3c, à la bride amont, lc, du disque rotorique à refroidir, 1, est d'une seule pièce, et deux séries concentriques de secteurs, sensiblement annulaires, tels que 9A et 9B, sont fixés respectivement à l'extérieur et à l'intérieur de la bride amont, lc, du disque rotorique 1, cette bride lc se détachant de la face amont du disque rotorique 1, vers le milieu de l'étendue radiale de cette face amont, et ayant une largeur axiale suffisante pour que les secteurs 9A et 9B soient largement distants des parties correspondantes de la face amont du disque rotorique 1.Selon la présente invention, chacun des secteurs sensiblement annulaires, tels que 9A et 9B, est muni, sur sa face opposée au disque rotorique 1, d'aubages centrifuges, 9A1 et 9B1, intrégrés respectivement aux secteurs 9A et 9B et appliqués sur la face du disque porte-joint, 5, qui est tournée vers le disque rotorique 1. Si par exemple le disque rotorique 1 comporte soixante aubes telles que 2, chacune des séries de secteurs sensiblement annulaires, peut comporter par exemple dix secteurs tels que 9A et 9B, chaque secteur étant lui-même muni d'aubages centrifuges, tels que 9A1 ou 9B1, en nombre suffisant pour délimiter entre eux six cavités.Les deux séries de secteurs tels que 9A et 9B forment donc avec leurs aubages centrifuges et la face du disque 5 sur laquelle ceux-ci sont appliqués, respectivement un étage compresseur interne - par rapport à la bride médiane lc - et un étage compresseur externe, dont les dispositions relatives sont les suivantes : les entrées des cavités délimitées par les aubages, tels que 9A1, de l'étage compresseur interne, sont en communication directe avec l'espace annulaire 8, qui a été défini précédemment, dans la description de la figure 1, et dans lequel l'air de refroidissement arrive, sous une pression relativement basse, de l'un des étages du compresseur, après avoir circulé à travers l'arbre commun au compresseur et à la turbine ; les sorties des cavités délimitées par les aubages centrifuges, tels que 9A1, de l'étage compresseur interne se trouvent respectivement dans les mêmes plans radiaux que les entrées des cavités délimitées par les aubages centrifuges, tels que 9B1, de l'étage compresseur externe, et lesdites sorties sont reliées respectivement auxdites entrées par des canaux radiaux, tels que 10, aménagés dans un épaulement annulaire 5g par lequel le disque porte-joint 5 est fixé au disque rotorique 1, par exemple par des boulons tels que 3c.Enfin, les sorties des cavités délimitées par les aubages centrifuges, tels que 9B1, de l'étage compresseur externe débouchent sans discontinuité dans des perçages tels que 11, qui sont euxmêmes aménagés dans la jante lb du disque rotorique 1, de façon que chacun desdits conduits 11 s'étende obliquement, de l'amont vers l'aval et de l'intérieur vers l'extérieur, dans un plan radial du disque rotorique 1, et vienne déboucher sur sa jante lb, au niveau des pieds, tels que 2a, des aubes, telles que 2.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses, mais optionnelles, de la présente invention, les secteurs sensiblement annulaires, tels que 9A et 9B, sont constitués de préférence en un matériau composite présentant une résistance thermique élevée, par exemple un matériau composite d'un type connu, à base de carbone. D'autre part, chacune des deux séries de secteurs annulaires tels que 9A et 9B est accouplée en rotation avec le disque rotorique 1 par deux systèmes de dents et de tenons, coopérant l'un avec l'autre. Dans le cas des secteurs, tels que 9A, de l'étage compresseur interne, leurs faces respectives tournées vers le disque rotorique 1 présentent, non loin du bord le plus interne du secteur correspondant, une série annulaire de dents équidistantes, telles que 12A, qui viennent s'engager dans les intervalles entre des tenons, eux-mêmes solidaires en 13A de la face amont du disque rotorique 1. De même, le bord le plus interne de chacun des secteurs 9B de l'étage compresseur externe est muni de dents équidistantes, qui viennent s'engager entre des tenons, tels que 13B, solidaires de la bride lc du disque rotorique 1.

Dans le cas de cette forme de réalisation de la figure 2, l'air qui arrive, sous une pression relativement basse, dans l'espace annulaire 8 est aspiré par les entrées de l'étage compresseur interne, constitué par les secteurs tels que 9A, où il subit une première recompression l'air passe ensuite par les canaux radiaux tels que 10 dans les entrées de l'étage compresseur externe, où il subit une nouvelle augmentation de pression, avant d'être éjecté par les canaux obliques, tels que 11, vers les pieds 2a des aubes, telles que 2. Les avantages obtenus sont pratiquement les mêmes que ceux indiqués précédemment, à propos de la forme de réalisation de la figure 1.

