FR2767083A1

FR2767083A1 - Device for producing passages in turbine blade wall by electroerosion

Info

Publication number: FR2767083A1
Application number: FR9710097A
Authority: FR
Inventors: Marc Roger Marchi; Patrice Jean Marc Rosset
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1999-02-12
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: FR2767083B1

Abstract

The electrode (10) of a device for producing passages (3) in the wall (2) of a blade (1) presents an end portion (12) in the form of a sector of an annulus with a centre (O) and a radius (R), then a middle portion (13) of evolutionary section and a back portion (16) which extends radially towards the exterior. The middle portion (13) presents at the side of the centre (O) a plane face (14) making an internal obtuse angle with the end portion. The electrode of a device for producing passages (3) in the wall (2) of a blade (1) comprises an electrode (10) carried by a mobile support (11). The electrode (10) pivots around an axis (17) passing through the centre (O) and perpendicular to the plane of the annulus during piercing.

Description

L'invention concerne un dispositif pour réaliser des passages pour un air de refroidissement dans la paroi d'une aube creuse de turbomachine par électro-érosion. The invention relates to a device for producing passages for cooling air in the wall of a hollow blade of a turbomachine by electro-erosion.

Les compétitions industrielles et commerciales obligent les concepteurs et fabricants de turbomachines, destinées à l'aviation, à améliorer de façon continue les performances de ces produits. Industrial and commercial competitions oblige the designers and manufacturers of turbomachines, intended for aviation, to continuously improve the performances of these products.

Tout d'abord, la réduction de la consommation spécifique de ces moteurs nécessite un fonctionnement à des températures à l'entrée des turbines situées au niveau le plus élevé possible. Le gain sur la consommation spécifique est d'autant plus important que le taux de compression du moteur est élevé, ce qui entraîne une augmentation de la température à la sortie du compresseur. First of all, reducing the specific consumption of these engines requires operating at temperatures at the inlet of the turbines located at the highest possible level. The gain on the specific consumption is all the more important as the compression ratio of the engine is high, which involves an increase in the temperature at the outlet of the compressor.

L'augmentation de la température à l'entrée des turbines permet aussi d'accroître la pouJsÇe du moteur. Increasing the temperature at the inlet of the turbines also increases the engine's power.

Ces nouvelles conditions de fonctionnement permettent ainsi de réduire la masse de carburant à emporter ou, à quantité égale, d'augmenter la distance franchissable de l'avion, et de réduire pour une poussée donnée du moteur la masse et les dimensions. These new operating conditions thus make it possible to reduce the mass of fuel to take away or, for an equal amount, to increase the traversable distance of the aircraft, and to reduce the mass and dimensions for a given thrust of the engine.

Mais cette augmentation de température est limitée par la tenue mécanique des aubes du distributeur et des roues mobiles des turbines, car les propriétés mécaniques du matériau les constituant s'effondrent avec la température. However, this increase in temperature is limited by the mechanical strength of the distributor vanes and of the movable wheels of the turbines, since the mechanical properties of the material constituting them collapse with temperature.

Il est connu de refroidir la paroi externe des aubes de stator ou de roues mobiles de turbine avec un air de refroidissement, prélevé au niveau des compresseurs, qui circule dans les cavités internes de ces aubes et qui s'évalue par des passages ménagés dans la paroi externe de ces aubes. Habituellement, les passages ménagés au bord d'attaque des aubes peuvent être circulaires ou de formes diverses et à génératrice rectiligne. Les orifices de sortie de passages sont élargis et évasés dans le sens de l'écoulement des gaz de combustion autour de l'aube afin que l'air de refroidissement forme un film de refroidissement qui s'écoule le long de la paroi de l'aube. It is known to cool the external wall of stator blades or of mobile turbine wheels with cooling air, taken from the compressors, which circulates in the internal cavities of these blades and which is evaluated by passages made in the outer wall of these blades. Usually, the passages formed at the leading edge of the blades can be circular or of various shapes and with a straight generator. The passage outlet openings are widened and flared in the direction of the flow of combustion gases around the blade so that the cooling air forms a cooling film which flows along the wall of the dawn.

US-4 653 983, US-4 808 785 et US-5 382 133 décrivent de telles aubes. US-4,653,983, US-4,808,785 and US-5,382,133 describe such blades.

US-4 650 949 dévoile une électrode pour réaliser en un seul passage par électro-érosion un passage rectiligne de section rectangulaire dont l'orifice de sortie est évasé. US-4 650 949 discloses an electrode for producing in a single pass by EDM a rectilinear passage of rectangular section whose outlet orifice is flared.

EP-A-O 641 917 prévoit des passages hélicoïdaux au bord d'attaque de l'aube dont les orifices de sortie ne sont pas évolutives. EP-A-O 641 917 provides helical passages at the leading edge of the blade, the outlet orifices of which are not progressive.

Mais ce document ne fournit aucun enseignement sur les outils utilisés pour réaliser ces passages.However, this document does not provide any teaching on the tools used to make these passages.

Le but de l'invention est de proposer un outillage qui permette de réaliser des passages curvilignes dont les orifices de sortie sont évasés et de forme évolutive. The object of the invention is to propose a tool which makes it possible to produce curvilinear passages whose outlet orifices are flared and of evolutive shape.

L'invention concerne donc un dispositif pour réaliser des passages pour un air de refroidissement dans la paroi d'une aube creuse de turbomachine par électro-érosion, ce dispositif comportant une électrode montée sur un support et des moyens pour commander le déplacement dudit support, ladite électrode comportant une portion d'extrémité de section constante, un portion médiane dans le prolongement de la portion d'extrémité et une portion arrière pour sa fixation sur le support, la portion médiane ayant une section qui croît lorsqu'on s'éloigne de la portion d'extrémité, afin d'évaser l'orifice de sortie du passage réalisé par la portion d'extrémité. The invention therefore relates to a device for producing passages for cooling air in the wall of a hollow blade of a turbomachine by electro-erosion, this device comprising an electrode mounted on a support and means for controlling the movement of said support, said electrode comprising an end portion of constant section, a middle portion in the extension of the end portion and a rear portion for fixing it to the support, the middle portion having a section which increases as it moves away from the end portion, in order to flare the outlet orifice of the passage made by the end portion.

Ce dispositif est caractérisé par le fait que la portion d'extrémité se présente sous la forme d'un secteur d'un anneau circulaire de centre 0 et de rayon R, et par le fait que la portion médiane se présente sous la forme d'un becquet de section globalement triangulaire qui comporte du côté du centre de l'anneau une face plane perpendiculaire au plan général de l'anneau et qui forme un angle interne obtus avec le demi-plan interne tangent à la portion d'extrémité au point de liaison de la portion médiane. This device is characterized by the fact that the end portion is in the form of a sector of a circular ring of center 0 and of radius R, and by the fact that the middle portion is in the form of a spoiler of generally triangular section which comprises on the side of the center of the ring a planar face perpendicular to the general plane of the ring and which forms an obtuse internal angle with the internal half-plane tangent to the end portion at the point of binding of the middle portion.

Avantageusement, la portion arrière de l'électrode s'étend radialement vers l'extérieur. Advantageously, the rear portion of the electrode extends radially outward.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 est une coupe d'une aube de turbomachine comportant des passages curvilignes dans son bord d'attaque, et de l'outillage de l'invention utilisé pour réaliser ces passages
les figures 2 à 4 montrent schématiquement l'utilisation de l'outillage de l'invention pour réaliser des orifices sur l'extrados de l'aube;
la figure 5 montre en perspective l'électrode de l'outillage de l'invention
la figure 6 est une vue selon la flèche VI de la figure 1 de l'électrode montrée sur la figure 4.Other advantages and characteristics of the invention will emerge on reading the following description given by way of example and with reference to the appended drawings in which
Figure 1 is a section of a turbomachine blade having curvilinear passages in its leading edge, and the tool of the invention used to make these passages
Figures 2 to 4 schematically show the use of the tool of the invention to make orifices on the upper surface of the blade;
FIG. 5 shows in perspective the electrode of the tool of the invention
FIG. 6 is a view along arrow VI of FIG. 1 of the electrode shown in FIG. 4.

Les dessins montrent une aube creuse 1 de turbomachine qui comporte une paroi externe 2 dans laquelle sont ménagés des passages curvilignes 3 par électro-érosion au moyen d'une électrode 10. Les passages 3 permettent le refroidissement de la paroi 2 de l'aube par un air de refroidissement qui transite par les cavités internes 5 et qui est prélevés au niveau d'un compresseur de la turbomachine. L'orifice de sortie 6 d'un passage 3 est évasé de manière évolutive vers l'aval dans le sens de l'écoulement des gaz de combustion représenté par les flèches E. The drawings show a hollow blade 1 of a turbomachine which has an external wall 2 in which are curved passages 3 by electro-erosion by means of an electrode 10. The passages 3 allow the wall 2 of the blade to be cooled by cooling air which passes through the internal cavities 5 and which is taken from a compressor of the turbomachine. The outlet orifice 6 of a passage 3 is flared progressively downstream in the direction of flow of the combustion gases represented by the arrows E.

L'électrode 10 est montée sur un support 11, et présente une portion d'extrémité 12 réalisée sous la forme d'un secteur d'un anneau circulaire de centre 0 et de rayon R, dont la section globalement constante peut être circulaire, ellipsoidale, rectangulaire, ovoïde, ou présenter toute autre forme. The electrode 10 is mounted on a support 11, and has an end portion 12 produced in the form of a sector of a circular ring of center 0 and of radius R, the generally constant section of which may be circular, ellipsoidal , rectangular, ovoid, or have any other shape.