La réalisation de chaque étage compresseur sous la forme de secteurs pratiquement annulaires, tels que 9A et 9B, est avantageuse dans la mesure ou elle permet de concilier les importantes dilatations thermiques des différents éléments avec les légers déplacements dûs aux forces centrifuges auxquelles ils sont soumis.

La forme de réalisation illustrée sur la figure 3 ne diffère de celles illustrées sur les figures 1 et 2, et précédemment décrites, que par les points suivants : la bride aval, ld, du disque rotorique, 1, à refroidir présente une forme un peu différente, et elle supporte un rouet centrifuge, 12, qui est accouplé en rotation avec le tourillon 4d du disque rotorique 1, également fixé à la bride ld, par exemple par des boulons tels que 3d l'accouplement entre les parties coopérantes du rouet 12 et du tourillon 4d a lieu à l'aide de deux systèmes de dents et de tenons, coopérant l'un avec l'autre dans la zone mentionnée, qui a été désignée par 13.Le rouet centrifuge 12, qui est ainsi monté à l'extérieur du disque rotorique 1, mais avec lequel il est solidarisé en rotation, notamment par l'intermédiaire du tourillon 4d et de la bride aval id, est dimensionné de manière que ses entrées 12a soient voisines de l'alésage la du disque rotorique 1. Les sorties, telles que 12b, du rouet centrifuge 12 débouchent respectivement dans des canaux radiaux, tels que 14, qui sont usinés dans la partie la plus épaisse de la bride ld, de telle façon que l'axe de chaque canal 14 se trouve dans un plan radial du disque rotorique 1, et soit incliné de l'aval vers l'amont et de l'intérieur vers l'extérieur du rotor.Les conduits radiaux obliques tels que 14 sont prolongés en direction de la jante lb du disque rotorique 1, par des tubes 15, qui sont supportés par exemple par l'intermédiaire de trois brides annulaires concentriques, 16a, 16b et 16c, de diamètres échelonnés, portées elles-mêmes par une virole conique 17, également fixée, par exemple par les boulons tels que 3d, à la bride aval, ld, du disque rotorique 1.

Enfin, les extrémités les plus externes des tubes 15 débouchent dans des canaux d'éjection de l'air, 18, qui sont percés dans la jante lb du disque rotorique 1 dans le prolongement desdits tubes 15. Comme on le voit sur la figure 3, les axes des sorties du rouet centrifuge 12, des conduits 14, des tubes 15 et des canaux 18 sont alignés d'autre part, la section transversale du canal à axe rectiligne ainsi formé va en décroissant depuis la sortie 12b du rouet 12 jusqu'à celle du canal d'éjection 18.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est possible de donner une section non circulaire, par exemple elliptique, à ce canal à axe rectiligne, donc notamment au conduit intérieur du tube 15 et au conduit 18.

L'air de refroidissement qui arrive, sous une pression relativement faible, dans l'intervalle annulaire 8, à l'intérieur de l'alésage Sa du disque porte-joint 5, traverse ensuite l'alésage la du disque rotorique 1, de l'amont vers l'aval, dans le sens de la flèche F'1, en assurant un refroidissement de la partie correspondante la très épaisse, du disque rotorique 1. Comme l'indique la flèche F'2, l'air sous faible pression est ensuite aspiré par les entrées, telles que 12a, du rouet centrifuge 12, qui lui fait subir une première recompression ; des sorties, telles que 12b, du rouet centrifuge 12, l'air traverse successivement les conduits 14, les tubes 15 et les canaux d'éjection 18, en subissant une nouvelle augmentation de pression, due à la centrifugation, avant d'être éjecté sous une pression suffisamment élevée au niveau des pieds 2a des aubes telles que 2.La recompression de l'air de refroidissement, qui est obtenue avec ce dispositif selon la présente invention, peut être particulièrement élevée, en raison notamment de la grande longueur du canal rectiligne 14-15-18. Cette forme de réalisation du dispositif de refroidissement selon la présente invention offre l'avantage supplémentaire d'être disposé du côté de la face aval du disque rotorique à refroidir, c'est-à-dire de sa face la plus éloignée des zones du disque servant à la transmission du couple moteur à l'arbre.

La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation précédemment décrites. Elle englobe toutes leurs variantes, notamment celles obtenues soit en associant à chaque forme de réalisation décrite soit la même forme de réalisation symétrique par rapport au plan P du disque, soit l'une quelconque des autres formes de réalisation, soit en inversant, dans le sens amont-aval, les formes de réalisation précédemment décrites.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour refroidir le rotor (1) d'une turbine à gaz avec de l'air prélevé dans le compresseur sous une pression relativement basse, et amené à ladite turbine à travers leur arbre commun, dispositif comportant des moyens pour comprimer l'air de refroidissement avant de l'éjecter vers ou dans la jante (lb) et les aubes (2) dudit rotor (1), et étant caractérisé en ce que les moyens de compression (Se ; 9A1, 9B1 ; 12, 14, 15, 18) sont disposés dans un circuit étanche, qui est solidaire du disque rotorique (1) et qui relie sans discontinuité l'arrivée d'air (8), située au niveau de l'axe du rotor, aux orifices d'éjection de l'air de refroidissement, en passant à l'extérieur du disque rotorique (1), sauf éventuellement à l'intérieur de sa jante (lb).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit étanche est porté, au moins dans ses parties extérieures au disque rotorique (1), par un disque (5), qui porte un joint en labyrinthe (6a), et qui est fixé à une bride annulaire (lc) du disque rotorique (1), généralement en amont de ce dernier.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit étanche est constitué essentiellement par des conduits radiaux (5e), intérieurs au disque portejoint (5).

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le disque porte-joint (5) est formé par deux disques (5A, SB), fixés l'un contre l'autre, les conduits radiaux (Se) étant formés par des rainures radiales aménagées dans les faces en contact des deux disques (SA, 5B) de façon à colncider deux à deux.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le disque porte-joint (5) comporte, sur sa jante (5b), une bride annulaire (5d), disposée de façon à former une butée axiale pour les aubes (2) du disque rotorique (1), et présentant au niveau de la jante (lb) du disque rotorique (1) et des pieds (2a) de ses aubes (2), une gorge annulaire (Sf) ou des perçages d'éjection répartis annulairement, où débouchent les extrémités des conduits radiaux (5e).

6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties du circuit étanche, qui sont portées par le disque porte-joint (5), sont conformées en compresseur centrifuge.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le compresseur centrifuge est délimité par au moins une série de secteurs (9A, 9B), sensiblement annulaire, en un matériau composite à haute résistance thermique, par exemple à base de carbone, chacun de ces secteurs (9A, 9B) étant muni sur une face d'aubages centrifuges (9A1, 9B1), qui sont appliqués sur la face du disque porte-joint (5), qui est tournée vers le disque rotorique (1).

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le compresseur centrifuge comprend deux étages, qui sont délimités respectivement par des séries concentriques de secteurs (9A, 9B), sensiblement annulaires, fixées respectivement à l'extérieur et à l'intérieur de la bride médiane (lc) de fixation du disque porte-joint (5) au disque rotorique (1), que la sortie de l'étage interne (9A) est reliée à l'entrée de l'étage externe (9B) par des conduits radiaux (10), aménagés dans le disque (5), et que la sortie dudit étage externe (9B) débouche dans des canaux (11) d'éjection de l'air, aménagés dans la jante (lb) du disque rotorique (1).

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacune des deux séries de secteurs annulaires (9A, 9B) est accouplée en rotation avec le disque rotorique (1) par deux systèmes (13A, 13B) de dents et de tenons coopérant l'un avec l'autre, l'un des deux systèmes étant solidaire de la série de secteurs (9A ou 9B) et l'autre, de la face correspondante du disque rotorique (1) ou de sa bride (lc) de fixation du disque porte-joint (5).

10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit étanche comporte un rouet centrifuge (12), monté à l'extérieur et solidaire du disque rotorique (1), les entrées (12a) dudit rouet (12) étant voisines de l'alésage (la) du disque rotorique (1), et ses sorties (12b) débouchant dans des conduits (14, 15) disposés au moins partiellement à l'extérieur et solidaires du disque rotorique (1), dans des plans radiaux de ce disque (1), ces conduits radiaux ayant chacun une section transversale, par exemple elliptique qui va en décroissant à partir de son entrée.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le rouet centrifuge (12) et les conduits radiaux (14, 15) sont disposés à une certaine distance de la face aval du disque rotorique (1), et que l'air de refroidissement traverse d'amont en aval l'alésage (la) du disque rotorique (1), avant de pénétrer dans le rouet centrifuge (12).

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le rouet centrifuge (12) est accouplé avec le tourillon (4d) fixé à la bride aval (Id) du disque rotorique (1), par exemple par l'intermédiaire de deux systèmes (13) de dents et de tenons, coopérant l'un avec l'autre, et que les conduits radiaux (15) sont assujettis à ladite bride aval (ld), par exemple par l'intermédiaire de brides annulaires concentriques (16a à 16c), de diamètres échelonnés, qui sont portées par une même virole conique (17), fixée elle-même à ladite bride aval (ld).

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les sorties des conduits radiaux (15) débouchent dans des canaux d'éjection (18), aménagés dans la jante (lb) du disque rotorique (1).