La portion d'extrémité 12 est prolongée par une portion médiane 13 qui présente une section évolutive qui croit lorsqu'on s'éloigne de la portion d'extrémité 12, afin de permettre l'évasement de l'orifice de sortie 6 des passages 3. La section de la portion médiane 13 est globalement triangulaire. La portion médiane 13 présente du côté du centre 0 de l'anneau une face plane 14 qui forme un angle obtus a avec le demi-plan interne P tangent à la portion d'extrémité 12 au point de liaison 15 de la portion médiane 13 et de la portion d'extrémité 12. L'électrode 10 est fixée au support 11 au moyen d'une portion arrière 16 qui s'étend radialement vers l'extérieur par rapport au centre 0 de l'anneau. The end portion 12 is extended by a middle portion 13 which has an evolving section which increases when one moves away from the end portion 12, in order to allow the flaring of the outlet orifice 6 of the passages 3 The section of the middle portion 13 is generally triangular. The middle portion 13 has on the side of the center 0 of the ring a planar face 14 which forms an obtuse angle a with the internal half-plane P tangent to the end portion 12 at the connection point 15 of the middle portion 13 and of the end portion 12. The electrode 10 is fixed to the support 11 by means of a rear portion 16 which extends radially outwards relative to the center 0 of the ring.

Pour réaliser un passage 3 avec l'électrode 10 décrite cidessus, le support 11 est entraîné en rotation autour d'un axe de rotation 17 passant par le centre 0 de l'anneau et perpendiculaire au plan général de l'anneau, l'aube 1 étant préalablement immobilisé sur un bâti. Le pivotement de l'électrode 10 autour de l'axe 17 permet, dans une première phase de l'usinage, à la portion d'extrémité 12 de former un passage curviligne 3 dans la paroi 2. To make a passage 3 with the electrode 10 described above, the support 11 is rotated around an axis of rotation 17 passing through the center 0 of the ring and perpendicular to the general plane of the ring, the blade 1 being immobilized beforehand on a frame. The pivoting of the electrode 10 around the axis 17 allows, in a first phase of the machining, the end portion 12 to form a curvilinear passage 3 in the wall 2.

Dans la deuxième phase de l'usinage, la portion médiane A3 en forme de becquet, évase l'orifice de sortie 6 du passage 3.In the second phase of the machining, the middle portion A3 in the form of a spoiler widens the outlet orifice 6 of the passage 3.

La forme curviligne des passages 3 permet d'augmenter leur longueur de convection thermique et ainsi d'optimiser le refroidissement dans la zone du bord d'attaque de l'aube. D'autre part, l'orientation de ces orifices par rapport au profil extérieur permet d'obtenir un meilleur écoulement de l'air et donc un film protecteur plus long et plus homogène. The curvilinear shape of the passages 3 makes it possible to increase their length of thermal convection and thus to optimize the cooling in the region of the leading edge of the blade. On the other hand, the orientation of these orifices relative to the external profile makes it possible to obtain better air flow and therefore a longer and more homogeneous protective film.

Enfin, l'orientation des usinages dans le bord d'attaque et la forme de l'électrode d'électro-érosion permettent d'éviter les émissions frontales et l'endommagement éventuel de la paroi interne de l'aube durant l'usinage, et éviter l'endommagement de la peau intérieure de l'aube. Finally, the orientation of the machining operations in the leading edge and the shape of the EDM electrode make it possible to avoid frontal emissions and possible damage to the internal wall of the blade during machining, and avoid damaging the inner skin of dawn.

Claims

1 device for making passages (3) for cooling air in the wall (2) of a hollow blade (1) of a turbomachine by electro-erosion, this device comprising an electrode (10) mounted on a support (11) and means for controlling the movement of said support, said electrode (10) comprising an end portion (12) of constant section, a middle portion (13) in the extension of the end portion (12) and a rear portion (16) for its attachment to the support (11), the middle portion (13) having a section which increases as one moves away from the end portion (12), in order to flare the outlet orifice ( 6) of the passage (3) produced by the end portion (12)

characterized in that the end portion (12) is in the form of a sector of a circular ring with a center

O and of radius R, and by the fact that the middle portion (13) is in the form of a spoiler of generally triangular section which comprises on the side of the center 0 of the ring a planar face (14) perpendicular to the plane general of the ring and which forms an obtuse internal angle with the internal half-plane P tangent to the end portion (12) at the connection point (15) of the middle portion (13).

2. Device according to claim 1, characterized in that the rear portion (18) of the electrode (11) extends radially outwards.

3. Device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the means for moving said support (11) rotate the electrode (10) about an axis of rotation (17) passing through the center 0 and perpendicular to the general plane of the ring.